Lageos卫星激光测距前沿回波数据提取模型及应用

周钊冉,秦 思,张海峰,3,程志恩,杨 昊,张忠萍,3

(1.中国科学院上海天文台,上海 200030;2.中国科学院大学,北京 100049;3.中国科学院空间目标与碎片重点实验室,江苏 南京 210008)

1 引 言

卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)通过测定激光脉冲从地面站到带有反射器卫星的往返时间间隔,从而获得星地精确距离,其单次测距精度可达厘米级甚至亚厘米级,在卫星精密定轨和轨道校验、地球自转参数确定、全球地球参考框架建立和维护以及实现全球范围高精度激光时间传递等方面发挥了重要作用[1]。其中,卫星激光反射器是SLR的重要组成部分[2],为无源光学器件[3],主要功能是定向反射激光[4-6]。

带有激光反射器的卫星称为激光测距卫星,亦称激光卫星。Lageos(Laser Geodynamics Satellite)是最为重要的激光卫星,专用于地球动力学研究,包含Lageos-1和Lageos-2,两星为精确复制品[7]。根据Lageos两颗卫星观测资料得到的研究成果丰硕,科学贡献很大[1]。Lageos卫星轨道高度均约为5800 km,卫星表面覆盖了426个角锥棱镜[8-9](也称角反射器),卫星激光测距精度约为1 cm。

卫星激光测距过程中,地面站发射的激光到达卫星表面角反射器时,最靠前的第一块角反射器反射的光子和周围角反射器反射的光子存在时间差。因此,整个激光脉冲经卫星激光反射器反射后,其波形将发生变化,脉冲被展宽[10]。Lageos卫星由大量角锥棱镜组成,其脉冲展宽效应明显,采用常规方法处理Lageos卫星激光测距数据,生成的标准点在空间位置上与球体入射表面之间的距离存在不稳定现象。

提高Lageos卫星激光测距数据质量将对地球动力学研究具有重要意义。……