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双波长卫星激光测距能力和精度的提高

作　者: 李人东
导　师: 张忠萍；杨福民
学　校: 中国科学院研究生院（上海天文台）
专　业: 天文技术与方法
关键词: 双波长卫星激光测距 大气改正 Raman 激光器 测距精度 大气模型
分类号: P228.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


卫星激光测距(SLR)是卫星单次测量精度最高的一种技术,目前的测量精度为亚厘米量级,大气改正和卫星角反射器效应已成为限制SLR 进一步提高测距精度的主要因素。目前SLR 采用Marini-Murray 模型进行大气改正,其精度为5-10mm。为得到毫米级测量精度,卫星激光测距系统应工作在双波长测量模式,实现大气改正的无模型化修正。本论文是对上海天文台初期的双波长激光测距系统的改进,研究了双波长激光测距领域的关键技术,包括:双波长激光测距系统的设计、双波长最佳波长组合的选取等;测量了Raman 激光的发散角和抖动,研究了发散角和抖动对双波长激光测距的影响,提高了测距回波率;采用增加Raman 激光系统两发射光路的光程差,分离了同一通道中混合的红绿光资料,进一步提高了资料的处理精度。通过对上海天文台初期的双波长激光测距试验系统改进,解决了两波长平行发射的高精度调整、单/双波长的切换以及双计时器的数据实时采集等方面的问题,提高了上海天文台双波长激光测距系统的测距能力和测距精度,实现了对近地卫星的准常规观测,并获得了大量有效的双波长资料。建立了双波长资料处理软件,提出并研究了距离差分平均和距离平均差分两种数据处理方法。双波长卫星测距资料处理的结果表明:应用这两种方法可以得到精度更高的大气改正值。最后与Marini-Murray 模型进行比较,在目前精度下,没有发现明显的偏差。结合上海天文台激光测距的实际情况以及国际上激光测距的发展趋势,提出了上海天文台下一步的工作设想。随着高精度事件计时器等设备的应用,采用以上的研究成果,双波长测量的数据将能用于高精度大气改正。

全文目录


第一章 引言  8-11
  1.1 双波长卫星激光测距的研究意义  8-9
  1.2 本论文的研究内容及安排  9-11
第二章 双波长卫星激光测距  11-23
  2.1 卫星激光测距的基本理论  11-18
  2.2 双波长激光测距基本理论  18-19
  2.3 双波长卫星激光测距的国内外研究进展  19-23
    2.3.1 国外进展  19-22
    2.3.2 国内进展  22-23
第三章 双波长卫星激光测距的关键技术  23-41
  3.1 双波长卫星激光测距的系统设计和精度分析  23-30
    3.1.1 双波长卫星激光测距的系统设计  23-26
    3.1.2 双波长卫星激光测距的精度和误差源分析  26-30
  3.2 双波长卫星激光测距关键技术的研究  30-41
    3.2.1 双波长激光系统的研制  30-31
    3.2.2 波长组合的选择  31-38
      3.2.2.1 波长组合选取的考虑因素  31-32
      3.2.2.2 双波长的波长优数及波长组合的讨论  32-38
    3.2.3 两波长往返时间差的测量  38-40
    3.2.4 两波长同轴发射的研究  40-41
第四章 上海天文台双波长卫星激光测距系统的改进  41-64
  4.1 上海天文台初期双波长激光测距试验系统  41-44
  4.2 RAMAN 激光系统的研究  44-48
    4.2.1 Raman 散射  44-45
    4.2.2 受激Raman 散射实验技术和装置  45-48
  4.3 双波长激光系统发散角和抖动的测量  48-53
    4.3.1 实验原理  48-49
    4.3.2 Raman 激光远场发散角、抖动的测量  49-52
    4.3.3 实验结果及结论  52-53
  4.4 双波长RAMAN 激光系统分光光路的改进  53-56
  4.5 发射光束的同轴平行调整  56-59
  4.6 双接收器件灵敏区的重合调整  59-62
    4.6.1 上海天文台双SPAD接收通道的光路分析  59-61
    4.6.2 红、绿光接收器件灵敏区的重合调整  61-62
  4.7 计数器数据采集系统在双波长激光测距试验中的应用  62-64
第五章 双波长卫星实测及数据处理  64-91
  5.1 双波长激光测距系统的近地靶实验  64-66
  5.2 双波长激光测距系统差分析  66-68
  5.3 双波长卫星观测  68-74
    5.3.1 上海天文台双波长激光测距系统准常规观测的实现  68-70
    5.3.2 双波长卫星实测  70-72
    5.3.3 双波长激光测距系统的回波光子数估算  72-74
  5.4 双波长卫星激光测距的数据处理  74-86
    5.4.1 双波长卫星激光测距数据预处理  74-78
    5.4.2 双波长卫星激光测距数据处理方法  78-81
    5.4.3 双波长卫星激光测距的大气改正  81-86
  5.5 上海天文台双波长卫星激光测距的精度分析  86-91
第六章 下一步工作设想  91-92
第七章 结束语  92-94
参考文献  94-98
附录1 GPIB卡采集红光测距值的程序  98-99
附录2 双波长卫星激光测距统计  99-100
发表文章  100-101
简 历  101

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 大地测量学 > 卫星大地测量与空间大地测量 > 卫星激光测距（SLR）和激光测月（LLR）
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