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| 1 | 基于超导探测器的激光测距系统作用距离分析显示文摘提出了将超导纳米线单光子探测器(SSPD)应用于空间碎片激光测距的构想,并通过理论分析和等效外场实验进行了可行性论证。根据SSPD在门控时间内允许多次测量的特性,建立了信噪比随回波光子数的变化模型,并考察了激光器发射重复频率、天光背景噪声强度、探测器暗计数率等参数对信噪比的影响,结合回波光子数方程和噪声强度,以云南天文台激光测距系统为例,推算出该系统具备探测830 km处米级大小空间碎片的能力。结合光纤耦合条件,设计了以太阳能板为目标的外场实验,通过改变光学系统透过率,获得了信噪比随回波光子数变化的实验曲线,验证了利用信噪比变化推测系统作用距离方法的有效性,理论和等效实验结果均表明超导纳米线探测器有望实现空间碎片激光测距。 | 薛莉 翟东升 李语强 张蜡宝 李祝莲 康琳 吴培亨 李明 熊耀恒 | 2016 | 光学学报2016，36，3： | 22 |
| 2 | 基于有效回波概率估计空间碎片激光测距系统作用距离显示文摘基于回波光子数方程估计空间碎片激光测距系统作用距离时,最小可接受回波光子数很难确定。本文提出了通过改变空间碎片实测数据回波稀疏性获得精度变化曲线的退化模型,以"精度不变"作为衡量条件,确定保精度情况下系统最小可识别有效回波概率,从而估算系统作用距离的方法。首先,根据单光子雪崩探测器"关门"特性,得到了有效回波概率与测量距离关系。然后,建立实测数据的稀疏性退化模型得到测量精度与有效回波概率的跃变曲线,根据精度曲线中"保精度平台"的"跳变点"获得最小可识别有效回波概率。最后,根据最小可识别回波概率获得系统对不同大小典型空间碎片的作用距离。分别处理了有效截面积为3.884 0,6.391 2和9.855 5m2的3种典型空间碎片的实验数据,结果表明:系统在满足m级测距精度的前提下,可识别的最小有效回波概率为0.02~0.044,对上述不同特性典型空间碎片相应的最大作用距离分别为820,1 520和2 250km。提出的模型在精度不变情况下解决了系统最小可识别有效回波概率难以确定的问题,大大减少了实验成本。 | 李明 薛莉 黄晨 王亮亮 刘翌 | 2016 | 光学精密工程2016，24，2： | 19 |
| 3 | 双望远镜的空间碎片激光测距试验研究显示文摘大口径望远镜有助于提升空间碎片目标测量能力。根据激光测距雷达方程应用多台相对较小口径望远镜同时接收激光回波信号,可等效实现单台大口径望远镜激光信号接收能力,弥补大口径望远镜在目标快速跟踪、系统运行维护等方面不足,并可兼顾测距系统测量能力和效率。基于中国科学院上海天文台相距约55 m的1.56 m和60 cm口径望远镜系统,研究了双接收望远镜测距技术,在国内首次开展双望远镜空间碎片激光观测试验,验证了多望远镜同时接收碎片目标激光信号测量技术。测量数据结果表明:1.56 m口径望远镜激光回波接收能力是60 cm口径望远镜的约3~4倍,双望远镜可等效于一台约1.65 m口径望远镜的激光接收能力,在远距离、小尺寸空间碎片目标高精度激光观测中将发挥重要作用。 | 张忠萍 张海峰 邓华荣 程志恩 李朴 曹建军 慎露润 | 2016 | 红外与激光工程2016，45，1： | 17 |
| 4 | 地基激光测距系统观测空间碎片及其探测能力研究显示文摘空间碎片高精度测量是提升碎片目标精密监测与预警的重要途径。作为空间碎片地基光电探测技术,激光测距具有高精度测量特性。根据空间碎片激光测距特点以及瞄准国际技术发展,研制高性能高功率激光器、突破高效率激光信号探测等,国内首先建立了60 cm口径空间碎片激光测距系统,实现了碎片目标测量距离从500~2 600 km,目标截面积从小于0.5 m^2到大于10 m^2,具备了空间碎片常规测量能力。根据空间碎片激光测距方程,结合实际激光回波数据,综合考虑空间碎片过境时段等,构建了地基激光测距系统探测仿真模型,研究了60 cm口径空间碎片激光测距系统探测能力,可对距离1 000 km、直径大于50 cm碎片目标进行观测,与实际测量结果相符,验证了仿真模型的合理性,为未来地基激光测距系统高效运行及测量装备建设与探测效能评估奠定了基础。 | 张忠萍 程志恩 张海峰 邓华荣 江海 | 2017 | 红外与激光工程2017，46，3： | 12 |
| 5 | 地基空间碎片激光测距技术发展与应用(特邀)显示文摘随着航天航空技术的快速发展,环绕地球轨道空间碎片数量迅速增加,占用了有限的轨道资源,同时威胁在轨运行航天器的安全,其陨落也对人们构成严重恐慌.激光测距具有波长短、发散角小、方向性好、单色性好、抗干扰强等特点,能显著提升空间碎片轨道与姿态测定精度.本文对空间碎片激光测距做出较全面的理论分析,从激光工作模式、回波探测与接收等方面介绍目前研究现状及技术与应用情况,对正在发展的千赫兹重复率脉冲串模式、百千赫兹脉冲群收发交替模式空间碎片激光测距技术特点,以及空间碎片白天激光测量技术进行阐述.提出将超高重复频率激光测距技术应用在空间碎片激光测距上,为进一步提高空间碎片激光测距能力提供一种新方法. | 张海峰 龙明亮 邓华荣 吴志波 程少宇 李朴 张忠萍 | 2020 | 光子学报2020，49，11： | 12 |
| 6 | 1 kHz重复频率多脉冲皮秒激光器研制及其空间碎片激光测距应用显示文摘超短皮秒脉冲的峰值功率高、大能量输出困难。通过将单个脉冲分成多个相邻的脉冲,可增大脉冲包络总能量,提高激光输出功率。设计并获得光-光转化效率为39.3%的单路锁模皮秒种子激光输出,提出将单脉冲分成多脉冲的方法,利用布拉格体光栅(VBG)脉冲展宽、多脉冲生成、再生放大、行波放大及频率转换等激光技术获得脉冲间距为1 ns、输出功率为10 W、脉冲包络能量为10 mJ、单脉冲脉宽约为100 ps、光束质量为1.67、重复频率为1 kHz的532 nm百皮秒四脉冲激光输出。通过激光模块泵浦产生的热透镜效应,并通过调节泵浦电流实现对激光输出发射角的连续精确调节,获得的最小发散角为0.2 mrad。将所设计方法应用在上海天文台空间激光测距站平台上,进行多颗空间碎片测距,测距精度最优为16.44 cm。该结果表明多脉冲可增大激光总输出能量、提高激光输出功率且可为空间碎片激光测距探测能力的提升提供有效的技术途径。 | 龙明亮 邓华荣 张海峰 吴志波 张忠萍 陈檬 | 2021 | 光学学报2021，41，6： | 11 |
| 7 | 地基激光测距系统观测空间碎片进展显示文摘卫星激光测距作为地基光电望远镜系统重要技术应用,可直接精确测量空间碎片距离,提升碎片目标轨道监测精度。基于上海天文台60 cm 口径激光测距望远镜,应用百赫兹重复率高功率激光器、高效率激光信号探测系统等,建立了空间碎片激光测距系统,实现了对距离500~2600 km、截面积0.3~20 m2 的碎片目标观测,测距精度优于1 m,具备了碎片目标常规测量与应用能力。此外,开展了空间目标白天监视技术研究,实现了亮于6 星等恒星的白天观测,并进行了望远镜局部指向误差模型分析,分析结果可应用于空间碎片白天激光观测的目标监视与引导。 | 张海峰 邓华荣 吴志波 汤凯 张忠萍 | 2016 | 航天器环境工程2016，33，5： | 10 |
| 8 | 空间碎片激光测距与光学测角一体化观测试验显示文摘在空间碎片监测领域,漫反射激光测距技术具有更广泛的应用前景。目前,漫反射激光测距处于试验阶段,仅靠单台设备获得的短弧测距数据难以实现目标定轨,这制约了漫反射激光测距技术的应用。根据轨道理论,如果在测距的同时,能够提供目标的切向约束,可显著提高目标定轨的成功率和可靠性。提出激光测距和光学测角一体化技术的方案,以上海天文台60 cm激光测距望远镜系统为基础,通过增加短焦距、大视场的光学照相设备,建立一套激光测距与光学测角一体化的试验平台,并以Ajisai卫星为目标开展了观测。现阶段试验目的为,考察一体化观测的可行性,评估测角精度。结果表明,激光测距与光学测角一体化技术方案可行,Ajisai卫星的测角精度达到5″。 | 于涌 李岩 毛银盾 曹建军 唐正宏 张忠萍 | 2013 | 天文研究与技术2013，10，4： | 7 |
| 9 | 1064 nm波段白天背景噪声分析及应用研究显示文摘卫星激光测距(SLR)是目前卫星单点距离测量精度最高的技术,已成为高精度测量领域不可或缺的手段。国际上大多数SLR台站采用532nm的工作波长,在白天测距中存在天空背景噪声大、有效回波识别困难等问题,影响了台站的白天测距数据产出。鉴于白天1064nm波段天空背景亮度低,理论上对比分析计算了1064nm波段与532nm波段的系统噪声强度。并在晴好白天开展了1064nm波段的噪声测量,并与532nm波段的测距系统噪声进行了比较,数据结果与理论分析基本一致。在此基础上,开展了晨昏时段的1064nm卫星激光测距实验,并获得了多圈次卫星的有效回波数据,为1064nm的白天卫星激光测距打下了技术基础。 | 王楠 邓华荣 张海峰 吴志波 张忠萍 | 2019 | 激光与红外2019，49，10： | 5 |
| 10 | 多望远镜信号接收的激光测距系统探测能力显示文摘地面激光测距站向空间目标发射激光信号后,其反射的回波信号达到地面站时将覆盖一定范围,通过设置多台望远镜接收信号,有利于提升对激光信号探测能力。根据激光雷达测距方程及信号探测概率,分析了多望远镜信号接收系统的探测概率、提升效果以及等效接收能力。利用中国科学院上海天文台相距约60 m、口径分别为1.56 m和60 cm双望远镜系统,通过双望远镜同时接收卫星的回波信号,研究了双望远镜信号接收系统探测能力。相比原60 cm口径望远镜系统,单位时间内激光回波数增加了四五倍。考虑到1.56 m口径望远镜激光测量性能,双望远镜可等效于一台口径约1.61 m望远镜系统接收能力,验证了多望远镜信号接收可行性和技术优势。分析了多望远镜系统对轨道高度1 000 km、直径10 cm非合作目标测量能力及所需望远镜台数,使该测量技术在微弱信号探测与大口径望远镜激光测量中将会发挥重要作用。 | 张海峰 龙明亮 邓华荣 程志恩 张忠萍 | 2018 | 红外与激光工程2018，47，9： | 5 |
| 11 | 425mJ高光束质量特殊取向Nd:YAG激光放大器显示文摘基于主振荡功率放大结构,采用特殊取向Nd:YAG激光放大器,获得高脉冲能量、高光束质量的激光输出。激光放大结构包含种子源、预放大级和主放大级三部分。在主放大级中,采用串联放置的激光二极管侧面抽运Nd:YAG棒状放大模块对种子光进行放大。为了获得高光束质量的输出光束,对不同切割方向Nd:YAG晶体棒的热退偏损耗进行了模拟。根据模拟结果,放大模块选择[100]切割方向的Nd:YAG晶体棒作为增益介质。在重复频率为200Hz、脉宽为25ns、脉冲能量为40μJ、光束质量接近衍射极限的种子光注入条件下,获得了425mJ脉冲能量输出,输出光光束质量因子为1.37,功率稳定度为0.81%。 | 邹岩 姜梦华 惠勇凌 雷訇 李强 | 2017 | 中国激光2017，44，9： | 4 |
| 12 | 激光脉冲特性对漫反射激光测距系统精度的影响研究显示文摘测距精度是衡量漫反射激光测距系统性能的极其重要的技术指标之一。根据统计学理论以及盖革模式的雪崩光电二极管(PAD)的工作原理,数值模拟了高斯波形的脉冲宽度、回波强度及噪声强度对漫反射激光测距系统测距精度的影响。着重分析了回波信号强度为单、多光子量级及不同脉冲宽度时的测距精度,为提高漫反射激光测距系统的观测精度,提供了激光器选择及优化观测方法的参考依据。 | 翟东升 汤儒峰 李祝莲 李语强 熊耀恒 | 2016 | 天文研究与技术2016，13，3： | 4 |
| 13 | 脉冲串皮秒激光技术及其空间碎片激光测距显示文摘空间碎片严重威胁在轨运行航天器的安全,并且对有限的轨道资源造成严重浪费。利用皮秒激光探测是高精度空间碎片激光测距的发展趋势。但是单脉冲运转的皮秒激光器峰值功率较高,易损坏光学器件,其能量与功率进一步提升难度较大。当皮秒激光以脉冲串方式运转时,可将脉冲能量分散到每个脉冲上时,不仅可以降低各单脉冲能量、避免器件损坏,也使得进一步提高皮秒激光输出功率成为可能。因此,脉冲串皮秒激光器对空间碎片的探测起到了重要推动作用,近几年得到了广泛关注。对脉冲串产生方法及激光进行概述,为从事超快皮秒激光研究人员及超快皮秒激光的应用提供技术参考。 | 龙明亮 邓华荣 张海峰 吴志波 张忠萍 陈檬 张阿丽 | 2022 | 光电技术应用2022，37，6： | 3 |
| 14 | 基于532 nm波长的空间碎片白天激光测距研究与试验显示文摘为了提高中国科学院云南天文台1.2 m望远镜激光测距平台对空间碎片的监测能力,开展了白天空间碎片激光测距技术与方法研究。首先,分析了利用云南天文台现有的1.2 m望远镜激光测距试验平台开展白天空间碎片激光测距的可行性。然后,对白天空间碎片激光测距关键问题进行了分析并提出解决措施。通过白天空间碎片激光测距试验,获得了一部分空间碎片激光测距数据,所测量空间碎片的雷达散射截面范围为9.0~20.0 m^(2)、近地点范围为400~900 km、远地点范围为500~900 km。结果表明:云南天文台空间碎片激光测距平台具备空间碎片白天激光测距的潜力,可为后续开展全天时空间碎片激光测距研究提供技术支持。 | 李祝莲 翟东升 汤儒峰 张海涛 李荣旺 皮晓宇 伏红林 李语强 | 2022 | 激光与光电子学进展2022，59，11： | 3 |
| 15 | SLR系统时延精确标校实现及分析显示文摘针对地靶测量值精度和稳定性差,卫星激光测距数据质量不稳定的问题,通过时延标校理论阐述,提出1种卫星激光测距数据质量的分析方法:从回波光子的角度来分析影响卫星激光测距数据质量的因素;并利用分析结果指导实验。实验结果表明,采用白天和夜间衰减片角度分别为75°和45°的方案,lageos-1卫星实测精度平均值由2.23提高到2.03 cm,可以满足提高卫星激光测距数据质量的目的。 | 张浩越 赵春梅 瞿锋 卫志斌 | 2020 | 导航定位学报2020，8，1： | 2 |
| 16 | The progress of laser ranging technology at Shanghai Astronomical Observatory显示文摘As an important station of International Laser Ranging Service(ILRS),Shanghai Astronomical Observatory(SHAO)has upgraded Satellite Laser Ranging(SLR)system with high repetition rate and achieved some technological progress,There are a lot of improvements for overall system performance,such as annual observation passes,measurement precision and quality of observation data.SLR technology with repetition rate of 10 kHz is accomplished firstly in China,and space debris laser ranging technology with200 Hz laser is promoted and proved to be more detective for weak echo,which lead to successful measurement for 40,000 km satellites and space debris within 3000 km.At the same time,SLR based on multi-telescopes and 1064 nm wavelength are planned to make a breakthrough of detection capabilities,and also to expand its application fields.These progresses will be introduced in this paper in detail. | Zhibo Wu Haifeng Zhang Huarong Deng Mingliang Long Zhien Cheng Zhongping Zhang Wendong Meng | 2019 | Geodesy and Geodynamics2019，10，6： | 1 |
| 17 | 一米望远镜空间碎片漫反射激光测距系统显示文摘为减小空间碎片对空间活动的影响,利用高精度激光测距技术进行空间碎片的跟踪与观测研究,能够大幅提高其定轨精度,对空间碎片的监测与预警可起到很重要的作用。文中详细介绍了长春人造卫星观测站一米望远镜空间碎片漫反射激光测距系统。该系统采用了500Hz高功率激光器,提高发射激光功率;利用大视场导星,实现目标闭环跟踪并提高初轨预报精度;通过对望远镜发射系统与接收终端的改造,使其具有空间碎片激光测距功能,实现了空间碎片的有效激光测距,获取的观测目标最远距离达到1700km、最小有效雷达散射截面达到1m^2,单次测距精度约80cm。该系统将会为空间碎片精密定轨及其他研究提供很大帮助。 | 宋清丽 韩兴伟 梁智鹏 董雪 范存波 刘承志 | 2017 | 空间碎片研究2017，17，2： | 1 |
| 18 | 高精度空间碎片激光测距卫星星座显示文摘针对地基激光测距系统测量高轨空间碎片时测距站点分布距离受限、激光能量受大气衰减的问题,文章设计了一种高精度空间碎片激光测距卫星星座。星座部署于太空中,可确保空间碎片测距误差更小、探测距离更远。星座采用分布式三星星座设计,部署于地球静止轨道,呈等边三角形构型,两两间距约73030km,星下点经度间隔120°。文章分析了地球遮挡引起的观测盲区,计算得到三星星座对高轨空间碎片的覆盖率约71.5%,并提出改进的3+1星座和3+2星座以提升覆盖率。文章分析了星座所携带的激光器主要参数,结果表明重复频率1kHz、单脉冲能量62.91mJ、脉宽66ns的激光器可保证测距效能。天基卫星星座分布范围广,可从不同角度获得空间碎片位置信息,从而通过位置误差交叉以缩小空间碎片位置误差,方位误差可从千米级提高至米级,提升约3个数量级。结合星座本身定位误差,文章分析得到空间碎片的综合位置误差约十米量级,比地基系统的测量位置误差提升2个数量级。高轨激光测距卫星星座有助于获得更准确的空间碎片位置信息,有效服务于空间碎片精密定轨,保障在轨航天器运行安全。 | 孙威 薛莉 黄晨 于喜庆 吴文堂 王鲲鹏 | 2020 | 航天返回与遥感2020，41，5： | 1 |
| 19 | 上海天文台近红外波长空间碎片激光测距研究进展显示文摘激光测距技术对空间碎片测量精度最高,是空间碎片碰撞预警最有力的手段之一。针对传统532nm波长空间碎片激光测距面临测量能力瓶颈问题,以及近红外波长激光测距技术优势,上海天文台在国内率先开展了近红外波长(1064nm)空间碎片激光测距技术研究。通过解决近红外波长光束指向监视与瞄准、近红外波长激光回波探测等关键技术,采用1kHz重复率、输出功率8W、1064nm波长激光器,实现了空间碎片测量。通过对测量结果对比分析,验证了1064nm波长激光测距系统探测能力。为开展远距离小尺寸碎片目标、亚分米级精度测量研究,合作研制了1kHz重复率、40W输出功率、1064nm波长激光器系统,进行了高重复率近红外波长空间碎片测距试验,其中对失效铱星目标测距精度达分米级(约9cm),初步验证了该激光器系统性能,为上海天文台开展远距离小尺寸目标空间碎片激光测量以及白天激光测距技术研究奠定了基础。 | 吴志波 龙明亮 张海峰 耿仁方 张忠萍 | 2020 | 空间碎片研究2020，20，4： | 1 |
| 20 | 空间碎片激光测距技术及应用显示文摘空间碎片数量不断增多,对航天活动及空间资产安全造成重大威胁,成为影响航天事业发展和外空活动长期可持续的关键因素。随着空间碎片越来越被重视,各国都在大力发展和研发多种观测技术,提高碎片监测数量和精度,提升空间碎片应对技术能力。激光脉冲信号以其波长短、方向性及单色性好和抗干扰性强的优势,使激光测距成为目前空间目标测轨精度最高的主动式光电探测技术。文中介绍了空间碎片的增长趋势及其危害,总结了空间碎片激光测距技术的发展历程,阐述了激光测距技术原理和设备构成,详细分析了影响激光测距能力的因素、近红外波长(1064nm)激光测距技术的优势,以及空间碎片激光测距的误差来源。 | 李恭强 刘静 程昊文 | 2020 | 空间碎片研究2020，20，4： | 1 |
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