基于1.06μm波长的空间目标激光测距技术研究及应用

In space debris and interplanetary objects laser ranging system, it’s very important to improve the laser power, since the detected laser pulse signal is very weak. The traditonal 532nm laser used in laser ranging system is converted from 1064nm wavelength which wastes more than half energy. This project will carry out the research of space object laser ranging technology based on 1.06μm wavelength by appropriate updating of the existing 532nm laser in Shanghai Observatory. The primary and secondary mirror together with the transmitting optical path will be re-coated. 1.06μm wavelength optical path adjustment technology and telescope transceiver system coaxial adjustment technology will be developed. By adopting 1.06μm photon detector, China’s first 1.06μm wavelength laser ranging system will be established. The ground and space cooperate object laser ranging will be carried out. This research will explore a new laser ranging technology, which would provide an experimental basis and technical support for the next space debris and interplanetary objects laser detection.

在空间碎片和行星际激光测距中，能够探测到的激光脉冲信号十分微弱，高功率激光发射非常重要。传统激光测距系统中，激光器将1.06μm激光倍频为532nm激光输出，受倍频器件技术的制约，很难提高发射功率。如果直接采用1.06μm进行激光测距，不但消除了倍频过程中的能量损失，还为激光器功率的提高留下了很大空间。本项目将开展基于1.06μm波长的空间合作目标激光测距关键技术研究，研究1.06μm波长的光路调节技术和激光光束监视技术，采用适用于激光测距的1.06μm光子探测器，建立我国首台1.06μm波长的激光测距系统，并进行地面和低轨合作目标测距实验。本研究将探索激光测距的新技术，为今后大能量空间碎片和行星际激光探测提供试验基础和技术支持。

空间目标的高精度激光测距中激光脉冲回波信号十分微弱，测距难度较大，高功率高质量的脉冲激光非常重要。相对于传统激光测距技术中广泛使用的532nm激光，1.06μm激光在输出功率、大气传输特性等方面有着明显的优势。.本项目从理论技术和实验两方面开展了基于 1.06μm 波长的空间合作目标激光测距关键技术研究。.在理论技术方面： 1) 研究了1.06μm 波段激光在大气传输特性、相关激光器技术、相关单光子探测器技术等方面的特点，通过雷达理论分析了1.06μm 激光测距的可行性； 2) 对测距平台进行1.06μm波长适应性改造，包括望远镜镜片镀膜，终端光路设计，探测器灵敏区划定方法改进等等； 3) 研究了1.06μm激光的光路调节技术，提出一种在近场对宽光束激光进行准直的方法，并在理论上和实验中进行了验证； 4) 研究了1.06μm激光光束监视技术，根据系统平台特点提出了两种技术方案：532nm激光引导监视的方案和红外相机直接监视1.06μm激光后向散射的方案，并在测量实验中采用前者成功进行了1.06μm激光测距； 5）试制了光纤输入型InGaAs-1.06μm增强单光子探测器，并进行了实验室检测。.在实验方面： 1) 对宽光束准直激光的方法进行了验证实验，对532nm激光来说该方法的准直精度与激光后向散射监视方法的精度相当，且对天气没有要求； 2) 针对532nm激光引导监视的方案设计了532nm激光与1.06μm 激光的合束对接光路并进行了平行度调节实验，实验结果满足观测要求；3) 针对红外相机直接监视1.06μm激光后向散射的方案，采用了几种红外CCD进行了1.06μm激光后向散射监视的实验，实验中得到了清晰的1.06μm激光后向散射像，证明该方案也可用于激光指向引导； 4) 对试制InGaAs探测器进行了一系列实验室检测和激光测距先期实验； 5) 基于改造后的上海台60cm口径激光测距系统，采用1kHz脉冲激光多次进行了近地卫星的1.06μm卫星激光测距实验，得到了Ajisai、Gracea、Graceb和Jason2等近地卫星的回波数据。并在归算条件下与532nm激光测距结果进行对比分析，结果具有一定优势。.本项目初步搭建了国内首个1.06μm卫星激光测距系统，并成功进行了激光测卫，为今后大能量空间碎片和行星际激光探测提供了试验基础和技术支持。