行星际异步应答式激光测距模拟试验与研究

为促进我国行星际深空探测技术的发展，实现空间飞行器的高精度测量，本项目利用现有的高精度卫星激光测距技术，采用两台激光器独立地向同一颗带有激光反射器卫星发射激光，两套光子探测设备交叉探测对方回波信号，两套时钟系统，两套计时系统分别记录两台激光器的激光发射时刻和回波时刻来模拟地面站和空间飞行器测量系统，开展行星际异步应答式激光测距模拟试验，应用异步应答式测量模型来求得卫星距离和两时钟钟差。通过与常规高精度激光测距结果比较，对异步应答式激光测距的测量精度和误差进行分析。对不同高度卫星的测量来研究异步应答式激光测距的行星际空间测距能力。该项目在国内尚属首次，此项目研究将为我国高精度激光测距技术在行星际深空探测和航天应用提供试验基础，进一步拓展我国激光测距的应用领域。

行星际激光测距摈弃激光往返传输模式，而采用星地互发激光、交叉接收的双向应答式模式，这种模式使得激光能量随距离平方衰减，作用距离大大增加，可实现行星际空间的高精度测量。本项目从理论模型及模拟试验，深入地研究了异步应答式激光测距关键技术和原理方法。.研究了异步应答激光测距星地距离和星地主波时刻差模型，与国外文献模型进行了比较，并在模拟试验中进行了验证；从光子探测采样率最大、星地资源最佳化等因素出发，研究了异步应答激光测距平衡系统相关理论；根据激光测距雷达方程，计算了试验系统测量地球卫星可等效的行星际距离，据此评估试验系统的行星际测距能力。.双向异步应答式激光测量如一端探测失败，则该次测量变为单向激光测量，仍可用于星地距离测量。为此，本项目开展了单向和双向激光测量试验研究：1) 利用相距70米60cm卫星激光测距系统(模拟地面端)和35cm望远镜系统(模拟空间飞行器端)，国内首次组建了单向激光测距模拟试验系统。通过对合作目标，实现了激光从60cm望远镜->卫星->35cm望远镜之间传输，模拟了“地面站”到“空间飞行器”单向激光传输，开展了单向激光测距技术研究；2) 利用已有一套地面卫星激光测距系统，对一颗载有光子探测器和时间计时器的IGSO同步轨道卫星，国内首次成功进行了单向地面对空间目标（36000km）激光测距试验，并与该卫星激光往返传输测量的卫星距离进行了比较和分析，验证了单向激光测距技术以及星载光子探测器和时间计时器用于空间飞行器端测量系统设计可行性；3) 基于60cm口径激光测距系统，并添加另外一套激光器、事件计时及数据采集处理等部件，用于模拟空间飞行器端，使用一台跟踪望远镜和激光发射接收系统，建立了国内首套双向式异步应答激光测距试验系统。通过对Ajisai、Beaconc等带合作目标卫星测量，模拟了异步应答式激光测距过程。应用星地距离和主波时刻差模型，获得了星地距离、主波时刻差数据。通过与单台激光测距系统得到的卫星距离和时间偏差比较，验证了星地距离模型及距离对应的时刻量。利用试验数据，对国外文献和本项目推导的星地端主波时刻差模型进行了验证。依据误差均匀分布原则，验证了本项目建立的星地主波时刻差模型的合理性。.通过本项目试验研究，初步掌握了行星际异步应答式激光测距技术的相关理论及测量数据处理方法，为我国开展行星际激光测距技术打下试验基础。