[发明专利]一种多望远镜激光测距系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及空间目标激光测距技术，尤其涉及一种多望远镜激光测距系统及其方法。

背景技术

卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)是指地面站向空间目标发射激光脉冲信号，并采用一定口径的望远镜接收激光回波，从而通过记录该激光信号从地面站到空间目标的往返飞行时间，获得空间目标的精确距离。由于激光具有单色性好、方向性强、抗干扰及高亮度等特点，SLR技术已成为空间目标测量中精度最高的技术，广泛应用在航天器精密定轨、地球自转参数确定、全球地球参考框架建立维护等领域。随着该技术应用领域的扩展，测量范围从数百公里到数万公里的卫星，最远达到月球甚至行星际，测量目标类型也从带有角反射器的合作目标卫星发展到表面漫反射的非合作空间目标，然而，由于激光回波强度随距离四次方衰减，因此对望远镜的口径大小提出了要求。

众所周知，单台望远镜口径的增大，不仅需要面临大规模的支承结构以及大口径镜片的研制问题，还需承担随口径2.5～2.7次方指数增加的研制成本负担。常用的空间目标激光测距方法普遍采用单台望远镜接收的模式，受限于技术水平和研制成本，所使用的望远镜接收口径不可能太大，因此这种模式的激光测距方法探测能力有限。目前，这种模式的激光测距对于合作目标的最远探测距离为月球，即激光测月，由于单台望远镜接收的回波微弱，目前国际上50多个激光测距站仅3个可开展激光测月，均使用1.5m以上口径的望远镜，以美国阿帕奇天文台的3.5m口径为最大，且全部位于望远镜研制技术先进、经济发达的欧美国家。可以预期，对于更远的探测距离或更微弱的回波强度，采用这种单台望远镜接收模式的激光测距方法将很难得到推广和应用。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明一方面提供一种多望远镜激光测距系统，该系统能够以较低的技术难度和研制成本完成单台大口径望远镜接收激光回波的等效接收效果，实现单台望远镜对空间目标激光测距探测能力的突破。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种多望远镜激光测距系统，用于测量空间目标的距离，其特征在于，该系统包括：

一激光发射器，用于向所述空间目标发射激光；

多台望远镜，用于接收从所述空间目标反射回的激光回波；

多个与所述望远镜一一对应连接的接收控制装置，用于控制相应所述望远镜接收所述激光回波，并输出所述激光回波的相应数据信息；以及

一主控制装置，其一方面控制所述激光发射器发射激光，并控制各所述接收控制装置以使它们控制相应望远镜接收所述激光回波；另一方面，其接收所述接收控制装置输出的所述激光回波的相应数据信息，并根据所述数据信息计算所述空间目标的距离。

进一步地，其中一个所述接收控制装置集成在所述主控制装置中，其余所述接收控制装置与所述主控制装置相连。

前述一种多望远镜激光测距系统，各所述接收控制装置与相应所述望远镜之间连接有一距离门控信号产生器。

进一步地，所述距离门控信号产生器的控制精度为纳秒级。

进一步地，所述望远镜的跟瞄精度小于1角秒。

优选地，所述激光发射器的指向精度为角秒级。

本发明另一方面提供一种利用前述多望远镜激光测距系统进行测距的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，通过所述主控制装置控制所述激光发射器向所述空间目标发射激光；

步骤2，通过所述主控制装置控制各接收控制装置，以使它们分别控制相应望远镜接收激光回波；

步骤3，在接收到所述激光回波之后，通过各所述接收控制装置将相应所述望远镜接收到的所述激光回波的相应数据信息传输至所述主控制装置；

步骤4，所述主控制装置根据所述数据信息计算所述空间目标的距离。

优选地，所述步骤2包括：

步骤21，通过所述主控制装置计算所述激光回波预计到达各望远镜的时间并将该时间输出至相应所述接收控制装置；

步骤22，通过所述接收控制装置分别控制各望远镜在对应的所述时间接收所述激光回波。

本发明的激光测距系统通过利用多台望远镜并行接收激光回波，增大了激光回波的有效接收面积，达到了提升对空间目标激光测距探测能力的目的，在微弱激光回波信号的远距离激光测距、漫反射激光测距等领域中将具有良好应用效果。可见，本发明可以较低的技术难度和研制成本，实现相当于单台大口径望远镜对空间目标的等效激光探测能力，并具有易于推广和应用的技术优势。

附图说明