第5章-空间大地测量技术SLR-LLR

常数、太阳的质量、地球的质量、太阳至测站的 距离、太阳至卫星的距离、地心至测站的距离、 地心至卫星的距离、距离观测值。
激光测距系统
–主要包括地面部分和空间部分 •空间部分为带后向反射镜的卫星 •地面部分则包括： –激光发生系统、激光光学发射和 接收系统、光学系统转台、激光 脉冲接收处理系统、时间间隔计 数器、时间系统； –标校系统、计算机控制记录系统 、基石、电源系统、保护系统； –最后为数据传输系统。
– 第三代：脉冲宽度为0.1～0.2ns, 测距精度为1～3cm，多数采用 锁模Nd:YAG激光器 。能在计算 机控制下实现对卫星的自动跟踪 和单光子检测技术。
中国的卫星激光测距站
–中国 • 已经建立固定站 –武汉、上海、长春 、北京和昆明等5 个激光测卫站。 • 流动激光测卫站 –乌鲁木齐，拉萨
观测时间改正
• 在激光测卫中一般都采用激光脉冲信号到达卫星的时 刻作为观测时间。设仪器从工作钟取样所得到的时间 为 t N ，观测时刻可表示为：
t tN t1 t2 t3
• 式中 t1 为工作钟的钟差，即工作钟与标准时间之间 的差异，此值可以通过时间比对求得；t2 为工作钟取 样时刻和激光脉冲信号的发射时刻之间的差异，也称 触发延迟改正；t3 为信号传播时间改正，从激光脉冲 离开测距仪至到达卫星间的时间 t3 S / c
SLR观测方程
1
d 2 ct do ds db dr
Remaining systematic & random observation errors Refraction correction Signal delay in the ground system Eccentricity correction at the satellite Eccentricity correction on the ground Elapsed time of the laser pulse Velocity of light Computed range from station to satellite
测距仪仪器常数改正
• 这项误差是由于激光测距仪脉冲信号在测距仪内部 传播时的时间延迟以及计数器的位置与测距仪的几 何中心不一致而引起的。
• 仪器常数可以可以通过在观测前后对地面靶的校正 观测来测定。地面靶至仪器中心间的距离事先已采 用其它方法精确测定。将测距仪的测距结果与精确 的已知值比较后即可求得仪器常数，并对观测值进 行改正。
• 测距的激光：在光学协振腔轴内沿腔轴方向传播的光被 安置在两端的反射镜反射而往返传播，在此过程中不断 引起其它原子的受激跃迁，产生同频率的光子，使光迅 速放大。而与腔轴不平行的光则在往返几次后溢出腔外 ，从而形成方向性极好的激光。
激光卫星测距原理
测距原理
d t c two- wayranging 2
卫星上的反射棱镜偏心改正 潮汐改正
卫星上的反射棱镜偏心改正
激光测卫测定的是从测距仪至反射棱镜间的距离，而定 轨时需要确定的是卫星质心的位置。反射棱镜与卫星质 心不重合，因而在观测值上需对这种偏差加以改正。此 项改正在卫星发射前可精确测定，向用户公布。
潮汐改正
固体潮及海洋负荷会引起测站坐标的变化从而影响距离 观测值。潮汐改正的公式较为复杂，此处不再一一列出 。读者需要时可参阅相关的参考文献。
大气延迟改正
• 此项改正是由于激光脉冲信号在传播过程中需往返两次穿过大气层而 产生的。大气延迟一般可分为电离层延迟和对流层延迟两项。由于激 光测距仪使用的是频率极大的光信号，而电离层延迟又是与信号频率 的平方成反比，故电离层延迟可以视为零而无需考虑。故对于激光测 距仪而言，大气延迟改正是对流层延迟改正。
相对论改正
• 按照爱因斯坦广义相对论原理，光线在引力场中 传播时，传播速度会变慢，路径也会产生弯曲，
这就是电磁波在引力场中的延迟效应，同时考虑 太阳和地球的引力场时，其改正公式如下：
S
2GM 日 c2
ln(
r3 r3
r2 r2
S S
)
2GM c2
地
ln(
R R
r r
S S
)
式中 G、M日、M地、r3、r2、R、r、S 分别为万有引力
激光测距卫星---导航卫星
GPS
Galieo
GLONASS
Compass
激光测距卫星
激光仪分类
1)按激光类型来分 – 脉冲式：激光波段的电压强度 – 相位式激光测距仪 • 用无线电波段的频率，对激光 束进行幅度调制并测定调制光 往返测线一次所产生的相位延 迟； • 再根据调制光的波长，换算此 相位延迟所代表的距离。即用 间接方法测定出光经往返测线 所需的时间。
空间大地测量技术 SLR/LLR
2020/ 8/12
中南大学测绘与国土信息工程系
1
内容要点
➢ 激光测卫 ➢ 激光测月
2020/ 8/12
中南大学测绘与国土信息工程系

2
激光测卫
激光形成
• 激光的最初中文名叫做“镭射”，是它的英文名称LASER 的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写 词。意思是“通过受激发射使光放大”。激光的英文全名 已完全表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著 名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。 更多的信息见/view/2695.htm
TROS, Urumqi, China
TROS, Lhasa, Tibet
昆明
长春
北 京
武汉
上海
中国流动卫星激光测距仪
TROS-Ⅰ
中国地震局地震研究所流动卫星 激光测距仪赴韩国观测
The International Laser Ranging Service
t=φ/ω， D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω =c/(4πf) (Nπ+Δφ)=c/4f (N+ΔN)
激光仪分类
2）根据其构造及精度分
– 第一代： 脉冲宽度在10～40ns， 测距精度约为1—6m。多数采用 带调Q开关的红宝石激光器。
– 第二代：脉冲宽度2～5ns，测距 精度为30～100cm,多数采用了脉 冲分析法 ；