空间定位几种常用的空间定位技术
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4）确定地球重力场
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§4.3、激光测卫和激光测月
六、激光测月（LLR)
Lunar Laser Ranging
1、原理
用大功率激光测距仪向安置 在月球表面上的反射棱镜发射激 光脉冲信号，测定信号的往返传 播时间，进而求出仪器到反射棱 镜之间距离的方法和技术称为激 光测月。
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§4.3、激光测卫和激光测月
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§4.3、激光测卫和激光测月
三、人卫激光测距仪
1 激光仪分类（续）
2）根据其构造及精度大体可以分为三代
Leabharlann Baidu
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
空间大地测量理论基础
第四章、几种常用的空间定位技术(2)
B A
S2
S1
B
A
S1
S2
S3
S4
B
A
h
1
第四章、几种常用的空间定位技术(2)
§4.1、甚长基线干涉测量 §4.2、人卫摄影观测 §4.3、激光测卫和激光测月 §4.4、多普勒定位（Transit,DORIS） §4.5、卫星测高
h
2
§4.3、激光测卫和激光测月
△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
3）大气延迟改正
4）卫星上的反射棱镜偏心改正
5）潮汐改正
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12
五、SLR的用途现状及前景
1、激光测卫站
1）中国已经建立的武汉、上海、长春、北京和昆明等5个激光测卫站。 2）流动激光测卫站：乌鲁木齐，拉萨
长春
TROS, Urumqi, China
在光学谐振腔内沿腔轴方向传播的光受安置在两端的 反射镜反射而往返传播，在此过程中不断引起其他原 子的受激跃迁，产生同频率的光子，使光迅速放大。
与腔轴不平行的光则在往返几次后逸出腔外，从而形 成方向性极好的激光。
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§4.3、激光测卫和激光测月
激光具有下列特点 ⑴高功率激光器的输出功率可达GW级。 ⑵激光的谱线很窄，便于在接收系统中用窄带滤光片来消除天空
北京
武汉
上海
TROS, Lhasa, Tibet
昆明
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1、激光测卫站
2）国际上
目前在工作的SLR站如图所示，图中红色三角形测站表示正在工 作的测站，大约有44个站。
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14
美国：Mcdonald
德国：GFZ
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2、用途
1）确定地心坐标，绝对定 位精度很高。
2）定轨
3）测定极移、地球自转、 板块运动、地壳形变等
2、月球表面上的反射棱镜
L1
A15 L2
A11
A14
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Apollo-11
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Apollo-14
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20
Apollo-15
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Lunakhod 1
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Lunakhod 2
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3、激光测月的激光观测站
美国Texas州的McDonald天文台 美国Hawaii州的Haleakala天文台 法国的Grasse观测站 澳大利亚Orrorral站 德国的Wettzell观测站
三、人卫激光测距仪 1 激光仪分类 1)按激光类型来分 脉冲式 相位式激光测距仪：是用无线电波段的频
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，如右下图所示。 t=φ/ω， D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω =c/(4πf) (Nπ+Δφ)=c/4f (N+ΔN)
背景的噪声，从而大大提高信噪比。 ⑶激光的发散角极小，在很远的距离上光能量仍能集中在一个很
小的范围内，有的激光测距系统发散角只有2″，在月球表面上 光斑直径也只有4km。
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§4.3、激光测卫和激光测月
一、激光测卫测距原理
2、原理
用安装在地面测站的激光测距仪向安 装了后向反射棱镜的激光卫星发射激光脉 冲信号，该信号被棱镜反射后返回测站， 精确测定信号的往返传播时间，进而求出 仪器到卫星质心间的距离的方法和技术称 为卫星激光测距或激光测卫（ SLR:Satellite Laser Ranging) 。目前的 测距精度可达1cm左右
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§4.3、激光测卫和激光测月
一、激光测卫（SLR) 2、原理(续) D=C.⊿t/2+ ⊿D ⊿D为测距改正数
激光测距 仪
带反射棱镜的激光 卫星
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6
§4.3、激光测卫和激光测月
二、激光测距卫星
1、激光测距专用卫星 Lageos卫星 Starlette卫星
Starlette
h
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§4.3、激光测卫和激光测月
一、激光测距的基本原理
1.激光
激 光 LASER （ Light Amplication by Stimulated Emission of Radiation）是指光的受激 辐射以实现光放大。
当激光物质处于粒子数反转分布状态时，由自发辐射 而产生的光子将引起其它原子受激跃迁，从而使光得 到受激放大。
二、激光测距卫星(续) 2、非专用卫星 ATS-6 海洋卫星Seasat-1 海 洋 地 形 试 验 卫 星
Topex/Poseidon 部分GPS卫星等。
这些卫星之所以安装 激光反射棱镜，主要是把激光测 距也作为一种定轨的手段。
ATS-6 Topex
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Seasat-1 GPS卫星
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§4.3、激光测卫和激光测月
（3）光电头
（4）脉冲测量系统
（5）时频系统
（6）伺服系统
（7）计算机等部分组成的
h
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§4.3、激光测卫和激光测月
四、激光测距观测值误差改正
1）测距仪仪器常数改正 不同仪器之间的常数改正 地面大气延迟改正
2）观测时间改正△t= △t1+ △t2+ △t3
△t1为工作钟与标准时间之间的差异；
△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，也称为触发延迟 改正
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 。
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§4.3、激光测卫和激光测月
三、人卫激光测距仪
2.人卫激光测距仪的结构
整个测距仪是由：
（1）激光器
（2）望远镜
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3、激光测月的激光观测站
美国Texas州的McDonald天文台
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3、激光测月的激光观测站
美国Hawaii州的Haleakala天文台
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§4.3、激光测卫和激光测月
六、激光测月（LLR)
Lunar Laser Ranging
1、原理
用大功率激光测距仪向安置 在月球表面上的反射棱镜发射激 光脉冲信号，测定信号的往返传 播时间，进而求出仪器到反射棱 镜之间距离的方法和技术称为激 光测月。
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§4.3、激光测卫和激光测月
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§4.3、激光测卫和激光测月
三、人卫激光测距仪
1 激光仪分类（续）
2）根据其构造及精度大体可以分为三代
Leabharlann Baidu
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
空间大地测量理论基础
第四章、几种常用的空间定位技术(2)
B A
S2
S1
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A
S1
S2
S3
S4
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第四章、几种常用的空间定位技术(2)
§4.1、甚长基线干涉测量 §4.2、人卫摄影观测 §4.3、激光测卫和激光测月 §4.4、多普勒定位（Transit,DORIS） §4.5、卫星测高
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§4.3、激光测卫和激光测月
△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
3）大气延迟改正
4）卫星上的反射棱镜偏心改正
5）潮汐改正
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五、SLR的用途现状及前景
1、激光测卫站
1）中国已经建立的武汉、上海、长春、北京和昆明等5个激光测卫站。 2）流动激光测卫站：乌鲁木齐，拉萨
长春
TROS, Urumqi, China
在光学谐振腔内沿腔轴方向传播的光受安置在两端的 反射镜反射而往返传播，在此过程中不断引起其他原 子的受激跃迁，产生同频率的光子，使光迅速放大。
与腔轴不平行的光则在往返几次后逸出腔外，从而形 成方向性极好的激光。
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§4.3、激光测卫和激光测月
激光具有下列特点 ⑴高功率激光器的输出功率可达GW级。 ⑵激光的谱线很窄，便于在接收系统中用窄带滤光片来消除天空
北京
武汉
上海
TROS, Lhasa, Tibet
昆明
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1、激光测卫站
2）国际上
目前在工作的SLR站如图所示，图中红色三角形测站表示正在工 作的测站，大约有44个站。
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美国：Mcdonald
德国：GFZ
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2、用途
1）确定地心坐标，绝对定 位精度很高。
2）定轨
3）测定极移、地球自转、 板块运动、地壳形变等
2、月球表面上的反射棱镜
L1
A15 L2
A11
A14
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Apollo-11
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Apollo-14
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20
Apollo-15
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Lunakhod 1
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22
Lunakhod 2
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3、激光测月的激光观测站
美国Texas州的McDonald天文台 美国Hawaii州的Haleakala天文台 法国的Grasse观测站 澳大利亚Orrorral站 德国的Wettzell观测站
三、人卫激光测距仪 1 激光仪分类 1)按激光类型来分 脉冲式 相位式激光测距仪：是用无线电波段的频
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，如右下图所示。 t=φ/ω， D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω =c/(4πf) (Nπ+Δφ)=c/4f (N+ΔN)
背景的噪声，从而大大提高信噪比。 ⑶激光的发散角极小，在很远的距离上光能量仍能集中在一个很
小的范围内，有的激光测距系统发散角只有2″，在月球表面上 光斑直径也只有4km。
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§4.3、激光测卫和激光测月
一、激光测卫测距原理
2、原理
用安装在地面测站的激光测距仪向安 装了后向反射棱镜的激光卫星发射激光脉 冲信号，该信号被棱镜反射后返回测站， 精确测定信号的往返传播时间，进而求出 仪器到卫星质心间的距离的方法和技术称 为卫星激光测距或激光测卫（ SLR:Satellite Laser Ranging) 。目前的 测距精度可达1cm左右
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§4.3、激光测卫和激光测月
一、激光测卫（SLR) 2、原理(续) D=C.⊿t/2+ ⊿D ⊿D为测距改正数
激光测距 仪
带反射棱镜的激光 卫星
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§4.3、激光测卫和激光测月
二、激光测距卫星
1、激光测距专用卫星 Lageos卫星 Starlette卫星
Starlette
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§4.3、激光测卫和激光测月
一、激光测距的基本原理
1.激光
激 光 LASER （ Light Amplication by Stimulated Emission of Radiation）是指光的受激 辐射以实现光放大。
当激光物质处于粒子数反转分布状态时，由自发辐射 而产生的光子将引起其它原子受激跃迁，从而使光得 到受激放大。
二、激光测距卫星(续) 2、非专用卫星 ATS-6 海洋卫星Seasat-1 海 洋 地 形 试 验 卫 星
Topex/Poseidon 部分GPS卫星等。
这些卫星之所以安装 激光反射棱镜，主要是把激光测 距也作为一种定轨的手段。
ATS-6 Topex
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Seasat-1 GPS卫星
8
§4.3、激光测卫和激光测月
（3）光电头
（4）脉冲测量系统
（5）时频系统
（6）伺服系统
（7）计算机等部分组成的
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§4.3、激光测卫和激光测月
四、激光测距观测值误差改正
1）测距仪仪器常数改正 不同仪器之间的常数改正 地面大气延迟改正
2）观测时间改正△t= △t1+ △t2+ △t3
△t1为工作钟与标准时间之间的差异；
△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，也称为触发延迟 改正
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 。
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§4.3、激光测卫和激光测月
三、人卫激光测距仪
2.人卫激光测距仪的结构
整个测距仪是由：
（1）激光器
（2）望远镜
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3、激光测月的激光观测站
美国Texas州的McDonald天文台
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3、激光测月的激光观测站
美国Hawaii州的Haleakala天文台