《全天时高重复频率卫星激光测距系统关键技术及应用》

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高精度全天时卫星激光测距(SLR)及地球定向参数(EOP)确定技术,是北斗卫星(高度从2万公里到3.6万公里)测定轨及其导航定位应用最棘手的关键难题之一。长期以来我国激光测距水平不高,只能对几千公里高度卫星进行低精度夜晚观测,定轨及导航定位缺少自主可控的高精度EOP产品。项目通过十多年攻关,突破了13项关键技术,研制了全天时高重频激光测距系统和EOP产品服务系统,成功应用于北斗系统建设等国家重大工程。主要创新成果:

1.创建了高重复频率高轨卫星激光测距技术,实现了我国卫星激光测距精度从厘米级到亚厘米级、最大测程从2万公里到4万公里的跨越,解决了高分辨率距离门控、激光大气后向散射自动规避、高精度宽速度卫星跟瞄等关键技术难题,在国际上率先实现了对高轨同步卫星的高精度激光测距,成为北斗系统重要观测手段和唯一轨道检核及系统偏差校准技术。

2.拓展了全天时激光测距方法,构建了高频激光白天监视、强背景噪声滤波、微弱信号实时识别等技术,研制了全天时激光接收终端,攻克了白天强背景噪声干扰等技术瓶颈,实现了我国卫星激光测距从夜晚观测到全天时观测的跨越,数据覆盖率提高了40%,满足了卫星跟踪弧段及高精度位置确定需求。

3.提出了全固态高重复频率皮秒脉宽激光产生方法,构建了全固态皮秒激光被动锁模和准连续泵浦高重频再生放大技术,解决了高倍率放大中热退偏与热透镜消除等瓶颈问题,在国内率先研制了高精度高稳定度的全固态、千赫兹、大能量皮秒脉宽激光器,澂光能量密度提升了3倍,为北斗激光测距系统研制提供了核心潋光器。

4.提出了融合全天时激光测距技术和GNSS/VLBI/DORIS技术自主确定和预报E0P的方法,解决了多种技术基准定义、海量数据处理及E0P自适应多模式预报等关键难题,建立了由数据采集、数据分析和产品发布组成的高精度EOP服务系统,有效缓解了该产品长期依赖国外的现状。

项目总体技术指标优于国内外同类产品:激光测距精度达亚厘米级,测距频率达2千赫兹,最大测程为4万公里:高重复频率测距激光器平均功率大于1.5瓦,倍频转换效率≥60%,价格仅是国外同类产品的1/3,已替代国外同类产品,降低了任务成本:E0P产品自主可控,满足重大任务精度及时效性需求。

项目成果应用于我国卫星跟踪站(北斗喀什站及三亚站、武汉九峰站、境外阿根廷站等)激光测距系统研制、北斗卫星导航系统运维、国家时空基准建设、BDS/HY-2/ZY-3等卫星精密测定轨等国家重大工程,解决了我国卫星跟踪控制长期以来无境外激光测距站、北斗卫星轨道精度外部检核及系统偏差补偿、高精E0P产品短缺等难題,建立了完善的先进的SLR系统研发及应用技术体系,彻底改变了我国激光测距能力不足的局面,推动激光测距及应用水平迈入国际先进行列。项目获得授权国家发明专利9项、软件著作权11项;出版专著3部,发表论文76篇。2016年获测绘科技进步特等奖1项。

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