基于G-SPAD的卫星激光测距回波特性

从盖革模式单光子雪崩光电二极管的光电特性出发,分析了卫星激光测距的测距精度与激光脉冲宽度及回波强度的关系,并利用长春站卫星激光测距系统对地球动力学卫星进行观测.结果表明,当回波光子数为1 000左右时,系统测距精度为10.2mm左右,当回波光子数为8 000时,测距精度减小为9.4mm左右,表明回波强度较大时,可提高卫星激光测距系统的测距精度;当激光器脉宽为200ps时,系统测距精度为17.3mm,当脉宽为50ps时,系统的测距精度为10.0mm,表明卫星激光测距系统的测距精度随着脉宽变窄得到了有效提高.为进一步验证理论结果,对Ajisai卫星进行实测,分析了高重复频率激光测距系统对系统测距精度的影响,结果表明采用窄脉宽高重复频率的激光测距系统,激光测距有效回波数和标准点密度呈数量级增加,测距精度也有一定的提高.因此,为了改善卫星激光测距系统回波特性,应选用脉宽窄、重复频率高、能量大的激光器作为基于盖革模式单光子雪崩光电二极管的卫星激光测距系统的激光光源.     

4kHz重复频率卫星激光测距系统及其应用

分析了上海天文台皮秒激光器系统在不同重复频率下的输出功率、输出波形等性能,实现了重复频率为4 kHz、功率为3 W、波长为532 nm的激光稳定输出。建立了4 kHz重复频率卫星激光测距系统,实现了4 kHz重复频率卫星测距,其测量数据量和标准点数据精度比1 kHz重复频率的分别提高了约2.62倍和1.62倍,提升了卫星观测性能。采用Lomb算法获得了Ajisai卫星自转频率(平均值为0.4234 Hz)以及自转频率准确度(0.0054 Hz),与1 kHz激光观测系统相比,4 kHz重复频率卫星激光测距系统的卫星自转测定精度显著提升。     

kHz激光器在武汉卫星观测站的测距实验

高重复频率激光器是kHz卫星激光测距系统的重要组成部分,提高激光发射频率可以有效地获得更多的观测数据,这是当今卫星激光测距领域的发展方向.针对武汉卫星观测站进行的kHz激光测距实验,介绍了kHz激光器的工作过程和原理,分析了影响高重复频率回波探测的因素.实验结果表明:对实验过程中所观测到的中低轨卫星,观测数据量提高了1...     

用阶跃法测量光声成像系统的点扩展函数

从理论上证明了光声成像系统的点扩展函数是边缘响应函数的一阶导数,提出了用阶跃法测量光声成像系统的点扩展函数,用染色琼脂对本方法进行了实验验证,理论计算结果和实验测量数据有很好的一致性,为复杂光声成像系统提供了一种简单实用的点扩展函数测量方法。     

激光测距卫星的质心改正模型

卫星质心改正值(简称CoM,Center-of-Mass)是卫星激光测距系统中的一个重要参量,准确估算该参量有助于提高卫星激光测距精度.本文以Lageos卫星为例,应用概率理论以及卫星上的角反射器对光子的反射概率与反射器的光学截面成正比,建立了球形激光卫星的CoM数学模型,并计算了几颗球形卫星的CoM值,还对一般的情况进行了讨论.     

基于泽尼克多项式的显微镜点扩展函数研究

在计算光学切片显微成像(COSM)的非盲图像复原中,准确获取系统点扩展函数对图像复原质量和复原结果的稳定性有重要影响.显微镜系统的点扩展函数的获取通常有两种方式:数值计算和物理测量.数值计算运算量大,涉及的参数较多且难以准确估计,因而在实际应用中具有一定的局限性;物理测量得到的点扩展函数最能真实体现显微镜系统的光学特性,但其存在着信噪比(SNR)低的缺点,使用之前必须对其进行预处理.针对物理测量得到的点扩展函数详细讨论了如何运用扩展Nijboer-Zernike理论(ENZ)来对测得的点扩展函数进行重建.实验证明,该方法能快速准确地重建显微镜的三维点扩展函数,提升其信噪比.     

基于反射点源的高分辨率光学卫星传感器在轨调制传递函数检测

调制传递函数(MTF)可用来评估高分辨率光学卫星传感器像质,在轨MTF检测对于高分辨率卫星遥感数据的应用和未来卫星遥感器的发展具有重要意义。提出一种基于反射点源的直接检测方法,利用遥感影像数据计算得到成像系统的点扩展函数(PSF),进而获取系统的MTF值。根据成像关系和点光源图像数据,并利用非线性方程优化求解的方式得到被测光学卫星传感器成像系统的一维线扩展函数值,进而验证了可近似用高斯模型来表征高分辨率光学卫星传感器的PSF。实验结果表明,基于反射点源的光学卫星传感器在轨MTF检测结果与基于刃边靶标的在轨MTF检测结果的差异小于5%,能够实现高分辨率光学卫星传感器的在轨MTF检测。     

定量中子数字成像散射校正的蒙特卡罗模拟

 中子数字成像过程中,散射中子可降低像质致使提取样品的定量信息变得困难。针对该情况,分析了中子微光成像系统图像散射降质的原理,采用点扩展函数的叠加来表征散射中子引起图像降质的过程,借助于蒙特卡罗方法（MC）对点扩展函数进行模拟和建模,将点扩展函数描述为样品厚度以及样品到探测器距离为参量的解析函数,研究了点扩展函数的计算方法。研究结果表明,借助于MC方法构建系统的点扩展函数之解析函数,并利用该函数对中子图像进行散射校正,是一种行之有效的定量中子数字成像散射校正方法。     

单光子探测技术的高峰—月球激光测距

月球激光测距的资料对诸多学科的研究有着重要独特的价值,但由于该项技术的高难度,即真正意义上的单光子探测,使得它成为激光测距技术研究和奋斗的目标。云南天文台1．2米望远镜卫星激光没距系统已经建成并正式参加国际及国内卫星激光测距网的联测,同时在进行激光测月的研究与准备。该文分析了月球激光测距回波的特性,以及为在1．2米望远镜测距系统上实现激光测月所采取的提高回波强度的措施。     

X射线成像的一种点扩展函数模型

X射线成像系统可以通过其点扩展函数来表行,其点扩展函数分为一次射线点扩展函数和散射点扩展函数两部分。在分析点扩展函数各个影响因素的基础上,建立了以物体厚度、物体到探测器距离以及成像几何设置为参量的解析模型。利用该模型推导出了特定入射射线能谱和射线源到探测器距离情况下散射比的计算公式。它是以物体厚度和物体到探测器距离为变量的函数。在利用实验数据对模型参量进行最优估计的基础上,利用散射比实验验证了模型的正确性。为散射和几何不清晰度的消除提供了一种实用的模型依据。     

PN1B微小卫星激光反射器设计及激光测距试验

大气密度探测实验卫星PN1B于2015年9月在太原卫星发射中心成功发射,为了实现对该卫星星载GPS定轨数据提供检核标准及高精度测轨应用要求,依据卫星无法提供阵列结构激光反射器所需要的安装面积的限制,首次采用通光口径为10 mm的微小激光反射器按照不同的指向分布在卫星的棱边。利用TROS1000流动人卫激光测距系统对该卫星进行追踪和激光测距试验,测量结果表明激光回波数据充足,每秒平均激光回波光子数达173个,标志着此类微小激光反射器的应用将会在卫星轨道精密定轨方面发挥重要作用。     

高精度千赫兹流动激光测距系统中国西部地区实测结果分析

为了解决人造卫星激光测距观测站在我国东西部地区分布不均衡的现状,中国地震局地震研究所采用方便运输的载车结构和皮秒级千赫兹半导体激光器,结合自行研制的皮秒级事件计数器和纳秒级距离门,研制了新一代的大口径流动卫星激光测距系统TROS1000.TROS1000具备千赫兹流动激光测距的能力,并且具有机动灵活、架设周期短等特点.2019年9月,TROS1000抵达中国科学院新疆天文台南山观测站,在我国西部地区首次获取千赫兹激光观测数据.经过数据预处理,中低轨卫星的单次精度优于14 mm,高轨卫星的单次精度优于19 mm,与上一代流动激光测距系统相比,其单次精度更高,有效回波信号更多,目标探测能力更强.     

圆扫描变像管人卫激光测距技术研究

在本文中,我们设计并研制了用于毫米级精度人卫激光测距的圆扫描时间分析系统。研制的圆扫描变像管理论时间分辨率可优于3ps,可用于双色测距;偏转灵敏度高达10cm/kV,偏转空间分辨率优于24lp/mm;利用双MCP内增强,增益～1×10⁶,并有门控功能以进一步提高信噪比和动态范围。扫描控制电路能提供300MHz、10W的正弦信号,其频率、幅度、相位稳定度均可满足要求。调试过程中较好地解决了阻抗变换、空间干扰和相位正交等关键问题。在仅2W的RF功率驱动下,即可实现稳定的φ24mm的圆扫描,系统实测时间分辨率达4.8ps。在实验室实测测距精度达亚毫米级。动态实验及模拟测距表明,该时间分析系统可满足第四代人卫激光测距系统的需要。     

Satellite laser ranging experiment with sub-centimeter single-shot ranging precision at Shanghai Observatory

The Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences, incollaboration with the Czech Technical University, carried out the experiment of satellite laser ranging with sub-centimeter precision in Shanghai in August 2001. A pico-second event timer was used for the measurement of the time interval between the transmitted and returned laser pulses for Lageos 1, 2, Starlette, Stella, Topex/Poseiden and ERS-2 in coordination with the existing laser transmitting and receiving system at the Shanghai Observatory. The analysis of the measurement showed that the single-shot ranging precision with these satellites is 7-8 mm. In order to compare ranging precision, the existing ranging system has tracked simultaneously these satellites and obtained the ranging precision of 12-15 mm. It means that the ranging precision with the new system is 80% better thanthe existing system. The systematic biases with the existing system have also been checked in the experiment.     

多帧距离选通图像点扩散函数估计的超分辨率重建

为了解决水下激光距离选通图像成像过程中退化模型复杂的难题,提出了利用连续帧图像估计点扩散函数的距离选通超分辨成像方法。首先,从连续帧图像中选取一帧为参考帧作为初始清晰图像,下一帧图像为模糊图像,用梯度约束的方法求出点扩散函数,用于优化清晰图像;然后,依次将后续帧图像当作模糊图像与清晰图像交替迭代求取点扩散函数并优化更新清晰图像;最后获得的清晰图像与参考帧图像用乘法更新的方法估计点扩散函数,结合凸集投影法算法进行超分辨率成像重建。仿真实验结果表明,改进的算法重建图像分辨率和质量明显优于原始的算法。     

A Raman laser system for multi-wavelength satellite laser ranging

~~A Raman laser system for multi-wavelength satellite laser ranging@K.Hamal$Czech Technical University in Prague,Czech @I.Prochazka$Czech Technical University in Prague,Czech @J.Blazej$Czech Technical University in Prague,Czech1. Yang Fumin, Chen Wanzhen, Zhang Zhongping et al., Satellite laser ranging experiment with sub-centimeter single-shot ranging precision at Shanghai Observatory, Science in China, Ser. A, 2002, 32(10): 935-939. 2. Degnan, J. J., Millimeter accurac…     

被动测距系统的数字图像生成模块设计

为了检验和优化被动测距系统的设计,利用傅里叶光学理论设计并实现了一种数字图像生成模块,在给定光学系统参数条件下,模拟得到了系统的光学传递函数、点扩散函数等重要特性,在两种不同的光电被动测距方案下对该系统进行了系统仿真实验,实验结果验证了模块设计的合理性.     

Space debris laser ranging with a 60 W single-frequency slab nanosecond green laser at 200 Hz

Space debris laser ranging was achieved with a 60 W, 200 Hz, 532 nm nanosecond slab, single-frequency green laser at the Shanghai Astronomical Observatory's 60 cm satellite laser ranging system. There were 174 passes of space debris measured in 2017, with the minimum radar cross section(RCS) being 0.25 m~2 and the highest ranging precision up to 13.6 cm. The RCS of space debris measured with the farthest distances in 174 passes was analyzed. The results show that the farthest measurement distance(R) and RCS(S) were fitted to R = 1388.159 S0.24312, indicating that this laser can measure the distance of 1388.159 km at an RCS of 1 m~2,which is very helpful to surveillance and research on low-Earth-orbit space debris.