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激光测距技术在空间的应用

□齐炜胤尤政张高飞孙剑张弛

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随着空间技术和航天工业的激光测距技术综合了激光器发射的激光进行光强调制,利用
发展,空间距离测量已成为空间技术、光子探测技术、信号处理激光空间传播时调制信号的相位
领域的重要研究内容。传统雷达技术等多项技术,测距精度高,变化量,根据调制波的波长,计
测距在太空中极易受到高能粒子测程大,可靠性高,能够满足空算出该相位延迟所代表的距离。
和电磁波的干扰,测量精度低,间目标高精度、大测程测距的要即用相位延迟测量的间接方法代
无法满足高精度测量的要求。宇求,在空间测量领域获得了广泛替直接测量激光往返所需的时
宙空间空气稀薄、温度变化剧应用。间,实现距离的测量。这种方法
烈,无法进行超声波测距。因精度可达到毫米级。
此,测量空间距离需要一种适合一、激光测距技术的基本原理三角法激光测距是由激光器
空间环境、抗干扰能力强和测量$$$$$$$$$$$$$$发出的光线,经过会聚透镜聚焦
精度高的测距方法。激光测距技术按照测程可以后入射到被测物体表面上,接收
激光测距技术是一种自动非分为绝对距离测量法和微位移测透镜接收来自入射光点处的散射
接触测量方法,对电磁干扰不敏量法。按照测距方法细分,绝对光,并将其成像在光电位置探测
感,抗干扰能力强,测量精度距离测距法主要有脉冲式激光测器敏感面上。当物体移动时,通
高。与一般光学测距技术相比,距和相位式激光测距,微位移测过光点在成像面上的位移来计算
它具有操作方便、系统简单及白量法主要有三角法激光测距和干出物体移动的相对距离。三角法
天和夜晚都可以工作的优点。与涉法激光测距。激光测距的分辨率很高,可以达
雷达测距相比,激光测距具有良脉冲激光测距的原理是:由到微米数量级。
好的抗干扰性和很高的精度。脉冲激光器发出一持续时间极短干涉法激光测距是通过移动
在重复测距的同时,以细激的脉冲激光(主波),经过待测被测目标并对相干光进行测量,
光束对空间扫描,同时获得目标距离L后射到被测目标,有一部经计数完成距离增量的测量,因
的距离、角度和速度等信息,这分能量会被反射回来,被反射回此干涉法测量的灵敏度非常高,
就是激光雷达。激光雷达能实现来的脉冲激光称为回波。回波返可以达到纳米级。
很多传统雷达达不到的性能要回测距仪,由光电探测器接收。固体激光器和半导体激光器
求。激光的发散角小、能量集根据主波信号和回波信号之间的技术的发展以及高功率、高亮
中,能够实现极高的探测灵敏度间隔,即激光脉冲从激光器到被度、高效率半导体激光二极管的
和分辨率;其极短的波长使得天测目标之间的往返时间t,就可出现,使得激光测距装置具有结
线和系统尺寸可以很小,这些都以算出待测目标的距离。构紧凑、质量轻、寿命长、效率
是传统雷达所不可比拟的。与微D=1ct高等特点,非常适合空间环境的
波雷达相比,激光测距仪方向性2应用。从20世纪80年代后期开
好、体积小、重量轻,非常适用式中c为光速。脉冲法精度始,除了美国之外,欧洲和日本
于搭载在航天器上进行空间目标一般在米量级。也开始研究开发空间用激光测距
距离测量。相位激光测距的原理是:对装置。激光测距装置在空间任务

··38中国航天2008年第5期
中的运用越来越广泛。系统由光学分系统(AMOS)和特别是在几十公里到几米这一范
跟踪识别分系统(MOTIF)组围内起着主要导航作用。这是由
二、激光测距在空间成,前者包括一台1.58m卡塞格交会对接的实际要求和激光雷达
技术中的应用简况林望远镜、一台激光发射器和一的性能所决定的。因为在这个阶
!!!!!!!!!!!台AMOS获取设备,主要用于测段,交会对接的精度要求很高,
1.空间碎片探测量、跟踪、红外目标识别和补偿很短的距离对于微波雷达来说是
空间碎片俗称太空垃圾,是成像;后者由两台并联安装的测量盲区,而且其精度也远远不
指宇宙空间中除正常工作的飞行1.22m卡塞格林望远镜组成,主能满足要求。激光雷达由于自身
器外的所有人造物体,大到废弃要用于测量轨道高度在4800km的优点,如动态范围很宽、精度
的卫星、运载火箭末级,小到固以下的卫星的反射特性、热辐射极高等,最适合于交会对接。
体火箭发动机燃烧后的三氧化二特性并对其成像。由于在太空中不存在大气的
铝小颗粒或从航天器上剥落下来美国弹道导弹防御局在20世影响,加上激光雷达自身的巨大
的漆片。纪90年代初开始研制“快速光束优势,使得激光雷达在空间交会
空间碎片的存在严重威胁着操纵系统”(ROBS)。它是一种对接中获得