卫星激光测距
| 英文 | Satellite Laser Ranging |
|---|---|
| 观测目标 | 带激光反射器的合作卫星 |
| 核心原理 | 测量激光脉冲从地面站到卫星的往返飞行时间 |
| 主要应用 | 精密定轨、地球重力场模型、地球参考架建立 |
卫星激光测距（Satellite Laser Ranging, 简称 SLR）是一种极其精确的卫星跟踪技术。它通过精确测量一束短促的激光脉冲从地面观测站发射，经由卫星上的特制激光反射器阵列反射，最终返回到地面站的往返飞行时间，来精确测定地面站到卫星的瞬时距离。
SLR是空间大地测量技术中精度最高的绝对距离测量手段之一，为地球科学研究提供了宝贵的数据。
观测原理
SLR系统的基本工作流程如下：
- 激光发射：地面站的望远镜系统向预报的卫星方向发射一束能量极高、脉冲宽度极窄（皮秒级）的激光。
- 卫星反射：激光脉冲到达卫星后，被卫星上安装的角锥棱镜反射器（Corner Cube Reflector）精确地沿原路返回。这种反射器能保证无论入射角如何，反射光线都与入射光线平行。
- 信号接收：地面站的望远镜接收到从卫星返回的微弱激光信号。
- 时间测量：系统中的高精度计时器记录下激光脉冲从发射到接收的完整时间间隔（Δt）。
- 距离计算：地面站到卫星的距离（R）可以通过以下公式计算：
- 其中 c 是光速。
通过对一次卫星过境过程中的多次观测，可以获得一系列高精度的距离测量值，从而精确地确定卫星的轨道。
系统组成与国际合作
一个完整的SLR系统包括：
- 地面站网络：由全球分布的激光测距台站组成，负责发射和接收激光信号。
- 空间段：指携带激光反射器阵列（Laser Retroreflector Array, LRA）的合作卫星。
- 数据中心：负责收集、处理和分发SLR观测数据。
全球SLR的运行和协调由国际激光测距服务组织（International Laser Ranging Service, ILRS）负责。ILRS为全球大地测量和地球物理研究提供高质量的SLR数据产品。
主要应用
精密卫星定轨
SLR是检验和标定其他卫星轨道测量技术（如GNSS）的基准。许多重要的科学卫星，包括导航卫星、海洋测高卫星和地球观测卫星，都携带激光反射器，以便通过SLR技术获得其最精确的轨道信息。
建立和维持地球参考架
SLR是建立和维持国际地球参考架 (ITRF)的核心技术之一。它通过长期观测全球台站网，提供实现ITRF所必需的两个关键信息：
- 坐标系原点：精确确定地球质量中心（地心）的位置，SLR是定义地心的最主要技术手段。
- 坐标系尺度：提供全球测站网络间的绝对距离，为整个参考框架提供精确的尺度基准。
测定地球重力场模型
卫星的轨道运动直接受到地球重力场的影响。通过SLR技术获得的超高精度轨道数据，可以反演出高精度、高分辨率的地球重力场模型，这对于海洋学、冰川学和地球物理学研究至关重要。
测定地球定向参数 (EOP)
SLR观测数据可用于测定地球定向参数，特别是地心运动和极移。它为监测地球自转和轴摆动提供了重要补充。
验证基础物理理论
SLR技术也被用于验证广义相对论等基础物理学理论，例如通过对月球激光测距（LLR，即向月球上的反射器发射激光）来检验引力理论。