離焦像差對激光測距回波光子數的影響分析

趙闖闖，翟東升，李語強

(1. 中國科學院云南天文臺，云南 昆明 650216；2. 中國科學院大學，北京 100049)

激光測距技術通過精確測定激光脈沖在地面觀測站和目標之間的往返時間，并根據光速計算地面觀測站和目標間的距離[1]。作為目前最精確的測量手段，激光測距的目標主要有合作目標(攜帶角反射器)、空間碎片和月球，觀測數據對天文地球動力學、月球物理和引力理論等諸多科學研究有重要的價值。

在激光測距中，不同高度的目標受到的攝動影響不同，軌道的預報精度也不同，高軌道目標的預報精度優于低軌道目標的[2]。對于低軌目標，可以通過增大發散角增加激光到達目標表面時的光束面積，有利于目標的搜索；而對于高軌目標，應減小發散角，以增加激光到達目標表面時的能量密度，有利于提高探測成功的概率。因此，為滿足不同距離目標的測距要求，我們通常采用擴束系統調整激光發散角。

目前，云南天文臺及國內大部分激光測距臺站采用倒置的伽利略式望遠鏡擴束系統調整光束發散角。通過移動擴束系統中的凹透鏡調整兩透鏡間的距離來改變發散角，稱為離焦式擴束系統，距離的調整量稱為離焦量。該方式調整發散角時，系統不再是共焦狀態，光束波前不再是平面波，存在波前畸變，從而產生離焦像差，影響光束質量，降低回波信號的強度，進而影響系統的測距能力。因此，研究離焦像差對回波光子數的影響具有重要意義。……