基于高精度衛(wèi)星激光測距數(shù)據(jù)的漂移誤差分析與研究

李知非，湯儒峰，翟東升，3，4，李祝蓮，3，4，伏紅林，4，黃凱，曹進(jìn)，，李語強(qiáng)，3，4

（1 中國科學(xué)院云南天文臺(tái)，昆明 650216）

（2 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

（3 中國科學(xué)院空間目標(biāo)與碎片觀測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210023）

（4 云南省太陽物理與空間目標(biāo)監(jiān)測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650216）

（5 樂山師范學(xué)院 數(shù)理學(xué)院，樂山 614000）

0 引言

衛(wèi)星激光測距（Satellite Laser Ranging， SLR）是通過精確測定激光脈沖從地面觀測站發(fā)送到衛(wèi)星的往返時(shí)間間隔來測量觀測站與衛(wèi)星距離的技術(shù)，其測距精度可達(dá)厘米級(jí)。SLR 主要應(yīng)用于精密確定衛(wèi)星軌道、精確測量地球自轉(zhuǎn)參數(shù)、精密建立地球參考系等［1］。這些科學(xué)應(yīng)用也推動(dòng)著SLR 技術(shù)向獲得高質(zhì)量、高精度的數(shù)據(jù)發(fā)展。

目前，國內(nèi)外大多數(shù)激光測距站采用的探測器是單光子雪崩二極管（Single Photon Avalanche Diode，SPAD）［2-5］。SPAD 量子效率高，時(shí)間響應(yīng)快速，且靈敏度高，可以探測到最少為單光子量級(jí)的激光脈沖回波［1］，這對(duì)于回波微弱但又需要獲得高精度數(shù)據(jù)的SLR 來說十分合適，所以在SLR 系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但由于SPAD 的探測特性，其在工作時(shí)會(huì)在測距結(jié)果中引入漂移誤差（Walk Error）［6］，該誤差會(huì)對(duì)激光測距的精度產(chǎn)生影響。針對(duì)漂移誤差，國內(nèi)外科研人員已經(jīng)做了諸多研究。2010年，OH M S 等對(duì)基于SPAD 的激光雷達(dá)做了探測概率模型描述，并對(duì)基于SPAD 的激光雷達(dá)測量結(jié)果中的漂移誤差進(jìn)行分析與改正［7］。2013年，徐璐等針對(duì)基于SPAD 的激光雷達(dá)系統(tǒng)提出了一種新的回波信號(hào)處理方法來抑制漂移誤差［8］。2015年，OTSUBO T 等對(duì)于激光測距不同回波光子數(shù)對(duì)質(zhì)心修正的影響做了統(tǒng)計(jì)，其中也包含了對(duì)漂移誤差抑制方法的討論［9］。……