高精度的卫星激光测距
2009年，位于南半球的阿根廷发行了一枚天文题材的纪念邮票。邮票右边是天文台的圆顶，中间用西班牙文标注了天文台的名字——费利克斯•阿吉拉尔天文台，左边是由中国测绘科学研究院和中科院国家天文台联合研制的卫星激光测距仪的望远镜部分。
在阿根廷发行的纪念邮票上，怎么会出现我国研制的仪器呢？
原来，从1999年开始，阿根廷就开始与我国进行科技合作，国家天文台与阿根廷圣胡安大学筹备建立了一个新的卫星观测站，开展合作观测与研究。由于圣胡安气候干燥、晴天多，年均有多达约300个可观测日，非常适合进行包括卫星观测在内的天文观测。随后，中国测绘科学研究院与国家天文台联合研制了这台第三代高精度卫星激光测距仪(发射和接收口径分别为25厘米和60厘米)，如图1所示。
仪器于2005年底安装在圣胡安大学的费利克斯•阿吉拉尔天文台，2006年初完成调试，并投入运行，测程和精度等主要指标立即达到了国际激光测距服务组织的规范，获得正式台站编号7406。该系统结果的总体指标在2006年位列全球第六名，这是我国卫星激光测距(SLR)观测历史上的最好成绩；2007年又进一步，位于第五名；2008年则跃居全球第三名(总观测量和对观测难度较大的高轨卫星的观测量居全球第二名)。
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为了支持和纪念中阿科技合作，阿根廷于2009年度发行了这枚纪念邮票。
什么是卫星激光测距
卫星激光测距(satellite laser ranging，简称为SLR)，是利用安置在地面上的卫星激光测距系统所发射的激光脉冲，跟踪观测装有激光反射棱镜的人造地球卫星，以测定测站与卫星之间的距离的技术和方法。
卫星激光测距是卫星单点定位中精度最高的一种，已经达到厘米级。它可以精确测定地面测站的地心坐标、长达几千千米的基线长度，卫星的精确轨道参数，地球自转参数、地心引力常数、地球重力场球谐系数、潮汐参数以及板块运动和地壳升降速率等。
卫星激光测距技术的出现，为空间大地测量学家族增加了新的成员。这个家族还包括卫星雷达测高、甚长基线干涉测量、月球激光测距、全球导航卫星系统、合成孔径雷达干涉测量、卫星多普勒定轨定位系统和精密测距测速系统等7种技术。卫星激光测距的观测距离，可以抵达距离地球约38万千米外的月球，精度为厘米级。
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卫星激光测距的出现与科技的进步密不可分。1957年10月4日，第一颗人造地球卫星由前苏联发射成功。20世纪60年代初，梅曼的红宝石激光器研制成功。这两大技术，为卫星激光测距技术的诞生提供了物质基础。
卫星激光测距的原理，就是利用安置在地面卫星观测站的激光器发射的激光脉冲，测定从地面卫星观测站到配置了角反射器的卫星之间的距离。
激光脉冲从卫星观测站的激光器发射到卫星上，被在太空飞行的卫星上的角反射器反射，再回到卫星观测站。因此，激光的传播时间和光速的乘积，为卫星观测站到卫星之间距离的两倍。
卫星激光测距的系统构成
实现卫星激光测距，需要卫星激光测距系统的支持。该系统主要包括以下3部分：
一是空间部分的激光测距卫星。
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这些卫星可以是专用的地球动力学卫星，也可以是遥感卫星和科学实验卫星，还可以是全球导航卫星，比如美国的全球定位卫星、俄罗斯的格洛纳斯卫星、欧盟的伽利略导航卫星、我国的北斗导航卫星中的中高轨道卫星等。它们的共同之处在于卫星上都配备了角反射器。角反射器的重要特性就是可以把从地面卫星观测站激光器发出的激光，与入射光平行地反射回去。
下图3为我国某高轨北斗导航卫星的角反射器阵列。
二是地面部分，包括激光器系统和天文望远镜系统。
激光器系统由激光发生系统、激光发射和激光接收系统几部分组成。望远镜系统和激光器系统紧密连接，激光发射和激光接收系统的镜头都安置在望远镜上。天文望远镜的作用主要是跟踪和捕捉在轨卫星，并搜集从卫星反射回来的激光脉冲信号。
三是电源、控制和标校等系统。它们包括：时间间隔计数器、时间系统，用来控制和记录激光脉冲的发射和回波时刻。标校系统，用来标定测距系统误差，特别是距离和时间偏差。电源和冷却系统。
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此外，还有计算机系统，主要用来下载卫星星历，预报可以观测的卫星，生成观测卫星列表；控制激光器和望远镜系统；观测数据的处理和传输等。
以上几大系统，都需要观测人员的操作和控制。观测人员的操作水平和敬业与否决定了卫星激光测距的观测数量和精度水平。当然，科技的发展，也会极大提高观测的效率。第一代卫星激光测距仪器，需要一个小组进行操作，每个晴朗的夜晚，不过才观测到几颗激光测距卫星。第三代卫星激光测距仪器，可由一个人单独操作。一位优秀的观测员，在天气条件好、仪器性能良好的情况下，最多可以观测到40多次激光测距卫星。
配备了角反射器的卫星，都可以用来进行卫星激光测距。按用途区分，激光测距卫星可以区分为4类：专用地球动力学卫星、地球遥感卫星、全球导航卫星和科学试验卫星。按轨道高度区分，激光测距卫星可以分为3类：近地星、远地星、中间轨道卫星。其中的地球动力学卫星，也可以称其为激光卫星，其主要部件就是球形的卫星。卫星的表面是密集的角反射器。
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各国的激光测距卫星
1964年10月9日，美国宇航局发射了第一颗携带了角反射器的卫星回声-2号，它顺利进入1000千米高、倾角80°的轨道。1965年，人们收到其反射的回波信号，测距精度为几米。1975年，法国宇航局发射了激光卫星斯塔尔勒特，卫星直径为18厘米，重48千克，轨道高度约为800千米；后来发射了其复制品、姐妹星斯黛拉，它们的重量、直径和轨道高度一样，只是轨道倾角不同。1976年5月4日，美国宇航局发射了拉吉奥斯-1卫星，1992年10月23日，美国宇航局与意大利航天局合作发射了拉吉奥斯-2卫星；它们的轨道高度约为5900千米，大小和重量也相同，轨道倾角分别为109°和52°。其球形表面镶嵌了422个由石英材料制作的角反射器，外型酷似高尔夫球。
日本于1986年8月12日发射了阿吉赛卫星。前苏联分别于1989年1月和当年5月发射了埃塔隆-1与埃塔隆-2卫星，它们的直径约为1.29米，轨道高度大约是19000千米。我国没有发射专用的激光卫星，但在“神舟四号”飞船轨道舱和北斗导航卫星中，各有一个中、高轨道卫星安置了角反射器，可以进行激光测距观测。
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美国的全球定位卫星第35、36号和俄罗斯的格洛纳斯卫星，欧盟的两个伽利略导航试验卫星-A、B，日本的工程试验卫星-8等卫星，也安装了角反射器，可以进行卫星激光测距。这些卫星和我国的北斗导航卫星M1、G2一样，都属于中、高轨道卫星，进行卫星激光测距有一定的难度。
卫星激光测距的优势与缺陷
研究表明：测距精度为米级时，卫星激光测距观测数据可以用于地球重力场的研究；测距精度为分米级时，观测数据可以用于研究地球固体潮和极移；测距精度为厘米级时，观测数据可以用于研究地球板块构造和断层的活动；测距精度为亚厘米级时，观测数据可以用于研究地球板块间的形变。目前广泛采用的第三代卫星激光测距技术，测距精度已达厘米级，正向亚厘米或者毫米级的精度发展。
由于卫星激光测距观测得到的主要数据为测站到卫星的距离，测量精度非常高。无论是轨道高度在数百至上千千米的近地卫星，还是轨道高度为36000千米的卫星，测距精度都可以达到厘米级。在空间大地测量学中，卫星激光测距是距离测量精度最高的技术。不过，这些数据都需要经过一系列修正才可以应用于科研当中。
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卫星激光测距也不是完美无缺的。它的最大缺陷是：受天气制约，阴天、雨、雪、雾、霾或者风力达到一定级别就无法观测。另外，白天比夜间更难观测。
我国的卫星激光测距台站
目前，全球大约有50个卫星激光测距台站坚持了长年观测，这些台站大多集中在北半球，主要分布于美国、欧洲和西太平洋地区。
1989年，我国成立了卫星激光测距网，牵头单位是上海天文台。5个固定的卫星激光测距台站位于北京、上海、昆明、武汉和长春。西安测绘研究所和位于武汉的地震研究所各拥有一台流动型卫星激光测距仪。
与此同时，我国的卫星激光测距网还加入了国际大地测量协会的分支机构——国际激光测距服务组织。
目前，我国在轨运行的北斗导航卫星采用了卫星激光测距技术，全球已经有25个激光测距卫星观测站提供了数据支撑。2002年至2003年在轨的“神舟四号”飞船上也采用了卫星激光测距技术。它们的后向反射器都是由上海天文台的科学家研制的。上海天文台和长春卫星观测站已经实现了千赫兹和白天激光测距，云南天文台和北京房山卫星观测站也有望在年内实现这个目标。
【责任编辑】赵 菲, 百拇医药(籍利平)
在阿根廷发行的纪念邮票上，怎么会出现我国研制的仪器呢？
原来，从1999年开始，阿根廷就开始与我国进行科技合作，国家天文台与阿根廷圣胡安大学筹备建立了一个新的卫星观测站，开展合作观测与研究。由于圣胡安气候干燥、晴天多，年均有多达约300个可观测日，非常适合进行包括卫星观测在内的天文观测。随后，中国测绘科学研究院与国家天文台联合研制了这台第三代高精度卫星激光测距仪(发射和接收口径分别为25厘米和60厘米)，如图1所示。
仪器于2005年底安装在圣胡安大学的费利克斯•阿吉拉尔天文台，2006年初完成调试，并投入运行，测程和精度等主要指标立即达到了国际激光测距服务组织的规范，获得正式台站编号7406。该系统结果的总体指标在2006年位列全球第六名，这是我国卫星激光测距(SLR)观测历史上的最好成绩；2007年又进一步，位于第五名；2008年则跃居全球第三名(总观测量和对观测难度较大的高轨卫星的观测量居全球第二名)。
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为了支持和纪念中阿科技合作，阿根廷于2009年度发行了这枚纪念邮票。
什么是卫星激光测距
卫星激光测距(satellite laser ranging，简称为SLR)，是利用安置在地面上的卫星激光测距系统所发射的激光脉冲，跟踪观测装有激光反射棱镜的人造地球卫星，以测定测站与卫星之间的距离的技术和方法。
卫星激光测距是卫星单点定位中精度最高的一种，已经达到厘米级。它可以精确测定地面测站的地心坐标、长达几千千米的基线长度，卫星的精确轨道参数，地球自转参数、地心引力常数、地球重力场球谐系数、潮汐参数以及板块运动和地壳升降速率等。
卫星激光测距技术的出现，为空间大地测量学家族增加了新的成员。这个家族还包括卫星雷达测高、甚长基线干涉测量、月球激光测距、全球导航卫星系统、合成孔径雷达干涉测量、卫星多普勒定轨定位系统和精密测距测速系统等7种技术。卫星激光测距的观测距离，可以抵达距离地球约38万千米外的月球，精度为厘米级。
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卫星激光测距的出现与科技的进步密不可分。1957年10月4日，第一颗人造地球卫星由前苏联发射成功。20世纪60年代初，梅曼的红宝石激光器研制成功。这两大技术，为卫星激光测距技术的诞生提供了物质基础。
卫星激光测距的原理，就是利用安置在地面卫星观测站的激光器发射的激光脉冲，测定从地面卫星观测站到配置了角反射器的卫星之间的距离。
激光脉冲从卫星观测站的激光器发射到卫星上，被在太空飞行的卫星上的角反射器反射，再回到卫星观测站。因此，激光的传播时间和光速的乘积，为卫星观测站到卫星之间距离的两倍。
卫星激光测距的系统构成
实现卫星激光测距，需要卫星激光测距系统的支持。该系统主要包括以下3部分：
一是空间部分的激光测距卫星。
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这些卫星可以是专用的地球动力学卫星，也可以是遥感卫星和科学实验卫星，还可以是全球导航卫星，比如美国的全球定位卫星、俄罗斯的格洛纳斯卫星、欧盟的伽利略导航卫星、我国的北斗导航卫星中的中高轨道卫星等。它们的共同之处在于卫星上都配备了角反射器。角反射器的重要特性就是可以把从地面卫星观测站激光器发出的激光，与入射光平行地反射回去。
下图3为我国某高轨北斗导航卫星的角反射器阵列。
二是地面部分，包括激光器系统和天文望远镜系统。
激光器系统由激光发生系统、激光发射和激光接收系统几部分组成。望远镜系统和激光器系统紧密连接，激光发射和激光接收系统的镜头都安置在望远镜上。天文望远镜的作用主要是跟踪和捕捉在轨卫星，并搜集从卫星反射回来的激光脉冲信号。
三是电源、控制和标校等系统。它们包括：时间间隔计数器、时间系统，用来控制和记录激光脉冲的发射和回波时刻。标校系统，用来标定测距系统误差，特别是距离和时间偏差。电源和冷却系统。
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此外，还有计算机系统，主要用来下载卫星星历，预报可以观测的卫星，生成观测卫星列表；控制激光器和望远镜系统；观测数据的处理和传输等。
以上几大系统，都需要观测人员的操作和控制。观测人员的操作水平和敬业与否决定了卫星激光测距的观测数量和精度水平。当然，科技的发展，也会极大提高观测的效率。第一代卫星激光测距仪器，需要一个小组进行操作，每个晴朗的夜晚，不过才观测到几颗激光测距卫星。第三代卫星激光测距仪器，可由一个人单独操作。一位优秀的观测员，在天气条件好、仪器性能良好的情况下，最多可以观测到40多次激光测距卫星。
配备了角反射器的卫星，都可以用来进行卫星激光测距。按用途区分，激光测距卫星可以区分为4类：专用地球动力学卫星、地球遥感卫星、全球导航卫星和科学试验卫星。按轨道高度区分，激光测距卫星可以分为3类：近地星、远地星、中间轨道卫星。其中的地球动力学卫星，也可以称其为激光卫星，其主要部件就是球形的卫星。卫星的表面是密集的角反射器。
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各国的激光测距卫星
1964年10月9日，美国宇航局发射了第一颗携带了角反射器的卫星回声-2号，它顺利进入1000千米高、倾角80°的轨道。1965年，人们收到其反射的回波信号，测距精度为几米。1975年，法国宇航局发射了激光卫星斯塔尔勒特，卫星直径为18厘米，重48千克，轨道高度约为800千米；后来发射了其复制品、姐妹星斯黛拉，它们的重量、直径和轨道高度一样，只是轨道倾角不同。1976年5月4日，美国宇航局发射了拉吉奥斯-1卫星，1992年10月23日，美国宇航局与意大利航天局合作发射了拉吉奥斯-2卫星；它们的轨道高度约为5900千米，大小和重量也相同，轨道倾角分别为109°和52°。其球形表面镶嵌了422个由石英材料制作的角反射器，外型酷似高尔夫球。
日本于1986年8月12日发射了阿吉赛卫星。前苏联分别于1989年1月和当年5月发射了埃塔隆-1与埃塔隆-2卫星，它们的直径约为1.29米，轨道高度大约是19000千米。我国没有发射专用的激光卫星，但在“神舟四号”飞船轨道舱和北斗导航卫星中，各有一个中、高轨道卫星安置了角反射器，可以进行激光测距观测。
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美国的全球定位卫星第35、36号和俄罗斯的格洛纳斯卫星，欧盟的两个伽利略导航试验卫星-A、B，日本的工程试验卫星-8等卫星，也安装了角反射器，可以进行卫星激光测距。这些卫星和我国的北斗导航卫星M1、G2一样，都属于中、高轨道卫星，进行卫星激光测距有一定的难度。
卫星激光测距的优势与缺陷
研究表明：测距精度为米级时，卫星激光测距观测数据可以用于地球重力场的研究；测距精度为分米级时，观测数据可以用于研究地球固体潮和极移；测距精度为厘米级时，观测数据可以用于研究地球板块构造和断层的活动；测距精度为亚厘米级时，观测数据可以用于研究地球板块间的形变。目前广泛采用的第三代卫星激光测距技术，测距精度已达厘米级，正向亚厘米或者毫米级的精度发展。
由于卫星激光测距观测得到的主要数据为测站到卫星的距离，测量精度非常高。无论是轨道高度在数百至上千千米的近地卫星，还是轨道高度为36000千米的卫星，测距精度都可以达到厘米级。在空间大地测量学中，卫星激光测距是距离测量精度最高的技术。不过，这些数据都需要经过一系列修正才可以应用于科研当中。
, http://www.100md.com
卫星激光测距也不是完美无缺的。它的最大缺陷是：受天气制约，阴天、雨、雪、雾、霾或者风力达到一定级别就无法观测。另外，白天比夜间更难观测。
我国的卫星激光测距台站
目前，全球大约有50个卫星激光测距台站坚持了长年观测，这些台站大多集中在北半球，主要分布于美国、欧洲和西太平洋地区。
1989年，我国成立了卫星激光测距网，牵头单位是上海天文台。5个固定的卫星激光测距台站位于北京、上海、昆明、武汉和长春。西安测绘研究所和位于武汉的地震研究所各拥有一台流动型卫星激光测距仪。
与此同时，我国的卫星激光测距网还加入了国际大地测量协会的分支机构——国际激光测距服务组织。
目前，我国在轨运行的北斗导航卫星采用了卫星激光测距技术，全球已经有25个激光测距卫星观测站提供了数据支撑。2002年至2003年在轨的“神舟四号”飞船上也采用了卫星激光测距技术。它们的后向反射器都是由上海天文台的科学家研制的。上海天文台和长春卫星观测站已经实现了千赫兹和白天激光测距，云南天文台和北京房山卫星观测站也有望在年内实现这个目标。
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