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月球激光测距的新技术方法研究

熊耀恒  
【摘要】: 月球激光测距是国内外所瞩目的宏伟目标,代表着单光子探测技术的高峰。 本论文的目的是探索提高激光测月回波光子数的新方法,进而增加激光测 月成功的几率。其思路是源于一个新的想法:在激光测月过程中引入大气波前 倾斜量实时补偿的技术。 首先介绍激光测月的现状和其难度所在:回波光子数太少,基本上属于亚 光子探测范畴。在现有技术条件下,本文对影响激光测月回波光子数的因素逐 一进行分析讨论,提出应该把激光束截面能量分布和大气湍流效应包括进去。 为此分析讨论了大气湍流和大气中光场的基本统计性质、激光束在大气中传输 时所受大气湍流的影响以及大气湍流对激光测距的影响,得出大气湍流特别对 激光测月有着明显影响的结论。在此基础上对传统的激光测距方程进行了修正, 使其应用到激光测月时更符合真实的情况,从而指导补偿的进行。涉及到在激 光测月中对受大气湍流而畸变的激光束进行补偿,本文抓住重点,通过分析看 出对大气倾斜量的实时补偿是提高激光测月回波光子数的重要因素。结合激光 测月以及云南天文台现有测距系统的实际情况,本文独创性地提出利用激光测 月目标近旁一定大小区域的扩展面源探测与计算大气倾斜量,然后对激光测月 中的激光束进行大气倾斜量实时补偿的新技术方法。在分析比较各种从低对比 度扩展源中计算大气倾斜量的算法后,本文认为采用绝对差分法最佳。最后是 具体的激光测月的新技术方案,同时对此方法的理论与技术进行了分析讨论, 推导出新技术方法的理论依据、补偿效果、可行性与实用性。 本文仅是一个新技术方法的开端,还有许多工作要做。希望本文的结果对 激光测月理论的发展和实际提高测月成功的几率有一定的意义。


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