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卫星激光测距（Satellite Laser Ranging, SLR）利用激光测距仪在地面上跟踪观测装有激光反射棱镜的卫星，测定测站到卫星的距离的技术和方法。卫星激光测距是一种利用激光束精确测量地球站到卫星之间距离的技术。这项技术的基本原理是：从地面站发射一束非常短暂的激光脉冲到装有反射镜的卫星上，当激光脉冲到达卫星后被反射镜反射回地面站，地面站通过接收返回的激光脉冲并记录其往返时间，再结合光速计算出地面站与卫星之间的距离。
卫星激光测距具有高精度、高稳定性和高分辨率的特点，能够达到毫米级的测距精度，因此在地球动力学、地壳运动监测、重力场测量、卫星轨道精度校正、全球卫星导航系统、大气层和电离层研究、天体物理与引力研究等多个领域有着广泛的应用。具体如测量地球自转速率、极移等参数；监测地壳运动，为地震预测提供数据支持；提供高精度的卫星轨道数据，优化导航、通信等卫星的运行；为北斗、GPS等导航系统提供精确的轨道参数，提升定位精度；测试广义相对论的理论预测，例如引力波效应。此外，SLR技术还是验证相对论效应、测试地球自转速度变化等科学研究的重要工具。卫星激光测距技术起源于20世纪60年代，随着科学技术的发展，激光测距精度已从当时的米级提高到目前的毫米级。其应用范围已从大地测量领域扩展到地球动力学、地震科学、卫星导航等多个领域，是现代空间大地测量领域中的一项重要的技术手段。运用卫星激光测距观测数据可以精密测定卫星或航天器的运行轨道、精密测定测站地心坐标、建立和维护全球地球参考框架、研究地球质心的位置变化与地球自转、确定地球引力场长波分量及其时间变化、实现全球范围的高精度时间传递以及测定其他地球动力学参数等。卫星激光测距就是测量激光脉冲在观测站和卫星之间的往返飞行时间Δt，将此飞行时间乘以光速C，从而计算出卫星到测站的距离。具体地讲，首先地面跟踪站的望远镜须根据卫星的预报，准确地计算出卫星的实时飞行位置，并自动跟踪上卫星；然后激光器发射脉冲激光，该激光打到卫星后，被星上的后向反射器反射，地面站的接收望远镜接收到激光回波，与此同时，时间间隔计数器测出激光脉冲往返的时间间隔。用此时间间隔乘以光速，即可精确地换算出卫星到测站的距离。激光测距的过程是，首先地面观测站的根据卫星的轨道预报，精确地计算出卫星飞临测站上空的位置和距离。望远镜跟踪系统根据卫星预报的位置驱动伺服控制系统引导望远镜跟踪卫星；激光器根据计算机的发射指令产生的激光脉冲，激光脉冲经曲折光路和 Coude光路被引入发射望远镜。发射望远镜将激光束准直后射向空间飞行目标。同时在激光束出射时取出很小一部分激光，通过主波取样电路形成电脉冲，称为主波脉冲，经脉冲分配器整形后，作为开门信号或开始信号，来触发事件计数器计时，作为激光的出射时刻。激光脉冲射向空间的目标，被空间目标上的反射镜反射后返回地面，由地面接收望远镜系统接收，在接收望远镜系统的焦点上经光电转换器件转换为电脉冲，经脉冲分配器整形后形成回波脉冲，作为关门信号或停止信号，用来停止事件计数器计时，作为激光的返回时刻。这样事件计数器便记录下了主波脉冲和回波脉冲之间的时间间隔，即激光束在测站和卫星之间的往返飞行时间 t ，经转换即可计算出测站到卫星之间的距离。人卫激光测距系统在整个工作过程，是伺服系统通过GNSS时间频率接收机自动跟踪卫星进行测距的，对卫星的测距从预报、观测到处理，全部由计算机控制操作完成。一是在测距精度上，从上世纪六十年代初的米级精度逐渐提高到分米级，厘米级，以及目前的亚厘米级精度，下一步的目标正在向着毫米级精度发展。二是在测距能力上，随着激光测距技术应用领域的拓宽，多种用途的卫星都安装了激光后向反射器实施激光测距观测，卫星的高度从几百公里到一、二千公里乃至几万公里以上。目前三万六千公里高的同步卫星也能进行激光测距。而激光测月的实现更使的测距能力达到了38万公里。三是在测距频率上，激光器技术的发展使得激光测距的频率由最初的每秒一次发展到目前的每秒几千次甚至更高。四是在测距波长上，采用双波长或多波长激光测距系统，利用不同的波长来进行大气延迟的修正，以消除大气模型修正的误差，提高测距精度。五是在自动化程度上，从初期的人工目视手动观测，发展到现在的计算机跟踪，国际上个别台站还实现了全自动观测。六是在观测时段上，从最初的夜间测距发展到现在的白天和夜间连续观测，提高了观测数据的获取率。七是在地面观测站的建设上，随着参与激光测距的国家不断增加，地面测站的分布越来越合理，从初期的数个台站发展到目前50多个观测站，分布在地球上除南极洲以外的所有大陆洲上。为了实现全球范围内的卫星激光测距，国际上建立了一个由多个地面站组成的网络——国际激光测距服务（International Laser Ranging Service, ILRS）。这些地面站共同协作完成对指定卫星的跟踪和测距任务，为科学研究提供数据支持。
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来源：测绘学术资讯
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