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利用激光測量衛星距地面高度的儀器。

1 激光高度計 -基本資料

中文名稱:激光高度計 

英文名稱:laser altimeter 

定義:利用激光測量衛星距地面高度的儀器。 

所屬學科:海洋科技(一級學科);海洋技術(二級學科);海洋遙感(三級學科) 

2 激光高度計 -產品名稱

激光高度計激光高度計
人測量身高,需要一把捲尺;月球表面地形測「身高」,需要什麼工具?科研人員解釋,他們的工具是——紅外激光。只要測量光束從衛星「跑到」月球表面的時間和角度, 科學家就能計算出某一點的相對高度。一個個點連起來,月球地形圖便躍然紙上。

這個激光高度計外型小巧、質量輕盈,在距月球表面200公里的軌道上,測量地形精度達到5米,堪稱「小身材、大能量」。上海技術物理研究所所長王建宇研究員說,屆時「嫦娥一號」衛星還將拍攝月球平面圖,加上相關「身高指標」后,所有數據通過地面應用系統處理,就可獲得一張月球表面三維「立體照片」。

月球表面主要有兩種地形,一種是由凝固熔岩構成的盆地,科學家稱之為「月海」,其中最大的一個面積達500萬平方公里;另一種是星羅棋布、重重疊疊的環形山。此次上海科學家歷時兩年研製出的激光高度計初樣,便肩負對這些地形的「測高」任務。

激光高度計將跟隨「嫦娥一號」衛星升空。「嫦娥一號」是中國第一顆繞月探測衛星,預計在2007年前發射。其探測目標包括獲取月球表面三維立體影像、分析月球表面有用元素含量及物質類型分佈特點,探測月球土壤厚度,觀測地球到月球間的空間環境等。

3 激光高度計 -工作方式

激光高度計的主要工作方式是利用計算髮射和接收到激光的時間差來進行距離的測量。它以其高精確度、高解析度和很好的獨立性而得到科學家和工程師們的青睞,並被廣泛地應用於遙感、航空航天等領域。

激光高度計可被安裝于飛機、衛星等測試平台上。它主要由激光發射模塊、激光接收模塊和數據處理模塊三部分組成。激光發射模塊發射出的激光首先被打到地面、洋麵上的冰塊等探測目標上,然後被目標反射回飛機或衛星等測試平台上。激光接收模塊接收到反射回來的光信號,並把它轉換成為電信號。數據處理模塊會精確地測量出從激光發射到激光高度計接收到激光的時間,而這段時間就是激光在大氣中的傳輸時間,在這段時間內,激光行走的路程是高度計與探測目標間距離的兩倍。

根據光在空氣中的傳播速度,可以計算出這個距離的大小。再根據激光高度計的空中高度,就可以最終得到探測目標的海拔高度。由於激光束具有較小的發散角,因此激光束打在目標上會形成較小的光斑直徑,這使得激光高度計有很好的水平解析度。如果我們高密度地獲得探測點,就能夠得到較精密的探測區域的地形圖。

4 激光高度計 -用途介紹

美國科學家們在第一代和第二代火星探測器上都採用了這種激光高度計來獲得火星表面的地形分布圖。下圖是高度計在火星赤道上空測量獲得的火星表面地形圖。科學家們採用不同的顏色來標定不同的高度,火星表面的地貌就簡潔形象地展現在我們面前。這無疑為人類探索宇宙提供了強有力的武器,也為火星探測器選定最佳著陸地點提供了有價值的資料。

在激光高度計對地球表面的探測領域中,美國科學家們也曾多次應用激光高度計來勘測地表的植被覆蓋情況、海平面的高度等地表的物理特性,以及雲層和空氣中懸浮物質的光學厚度。通過安裝在飛機或衛星上的激光高度計的幫助,人類將探索的觸角伸向了地球的更深處。

現在,中國的航天科學家們正致力於第一階段「探月一號」衛星的設計與研製。在深入分析、研究國際月球探測的發展和已取得成果的基礎上,有關專家結合中國月球探測的發展規劃和技術基礎,經過充分的論證,確定了第一階段「探月一號」衛星的科學和應用目標。這其中,激光高度計將實現獲取衛星下方月表地形高度數據的任務,服務於月球表面三維影像獲取的科學和應用目標。通過星上激光高度計測量衛星到星下點月球表面的距離,為光學成像探測系統的立體成圖提供修正參數;並通過地面應用系統將距離數據與衛星軌道參數、地月坐標關係進行綜合數據處理,獲取衛星星下點月表地形高度數據。

「探月一號」衛星的工作階段分為發射軌道階段、轉移軌道階段和環月軌道階段。激光高度計在進入環月軌道階段之前不工作,在進入環月階段之後,不論月球表面是白天或黑夜,也不論衛星處於正飛或側飛狀態,激光高度計長期開機工作。因此,此次的激光高度計的設計不僅要注重參數指標的實現,也要努力提高其工作穩定性和持久性。

5 激光高度計 -相關情況

激光高度計激光高度計

中國已將月球探測二、三工程列入中國中長期規劃中,月球探測第二期工程——「月球軟著陸與月球車巡視勘測」,對著陸區域進行精細勘測,為第三期月球探測工程——「月球車巡視勘測與取樣返回」 打下堅實基礎,為月球基地的選址提供科學依據,為載人登月和月球基地的建設積累經驗和技術。另外中國已開始著手火星和小行星探測的論證,激光高度計及相關技術將在上述工程項目中發揮作用。

 

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