GNSS 衛(wèi)星定軌的激光測(cè)距校驗(yàn)
——GNSS 測(cè)量成果應(yīng)用問題之三

劉基余

（武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，武漢 430079）

衛(wèi)星激光測(cè)距具有厘米級(jí)甚至毫米級(jí)的測(cè)距精度，它只要求作為合作目標(biāo)的衛(wèi)星，附設(shè)有激光后向反射鏡陣列，即可以進(jìn)行高精度的激光測(cè)距。早在1989年10月，本文作者在“國(guó)際導(dǎo)航衛(wèi)星近況與中國(guó)發(fā)展設(shè)想”會(huì)議論文文（載于“航天技術(shù)與現(xiàn)代化”論文集（繁體中文，海外發(fā)行），宇航出版社，1991年10月，P.342～369；又載中國(guó)航天發(fā)展戰(zhàn)略探討——“應(yīng)用衛(wèi)星與衛(wèi)星應(yīng)用研討會(huì)文集”，宇航出版社，1991年11月，P.294～321）中，就提出了我國(guó)導(dǎo)航衛(wèi)星加裝激光后向反射鏡陣列的建議。

1 GPS 開創(chuàng)了衛(wèi)星定軌的激光測(cè)距校驗(yàn)

1993年8月30日發(fā)射的GPS-35（PRN05）號(hào)衛(wèi)星和1994年3月10日發(fā)射的GPS-36（PRN06）號(hào)衛(wèi)星，不僅可用于微波導(dǎo)航定位，而且附設(shè)有激光后向反射鏡陣列，能夠用于地面對(duì)GPS-35/36號(hào)衛(wèi)星的激光測(cè)距。GPS-35/36 （PRN05/06）號(hào)兩顆衛(wèi)星，是在其發(fā)射天線陣列的邊緣，布設(shè)著由32塊角反射棱鏡組成的激光后向反射鏡陣列（如圖1所示）。它們是俄羅斯空間設(shè)備工程研究所提供的；該種激光后向反射鏡陣列，類似于名為Etalon 激光衛(wèi)星（俄羅斯）所用的激光后向反射鏡陣列。但它們的激光反射面積比Etalon 小得多，僅為23.9×19.4 cm2；加上GPS 衛(wèi)星遠(yuǎn)離地球二萬余千米，因此，一般的衛(wèi)星激光測(cè)距儀難以捕獲和跟蹤到GPS-35/36號(hào)衛(wèi)星的激光回波。那時(shí)只見到美國(guó)航空航天局（NASA）所屬的一些衛(wèi)星激光測(cè)距儀和德國(guó)Wettzell 衛(wèi)星觀測(cè)站的WLRS 衛(wèi)星激光測(cè)距儀，實(shí)現(xiàn)了對(duì)GPS-35/36 號(hào)衛(wèi)星的激光測(cè)距；例如NASA 的MOBLAS-4/7流動(dòng)式衛(wèi)星激光測(cè)距儀，自1993年冬季以來，便不斷地觀測(cè)了GPS-35/36號(hào)衛(wèi)星。其結(jié)果表明，用一天的SLR 軌道解算值，與國(guó)際GPS 服務(wù)中心（IGS）的14天孤長(zhǎng)解算值相比較，GPS-35/36號(hào)衛(wèi)星的軌道徑向誤差在±10 cm 以內(nèi)，法向誤差和切向誤差均為亞米級(jí)。美國(guó)的Haleakala、英國(guó)的Herstmonoceux 和奧地利Graz 三個(gè)SLR 站自1993 年至1995年對(duì)GPS-35/36號(hào)衛(wèi)星的激光測(cè)距結(jié)果表明，用GPS 國(guó)際公用星歷IGS、美國(guó)國(guó)防制圖局星歷DMA 和GPS 廣播基準(zhǔn)星歷OCS 等三種星歷算得的站星距離與衛(wèi)星激光測(cè)距成果相比較，其較差分別為9.6 cm/12.7 cm、48.2 cm/45.6 cm 和115.8 cm/151.6 cm，即，僅用5個(gè)跟蹤站算得的OCS 星歷精度最低，用34個(gè)跟蹤站算得的IGS 星歷精度最高。衛(wèi)星激光測(cè)距成果雖未能與GPS廣播星歷成果進(jìn)行直接比較，但上述較差將促進(jìn)對(duì)GPS 外推星歷的精細(xì)處理，深化對(duì)高軌衛(wèi)星受攝運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)，而為全球廣大用戶提供更精確的GPS 衛(wèi)星軌道參數(shù)，以此求得更為精確的動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)；致使GPS 實(shí)時(shí)定位精度有望達(dá)到1 cm 左右。

圖1 GPS-35/36號(hào)衛(wèi)星附設(shè)的激光后向反射鏡陣列與對(duì)它測(cè)距的衛(wèi)星激光測(cè)距儀框圖

衛(wèi)星激光測(cè)距的第一步，是捕獲在視激光衛(wèi)星，進(jìn)而跟蹤其運(yùn)行，不斷測(cè)量地面觀測(cè)站至激光衛(wèi)星之間的距離。衛(wèi)星激光測(cè)距技術(shù)，是一種典型的主動(dòng)式定位法（如圖1所示）。從圖可見，以電子計(jì)算機(jī)為主體的跟蹤控制系統(tǒng)，根據(jù)所輸入的衛(wèi)星方位角和出現(xiàn)時(shí)間之預(yù)報(bào)值，自動(dòng)地照準(zhǔn)所升起的激光衛(wèi)星，同步地跟蹤激光衛(wèi)星的運(yùn)行。當(dāng)儀器照準(zhǔn)激光衛(wèi)星后，固體激光器（例如摻銣釔鋁石榴石—Nd：YAG 激光器）便按預(yù)定指令發(fā)射激光脈沖，其極少能量為主波取樣電路（常用光電二極管）所截獲，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換而形成一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)，稱之為主波；它啟開時(shí)間計(jì)數(shù)器，開始計(jì)數(shù)。激光器所輸出的絕大部分能量，通過曲折光路而射達(dá)位于跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)的發(fā)送光學(xué)系統(tǒng)，并由后者將激光脈沖射向激光衛(wèi)星。照射在星載激光反射鏡上的激光脈沖，沿著入射方向而反射回到位于地面測(cè)站上的衛(wèi)星激光測(cè)距儀，為其跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)上的接收光學(xué)系統(tǒng)所接收，并送到光電倍增管，后者將這個(gè)返回到儀器的激光脈沖轉(zhuǎn)換成電脈沖，通常稱之為回波（被測(cè)信號(hào)）。它經(jīng)過回波放大器放大以后，被送到時(shí)間計(jì)數(shù)器，而中止計(jì)數(shù)。激光脈沖往返于地面測(cè)站和激光衛(wèi)星之間的傳播時(shí)間，等于主波啟開計(jì)數(shù)器和回波關(guān)閉計(jì)數(shù)器的時(shí)間之差，由此可算得儀器至激光衛(wèi)星的瞬時(shí)距離值，進(jìn)而依據(jù)它和激光衛(wèi)星的在軌位置解算出測(cè)站的三維位置。其水平位置精度已達(dá)到±2 cm，垂直分量精度已達(dá)到±1 cm；而且定位精度還在進(jìn)一步提高。

圖2 GLONASS導(dǎo)航激光衛(wèi)星和GPS-35/36號(hào)衛(wèi)星與其他單用/多用激光衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)行的軌道

2 GLONASS 衛(wèi)星定軌的激光測(cè)距校驗(yàn)

1992 年7 月30 日，俄羅斯發(fā)射的GLONASS-49 導(dǎo)航衛(wèi)星，增設(shè)了激光后向反射鏡陣列，這不僅能夠用于導(dǎo)航定位測(cè)量，而且能夠用于衛(wèi)星激光測(cè)距。在其試驗(yàn)成功以后，自1994年4月后發(fā)射的GLONASS 導(dǎo)航衛(wèi)星，均增設(shè)了激光后向反射鏡陣列。這些具有微波導(dǎo)航和激光測(cè)距能力的衛(wèi)星是：GLONASS-49、GLONASS-56、GLONASS-57、GLONASS-62、GLONASS-63、GLONASS-64、GLONASS-65、GLONASS-66、GLONASS-67、GLONASS-68、GLONASS-69、GLONASS-70、GLONASS-71、GLONASS-72、GLONASS-74、GLONASS-75、GLONASS-76、GLONASS-77、GLONASS-79、GLONASS-80、GLONASS-81、GLONASS-82、GLONASS-84等二十余顆導(dǎo)航激光衛(wèi)星（如圖2所示）。

1998 年10 月19 日～1999 年4 月19 日，國(guó) 際 大 地 測(cè) 量 協(xié) 會(huì)（IAG）、國(guó)際GPS 服務(wù)中心（IGS）、美國(guó)導(dǎo)航研究所（ION）和國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)中心（IERS），共同組織了一次GLONASS/GPS 國(guó)際大聯(lián)測(cè)，稱之為國(guó)際GLONASS 試驗(yàn)（IGEX-98）。該次大聯(lián)測(cè)，在俄羅斯、美國(guó)、法國(guó)和中國(guó)香港、臺(tái)灣等26個(gè)國(guó)家和地區(qū)布設(shè)了61個(gè)GLONASS 觀測(cè)站；國(guó)際激光測(cè)距服務(wù)中心（ILRS）也參加了GLONASS/GPS 國(guó)際大聯(lián)測(cè)，它組織了中國(guó)、美國(guó)、日本和澳大利亞等15個(gè)國(guó)家30臺(tái)衛(wèi)星激光測(cè)距儀（如表1所示），對(duì)9顆GLONASS 導(dǎo)航激光衛(wèi)星進(jìn)行了激光測(cè)距。這9顆GLONASS 激光衛(wèi)星分布如下：

第一軌道：軌位3（No.68），軌位4（No.70），軌位6（No.69）；

第二軌道：軌位9（No.79），軌位12（No.65），軌位16（No.66）；

第三軌道：軌位17（No.62），軌位20（No.71），軌位22（No.72）。

上列三行中括號(hào)內(nèi)的No.為GLONASS 導(dǎo)航激光衛(wèi)星編號(hào)。衛(wèi)星激光測(cè)距與GLONASS/GPS 同步觀測(cè)的目的是：

（1）解算精密軌道參數(shù)。GLONASS 衛(wèi)星的軌道參數(shù)，是基于PZ-90 坐標(biāo)系，GPS 衛(wèi)星的軌道參數(shù)，是基于WGS-84 坐標(biāo)系，兩者都沒有播發(fā)基于ITRF 國(guó)際地球基準(zhǔn)坐標(biāo)系（International Terrestrial Reference Frame）的軌道參數(shù)；GLONASS/GPS 國(guó)際大聯(lián)測(cè)的目的之一，是解算出兩者在ITRF 系內(nèi)的精密軌道參數(shù)，用以比較兩者軌道之優(yōu)劣，研究?jī)烧叩募蓱?yīng)用問題。

（2）求解坐標(biāo)變換參數(shù)。依據(jù)上述GLONASS 全球觀測(cè)網(wǎng)的測(cè)量成果，解算出PZ-90坐標(biāo)與WGS-84坐標(biāo)和ITRF 坐標(biāo)之間的變換參數(shù)。

（3）研究時(shí)間的精確傳遞。GLONASS 信號(hào)和GPS 信號(hào)的時(shí)間基準(zhǔn)，雖然都能換算成世界協(xié)調(diào)時(shí)（UTC），但是，它們是由各自國(guó)家天文臺(tái)測(cè)得的UTC；前者為UTC-SU，后者為UTCUSNO。若需高精度地集成解算GLONASS/GPS 測(cè)量數(shù)據(jù)，必須精確求得UTC-SU 與UTC-USNO 之間的差值。GLONASS 全球觀測(cè)網(wǎng)的測(cè)量成果，不僅能用于求得UTC-SU 與UTC-USNO 之間的精確差值，而且能夠研究時(shí)間的精確傳遞問題。

表1 參加GLONASS/GPS國(guó)際大會(huì)測(cè)的30臺(tái)衛(wèi)星激光測(cè)距儀及其數(shù)據(jù)（圈）

GLONASS/GPS 國(guó)際大會(huì)測(cè)的重要成果之一，是建立了一個(gè)基于ITRF 框架的GLONASS/GPS 全球觀測(cè)網(wǎng)；依據(jù)這個(gè)全球觀測(cè)網(wǎng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，解算在IGEX-98 國(guó)際大會(huì)測(cè)期間13 顆GLONASS 工作衛(wèi)星的精密星歷，是大會(huì)測(cè)的主要目之一。美國(guó)航空航天局的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（NASA/JPL）和歐洲空間局的歐洲空間執(zhí)行中心（ESA/ESOC）等7個(gè)組織，采用GLONASS 信號(hào)接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，獨(dú)立地計(jì)算了13顆GLONASS 工作衛(wèi)星的精密星歷；表2列出了這7個(gè)組織解算GLONASS 工作衛(wèi)星精密星歷所用的GLONASS 觀測(cè)值及其數(shù)據(jù)處理軟件。此外，美國(guó)得克薩斯大學(xué)等四個(gè)單位，還用對(duì)GLONASS 衛(wèi)星的激光測(cè)距數(shù)據(jù)，獨(dú)立地計(jì)算了9顆GLONASS 工作衛(wèi)星的精密星歷。結(jié)果表明，用GLONASS 微波測(cè)量數(shù)據(jù)所解算的GLONASS 衛(wèi)星軌道（簡(jiǎn)稱為微波軌道）與用衛(wèi)星激光測(cè)距數(shù)據(jù)所解算的GLONASS衛(wèi)星軌道（簡(jiǎn)稱為激光軌道）之較差，其法向/切向較差均在1m 左右，而徑向較差約為20 cm。這說明，用GLONASS 信號(hào)接收機(jī)測(cè)量數(shù)據(jù)解算的衛(wèi)星在軌位置，可以達(dá)到較高的實(shí)際精度；61個(gè)GLONASS 觀測(cè)站測(cè)量數(shù)據(jù)的集成解算結(jié)果進(jìn)一步說明，GLONASS 衛(wèi)星的在軌位置達(dá)到了20～50 cm 的精度。

表2 IGEX-98國(guó)際大會(huì)測(cè)的GLONASS工作衛(wèi)星精密星歷解算實(shí)施

3 其他衛(wèi)星定軌的激光測(cè)距校驗(yàn)

此外，不少成相偵察衛(wèi)星、電子偵察衛(wèi)星、海洋監(jiān)測(cè)衛(wèi)星、資源探測(cè)衛(wèi)星和載人航天器，也采用了微波/激光并行定軌法；例如，1992年8月10日，美國(guó)航空航天局（NASA）和法國(guó)國(guó)家空間研究中心（CNES）聯(lián)合發(fā)射的Topex/Poseidon 海洋測(cè)高衛(wèi)星（圖3所示），要求其徑向誤差在+/-13 cm 以內(nèi)，而采用了微波定軌和激光定軌并行的實(shí)施方案。截至1993年1月的Topex/Poseidon 星載GPS 測(cè)量數(shù)據(jù)表明，在GPS 星座只有19顆在軌衛(wèi)星（3 顆Block I+16 顆Block II 的情況下，飛行于1333.8 km 高空的星載GPS 信號(hào)接收機(jī)，能夠觀測(cè)到5顆GPS 衛(wèi)星的時(shí)間是80%。用這些星載GPS 測(cè)量數(shù)據(jù)解算的Topex/Poseidon 衛(wèi)星軌道，與其激光測(cè)距解算的Topex/Poseidon 衛(wèi)星軌道之較差，徑向誤差為3 ～4 cm，法向誤差為5 ～10 cm，切向誤差為9 ～16 cm（如圖4所示）；換言之，經(jīng)過并行的SLR 定軌相較，星載GPS 測(cè)量可以達(dá)到。

圖3 Topex/Poseidon海洋測(cè)高衛(wèi)星及其測(cè)量

±10.7 ～19.3 cm 的定軌精度。Topex/Poseidon 衛(wèi)星，不僅為大洋環(huán)流，海洋地球物理和地球重力場(chǎng)的研究作出了重大的科學(xué)貢獻(xiàn)，而且還發(fā)現(xiàn)了厄爾尼諾（EL Nino）現(xiàn)象于1993年8月開始在太平洋面不斷生成，導(dǎo)致洋面溫水層變厚，危害漁業(yè)生產(chǎn)；引起海洋和陸地氣候的異常變化。2001年10月7日，美國(guó)航空航天局（NASA）和法國(guó)國(guó)家空間研究中心（CNES）又聯(lián)合發(fā)射的Topex/Poseidon 海洋測(cè)高衛(wèi)星的后續(xù)衛(wèi)星——JASON-1。該顆衛(wèi)星的有效載荷與Topex/Poseidon 衛(wèi)星相似，僅將星載Monarch GPS 信號(hào)接收機(jī)改換為性能更優(yōu)的BlackJack GPS 信號(hào)接收機(jī)。

圖4 Topex/Poseidon星載GPS測(cè)量與其激光測(cè)距的定軌較差

早在1964年10月10日，美國(guó)航空航天局（NASA）發(fā)射了世界上第一顆帶激光反射鏡而僅用于激光測(cè)距的人造地球衛(wèi)星——BE-B 衛(wèi)星。隨后，NASA Goddard 空間飛行中心用調(diào)Q 紅寶石激光器向BE-B 激光衛(wèi)星發(fā)射激光脈沖，而成功地首次測(cè)定了地球和該顆衛(wèi)星之間的距離，開創(chuàng)了地球?qū)πl(wèi)星（星地）激光測(cè)距的新紀(jì)元。隨后，美國(guó)、法國(guó)、日本和前蘇聯(lián)分別發(fā)射了專用于衛(wèi)星激光測(cè)距（SLR）的衛(wèi)星，稱之為單用激光衛(wèi)星；在其圓形外殼上安設(shè)了幾百甚至上千塊角反射鏡，其激光有效反射面積可達(dá)300 cm2左右。此外，20世紀(jì)70年代初期，美國(guó)和前蘇聯(lián)還分別在月球表面上布設(shè)了A-11，A-14，A-15和L-1，L-2五面激光反射鏡。且知，A-11至A-14的距離為1250 km，A-11至A-15的距離為970 km，A-14 至A-15 的距離為1100 km，A-11 至L-2的距離為760 km，A-15至L-2的距離為820 km。月球激光反射鏡的激光有效反射面積，有的高達(dá)3300 cm2，以便地球?qū)υ铝恋募す鉁y(cè)距（LLR）。

目前，全球衛(wèi)星激光測(cè)距網(wǎng)共有40多個(gè)地面激光測(cè)距站分布在世界各地（如圖5所示），其中包括我國(guó)上海、北京、武漢和長(zhǎng)春四個(gè)衛(wèi)星激光測(cè)距站。這些SLR 站大多采用Nd：YAG 或Nd：YAP 固體激光器發(fā)射的532 nm 或539 nm 綠色激光脈沖，其單脈沖能量為10 ～100 mJ，脈寬為30 ～200 p/s，脈沖重復(fù)率是5 ～10Hz。其中的某些SLR 站還能夠進(jìn)行地月激光測(cè)距。衛(wèi)星激光測(cè)距精度從1964年的幾米到1994年的幾毫米，即，全球的衛(wèi)星激光測(cè)距精度在30年內(nèi)提高了三個(gè)數(shù)量級(jí)。值得特別指出的是，雙色激光脈沖的應(yīng)用，使衛(wèi)星激光測(cè)距精度邁上了新臺(tái)階。例如，德國(guó)Wettzell 衛(wèi)星觀測(cè)站的TLRS 衛(wèi)星激光測(cè)距儀，采用847 nm 的近紅外激光和423.5 nm 的紫色激光作測(cè)距信號(hào)，達(dá)到了幾毫米的測(cè)距精度。且能測(cè)量300 km 高的近地激光衛(wèi)星和36，000 km 高的靜地激光衛(wèi)星。因此，SLR 成果廣泛用于衛(wèi)星軌道、地殼運(yùn)動(dòng)、大陸板塊運(yùn)動(dòng)速率、地極移動(dòng)、地球自轉(zhuǎn)等參數(shù)的精確測(cè)定。目前，已有41顆對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星安設(shè)了類型各異的激光后向反射鏡陣，用于激光測(cè)距。

圖5 全球衛(wèi)星激光測(cè)距站站址的分布

綜觀現(xiàn)況，太空激光測(cè)距取得了下述四大方面的新近發(fā)展：一是從單用激光衛(wèi)星發(fā)展到了多用激光衛(wèi)星；二是從地球動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)量拓寬到了衛(wèi)星軌道參數(shù)測(cè)定；三是從地基激光測(cè)距發(fā)展到了星載激光對(duì)地測(cè)量；四是機(jī)載激光測(cè)深系統(tǒng)，將成為新世紀(jì)水下地形精細(xì)測(cè)繪和水下目標(biāo)精確探測(cè)的尖兵。

人口劇增、資源短缺和環(huán)境惡化，是當(dāng)今人類面臨的三大難題。生態(tài)環(huán)境的日漸惡化，危及著人類的生存與發(fā)展；治理環(huán)境、遏制惡化，是一項(xiàng)跨世紀(jì)的全球性巨大工程。20世紀(jì)80年代初期，美國(guó)航空航天局（NASA）便制定了用空間技術(shù)對(duì)地球及其大氣層進(jìn)行定量測(cè)量和定性分析的航天工程計(jì)劃。EOS 地球觀測(cè)系統(tǒng)，是美國(guó)航空航天局從空間對(duì)地球作全面觀測(cè)和研究的衛(wèi)星體系；并于1998年12月發(fā)射了第一顆EOS-AM1衛(wèi)星。而擬于2003年7月發(fā)射的EOS-ALT 測(cè)高衛(wèi)星，載有GPS 信號(hào)接收機(jī)、激光測(cè)距/測(cè)高系統(tǒng)（GLRS）和微波雙頻（13.6 GHz 和5.3 GHz）測(cè)高儀，用以測(cè)量海面地形、地極移動(dòng)、冰層、海浪高度、海洋風(fēng)速和洋流速度。EOS 星載GPS 信號(hào)接收機(jī)用于測(cè)量EOS-ALT 測(cè)高衛(wèi)星的在軌位置，以此獲得米級(jí)精度甚至更優(yōu)的實(shí)時(shí)在軌點(diǎn)位坐標(biāo)，作為星載測(cè)量數(shù)據(jù)的處理基準(zhǔn)。EOS 星載GLRS 系統(tǒng)，采用雙色激光和倒置合作目標(biāo)測(cè)距方案，而以單色紅外激光測(cè)量EOS衛(wèi)星距離地面的高度（如圖6所示）。EOS 星載GLRS 系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)如表3所示。從表列數(shù)據(jù)可見，EOS 星載GLRS 系統(tǒng)采用一個(gè)以AlGaAs 激光二極管泵浦的Nd：YAG 激光器，而產(chǎn)生綠色激光（532 nm）和紫外激光（355 nm）用作距離測(cè)量。它產(chǎn)生的紅外激光（1064 nm）用作高度測(cè)量。EOS 星載激光測(cè)高，采用直徑為500 mm 的接收物鏡，這還可用于EOS 距離云層的高度測(cè)量。EOS 星載激光測(cè)距采用雙色激光脈沖測(cè)距技術(shù)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)地面激光反射鏡的絕對(duì)測(cè)距精度為±5 ～10 mm 的激光測(cè)距，致使地面上幾百千米的站間距離能夠達(dá)到毫米量級(jí)的測(cè)量精度，而實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量地球動(dòng)態(tài)參數(shù)的目的。

圖6 EOS星載GLRS系統(tǒng)的對(duì)地觀測(cè)

表3 EOS星載GLRS系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)

EOS 測(cè)高衛(wèi)星的激光測(cè)距數(shù)據(jù)，將用于研究大地板塊運(yùn)動(dòng)和地殼形變，為地震預(yù)報(bào)提供科學(xué)依據(jù)；將用于精確測(cè)量衛(wèi)星運(yùn)行軌道及其受攝運(yùn)動(dòng)的參數(shù)，為載人航天器的準(zhǔn)確入軌和安全返回提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；用于布測(cè)站間距離從幾十千米至千余千米的超高精度大地測(cè)量控制網(wǎng)，為遠(yuǎn)程尖端兵器發(fā)射和命中提供數(shù)據(jù)基準(zhǔn)。星載激光測(cè)高數(shù)據(jù)，用于研究海面地形和海洋動(dòng)力學(xué)問題，以探測(cè)災(zāi)害性海況和全球氣候變化的信息；還用于研究冰層和熔巖流的厚度。從上可見，EOS 星載激光/GPS 測(cè)量設(shè)備，將成為21世紀(jì)測(cè)量地球和定量描述地球變化的先進(jìn)設(shè)備。

此外，衛(wèi)星激光測(cè)距還用于重力測(cè)量衛(wèi)星的精密軌道測(cè)量。2002年3月17日，美國(guó)航空航天局（NASA）和德國(guó)地學(xué)研究中心（GFZ）合作發(fā)射了兩顆重力測(cè)量與氣候科研設(shè)備衛(wèi)星，分別命名為GRACEA 衛(wèi)星和GRACEB 衛(wèi)星；而構(gòu)成GRACE 衛(wèi)星重力測(cè)量系統(tǒng)。GRACEA 衛(wèi)星和GRACEB 衛(wèi)星相距220 km；它們的軌道高度為500 km，而于近極共面軌道上飛行（詳如表4所示）。GRACEA 衛(wèi)星和GRACEB 衛(wèi)星均裝備著由4塊角反射棱鏡組成的星載激光后向反射鏡陣列，其結(jié)構(gòu)和CHAMP 衛(wèi)星所載的激光后向反射鏡陣列一樣（如圖7所示）。其目的是用于檢校星載BlackJack GPS 雙頻接收機(jī)的精密軌道測(cè)定成果。

表4 GRACE重力測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)備與參數(shù)

圖7 星載激光后向反射鏡陣列