Research and Experiment on Space Debris Daytime Laser Ranging Based on 532 nm Wavelength

Zhulian Li; Dongsheng Zhai; Rufeng Tang; Haitao Zhang; Rongwang Li; Xiaoyu Pi; Honglin Fu; Yuqiang Li

doi:10.3788/LOP202259.1112003

Laser & Optoelectronics Progress, Volume. 59, Issue 11, 1112003(2022)

Research and Experiment on Space Debris Daytime Laser Ranging Based on 532 nm Wavelength

Zhulian Li^1,2, Dongsheng Zhai^1,2、*, Rufeng Tang¹, Haitao Zhang¹, Rongwang Li^1,2, Xiaoyu Pi¹, Honglin Fu¹, and Yuqiang Li^1,2

Author Affiliations

¹Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences, Kunming 650216, Yunnan , China

²Key Laboratory of Space Object and Debris Observation, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210023, Jiangsu , China

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Figures & Tables(16)

Fig. 1. Daytime laser ranging residual of Galileo 204 (20000 km) satellite

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Fig. 2. Analyzing results of the Gallileo204 satellite daylight laser ranging data. (a) Noise statistics every 5 s; (b) SNR value every 5 s

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Fig. 3. Returned photoelectron number estimation of ranging system

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Fig. 4. Lengthening detector’s detecting time

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Fig. 5. Gate signal of single photon detector

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Fig. 6. Single photon detector daytime background noise count and response. (a) Noise statistics every 5 s; (b) gate signal width is about 27 µs

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Fig. 7. CMOS camera and its spectral response

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Fig. 8. Daytime images of stellar. (a) HIP_75097; (b) HIP_69373

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Fig. 9. Daytime images of space debris. (a) 03598; (b) 06155

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Fig. 10. Daytime ranging results of space debris 26474

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Fig. 11. Daytime ranging results of different space debris

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Fig. 12. Analyzing results of the 20453 rocket body daylight laser ranging data. (a) Noise statistics every 5 s; (b) SNR value every 5 s

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Table 1. Main parameters of the detector
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Table 1. Main parameters of the detector
Parameter name Value
Photosensitive area diameter /μm 500
Quantum efficiency（@532 nm）/% >60
Dark count（@1 kHz，10 μs window） 15
Recovery time /ns 50
Time jitter /ps 160

Table 2. Main parameters of the camera

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Table 2. Main parameters of the camera

Parameter name	Value
Photosensitive area /（mm×mm）	13.2×13.2
Detecting efficiency（@500~600 nm）/%	>78
Number of pixel /（pixel×pixel）	2048×2048
Dark current（@-10 °C，-20 °C &-30 °C）/（pixel^-1·s^-1）	0.06l，0.02，0.006
Exposure time /s	0.001‒10
Reading speed /（frame·s^-1）	30‒100

Table 3. Stellar daytime imaging data

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Table 3. Stellar daytime imaging data

Local time	Stellar code	（A，E）of the stellar /（°）	（A，E） of the sun /（°）	Exposure time /ms	Magnitude	Visible
10：19：31	HIP_7999	（120.71，41.85）	（100.86，48.03）	1000	4.98	No
15：18：31	HIP_117718	（277.86，32.06）	（252.75，56.14）	1000	5.06	Yes
15：26：10	HIP_15890	（352.53，49.71）	（254.13，54.64）	1000	5.15	Yes
15：30：09	HIP_37300	（88.32，41.99）	（254.89，53.76）	1000	5.04	Yes
15：41：47	HIP_19777	（185.14，54.65）	（256.93，51.25）	1000	4.87	Yes

Table 4. Experimental data of space debris laser ranging in daytime

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Table 4. Experimental data of space debris laser ranging in daytime

Date（local time）	Type/code	Sunrise（local time）	Sunset（local time）	Phase angle /（°）	Perigee /km	Apogee /km	RCS /㎡
2020.11.13 （10：38：04）	ROCKET BODY/26474	07：23：55	-	168.15	540	618	15.67
2020.11.23 （07：31：17）	ROCKET BODY/28932	07：30：57	-	67.09	528	653	16.13
2020.11.24 （08：33：40）	ROCKET BODY/28480	07：31：40	-	105.80	703	909	10.77
2020.11.27 （07：42：07）	ENVISAT/27386	07：33：49	-	67.80	764	766	17.61
2021.04.21 （17：20：39）	TOPEX/22076	-	19：33：49	86.95	1331	1343	8.59
2021.04.22 （07：14：14）	ENVISAT/27386	06：40：02	-	41.06	764	766	17.61
2021.04.22 （07：46：33）	ROCKET BODY/06155	06：40：02	-	139.99	629	683	13.16
2021.04.22 （18：55：02）	ROCKET BODY/25861	-	19：34：17	94.33	622	645	13.61
2021.04.22 （19：16：07）	ROCKET BODY/38341	-	19：34：17	104.17	577	655	18.50
2021.04.22 （19：26：12）	ROCKET BODY/28738	-	19：34：17	102.79	520	538	12.75
2021.04.22 （19：32：00）	ROCKET BODY/28480	-	19：34：17	98.01	703	909	10.77
2021.05.04 （06：51：13）	ROCKET BODY/20453	06：30：47	-	123.03	415	803	9.86

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Zhulian Li, Dongsheng Zhai, Rufeng Tang, Haitao Zhang, Rongwang Li, Xiaoyu Pi, Honglin Fu, Yuqiang Li. Research and Experiment on Space Debris Daytime Laser Ranging Based on 532 nm Wavelength[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2022, 59(11): 1112003

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