1.2.1　脉冲飞行时间测量

脉冲飞行时间测距法[6]对距离的测量基于光速恒定这一前提条件，通过测量脉冲形式光信号从发射到反射接收的时间间隔解算待测距离，其原理如图1-4所示。采用脉冲飞行时间原理可以达到很高的测量更新速率，成熟的调Q固体激光器可以获得焦耳量级的脉冲能量，使得测距量程达到上千千米。

图1-4　脉冲飞行时间测距原理

脉冲飞行时间测距技术在激光雷达等遥感探测领域中有非常重要的应用。1969年，美国人通过阿波罗计划登月时在月球上放置的一个后向反射阵列（如图1-5所示），通过望远镜从地面观测台（站）向月球发射一束脉冲激光，然后接收从月球表面反射回来的激光回波，地面上的计时器把激光往返的时间记录下来，就可以推算出地球和月球的距离。几十年来，这项技术在不断地发展，目前测距误差已经达到不超过8 cm的程度。2020年，中山大学“天琴计划”激光测距台站攻克了地月激光测距技术，中国成为世界上第三个成功测得月球表面全部五个角反射阵列的国家。

由于以时间作为标准，脉冲飞行时间测量技术受限于光电探测器的响应带宽和定时器的快门速度。对于具有最先进的皮秒分辨能力的光电探测器，其对应的距离分辨力也只能限制在毫米量级。另外，由于激光脉冲在空中传输过程中的衰减和畸变，所接收到的脉冲与发射脉冲在幅度和形状上都有很大不同。如图1-6所示，大气色散效应引起的脉冲展宽会为正确确定脉冲起止时刻带来困难，从而引入脉冲飞行时间测距误差。

图1-5　月球表面的角反射阵列

图1-6　大气色散引入的脉冲飞行时间测距误差