2003年，上海天文台开展了多波长激光测距技术研究。利用Raman散射技术，获得了683／532／436nm三种波长激光，并对上海天文台原有的激光测距系统进行了相应改造，更换了全部Coude反光镜，建立了可同时接收双波长（683／532nm）的接收系统以及数据采集处理系统，实现了对多颗卫星的双波长测距，获得了一批测量数据，得到了大气改正值，并与大气修正模型进行了比较。该项工作在当时国际上仅少数国家开展过。
为紧随国际卫星激光测距发展趋势，2006年上海天文台在国内率先开展了高重复率激光测距的关键技术研究。在国家自然科学基金支持下，研制了千赫兹重复率距离门控电路、开发高实时性测距控制软件和大数据量快速数据预处理软件，通过引进高精度事件计时器，利用重复频率1kHz、能量3mJ、脉宽50ns的半导体泵浦激光器，以上海天文台60cm测距望远镜为平台，于2008年4月26日首次获得了Ajisai卫星的高重复率激光回波信号，为进一步开展高重复率激光测距系统的建立打下了基础。
2008-2010年，在国家重大科技基础设施建设项目(陆态网络工程)项目支持下和已有关键技术研究基础上，开展了高重复率激光测距系统建立的工作，通过引进美国PI公司研制的千赫兹重复率皮秒脉宽激光器及测距控制系统进一步改进等，于2009年10月实现了高重复率激光测距常规观测，测距数据量相比低重复率提高了1-2数量级，系统标靶测量精度名列国际前列。2010年8月在国际上采用千赫兹重复率激光器首次实现了36000公里的同步轨道卫星测量。在已有白天激光测距基础上，实现了千赫兹重复率激光测距，系统测距能力达到国际先进水平。
近些年，上海天文台在卫星激光测距技术研究的基础上，已在多项延伸领域得到重大发展和应用。
空间非合作目标激光测距： 2005-2008年上海天文台在国家重大专项和中科院创新实验室的支持下，与中电11所合作，开展了空间非合作目标激光测距关键技术研究。采用了高功率大能量激光器，改造了发射望远镜和折轴发射系统，光子探测及测距控制系统，建立了一套空间非合作目标激光测距试验系统。2008年7月在国内首次实现了美国火箭残骸和前苏联火箭残骸等多颗目标的激光测距，测量距离达900多公里，测距精度60-80cm，相比地基雷达和光电技术，测量精度提高了1-2个数量级，成为当时国际上三个具备空间碎片目标激光测距能力的台站之一，填补了国内高精度空间碎片激光测距技术的空白。该测量试验的成功开展，为我国空间目标监视与预警等提供一种高精度测量技术，拓展了我国激光测距技术发展领域。2009-2011年，在中科院重大装备项目支持下，对所建立的距试验系统性能进行了改进，实现了最远距离1800公里目标的测量，测量成功率达50%以上，空间碎片激光测距能力达到国际先进水平。我国“十二五”已启动的大口径光电望远镜装备系统中采用了该成果，开展空间目标激光测量，用于空间目标的精密定位、轨道复核、其它测量技术的外部标校等，为高精度监测网建设打下了很好的基础。
