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    卫星激光测距高速数据处理解决方案

     

    激光测距相对于其他测距,如微波测距,往往具有探测距离远、测距精度高、抗干扰能力强、保密性好、体积小、重量轻的特点。使用脉冲能量高、峰值功率大的激光器,是卫星激光测距系统获得较高测距能力的前提,同时,系统的其他模块也有相应配套要求,如数据处理部分同样要求速度快、精度高。北京坤驰科技有限公司针对激光高速脉冲测距系统的特殊应用,研制出了一款可用于卫星激光测距的高速数据处理解决方案。

    系统简介:

    卫星激光测距技术集光机电于一身,涉及计算机软、硬件技术,光学、激光学、大地测量学、机械学、电子学、天文学、自动控制学、电子通讯等多种学科。因此SLR测距仪系统十分复杂,消耗较大,故障率较高,同时受天气因素制约,维护起来也比较困难,需要花费较大的人力物力,但它又是目前精度最高的绝对观测技术手段。

    其测距原理为:由激光器对被测目标发射一个光脉冲,然后接收系统接收目标反射回来的光脉冲,通过测量光脉冲往返的时间来算出目标的距离。 

    系统框图:

    卫星激光测距系统框图

    系统组成:

    卫星激光测距系统按照各部分用途大致分为:激光发射、激光接收、信息处理和信息传输四大部分。

    • 激光发射部分的作用是产生峰值功率高,光束发散角小的脉冲激光,使其经过发射光学系统进一步准直后,射向所测卫星。
    • 激光接收部分是接收从被测卫星反射回来的微弱激光脉冲信号,经接收光学系统聚焦后,照在光电探测器的光敏面上,使光信号转变为电信号并经过放大。
    • 信息处理部分的主要作用是进行卫星测站预报,跟踪卫星,测量激光脉冲从测距系统到被测卫星往返一次的时间间隔t,并准确显示和记录在计算机硬盘上,再由人工或自动方式形成标准格式。
    • 信息传输部分的作用是通过通讯网络接收轨道预报参数和其它指令(下传),上传观测结果所形成的标准格式数据等。
     
    硬件介绍
    光学模块

    依据测量距离、测量方法的不同用户功能可选用各种不同性能的激光器、发射望远镜、接受望远镜、光电倍增管等不同光学部件与仪器。

    原理简图:

     

    千赫兹皮秒激光器为第四代卫星激光测距之激光器。下一代卫星测距用激光器为双波长激光器。

    数据处理模块
     性能指标:
    •  10bit  2GSPS ADC,单通道。
    •  低噪声模拟前端,支持+/-5V~+/-200mV信号输入,50Ω阻抗 BNC接口。
    •  板载128MB DDR2内存。
    •  16个可编程GPIO,可用于系统控制。
    •  高稳定度,超低低抖动时钟发生器。
    •  低噪声电源设计。
    •  LED显示,指示含有畸变信号的数量和状态。
    •  FPGA实现实时信号特征检测算法功能。
    •  FPGA目标跟踪、距离实时计算算法。
    •  USB 2.0 接口,用户可以通过USB进行参数配置以及接收计算结果。
    •  宽温设计-20℃~+90℃
    •  供电需求,单电源12DC输入,1A电流。
    •  外形尺寸:220mmX90mm
     

     

    采集系统框图:
     
    硬件外形:
    性能保证:
    1、量化精度等指标:

    Fs=2Gsps;   Fin=500MHz ;   SNR:42 dBc;   ENOB:7 bit;   THD:45dBc;   SFDR:48dBc。

    2.Clock jitter的消除:
    该方案中采用温度补偿晶体TCXO以及业内顶级的 Jitter cleaning CLK Generator芯片来保证clock的稳定性,Clock jitter的消除以及极低的Phase noise。采用本时钟解决方案,其总的clock jitter在系统中完全能做到<1ps。
    3.合理的设计方法
    合理的高速数模混合PCB设计,充分论证信号完整性和电源完整性,PCB版图如下:

    卫星激光测距(Satellite Laser Ranging:SLR)是随着现代激光、光电子学、 计算机和空间科学发展而建立起来的一门崭新观测技术。由于它具有独特的测距方式和较高的测量精度,已在地学领域广泛应用。目前,其观测资料已可用于地球物理学、地球动力学、大地测量学、天文学和地震预报等多种学科应用。

     

     

     

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