衛(wèi)星激光測(cè)距高速數(shù)據(jù)處理解決方案

激光測(cè)距相對(duì)于其他測(cè)距,，如微波測(cè)距，往往具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、測(cè)距精度高,、抗干擾能力強(qiáng),、保密性好,、體積小,、重量輕的特點(diǎn)。使用脈沖能量高,、峰值功率大的激光器,，是衛(wèi)星激光測(cè)距系統(tǒng)獲得較高測(cè)距能力的前提，同時(shí),，系統(tǒng)的其他模塊也有相應(yīng)配套要求,，如數(shù)據(jù)處理部分同樣要求速度快、精度高,。北京坤馳科技有限公司針對(duì)激光高速脈沖測(cè)距系統(tǒng)的特殊應(yīng)用,，研制出了一款可用于衛(wèi)星激光測(cè)距的高速數(shù)據(jù)處理解決方案,。

系統(tǒng)簡(jiǎn)介：

衛(wèi)星激光測(cè)距技術(shù)集光機(jī)電于一身,涉及計(jì)算機(jī)軟,、硬件技術(shù),光學(xué)、激光學(xué),、大地測(cè)量學(xué),、機(jī)械學(xué)、電子學(xué),、天文學(xué),、自動(dòng)控制學(xué)、電子通訊等多種學(xué)科,。因此SLR測(cè)距儀系統(tǒng)十分復(fù)雜,消耗較大,故障率較高,同時(shí)受天氣因素制約,維護(hù)起來(lái)也比較困難,需要花費(fèi)較大的人力物力,但它又是目前精度高的絕對(duì)觀測(cè)技術(shù)手段,。

其測(cè)距原理為：由激光器對(duì)被測(cè)目標(biāo)發(fā)射一個(gè)光脈沖，然后接收系統(tǒng)接收目標(biāo)反射回來(lái)的光脈沖,，通過(guò)測(cè)量光脈沖往返的時(shí)間來(lái)算出目標(biāo)的距離,。 

系統(tǒng)框圖：

系統(tǒng)組成：

衛(wèi)星激光測(cè)距系統(tǒng)按照各部分用途大致分為：激光發(fā)射、激光接收,、信息處理和信息傳輸四大部分,。

• 激光發(fā)射部分的作用是產(chǎn)生峰值功率高，光束發(fā)散角小的脈沖激光,，使其經(jīng)過(guò)發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步準(zhǔn)直后,，射向所測(cè)衛(wèi)星。

• 激光接收部分是接收從被測(cè)衛(wèi)星反射回來(lái)的微弱激光脈沖信號(hào),，經(jīng)接收光學(xué)系統(tǒng)聚焦后,，照在光電探測(cè)器的光敏面上,，使光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并經(jīng)過(guò)放大。

• 信息處理部分的主要作用是進(jìn)行衛(wèi)星測(cè)站預(yù)報(bào),，跟蹤衛(wèi)星,，測(cè)量激光脈沖從測(cè)距系統(tǒng)到被測(cè)衛(wèi)星往返一次的時(shí)間間隔t，并準(zhǔn)確顯示和記錄在計(jì)算機(jī)硬盤上,，再由人工或自動(dòng)方式形成標(biāo)準(zhǔn)格式,。

• 信息傳輸部分的作用是通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)接收軌道預(yù)報(bào)參數(shù)和其它指令（下傳），上傳觀測(cè)結(jié)果所形成的標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)等,。

硬件介紹

光學(xué)模塊

依據(jù)測(cè)量距離,、測(cè)量方法的不同用戶功能可選用各種不同性能的激光器、發(fā)射望遠(yuǎn)鏡,、接受望遠(yuǎn)鏡,、光電倍增管等不同光學(xué)部件與儀器。

原理簡(jiǎn)圖：

千赫茲皮秒激光器為第四代衛(wèi)星激光測(cè)距之激光器,。下一代衛(wèi)星測(cè)距用激光器為雙波長(zhǎng)激光器,。

數(shù)據(jù)處理模塊

 性能指標(biāo)：

•  10bit  2GSPS ADC，單通道,。

•  低噪聲模擬前端,，支持+/-5V~+/-200mV信號(hào)輸入，50Ω阻抗 BNC接口,。

•  板載128MB DDR2內(nèi)存,。

•  16個(gè)可編程GPIO，可用于系統(tǒng)控制,。

•  高穩(wěn)定度,，超低低抖動(dòng)時(shí)鐘發(fā)生器。

•  低噪聲電源設(shè)計(jì),。

•  LED顯示,，指示含有畸變信號(hào)的數(shù)量和狀態(tài)。

•  FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信號(hào)特征檢測(cè)算法功能,。

•  FPGA目標(biāo)跟蹤,、距離實(shí)時(shí)計(jì)算算法。

•  USB 2.0 接口,，用戶可以通過(guò)USB進(jìn)行參數(shù)配置以及接收計(jì)算結(jié)果,。

•  寬溫設(shè)計(jì)-20℃~+90℃

•  供電需求，單電源12DC輸入,，1A電流,。

•  外形尺寸：220mmX90mm

采集系統(tǒng)框圖：

硬件外形：

性能保證：

1、量化精度等指標(biāo)：

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

2.Clock jitter的消除：

該方案中采用溫度補(bǔ)償晶體TCXO以及業(yè)內(nèi)頂級(jí)的 Jitter cleaning CLK Generator芯片來(lái)保證clock的穩(wěn)定性,，Clock jitter的消除以及極低的Phase noise,。采用本時(shí)鐘解決方案，其總的clock jitter在系統(tǒng)中完全能做到<1ps,。< span="">

3.合理的設(shè)計(jì)方法

合理的高速數(shù)?；旌螾CB設(shè)計(jì),，充分論證信號(hào)完整性和電源完整性，PCB版圖如下：

衛(wèi)星激光測(cè)距（Satellite Laser Ranging：SLR）是隨著現(xiàn)代激光,、光電子學(xué),、 計(jì)算機(jī)和空間科學(xué)發(fā)展而建立起來(lái)的一門嶄新觀測(cè)技術(shù)。由于它具有獨(dú)特的測(cè)距方式和較高的測(cè)量精度,已在地學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,。目前,其觀測(cè)資料已可用于地球物理學(xué),、地球動(dòng)力學(xué)、大地測(cè)量學(xué),、天文學(xué)和地震預(yù)報(bào)等多種學(xué)科應(yīng)用,。