衛(wèi)星激光測距高速數(shù)據(jù)處理解決方案
衛(wèi)星激光測距高速數(shù)據(jù)處理解決方案
激光測距相對于其他測距,如微波測距,,往往具有探測距離遠,、測距精度高,、抗干擾能力強,、保密性好,、體積小,、重量輕的特點,。使用脈沖能量高、峰值功率大的激光器,,是衛(wèi)星激光測距系統(tǒng)獲得較高測距能力的前提,,同時,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激光高速脈沖測距系統(tǒng)的特殊應(yīng)用,,研制出了一款可用于衛(wèi)星激光測距的高速數(shù)據(jù)處理解決方案。
系統(tǒng)簡介:
衛(wèi)星激光測距技術(shù)集光機電于一身,涉及計算機軟,、硬件技術(shù),光學(xué),、激光學(xué)、大地測量學(xué),、機械學(xué),、電子學(xué)、天文學(xué),、自動控制學(xué),、電子通訊等多種學(xué)科。因此SLR測距儀系統(tǒng)十分復(fù)雜,消耗較大,故障率較高,同時受天氣因素制約,維護起來也比較困難,需要花費較大的人力物力,但它又是目前精度高的絕對觀測技術(shù)手段,。
其測距原理為:由激光器對被測目標(biāo)發(fā)射一個光脈沖,,然后接收系統(tǒng)接收目標(biāo)反射回來的光脈沖,通過測量光脈沖往返的時間來算出目標(biāo)的距離,。
系統(tǒng)框圖:
系統(tǒng)組成:
衛(wèi)星激光測距系統(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,。
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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)過發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)進一步準(zhǔn)直后,射向所測衛(wèi)星,。
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激光接收部分是接收從被測衛(wèi)星反射回來的微弱激光脈沖信號,,經(jīng)接收光學(xué)系統(tǒng)聚焦后,照在光電探測器的光敏面上,,使光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌⒔?jīng)過放大,。
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信息處理部分的主要作用是進行衛(wèi)星測站預(yù)報,跟蹤衛(wèi)星,,測量激光脈沖從測距系統(tǒng)到被測衛(wèi)星往返一次的時間間隔t,,并準(zhǔn)確顯示和記錄在計算機硬盤上,再由人工或自動方式形成標(biāo)準(zhǔn)格式,。
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信息傳輸部分的作用是通過通訊網(wǎng)絡(luò)接收軌道預(yù)報參數(shù)和其它指令(下傳),,上傳觀測結(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)測量距離,、測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)射望遠鏡、接受望遠鏡,、光電倍增管等不同光學(xué)部件與儀器,。
原理簡圖:
千赫茲皮秒激光器為第四代衛(wèi)星激光測距之激光器。下一代衛(wèi)星測距用激光器為雙波長激光器,。
數(shù)據(jù)處理模塊
性能指標(biāo):
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10bit 2GSPS ADC,,單通道。
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低噪聲模擬前端,,支持+/-5V~+/-200mV信號輸入,,50Ω阻抗 BNC接口。
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板載128MB DDR2內(nèi)存,。
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16個可編程GPIO,,可用于系統(tǒng)控制。
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高穩(wěn)定度,,超低低抖動時鐘發(fā)生器,。
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低噪聲電源設(shè)計。
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LED顯示,,指示含有畸變信號的數(shù)量和狀態(tài),。
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FPGA實現(xiàn)實時信號特征檢測算法功能。
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FPGA目標(biāo)跟蹤,、距離實時計算算法,。
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USB 2.0 接口,用戶可以通過USB進行參數(shù)配置以及接收計算結(jié)果,。
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寬溫設(shè)計-20℃~+90℃
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供電需求,,單電源12DC輸入,,1A電流。
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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償晶體TCXO以及業(yè)內(nèi)頂級的 Jitter cleaning CLK Generator芯片來保證clock的穩(wěn)定性,Clock jitter的消除以及極低的Phase noise,。采用本時鐘解決方案,,其總的clock jitter在系統(tǒng)中完全能做到<1ps。< span="">
3.合理的設(shè)計方法
合理的高速數(shù)模混合PCB設(shè)計,,充分論證信號完整性和電源完整性,,PCB版圖如下:
衛(wèi)星激光測距(Satellite Laser Ranging:SLR)是隨著現(xiàn)代激光、光電子學(xué),、 計算機和空間科學(xué)發(fā)展而建立起來的一門嶄新觀測技術(shù),。由于它具有獨特的測距方式和較高的測量精度,已在地學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。目前,其觀測資料已可用于地球物理學(xué),、地球動力學(xué),、大地測量學(xué)、天文學(xué)和地震預(yù)報等多種學(xué)科應(yīng)用,。
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SPA
適用于所有A/D卡的外接前置放大器 低噪聲/高增益 允許獲取高分辨率的弱信號
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M4i.44xx-PCIe總線直流耦合采集卡
PCIe×8 Gen2 接口;獨立ADC的雙通道或者四通道,;4通道,;130MS/S~500MS/s;14/16bit 數(shù)字化儀
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ADQ7DC-PCIe直流耦合采集卡
1/2通道,;14bit分辨率,;10GSPS采樣率 3GHz模擬輸入帶寬及4GB板載內(nèi)存
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m4i.22xx-x8系列-PCIe總線直流耦合采集卡
四通道1.25 GS/s;兩通道2.5GS/s,;單通道5GS/s,;500 MHz或1.5GHz帶寬;標(biāo)準(zhǔn)4 GSample板載內(nèi)存