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)星激光測距技術集光機電于一身,涉及計算機軟、硬件技術,光學,、激光學,、大地測量學、機械學,、電子學,、天文學、自動控制學,、電子通訊等多種學科,。因此SLR測距儀系統(tǒng)十分復雜,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手段。

其測距原理為：由激光器對被測目標發(fā)射一個光脈沖,，然后接收系統(tǒng)接收目標反射回來的光脈沖,，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。

• 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)射光學系統(tǒng)進一步準直后,，射向所測衛(wèi)星。

• 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)接收光學系統(tǒng)聚焦后,，照在光電探測器的光敏面上，使光信號轉變?yōu)殡娦盘柌⒔?jīng)過放大,。

• 信息處理部分的主要作用是進行衛(wèi)星測站預報,，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準格式。

• 信息傳輸部分的作用是通過通訊網(wǎng)絡接收軌道預報參數(shù)和其它指令（下傳）,，上傳觀測結果所形成的標準格式數(shù)據(jù)等。

硬件介紹

光學模塊

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：

•  10bit  2GSPS ADC,，單通道。

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

•  板載128MB DDR2內(nèi)存,。

•  16個可編程GPIO,，可用于系統(tǒng)控制。

•  高穩(wěn)定度,，超低低抖動時鐘發(fā)生器,。

•  低噪聲電源設計。

•  LED顯示,，指示含有畸變信號的數(shù)量和狀態(tài),。

•  FPGA實現(xiàn)實時信號特征檢測算法功能。

•  FPGA目標跟蹤,、距離實時計算算法,。

•  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果,。

•  寬溫設計-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：

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.合理的設計方法

合理的高速數(shù)模混合PCB設計,，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,、 計算機和空間科學發(fā)展而建立起來的一門嶄新觀測技術,。由于它具有獨特的測距方式和較高的測量精度,已在地學領域廣泛應用。目前,其觀測資料已可用于地球物理學,、地球動力學,、大地測量學、天文學和地震預報等多種學科應用,。