[發明專利]一種高精度測距驗證系統及方法

無效

• 申請號: 201310062542.7
• 申請日: 2013-02-28
• 公開（公告）號: CN103197307A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 金仲和;郭學為;王春暉
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及光纖通信和星間測距領域，尤其涉及一種高精度測距驗證系統及方法。

背景技術

目前，在飛行器測控中，測距占有重要的地位，因為無論是深空飛行、導彈跟蹤，還是衛星軌道的測定等航天應用，都離不開距離的測量。高精度星間測距系統是低低衛衛跟蹤重力衛星的關鍵有效載荷，通過處理高精度的星間距離和距離變化率數據，可以恢復出地球重力場。地球重力場的精確測量對大地測量、地球物理、地球動力學和海洋學等學科的發展具有極其重要的意義。2002年3月德美合作成功發射的GRACE(Gravity?Recovery?And?Climate?Experiment)衛星，其最核心的有效載荷為高精度K波段微波測距系統，測距精度優于10um，測速精度可達到1um／s，可以測出地球表面重力場異常所引起的衛星間距的變化。隨著小衛星技術的不斷進步，小衛星網在通信、遙感和導航等領域起到越來越重要的作用，星間測距是皮衛星編隊的重要保障，對小衛星本身進行高精度定位是保證衛星網正常工作的前提。

現在常用的測距系統包括載波測距和偽碼測距，載波測距是通過計算本地發送的載波和接收的載波的相位差進行測距的，根據測距信號發送和接收的相位變化量，計算出傳輸距離。而偽碼測距是根據測距信號發送和接收的延時來計算出傳輸距離。

可見，遠距離高精度測距系統在軍事和航天領域已經顯得越來越重要了，這些測距系統的研究最終需要一個精度高、長度長的距離來進行驗證和校準。但是對于大部分的研究院所，很難找到一個開闊的幾十甚至上百公里的空間距離，如果要求這個空間距離精確到微米級，基本上是不可能實現的。

發明內容

本發明的目的是提供一種高精度測距驗證系統和方法，通過模擬精度高距離遠的空間距離，驗證測距系統的測距穩定度，進一步的還可以驗證測距系統的測距精度。

一種高精度測距驗證系統，所述測距系統包括測距信號產生電路和測距信號處理電路，所述驗證系統包括光學部分，所述光學部分包括依次相連的激光器，光電調制器和光電解調器，以及連接各器件的光纖，用于模擬測距系統的測距遠距離；所述光電調制器與測距信號產生電路相連，用于將測距信號調制到激光上；所述光電解調器與測距信號處理電路相連，用于計算測距信號傳輸距離并輸出。

在用于驗證測距裝置穩定度的時候，光電解調器的信號發送端與測距信號處理電路的信號接收端之間的距離不需要改變，因此不必設置額外的運動機構。僅在對測距裝置進行精度驗證時光電解調器的信號發送端與測距信號處理電路的信號接收端之間的距離才需要進行改變，屆時可以根據需要設置平移臺。

作為信號的傳遞，常用的便是無線和有線兩種方式，當然光電解調器的信號發送端與測距信號處理電路的信號接收端之間既可以采用有線連接也可以采用無線連接。

作為優選，還設有平移臺，所述平移臺包括發送天線和接收天線，所述發送天線與接收天線之間距離精確可調；所述光電解調器的輸出端與平移臺的發送天線相連，所述測距信號處理電路與平移臺的接收天線相連，用于計算測距信號傳輸距離并輸出。

所述光電調制器連接有直流偏置電路，通過調節直流偏置電壓使調制后的信號失真最小，增益最大。光電調制器采用了強度調制器，該調制器是基于馬赫曾德干涉原理的波導型電解質光調制器件，通過調節直流偏置電壓可以使調制后的信號失真最小，增益最大。

所述光電調制器與光電解調器之間設置有光強放大器，用于放大光功率。光強放大器采用了EDFA，在1550nm處具有增益高、功率高等特性。

所述平移臺還包括移動臺和固定端，以及連接移動臺和固定端的導軌，所述發送天線與接收天線分別設置在移動臺和固定端上。所述平移臺還包括控制器，用于控制移動臺在導軌上移動，設置移動臺與固定端之間的精確距離。本平移臺絕對定位精度可以達到5μm，重復定位精度可以達到2μm，可以精確地定位發送天線與接收天線間的間距，從而確定測距系統的精度。

本發明還提出了一種高精度測距驗證方法，包括步驟：

（1）、將測距信號調制在激光上，通過光纖傳輸后，解調出測距信號；

（2）、將解調出的測距信號傳輸至測距信號處理電路，處理輸出測距信號傳輸的距離；

（3）在規定的時間內按照固定的時間間隔采樣輸出測距信號傳輸的距離，計算采樣數據的平均值和均方差，以所述均方差作為所述測距裝置的穩定度。

本發明還提出了一種高精度測距驗證方法，用于驗證測距系統的穩定度和測距精度，包括步驟：

（1）、將測距信號調制在激光上，通過光纖傳輸后，解調出測距信號；