[發(fā)明專利]一種高精度測(cè)距驗(yàn)證系統(tǒng)及方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310062542.7
• 申請(qǐng)日: 2013-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103197307A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金仲和;郭學(xué)為;王春暉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/497
• 分類號(hào): G01S7/497
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖通信和星間測(cè)距領(lǐng)域，尤其涉及一種高精度測(cè)距驗(yàn)證系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

目前，在飛行器測(cè)控中，測(cè)距占有重要的地位，因?yàn)闊o(wú)論是深空飛行、導(dǎo)彈跟蹤，還是衛(wèi)星軌道的測(cè)定等航天應(yīng)用，都離不開(kāi)距離的測(cè)量。高精度星間測(cè)距系統(tǒng)是低低衛(wèi)衛(wèi)跟蹤重力衛(wèi)星的關(guān)鍵有效載荷，通過(guò)處理高精度的星間距離和距離變化率數(shù)據(jù)，可以恢復(fù)出地球重力場(chǎng)。地球重力場(chǎng)的精確測(cè)量對(duì)大地測(cè)量、地球物理、地球動(dòng)力學(xué)和海洋學(xué)等學(xué)科的發(fā)展具有極其重要的意義。2002年3月德美合作成功發(fā)射的GRACE(Gravity?Recovery?And?Climate?Experiment)衛(wèi)星，其最核心的有效載荷為高精度K波段微波測(cè)距系統(tǒng)，測(cè)距精度優(yōu)于10um，測(cè)速精度可達(dá)到1um／s，可以測(cè)出地球表面重力場(chǎng)異常所引起的衛(wèi)星間距的變化。隨著小衛(wèi)星技術(shù)的不斷進(jìn)步，小衛(wèi)星網(wǎng)在通信、遙感和導(dǎo)航等領(lǐng)域起到越來(lái)越重要的作用，星間測(cè)距是皮衛(wèi)星編隊(duì)的重要保障，對(duì)小衛(wèi)星本身進(jìn)行高精度定位是保證衛(wèi)星網(wǎng)正常工作的前提。

現(xiàn)在常用的測(cè)距系統(tǒng)包括載波測(cè)距和偽碼測(cè)距，載波測(cè)距是通過(guò)計(jì)算本地發(fā)送的載波和接收的載波的相位差進(jìn)行測(cè)距的，根據(jù)測(cè)距信號(hào)發(fā)送和接收的相位變化量，計(jì)算出傳輸距離。而偽碼測(cè)距是根據(jù)測(cè)距信號(hào)發(fā)送和接收的延時(shí)來(lái)計(jì)算出傳輸距離。

可見(jiàn)，遠(yuǎn)距離高精度測(cè)距系統(tǒng)在軍事和航天領(lǐng)域已經(jīng)顯得越來(lái)越重要了，這些測(cè)距系統(tǒng)的研究最終需要一個(gè)精度高、長(zhǎng)度長(zhǎng)的距離來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證和校準(zhǔn)。但是對(duì)于大部分的研究院所，很難找到一個(gè)開(kāi)闊的幾十甚至上百公里的空間距離，如果要求這個(gè)空間距離精確到微米級(jí)，基本上是不可能實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高精度測(cè)距驗(yàn)證系統(tǒng)和方法，通過(guò)模擬精度高距離遠(yuǎn)的空間距離，驗(yàn)證測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)距穩(wěn)定度，進(jìn)一步的還可以驗(yàn)證測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)距精度。

一種高精度測(cè)距驗(yàn)證系統(tǒng)，所述測(cè)距系統(tǒng)包括測(cè)距信號(hào)產(chǎn)生電路和測(cè)距信號(hào)處理電路，所述驗(yàn)證系統(tǒng)包括光學(xué)部分，所述光學(xué)部分包括依次相連的激光器，光電調(diào)制器和光電解調(diào)器，以及連接各器件的光纖，用于模擬測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)距遠(yuǎn)距離；所述光電調(diào)制器與測(cè)距信號(hào)產(chǎn)生電路相連，用于將測(cè)距信號(hào)調(diào)制到激光上；所述光電解調(diào)器與測(cè)距信號(hào)處理電路相連，用于計(jì)算測(cè)距信號(hào)傳輸距離并輸出。

在用于驗(yàn)證測(cè)距裝置穩(wěn)定度的時(shí)候，光電解調(diào)器的信號(hào)發(fā)送端與測(cè)距信號(hào)處理電路的信號(hào)接收端之間的距離不需要改變，因此不必設(shè)置額外的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。僅在對(duì)測(cè)距裝置進(jìn)行精度驗(yàn)證時(shí)光電解調(diào)器的信號(hào)發(fā)送端與測(cè)距信號(hào)處理電路的信號(hào)接收端之間的距離才需要進(jìn)行改變，屆時(shí)可以根據(jù)需要設(shè)置平移臺(tái)。

作為信號(hào)的傳遞，常用的便是無(wú)線和有線兩種方式，當(dāng)然光電解調(diào)器的信號(hào)發(fā)送端與測(cè)距信號(hào)處理電路的信號(hào)接收端之間既可以采用有線連接也可以采用無(wú)線連接。

作為優(yōu)選，還設(shè)有平移臺(tái)，所述平移臺(tái)包括發(fā)送天線和接收天線，所述發(fā)送天線與接收天線之間距離精確可調(diào)；所述光電解調(diào)器的輸出端與平移臺(tái)的發(fā)送天線相連，所述測(cè)距信號(hào)處理電路與平移臺(tái)的接收天線相連，用于計(jì)算測(cè)距信號(hào)傳輸距離并輸出。

所述光電調(diào)制器連接有直流偏置電路，通過(guò)調(diào)節(jié)直流偏置電壓使調(diào)制后的信號(hào)失真最小，增益最大。光電調(diào)制器采用了強(qiáng)度調(diào)制器，該調(diào)制器是基于馬赫曾德干涉原理的波導(dǎo)型電解質(zhì)光調(diào)制器件，通過(guò)調(diào)節(jié)直流偏置電壓可以使調(diào)制后的信號(hào)失真最小，增益最大。

所述光電調(diào)制器與光電解調(diào)器之間設(shè)置有光強(qiáng)放大器，用于放大光功率。光強(qiáng)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(tái)還包括移動(dòng)臺(tái)和固定端，以及連接移動(dòng)臺(tái)和固定端的導(dǎo)軌，所述發(fā)送天線與接收天線分別設(shè)置在移動(dòng)臺(tái)和固定端上。所述平移臺(tái)還包括控制器，用于控制移動(dòng)臺(tái)在導(dǎo)軌上移動(dòng)，設(shè)置移動(dòng)臺(tái)與固定端之間的精確距離。本平移臺(tái)絕對(duì)定位精度可以達(dá)到5μm，重復(fù)定位精度可以達(dá)到2μm，可以精確地定位發(fā)送天線與接收天線間的間距，從而確定測(cè)距系統(tǒng)的精度。

本發(fā)明還提出了一種高精度測(cè)距驗(yàn)證方法，包括步驟：

（1）、將測(cè)距信號(hào)調(diào)制在激光上，通過(guò)光纖傳輸后，解調(diào)出測(cè)距信號(hào)；

（2）、將解調(diào)出的測(cè)距信號(hào)傳輸至測(cè)距信號(hào)處理電路，處理輸出測(cè)距信號(hào)傳輸?shù)木嚯x；

（3）在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按照固定的時(shí)間間隔采樣輸出測(cè)距信號(hào)傳輸?shù)木嚯x，計(jì)算采樣數(shù)據(jù)的平均值和均方差，以所述均方差作為所述測(cè)距裝置的穩(wěn)定度。

本發(fā)明還提出了一種高精度測(cè)距驗(yàn)證方法，用于驗(yàn)證測(cè)距系統(tǒng)的穩(wěn)定度和測(cè)距精度，包括步驟：

（1）、將測(cè)距信號(hào)調(diào)制在激光上，通過(guò)光纖傳輸后，解調(diào)出測(cè)距信號(hào)；