[發明專利]一種全波形衛星激光測距系統及方法

有效

• 申請號: 202010639161.0
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111751835B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 安寧;高健;溫冠宇;宋清麗;董雪;梁智鵬;劉承志;范存波
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺長春人造衛星觀測站
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08;G01S7/48;G01S19/42;G01S19/08
• 代理公司: 北京恒和頓知識產權代理有限公司 11014
• 代理人: 王文成

1.一種全波形衛星激光測距方法，其特征在于，所述全波形衛星激光測距方法利用高速采樣門控技術代替原有的距離門控技術，通過對回波信號高頻累計采樣，提高回波點數，記錄回波的完整時域分布，實現觀測目標的距離信息和細節特征的提取；同時結合數據處理技術，減小、甚至消除衛星形狀效應對系統測距精度的影響，揭示衛星角反射器陣列在SLR過程中響應機制，實現衛星姿態信息的提取和分類；

所述全波形衛星激光測距方法包括：

按衛星高度將觀測弧段離散為若干個觀測時間柵格，衛星高度在每個時間柵格內相對不變；在一個時間柵格的弧段中，通過取樣門控器將一個回波脈沖信號時域分成等距離小間隔采樣周期，利用探測器進行多次采樣，并將不同信號周期中在同一位置的采樣信號進行信號累加統計，完成一個時間柵格弧段內SLR全波形回波數據的獲取，重復直到觀測結束；利用閾值法對全波形回波數據進行濾波去噪，同時采用高斯擬合算法對全波形數據進行優化分解，將獲取的多峰回波數據分解成多個子波形；依據衛星形狀效應理論分析，提取第一個子波形的回波信息，并記錄第一個子波形的重心位置，得到星-地之間距離S；

實施所述全波形衛星激光測距方法的全波形衛星激光測距系統包括：

地面設備控制機，用于發送發射指令與門控指令；

激光發射模塊，用于激光器接收發射指令發射固定頻率激光脈沖，同時主波探測器產生脈沖信號；

時間建立模塊，用于產生脈沖信號和秒信號用于接收計時器和發射計時器的時鐘；

接收光學系統，用于利用接收望遠鏡接收衛星返回的回波信號，通過視場光闌和窄帶濾光片進行空間和光譜濾波，由光電探測器接收；

取樣控制模塊，用于通過門控指令在回波達到之前開啟取樣門控器，同時用于控制每間隔△t重復開啟取樣門控器；

回波探測模塊，用于利用回波探測器進行多次采樣；

信號處理模塊，用于將不同信號周期中在同一位置的采樣信號進行信號累加統計，得到一個時間柵格弧段內SLR全波形回波數據；

時間分析模塊，用于將記錄的多個回波時刻進行差值，轉換為回波光子飛行時間進行計數和累計；

數據處理模塊，用于利用閾值法對全波形回波數據進行濾波去噪，同時采用高斯擬合算法對全波形數據進行優化分解，將獲取的多峰回波數據分解成多個子波形；

測距模塊，用于提取第一個子波形的回波信息，并記錄第一個子波形的重心位置，得到星-地之間距離S。

2.如權利要求1所述全波形衛星激光測距方法，其特征在于，所述全波形衛星激光測距方法進一步包括以下步驟：

步驟一，建立時間系統，產生脈沖信號和秒信號用于接收計時器和發射計時器的時鐘；

步驟二，控制激光器發射固定頻率激光脈沖，主波探測器產生脈沖信號，經過恒比定時器消除激光抖動影響后，進入時間分析儀開始計時并保存START數據；

步驟三，利用接收望遠鏡接收衛星返回的回波信號，通過視場光闌和窄帶濾光片進行空間和光譜濾波，并由光電探測器接收；

步驟四，根據衛星軌道預報，在回波到來之前的瞬間啟動取樣門控器，并每間隔△t就重復開啟取樣門控器，在每一個△t內由光電探測器的輸出脈沖觸發時間分析儀信號的時間信息都會被記錄并存儲為STOP數據，直至重復開啟取樣門控器M次結束本次記錄周期，每個START開啟的計數周期內都會記錄下M個STOP觸發的時間信息；

步驟五，依次循環N次，直到完成設定的柵格時間；

步驟六，在一個時間柵格內記錄的每組START及M個STOP時刻進行差值，轉換為回波光子飛行時間的計數并累計，并輸出顯示的是一個時間柵格內回波信號時間的統計，即回波波形的時域分布；

步驟七，重復直到觀測結束；

步驟八，在數據預處理中利用閾值法對全波形回波數據進行濾波去噪，同時采用高斯擬合算法對全波形數據進行優化分解，將獲取的多峰回波數據分解成多個子波形；

步驟九，依據衛星形狀效應理論分析，提取第一個子波形的回波信息，并記錄第一個子波形的重心位置，得到星-地之間距離S。

3.一種接收用戶輸入程序的存儲介質，所存儲的計算機程序使電子設備執行權利要求1~2任意一項所述全波形衛星激光測距方法。