伪随机码调制的高精度星载激光测距雷达.docx
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伪随机码调制的高精度星载激光测距雷达 伪随机码调制的高精度星载激光测距雷达系统是近年来发展起来的一种高精度测距技术,这种技术主要用于在轨卫星的探测、跟踪、接近停靠、交会对接等一系列探测任务。该系统采用伪随机码调制的激光雷达系统,通过高速电光晶体对激光进行调制,调制后再进行放大输出,通过全光纤设计,有利于实现系统的紧凑化轻小化设计。 激光测距雷达系统组成包括激光器、伪随机码生成器、光电调制器、整形发射光学分系统、接收光学分系统、盖革APD、时刻鉴别器和上位机等。发射阶段中,单光子激光雷达使用窄线宽、高峰值功率的激光器作为信号源,激光调制器根据伪随机码序列对激光器输出激光产生强度调制,脉冲宽度即伪随机码周期,调制激光由掺铒光纤放大器(EDFA)进行脉冲信号放大。最后使用光束整形光学分系统将激光发射出去。 探测阶段中,激光经过目标反射,通过接收光学分系统回到激光雷达,经透镜耦合入单模光纤中,由单光子探测器将光信号转化为电脉冲信号后输出,再由光子计数器中脉冲幅度甄别电路,对脉冲信号进行判决。将甄别后的码元序列与原始伪随机码序列进行相关运算,由相关峰值位置确定的目标距离导致的延时量,通过计算求得目标距离。 时序控制器用于控制伪随机码调制序列的周期,以及光子计数器对回波信号进行计数,激光雷达主要设计指标如表1所示。该系统的主要参数包括测距范围为20km,测距精度小于0.1m,数据更新率为10Hz,目标尺寸为2m×2m×2m,目标反射率为0.36,波长为1550nm。 激光器使用1550nm的DFB激光器,光谱宽度5nm,发射平均功率80mW。激光经过ixBlue公司的MX-LN-10强度调制器后,输出伪随机码信号。该调制器的最大调制速率达1GHz,消光比最高30dB。伪随机码信号由FPGA产生,调制频率为100MHz,码长为14阶。调制器工作在quad+点,激光经过调制器后输出与调制信号正向的激光脉冲。强度调制器工作在quad+点,输出信号的消光比约26dB,使用偏压控制电路实时跟踪quad的位置,并调整供电电压。工作点控制精度约0.2V。 该系统的主要优点在于采用伪随机码调制的激光雷达系统,具有高精度测距能力,能够满足运动目标的高精度测距需求。同时,该系统还具有紧凑化轻小化设计,能够满足在轨卫星的探测、跟踪、接近停靠、交会对接等一系列探测任务的需求。
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