CN111505658B - 一种脉冲群式重复频率可调的激光测距方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脉冲群式重复频率可调的激光测距方法，包括：计算机终端，距离门控器，事件计时器，激光器，光电探测器，反射镜组，发射望远镜，接收望远镜，单光子探测器。计算机终端输出卫星距离预报值给距离门控器，点火脉冲群触发激光器输出激光脉冲群，群内脉冲数上百个，部分光由光电探测器探测，另外的经反射镜组、发射望远镜至卫星，卫星返回激光脉冲群回波被接收望远镜接收，此时距离门控器输出门控脉冲群信号，触发单光子探测器接收激光回波，事件计时器记录时刻，由计算机终端处理实现卫星距离的测量。通过控制脉冲群内的脉冲数目及脉冲群的频率周期，可实现可调的超高重复频率卫星激光测距，促进激光测距的发展与应用。

Description

一种脉冲群式重复频率可调的激光测距方法
技术领域
本发明涉及激光测距领域，具体而言，涉及一种脉冲群式重复频率可调的激光测距方法。
背景技术
卫星激光测距通过精确测定激光脉冲从地面观测点到卫星反射器的往返时间间隔，从而算出卫星与站点之间的精确距离，目前测距精度达亚厘米及毫米级，是卫星轨道测量技术中精度最高的一种技术，广泛应用于空间目标精密定轨、地球重力场参数、相对论验证、高精度时间比对等领域的科学研究，为载人航天与探月工程、卫星导航系统及深空探测等国家重大专项的突破提供不可或缺的高精度测量数据支持。
随着激光与探测技术的不断发展以及相关领域的应用需求，卫星激光测距的测距频率由早期使用低重复频率(几十赫兹)已发展到目前普遍使用的高重复频率千赫兹。卫星激光测距的重复频率越高，在越短的时间内，能够获得更多的卫星距离数据，提高卫星距地面距离及卫星轨道的精度，增强卫星姿态探知能力，缓解对激光器输出大能量激光脉冲的依赖。激光在大气传输过程中由于大气中的悬浮颗粒、分子等形成的激光后向散射光，是限制更高重复频率卫星激光测距的重要因素。超高重复频率卫星激光测距，脉冲之间的间距短，激光在大气中传输的距离大于3km后向散射光的距离对应时间大于10us，即在10us内均有激光从大气中传输的激光后向散射光至望远镜，激光发射脉冲后，后一个脉冲发射时，前一个脉冲的后向散射光子已至接收望远镜，无疑后向散射光增大卫星激光回波的探测难度；同时激光从发射望远镜发射后，由于激光在大气中传输的后向散射光，导致将有大量的激光后向散射光被接收望远镜接收至单光子探测器上，若此时开启单光子探测器，单光子探测器很容易达到响应饱和，易造成单光子探测器的损坏，限制了卫星激光测距向更高重复频率的发展。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种脉冲群式重复频率可调的激光测距方法。
本发明公开了一种脉冲群式重复频率可调的激光测距方法，包括：计算机终端，距离门控器，事件计时器，激光器，光电探测器，反射镜组，发射望远镜，接收望远镜，单光子探测器。所述计算机终端根据目标卫星的轨道距离，将轨道距离预报值输入至所述距离门控，所述距离门控器先输出点火脉冲群信号给所述激光器，所述激光器对应输出激光脉冲群，经所述反射镜组传输至所述发射望远镜，经所述发射望远镜发射出去，激光脉冲群至目标卫星，目标卫星反射激光脉冲群形成激光脉冲群回波，被所述接收望远镜接收；透过所述反射镜组的激光脉冲群被所述光电探测器探测，将探测的激光脉冲群信号输入所述事件计时器，记录激光脉冲群发射时刻值；由所述距离门控器根据卫星轨道预报值，当激光脉冲群回波至所述接收望远镜时，输出对应的门控脉冲群至所述单光子探测器，所述单光子探测器接收激光脉冲群回波获得激光脉冲回波探测信号，激光脉冲群回波探测信号输入至所述事件计时器，记录激光脉冲群回波接收时刻值；激光脉冲群发射时刻值与激光脉冲群回波接收时刻值输入进所述计算机终端处理，实现卫星距离的测量。
作为本发明进一步的改进，所述距离门控器为可编程逻辑单元，输出脉冲群的周期频率为1H～2000Hz，脉冲群内的脉冲数为2～50000个，脉冲群内的脉冲间距相等，间距范围为1us～1000us，测距重复频率为脉冲群的频率乘以脉冲群内的脉冲数目。
作为本发明进一步的改进，所述距离门控器输出两路脉冲群信号，一路为点火脉冲群，另一路为门控脉冲群，两路脉冲群内的脉冲数目相等，点火脉冲群内的第一个脉冲与门控脉冲群内第一个脉冲的时间间距为对应目标卫星轨道预报距离所对应的距离时间。
作为本发明进一步的改进，所述激光器为脉冲激光器，满足在脉冲群触发信号下工作，输出与点火脉冲群信号相对应的脉冲群及群内脉冲数目。
作为本发明进一步的改进，所述反射镜由第一45°反射镜，第二45°反射镜，第三45°反射镜，第四45°反射镜组成，反射传输激光。
作为本发明进一步的改进，所述第一45°反射镜的透过率为1～2％，透过的激光被所述光电探测器接收。
作为本发明进一步的改进，所述光电探测器能够快速响应所述激光器的发射波长。
作为本发明进一步的改进，所述发射望远镜为透射式望远镜，镀有对应激光脉冲群波长的高透膜。
作为本发明进一步的改进，所述接收望远镜为反射式望远镜，镀有对应激光脉冲群波长的高反膜。
作为本发明进一步的改进，所述单光子探测器可通过门控脉冲信号驱动控制工作时段与重复频率。
本发明的有益效果为：提出了一种激光测距过程采用脉冲群方法发射激光与接收激光回波，避开了激光后向散射光对卫星激光回波的干扰，能够控制脉冲群的频率及脉冲群内的脉冲数目，实现重复频率可调的超高重复频率激光测距。具体的：
1、采用距离门控器输出点火脉冲群触发激光输出激光脉冲群，并通过目标卫星的轨道预报值输出对应的门控脉冲群触发开启单光子探测器接收目标卫星对脉冲群激光反射的回波，避开激光发射时刻与卫星激光回波接收时刻的干扰。
2、采用距离门控器实现对脉冲群的周期频率及脉冲群内的脉冲数控制，实现可调重复频率的激光测距，获得超高重复频率的激光测距。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种脉冲群式重复频率可调的激光测距方法示意图；
图2为本发明实施例所述的一种脉冲群式重复频率可调的激光测距方法的距离门控输出点火脉冲群与门控脉冲群及卫星预报距离的时序示意图。
图中：
1、计算机终端；2、距离门控器；3、事件计时器；4、激光器；5、光电探测器；6、反射镜组；61、第一45°反射镜；62、第二45°反射镜；63、第三45°反射镜；64、第四45°反射镜；7、发射望远镜；8、接收望远镜；9、单光子探测器。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
如图1所示为根据本发明的一个实施例的一种脉冲群式重复频率可调的激光测距方法，包括计算机终端1，距离门控器2，事件计时器3，激光器4，光电探测器5，反射镜组6，发射望远镜7，接收望远镜8，单光子探测器9。
发射激光脉冲群及门控脉冲群由计算机终端1根据目标卫星轨道距离，将轨道距离预报值输入至距离门控器2，先输出点火脉冲群信号给激光器4，群内包含数百个触发脉冲，激光器4对应输出激光脉冲群，经反射镜组6传输，由发射望远镜7发射出去，至目标卫星，目标卫星反射激光脉冲群，形成激光脉冲群回波；另一方面部分透过反射镜组6的激光脉冲群被光电探测器5探测，将探测的激光脉冲群信号输入事件计时器3，记录激光脉冲群发射时刻值；激光脉冲群回波至接收望远镜8时，距离门控器2根据卫星轨道预报值，输出对应的距离门控脉冲群至单光子探测器9，接收激光脉冲群回波获得激光脉冲回波探测信号，激光脉冲群回波探测信号输入至事件计时器3，记录激光脉冲群回波接收时刻值；激光脉冲群发射时刻值与激光脉冲群回波接收时刻值输入至计算机终端1进行处理，得到卫星距离的测量。
其中，距离门控器2输出两路脉冲群信号，一路为点火脉冲群，另一路为门控脉冲群，两路脉冲群内的脉冲数目相等，点火脉冲群内的第一个脉冲与门控脉冲群内的第一个脉冲的时间间距为对应的卫星轨道预报距离所对应的时间。
反射镜组6由第一45°反射镜61，第二45°反射镜62，第三45°反射镜63，第四45°反射镜64组成，反射传输激光；
第一45°反射镜61的透过率为1～2％，透过的激光被光电探测器5接收。
再请参阅图2，为距离门控器2输出点火脉冲群与门控脉冲群及卫星预报距离的时序关系。距离门控器2点火脉冲群外触发信号最大持续工作时间△t1为：
Figure BDA0002452812740000041
其中L为卫星距测距站的轨道预报距离，c为光在真空中的传播速度。T为激光器4发射脉冲之间的脉冲间距，在△t1内的激光发射的脉冲数tLN最大为：
Figure BDA0002452812740000042
此时距离门控器2刚好根据目标卫星的轨道预报值，输出门控脉冲群，单光子探测器9开启，接收脉冲群激光回波信号，则对应单光子探测器9开启的工作时间最大持续时间△t3为：
Figure BDA0002452812740000043
此时对应的激光器4无点火脉冲群触发信号时间为△t2内，即△t2内激光器4未发射激光脉冲群，且△t2与△t3相等：
Δt2＝Δt3
由此激光脉冲群输出的脉冲群周期TL为：
Figure BDA0002452812740000044
△t1内的激光器4发射激光脉冲群的最大占空比DR为：
Figure BDA0002452812740000045
即激光发射的最大允许脉冲数为重复频率的一半，故若得到重复频率100kHz完整的测量数据，激光器4发射脉冲群中的频率需要达到200kHz，对应接单光子探测器9的脉冲群触发信号也需要达到200kHz。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种脉冲群式重复频率可调的激光测距方法，其特征在于，包括：计算机终端(1)，距离门控器(2)，事件计时器(3)，激光器(4)，光电探测器(5)，反射镜组(6)，发射望远镜(7)，接收望远镜(8)，单光子探测器(9)；距离门控器(2)根据计算机终端(1)的卫星距离轨道预报值输出点火脉冲群，触发激光器(4)输出激光脉冲群，其中部分激光脉冲群透过反射镜组(6)被光电探测器(5)探测，光电探测器(5)对激光脉冲群的探测信号由事件计时器(3)记录；另外大部分激光脉冲群经反射镜组(6)反射至发射望远镜(7)，由发射望远镜(7)发射至卫星，经卫星反射形成激光脉冲群回波，被接收望远镜(8)接收，此时距离门控器(2)输出门控脉冲群信号至单光子探测器(9)，触发单光子探测器(9)开启探测激光脉冲群回波，由事件计时器(3)记录单光子探测器(9)探测的激光脉冲群回波信号的时刻；事件计时器(3)将光电探测器(5)及单光子探测器(9)的探测信号时刻传输至计算机终端(1)进行数据处理，得到卫星与测距站之间的距离测量；
在单光子探测器探测激光脉冲群回波期间，激光器不发射激光；
采用距离门控器实现对脉冲群的周期频率及脉冲群内的脉冲数控制，进而实现可调重复频率的激光测距。
2.根据权利要求1所述的脉冲群式重复频率可调的激光测距方法，其特征在于，所述距离门控器(2)为可编程逻辑单元，输出脉冲群的频率为1Hz～2000Hz，脉冲群内的脉冲数为2～50000个，脉冲群内的脉冲间距相等，间距范围为1us～1000us，测距重复频率为脉冲群的频率乘以脉冲群内的脉冲数目。
3.根据权利要求1或2所述的脉冲群式重复频率可调的激光测距方法，其特征在于，所述距离门控器(2)输出两路脉冲群信号，一路为点火脉冲群，另一路为门控脉冲群，两路脉冲群内的脉冲数目相等，点火脉冲群内的第一个脉冲与门控脉冲群内的第一个脉冲的时间间距为对应的卫星轨道预报距离所对应的时间。
4.根据权利要求1所述的脉冲群式重复频率可调的激光测距方法，其特征在于，所述反射镜组(6)由第一45°反射镜(61)，第二45°反射镜(62)，第三45°反射镜(63)，第四45°反射镜(64)组成，反射激光；所述第一45°反射镜(61)的透过率为1～2％，透过的激光被所述光电探测器(5)接收。
5.根据权利要求1所述的脉冲群式重复频率可调的激光测距方法，其特征在于，所述单光子探测器(9)可通过门控脉冲信号驱动控制工作时段与重复频率。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113671526B (zh) * 2021-06-29 2023-04-07 桂林理工大学 一种新型激光雷达探测时序控制系统
CN113341427B (zh) * 2021-07-09 2024-05-17 中国科学技术大学 测距方法、装置、电子设备及存储介质

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2012013C1 (ru) * 1990-07-24 1994-04-30 Всесоюзный научный центр "Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова" Адаптивный лазерный доплеровский локатор
JPH07159534A (ja) * 1993-12-08 1995-06-23 Toshiba Corp レーザ測距装置
RU2163723C1 (ru) * 1999-06-25 2001-02-27 Жуковский Юрий Георгиевич Способ определения параметров движения объекта локации
CN103293947A (zh) * 2013-05-16 2013-09-11 中国科学院上海天文台 一种星地激光时间比对系统
CN104535992A (zh) * 2014-12-16 2015-04-22 中国测绘科学研究院 人造卫星激光测距系统
CN204374411U (zh) * 2014-12-16 2015-06-03 中国测绘科学研究院 人造卫星激光测距系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140137465A (ko) * 2007-09-19 2014-12-02 지에스아이 그룹 코포레이션 고속 빔 편향 링크 가공

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2012013C1 (ru) * 1990-07-24 1994-04-30 Всесоюзный научный центр "Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова" Адаптивный лазерный доплеровский локатор
JPH07159534A (ja) * 1993-12-08 1995-06-23 Toshiba Corp レーザ測距装置
RU2163723C1 (ru) * 1999-06-25 2001-02-27 Жуковский Юрий Георгиевич Способ определения параметров движения объекта локации
CN103293947A (zh) * 2013-05-16 2013-09-11 中国科学院上海天文台 一种星地激光时间比对系统
CN104535992A (zh) * 2014-12-16 2015-04-22 中国测绘科学研究院 人造卫星激光测距系统
CN204374411U (zh) * 2014-12-16 2015-06-03 中国测绘科学研究院 人造卫星激光测距系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
距离千米级双望远镜的空间碎片激光测距;龙明亮等;《光学学报》;20200131;第40卷(第02期);第192-199页 *

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