星间高精度激光测距技术应用研究

论文摘要

对太空中卫星编队星间相对状态的精确测量具有重要的军用和民用价值。本文首先介绍了激光测距雷达的工作原理,对系统构成体系进行了分析和论证,提出了星间高精度激光测距雷达的技术指标。其次,给出了星间高精度激光测距雷达的详细设计方案。采用双光楔扫描体制,在保证工作视场的前提下有效的减小了体积,能够到达上星安装的要求；采用信号阈值恒比定时、高精度时延测量技术,实现脉冲激光的厘米级测距精度的突破。介绍了项目研究中完成的主要工作内容。最后,在此基础上研制了一套星间高精度激光测距雷达原理样机,并进行了各种相关实验。实验结果验证了星间高精度激光测距雷达系统的可行性,验证了系统设计的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本项目研究的意义
• 1.2 国内外发展概况
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 激光测距雷达工作原理
• 2.1 连续波激光测距雷达原理
• 2.2 脉冲激光测距雷达原理
• 2.3 接收信号处理方式
• 2.3.1 阈值门电路
• 2.3.2 恒比定时电路
• 2.4 高精度时间测量方式及原理
• 2.4.1 脉冲技术法
• 2.4.2 模拟法
• 2.4.3 模拟内插法
• 2.4.4 数字延迟线法
• GPX特性简述'>2.4.5 TDC_GPX特性简述
• 2.5 激光雷达作用距离方程
• 2.5.1 点目标
• 2.5.2 扩展目标
• 2.5.3 线形目标
• 2.5.4. 激光雷达作用距离方程的能量形式
• 2.6 扫描体制及原理
• 2.6.1 转镜扫描
• 2.6.2 摆镜式扫描
• 2.6.3 旋转光楔扫描
• 2.6.4 电光扫描和声光扫描
• 2.6.5 光学相控阵扫描
• 2.6.6 单摆镜双轴扫描
• 2.6.7 扫描图样
• 2.6.8 激光扫描方式的比较
• 2.7 小结
• 第三章 星间高精度激光测距系统设计
• 3.1 总体方案
• 3.1.1 工作方式
• 3.1.2 系统组成
• 3.2 分系统设计
• 3.2.1 发射机设计
• 3.2.2 接收机设计
• 3.2.3 信息处理机设计
• 3.2.4 电源设计
• 3.2.5 光学系统设计
• 3.2.6 扫描分系统设计
• 3.2.7 接口设计
• 3.3 解决的关键技术
• 3.3.1 脉冲激光高精度测距技术
• 3.3.2 小尺寸、大范围光学扫描技术
• 3.3.3 小型化、低功耗、空间环境适应性技术
• 3.4 仿真计算分析
• 3.4.1 卫星安装位置分析
• 3.4.2 测量距离
• 3.4.3 测距精度分析
• 3.4.4 功耗计算
• 3.4.5 重量计算
• 3.5 小结
• 第四章 试验研究与结果分析
• 4.1 主要指标测试方法
• 4.1.1 测距精度
• 4.1.2 工作视场
• 4.2 试验验证情况
• 4.2.1 外场试验验证
• 4.2.2 环境试验情况
• 4.3 测试结果
• 4.4 小结
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献