專利名稱：一種高精度測距驗證系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通信和星間測距領(lǐng)域，尤其涉及一種高精度測距驗證系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前，在飛行器測控中，測距占有重要的地位，因為無論是深空飛行、導(dǎo)彈跟蹤，還
是衛(wèi)星軌道的測定等航天應(yīng)用，都離不開距離的測量。高精度星間測距系統(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。地球重力場的精確測量對大地測量、地球物理、地球動力學(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 AndClimate Experiment)衛(wèi)星，其最核心的有效載荷為高精度K波段微波測距系統(tǒng)，測距精度優(yōu)于lOum，測速精度可達(dá)到lum/s，可以測出地球表面重力場異常所引起的衛(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)域起到越來越重要的作用，星間測距是皮衛(wèi)星編隊的重要保障，對小衛(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?，F(xiàn)在常用的測距系統(tǒng)包括載波測距和偽碼測距，載波測距是通過計算本地發(fā)送的載波和接收的載波的相位差進(jìn)行測距的，根據(jù)測距信號發(fā)送和接收的相位變化量，計算出傳輸距離。而偽碼測距是根據(jù)測距信號發(fā)送和接收的延時來計算出傳輸距離?？梢?，遠(yuǎn)距離高精度測距系統(tǒng)在軍事和航天領(lǐng)域已經(jīng)顯得越來越重要了，這些測距系統(tǒng)的研究最終需要一個精度高、長度長的距離來進(jìn)行驗證和校準(zhǔn)。但是對于大部分的研究院所，很難找到一個開闊的幾十甚至上百公里的空間距離，如果要求這個空間距離精確到微米級，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距驗證系統(tǒng)和方法，通過模擬精度高距離遠(yuǎn)的空間距離，驗證測距系統(tǒng)的測距穩(wěn)定度和測距精度。一種高精度測距驗證系統(tǒng)，用于驗證測距系統(tǒng)的穩(wěn)定度和測距精度，所述測距系統(tǒng)包括測距信號產(chǎn)生電路和測距信號處理電路，所述驗證系統(tǒng)包括光學(xué)部分和平移臺，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，用于模擬測距系統(tǒng)的測距遠(yuǎn)距離；所述平移臺包括發(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)；所述光電調(diào)制器與測距信號產(chǎn)生電路相連，用于將測距信號調(diào)制到激光上；所述光電解調(diào)器的輸出端與平移臺的發(fā)送天線相連，所述測距信號處理電路與平移臺的接收天線相連，用于計算測距信號傳輸距離并輸出。所述光電調(diào)制器連接有直流偏置電路，通過調(diào)節(jié)直流偏置電壓使調(diào)制后的信號失真最小，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，通過調(diào)節(jié)直流偏置電壓可以使調(diào)制后的信號失真最小，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。所述平移臺還包括移動臺和固定端，以及連接移動臺和固定端的導(dǎo)軌，所述發(fā)送天線與接收天線分別設(shè)置在移動臺和固定端上。所述平移臺還包括控制器，用于控制移動臺在導(dǎo)軌上移動，設(shè)置移動臺與固定端之間的精確距離。本平移臺絕對定位精度可以達(dá)到5 u m,重復(fù)定位精度可以達(dá)到2 u m，可以精確地定位發(fā)送天線與接收天線間的間距，從而確定測距系統(tǒng)的精度。本發(fā)明還提出了一種高精度測距驗證方法，用于驗證測距系統(tǒng)的穩(wěn)定度和測距精度，包括步驟 ( I )、將測距信號調(diào)制在激光上，通過光纖傳輸后，解調(diào)出測距信號；(2)、將解調(diào)出的測距信號通過發(fā)送天線發(fā)送，經(jīng)過一段精確設(shè)定的距離后通過接收天線接收； (3)對接收信號進(jìn)行處理輸出測距信號傳輸?shù)木嚯x；(4)在規(guī)定的時間內(nèi)按照固定的時間間隔采樣輸出的測距信號傳輸?shù)木嚯x，計算采樣數(shù)據(jù)的平均值和均方差，以所述均方差作為所述測距系統(tǒng)的穩(wěn)定度；(5)調(diào)整發(fā)送天線與接收天線間的距離，重復(fù)步驟(3)，(4)；(6)計算兩次測量結(jié)果的平均值差值，與發(fā)送天線與接收天線調(diào)整距離進(jìn)行比較，得出測距系統(tǒng)的測距精度。本發(fā)明中所述的規(guī)定時間內(nèi)按照固定時間間隔，通常固定時間間隔可以設(shè)置為
0.1-1秒，采集一定數(shù)量的數(shù)據(jù)即可，為了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，通常采樣數(shù)據(jù)在300-2000個左右比較合適，規(guī)定的時間可以根據(jù)所需要的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定。所述光纖用于模擬測距系統(tǒng)的測距遠(yuǎn)距離，通過接入光強(qiáng)放大器對光功率進(jìn)行放大，以達(dá)到傳輸距離的要求。由于光纖可以在較小的空間內(nèi)盤繞防止，因此實(shí)現(xiàn)IOOKm以上的傳輸距離比較容易，為了保證遠(yuǎn)距離的傳輸，加入光強(qiáng)放大器可以有效延長光的傳輸距離。所述發(fā)送天線與接收天線設(shè)置在平移臺上，所述平移臺包括移動臺和固定端，以及連接移動臺和固定端的導(dǎo)軌，所述發(fā)送天線與接收天線分別設(shè)置在移動臺和固定端上。所述平移臺還包括控制器，用于控制移動臺的在導(dǎo)軌上移動，設(shè)置移動臺與固定端之間的精確距離。本光學(xué)系統(tǒng)可以精確地模擬空間遠(yuǎn)距離，是一種方便且十分有效的遠(yuǎn)距離測量驗證方式，為精準(zhǔn)測距系統(tǒng)提供一種便捷準(zhǔn)確的驗證平臺?？梢院芎玫乇粦?yīng)用到航天、精密儀器制造、高精度定位系統(tǒng)、道路交通測量、資源勘探等領(lǐng)域。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在衛(wèi)星測距兩大主要測距系統(tǒng)(載波測距和偽碼測距)中得到了驗證，相信以后在其他領(lǐng)域還可以得到很好的應(yīng)用。


圖I是整個高精度測距系統(tǒng)驗證平臺連接框圖；圖2是本發(fā)明驗證系統(tǒng)光學(xué)部分連接結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明驗證系統(tǒng)平移臺結(jié)構(gòu)圖4是驗證平臺在載波測距系統(tǒng)中的連接框圖；圖5是載波測距系統(tǒng)在此光學(xué)系統(tǒng)中的驗證結(jié)果；圖6是驗證平臺在偽碼測距系統(tǒng)中的連接框圖；圖7是偽碼測距系統(tǒng)在此光學(xué)系統(tǒng)中的驗證結(jié)果。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明，以下實(shí)施例不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。本發(fā)明高精度測距驗證系統(tǒng)與所要驗證的測距系統(tǒng)的連接如圖I所示，其中測距 系統(tǒng)包括測距信號產(chǎn)生電路和測距信號處理電路，驗證系統(tǒng)包括光學(xué)部分和平移臺，其中光學(xué)部分包括激光器、光電調(diào)制器、光強(qiáng)放大器、光電解調(diào)器，以及連接各個器件的光纖，用于模擬空間遠(yuǎn)距離；而平移臺包括控制器，移動臺，固定臺和螺桿，以及分別安裝在移動臺和固定臺的發(fā)送天線和接收天線，用于實(shí)現(xiàn)空間精確距離的調(diào)節(jié)。激光器的輸出端通過光纖與光電調(diào)制器的光學(xué)輸入端連接，光電調(diào)制器另外兩個電學(xué)輸入口分別接直流偏置電壓和測距信號產(chǎn)生電路提供的測距信號，光電調(diào)制器的輸出端通過光纖與光強(qiáng)放大器的輸入端連接，光強(qiáng)放大器的輸出端通過光纖與光電解調(diào)器的輸入端相連，光電解調(diào)器的輸出端與平移臺相連，平移臺輸出與信號處理電路的輸入端相連。測距信號產(chǎn)生電路將測距信號輸入光電調(diào)制器，光電調(diào)制器將測距信號調(diào)制到激光上，經(jīng)過光纖的傳輸和光強(qiáng)放大器對光功率放大，再通過光電解調(diào)器解調(diào)出測距信號。解調(diào)出的測距信號接入平移臺的發(fā)送天線發(fā)送，平移臺的接收天線接收測距信號，該發(fā)送天線與接收天線間的距離可以通過控制器精確調(diào)節(jié)，送入測距信號處理電路計算出測距信號的傳輸距離，即測距信號發(fā)射機(jī)的輸出口到測距信號處理電路的入口的距離。假設(shè)測距信號的傳輸距離為D，平移臺的移動臺和固定臺之間的可調(diào)節(jié)間距為L，驗證平臺中由光纖、射頻電纜和光學(xué)儀器組成的固定間距為S，則傳輸距離D等于可調(diào)間距L與固定間距S的和。在測距系統(tǒng)中主要注重兩個指標(biāo)穩(wěn)定度和精度，穩(wěn)定度即測量距離的均方差，精度即測量距離的絕對誤差。以下就本發(fā)明驗證平臺驗證測距系統(tǒng)的穩(wěn)定度和精度的工作原理進(jìn)行具體說明。首先，平移臺固定不動，將本發(fā)明驗證平臺接入測距系統(tǒng)，測距信號經(jīng)過驗證平臺后在信號處理電路中混頻、采樣并解算出傳輸距離D，并以每0. Is輸出一個傳輸距離值，計算輸出數(shù)據(jù)的均方差和平均值。在一段長時間內(nèi)采集數(shù)據(jù)，求得的均方差值即為該測距系統(tǒng)的穩(wěn)定度，平均值即為此鏈路長度的實(shí)際值記作D"。然后，調(diào)節(jié)平移臺移動臺和固定端的間距L，設(shè)定移動距離為L'，再次重復(fù)上述的步驟，計算采集的數(shù)據(jù)的均方差和平均值D'，則平移臺的移動量L" =D' -D"，計算L" ’同實(shí)際移動量L'的差值A(chǔ)L=L' -L"，此差值即為該測距系統(tǒng)的測距精度。具體地，本發(fā)明光學(xué)部分器件連接結(jié)構(gòu)如圖2所示，激光器選用的是分布反饋激光器，在長距離、大容量的光纖通信系統(tǒng)中，分布反饋激光器可以降低色散的影響，使激光器工作在單縱模狀態(tài)下，以降低光譜寬度。激光器波長為1550nm, 1550nm波長處,光纖的衰減系數(shù)最小，其典型值為，在1310nm波長，0. 3 0. 4dB/Km ;在1550nm波長，0. 15 0. 25dB/Km。而且光纖放大器EDFA (摻鉺光纖放大器)的工作波長為1550nm。光纖米用了 G. 653 (DSF)色散位移光纖,色散位移光纖在1550nm處色散為零,該光纖不利于多信道的WDM傳輸，用的信道數(shù)較多時，信道間距減小，容易發(fā)生四波混頻，導(dǎo)致信道間發(fā)生串?dāng)_。由于本發(fā)明驗證系統(tǒng)中光纖的信道為1，所以不會出現(xiàn)四波混頻，并且使載波信號的色散為零，避免了由于激光的色散而導(dǎo)致的脈寬展寬和信號失真。另外，色散位移光纖為單模光纖，由于光在光纖中傳播是基于光的全反射原理，所以光在光纖中不是沿直線傳播的。單模光纖中僅以一種模式(基模)進(jìn)行傳播，而高次模全部被截止，不存在模式色散，基模是平行于光軸直線傳播的光線，所以光在單模光纖中的傳播軌跡是以平行于光纖軸線的形式以直線方式傳播的，即光纖的長度代表了激光實(shí)際傳播的距離。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。調(diào)制方式屬于間接調(diào)制，是在光源的輸出通路上外加調(diào)制器對光波進(jìn)行調(diào)制，是利用晶體傳輸特性隨電壓變化來實(shí)現(xiàn)對光波的調(diào)制，這種調(diào)制方式可將調(diào)制速率至少提高一個數(shù)量級而且不會影響光源的穩(wěn)定工作。強(qiáng)度調(diào)制是指激光的功率隨著調(diào)制信號的幅度變化呈正比例變化，光接收器一般都是直接地響應(yīng)其所接收的光強(qiáng)度變化，所以這種調(diào)制方式有利于接收機(jī)的直接檢波。該調(diào)制器是將輸入光分成兩路相等的信號分別進(jìn)入調(diào)制器的兩個光支路，這兩個光支路采用的材料是電光性材料，即其折射率會隨著外部施加的電信號大小而變化，由于光支路的折射率變化將導(dǎo)致信號相位的變化，故兩個支路的信號在調(diào)制器的輸出端再次結(jié)合時，合成的光信號是一個強(qiáng)度大小變化的干涉信號。通過這種辦法，將電信號的信息轉(zhuǎn)換到了光信號上，實(shí)現(xiàn)了光強(qiáng)度調(diào)制。光強(qiáng)放大器采用了 EDFA，在1550nm處具有增益高、功率高等特性。在干線或遠(yuǎn)距離光纖通信中，光信號需進(jìn)行長距離傳輸，由于受光發(fā)送機(jī)輸出功率，光接收機(jī)接收靈敏度，光纖傳輸線路的衰耗和帶寬(或色散)的限制，光發(fā)送機(jī)和光接收機(jī)之間的最大傳輸距離是有限的。若傳輸距離超過這個限度，信號傳輸質(zhì)量就會下降，甚至中斷；為了既能延長傳輸距離，又要保證信號傳輸質(zhì)量，必須在傳輸信號尚未劣化前，就進(jìn)行處理，處理后，再繼續(xù)傳輸。光電解調(diào)器采用直接檢波，從光纖中傳輸來的已調(diào)光波信號入射到光電檢波器的光敏面上，光電檢波器將光信號解調(diào)成電信號，然后進(jìn)行電放大處理，還原成原來的信號，因為光纖輸出的光信號很微弱，所以為了有效地將光信號轉(zhuǎn)換成為電信號，要求光電檢波器有高的響應(yīng)度、低的噪聲、快的響應(yīng)速度。在實(shí)際應(yīng)用中，光電檢測器有兩種類型，一種是PIN光電二極管(PIN-PD);另一種是雪崩光電二極管(APD)。PIN光電二極管主要應(yīng)用于短距離、小容量的光纖通信系統(tǒng)中；AH)主要應(yīng)用于長距離、大容量的光纖通信系統(tǒng)中。因為在長途光纖通信系統(tǒng)中，僅有毫瓦數(shù)量級的光功率從光發(fā)射機(jī)輸出后，經(jīng)過幾十千米光纖 衰減，到達(dá)光接收機(jī)處的光信號將變得十分微弱，如果采用PIN光電二極管，則輸出的光電流僅幾個納安。為了使數(shù)字光接收機(jī)的判決電路正常工作，就需要采用多級放大。但放大的同時會引入噪聲，從而使光接收機(jī)的靈敏度下降。雪崩光電二極管在電信號進(jìn)入放大器之前，先在光電二極管內(nèi)部進(jìn)行放大，克服了 PIN光電二極管的上述缺點(diǎn)。本系統(tǒng)中采用了肖特基勢壘雪崩光電二極管，響應(yīng)度為0. 6A/W，響應(yīng)時間為18. 5ps，具有良好的檢波性能。
具體地，平移臺包括控制器、移動臺，固定臺和螺桿，如圖3所示，還包括發(fā)送天線和接收天線，一個安裝在移動臺，另一個安裝在固定臺；移動臺安裝在螺桿上，沿著螺桿水平移動。平移臺使用了精密步進(jìn)電機(jī)傳動控制運(yùn)動導(dǎo)軌線性移動，其控制器為PC機(jī)，通過串行通信口控制電機(jī)的步進(jìn)分?jǐn)?shù)，傳動導(dǎo)軌帶動了移動臺和移動臺上的天線移動。整個平臺的移動由PC機(jī)控制，從而避免了人為移動平臺的不準(zhǔn)確和走動造成的多徑效應(yīng)對測量結(jié)果的干擾。移動臺在導(dǎo)軌上的移動范圍可以達(dá)到500mm，絕對定位精度可以達(dá)到5 ilm，重復(fù)定位精度可以達(dá)到2pm，最大速度可以達(dá)到60mm/s。平移臺的距離測量結(jié)果由測量步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動轉(zhuǎn)數(shù)乘以傳動比例得到，以驗證載波測量的準(zhǔn)確性。兩個天線之間可以加入一塊介質(zhì)板，提供更大的衰減，以避免天線間距離過近造成的近場效應(yīng)對測量結(jié)果的影響。平移臺采用步進(jìn)電機(jī)控制的螺桿實(shí)現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)和滾珠螺桿通過高品質(zhì)彈性聯(lián)軸節(jié)連接，消偏性能好?？刂破骺瑟?dú)立控制多種型號步進(jìn)電機(jī)和數(shù)字伺服電機(jī)，最多控制4軸，高達(dá)IOM的脈沖輸出速率，高達(dá)IOM的編碼器反饋速率，滿足最高精度要求，能夠分別對各軸設(shè)置初速 度、恒速度、加速度、運(yùn)動距離等參數(shù)。平移臺的重復(fù)定位精度和絕對定位精度高，重復(fù)定位精度可以達(dá)到2 Pm，絕對定位精度可以達(dá)到5 u m,移動臺在導(dǎo)軌上的移動范圍可以達(dá)到500mm,最大速度可達(dá)60mm/sec,特別適合高速往復(fù)使用。實(shí)施例1，通過本發(fā)明驗證平臺驗證載波測距系統(tǒng)，如圖4所示。載波測距系統(tǒng)將測距信號通過載波發(fā)射機(jī)將測距信號輸入光電調(diào)制器，測距信號經(jīng)過驗證平臺后，經(jīng)測距系統(tǒng)的距離計算模塊計算出測距的距離。載波測距是通過計算本地發(fā)送的載波和接收的載波的相位差進(jìn)行測距的，假設(shè)本地產(chǎn)生的高頻載波信號的初始相位為O。，經(jīng)過驗證平臺傳輸之后，相位會有一定的延遲，設(shè)從該驗證平臺輸出的載波信號相位為O1 (O1值的大小隨著光纖長度和平移臺的兩臺之間距離而變化)，那么載波經(jīng)過該驗證平臺的這段時間內(nèi)，信號的相位變化量A O = O1-O0,根據(jù)信號的相位變化量，測距信號處理電路計算出傳輸距離D，進(jìn)而計算出測距系統(tǒng)的穩(wěn)定度和測距精度。實(shí)驗過程中光纖的長度及光纖的折射率會隨著外界溫度和應(yīng)力等條件的改變而改變，因此在使用本平臺驗證高精度測距系統(tǒng)時，要確保這些外界條件恒定。如圖5所示，為載波測距系統(tǒng)的驗證結(jié)果，通過測距信號處理電路載波跟蹤、混頻、采樣、比相、濾波得出距離值。本實(shí)施例測試采集了 360個距離值，統(tǒng)計并計算該360個距離值的均方差，得出該載波測距系統(tǒng)的測距穩(wěn)定度為86um。測距精度的測量原理同穩(wěn)定度的測量，不同的是測量測距精度時，需要移動平移臺，通過改變平移臺來改變測距信號的相位延遲，通過得到的相位差值來計算平移臺的移動距離，將計算的移動距離值和實(shí)際的移動距離值比較即為測距系統(tǒng)的測距精度。實(shí)施例2，通過本發(fā)明驗證平臺驗證偽碼測距系統(tǒng)，如圖6所示，是偽碼測距系統(tǒng)的測距原理及同該測距驗證平臺的連接圖，其連接方式同載波測距系統(tǒng)中的連接方式相似。與載波測距不同的是，偽碼測距系統(tǒng)的載波不攜帶距離信息，而是調(diào)制在載波上的偽碼序列攜帶距離信息。因此，在本地測距信號生成端需要偽碼序列生成器并且需要將偽碼序列調(diào)制到高頻載波上再發(fā)送給后端鏈路。另外偽碼測距的延時量提取和載波測距也有不同，本系統(tǒng)采取了直接相關(guān)法，即將接收到的測距信號分別與本地子碼進(jìn)行相關(guān)計算，對于除鐘碼以外的子碼，通過相關(guān)可以得到該子碼對應(yīng)的碼片偏移量，碼片偏移量與鐘碼相關(guān)結(jié)合，得到最終的測量結(jié)果。其中，該驗證平臺中光纖的長度和平移臺的移動距離會影響到測距信號的延時量At，測距信號處理電路通過At來計算傳輸距離，從而來驗證偽碼測距系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測距精度。如圖7為偽碼測距系統(tǒng)的驗證結(jié)果，縱坐標(biāo)單位為ns，通過測距信號處理電路載波跟蹤、混頻、采樣、碼元相關(guān)、濾波得出延時值。通過采集1500個延時值，統(tǒng)計并計算出該1500個點(diǎn)的均方差T，然后將該延時值T轉(zhuǎn)化為距離值，得到該偽碼測距系統(tǒng)的測距穩(wěn)定度為 I. 4m。
本光學(xué)系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離高精度的空間距離模擬，從根本上解決了測距系統(tǒng)中對空間距離的需求，大大地縮短了測距系統(tǒng)研究周期，并且在很大程度上提高了測距的精度。以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其進(jìn)行限制，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.ー種高精度測距驗證系統(tǒng)，用于驗證測距系統(tǒng)的穩(wěn)定度和測距精度，所述測距系統(tǒng)包括測距信號產(chǎn)生電路和測距信號處理電路，其特征在于，所述驗證系統(tǒng)包括光學(xué)部分和平移臺，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，用于模擬測距系統(tǒng)的測距遠(yuǎn)距離；所述平移臺包括發(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)；所述光電調(diào)制器與測距信號產(chǎn)生電路相連，用于將測距信號調(diào)制到激光上；所述光電解調(diào)器的輸出端與平移臺的發(fā)送天線相連，所述測距信號處理電路與平移臺的接收天線相連，用于計算測距信號傳輸距離并輸出。
2.如權(quán)利要求I所述的驗證系統(tǒng)，其特征在于，所述光電調(diào)制器連接有直流偏置電路，通過調(diào)節(jié)直流偏置電壓使調(diào)制后的信號失真最小，増益最大。
3.如權(quán)利要求I所述的驗證系統(tǒng)，其特征在于，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。
4.如權(quán)利要求I所述的驗證系統(tǒng)，其特征在于，所述平移臺還包括移動臺和固定端，以及連接移動臺和固定端的導(dǎo)軌，所述發(fā)送天線與接收天線分別設(shè)置在移動臺和固定端上。
5.如權(quán)利要求4所述的驗證系統(tǒng)，其特征在于，所述平移臺還包括控制器，用于控制移動臺在導(dǎo)軌上移動，設(shè)置移動臺與固定端之間的精確距離。
6.ー種高精度測距驗證方法，用于驗證測距系統(tǒng)的穩(wěn)定度和測距精度，其特征在于，包括步驟 (1)、將測距信號調(diào)制在激光上，通過光纖傳輸后，解調(diào)出測距信號； (2)、將解調(diào)出的測距信號通過發(fā)送天線發(fā)送，經(jīng)過一段精確設(shè)定的距離后通過接收天線接收； (3)對接收信號進(jìn)行處理輸出測距信號傳輸?shù)木嚯x； (4)在規(guī)定的時間內(nèi)按照固定的時間間隔采樣輸出的測距信號傳輸?shù)木嚯x，計算采樣數(shù)據(jù)的平均值和均方差，以所述均方差作為所述測距系統(tǒng)的穩(wěn)定度； (5)調(diào)整發(fā)送天線與接收天線間的距離，重復(fù)步驟(3)，(4)； (6)計算兩次測量結(jié)果的平均值差值，與發(fā)送天線與接收天線調(diào)整距離進(jìn)行比較，得出測距系統(tǒng)的測距精度。
7.如權(quán)利要求6所述的驗證方法，其特征在于，所述光纖用于模擬測距系統(tǒng)的測距遠(yuǎn)距離，通過接入光強(qiáng)放大器對光功率進(jìn)行放大，以達(dá)到傳輸距離的要求。
8.如權(quán)利要求6所述的驗證方法，其特征在于，所述發(fā)送天線與接收天線設(shè)置在平移臺上，所述平移臺包括移動臺和固定端，以及連接移動臺和固定端的導(dǎo)軌，所述發(fā)送天線與接收天線分別設(shè)置在移動臺和固定端上。
9.如權(quán)利要求8所述的驗證方法，其特征在于，所述平移臺還包括控制器，用于控制移動臺的在導(dǎo)軌上移動，設(shè)置移動臺與固定端之間的精確距離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高精度測距驗證系統(tǒng)及方法，驗證系統(tǒng)包括光學(xué)部分和平移臺，其中光學(xué)部分包括激光器、光電調(diào)制器、光強(qiáng)放大器、光電解調(diào)器，以及連接各個器件的光纖，用于模擬空間遠(yuǎn)距離；而平移臺包括控制器，移動臺，固定臺和螺桿，以及分別安裝在移動臺和固定臺的發(fā)送天線和接收天線，用于實(shí)現(xiàn)空間精確距離的調(diào)節(jié)。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)移動臺與固定臺間的距離，采樣移動前后的傳輸距離，通過計算采樣數(shù)據(jù)的均方差得到測距系統(tǒng)的穩(wěn)定度，通過對比采樣數(shù)據(jù)的平均值，并與移動臺實(shí)際移動的距離對比，得到測距系統(tǒng)的測距精度。本發(fā)明充分利用光纖通信的優(yōu)越性，模擬了數(shù)百公里的空間距離，屏蔽了外界環(huán)境的干擾，有效驗證了測距系統(tǒng)的穩(wěn)定度和精度。
文檔編號G01S7/497GK102680960SQ20121014525
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者王春暉, 郭學(xué)衛(wèi), 金仲和 申請人:浙江大學(xué)