[发明专利]一种高精度测距验证系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信和星间测距领域，尤其涉及一种高精度测距验证系统及方法。

背景技术

目前，在飞行器测控中，测距占有重要的地位，因为无论是深空飞行、导弹跟踪，还是卫星轨道的测定等航天应用，都离不开距离的测量。高精度星间测距系统是低低卫卫跟踪重力卫星的关键有效载荷，通过处理高精度的星间距离和距离变化率数据，可以恢复出地球重力场。地球重力场的精确测量对大地测量、地球物理、地球动力学和海洋学等学科的发展具有极其重要的意义。2002年3月德美合作成功发射的GRACE(Gravity Recovery And Climate Experiment)卫星，其最核心的有效载荷为高精度K波段微波测距系统，测距精度优于10um，测速精度可达到1um/s，可以测出地球表面重力场异常所引起的卫星间距的变化。随着小卫星技术的不断进步，小卫星网在通信、遥感和导航等领域起到越来越重要的作用，星间测距是皮卫星编队的重要保障，对小卫星本身进行高精度定位是保证卫星网正常工作的前提。

现在常用的测距系统包括载波测距和伪码测距，载波测距是通过计算本地发送的载波和接收的载波的相位差进行测距的，根据测距信号发送和接收的相位变化量，计算出传输距离。而伪码测距是根据测距信号发送和接收的延时来计算出传输距离。

可见，远距离高精度测距系统在军事和航天领域已经显得越来越重要了，这些测距系统的研究最终需要一个精度高、长度长的距离来进行验证和校准。但是对于大部分的研究院所，很难找到一个开阔的几十甚至上百公里的空间距离，如果要求这个空间距离精确到微米级，基本上是不可能实现的。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度测距验证系统和方法，通过模拟精度高距离远的空间距离，验证测距系统的测距稳定度和测距精度。

一种高精度测距验证系统，用于验证测距系统的稳定度和测距精度，所述测距系统包括测距信号产生电路和测距信号处理电路，所述验证系统包括光学部分和平移台，所述光学部分包括依次相连的激光器，光电调制器和光电解调器，以及连接各器件的光纤，用于模拟测距系统的测距远距离；所述平移台包括发送天线和接收天线，所述发送天线与接收天线之间距离精确可调；所述光电调制器与测距信号产生电路相连，用于将测距信号调制到激光上；所述光电解调器的输出端与平移台的发送天线相连，所述测距信号处理电路与平移台的接收天线相连，用于计算测距信号传输距离并输出。

所述光电调制器连接有直流偏置电路，通过调节直流偏置电压使调制后的信号失真最小，增益最大。光电调制器采用了强度调制器，该调制器是基于马赫曾德干涉原理的波导型电解质光调制器件，通过调节直流偏置电压可以使调制后的信号失真最小，增益最大。

所述光电调制器与光电解调器之间设置有光强放大器，用于放大光功率。光强放大器采用了EDFA，在1550nm处具有增益高、功率高等特性。

所述平移台还包括移动台和固定端，以及连接移动台和固定端的导轨，所述发送天线与接收天线分别设置在移动台和固定端上。所述平移台还包括控制器，用于控制移动台在导轨上移动，设置移动台与固定端之间的精确距离。本平移台绝对定位精度可以达到5μm，重复定位精度可以达到2μm，可以精确地定位发送天线与接收天线间的间距，从而确定测距系统的精度。

本发明还提出了一种高精度测距验证方法，用于验证测距系统的稳定度和测距精度，包括步骤：

（1）、将测距信号调制在激光上，通过光纤传输后，解调出测距信号；

（2）、将解调出的测距信号通过发送天线发送，经过一段精确设定的距离后通过接收天线接收；

（3）对接收信号进行处理输出测距信号传输的距离；

（4）在规定的时间内按照固定的时间间隔采样输出的测距信号传输的距离，计算采样数据的平均值和均方差，以所述均方差作为所述测距系统的稳定度；

（5）调整发送天线与接收天线间的距离，重复步骤（3），（4）；

（6）计算两次测量结果的平均值差值，与发送天线与接收天线调整距离进行比较，得出测距系统的测距精度。

本发明中所述的规定时间内按照固定时间间隔，通常固定时间间隔可以设置为0.1-1秒，采集一定数量的数据即可，为了数据的准确性，通常采样数据在300-2000个左右比较合适，规定的时间可以根据所需要的采样数据进行设定。