[发明专利]星载激光雷达回波信号模拟器

说明书

本发明涉及一种星载激光雷达回波信号模拟器，主要应用于星载激光雷达地面测试试验中，属于光电信息技术领域。模拟器由控制计算机、波形模拟装置、偏振态模拟装置、噪声模拟装置、光学合束装置、光束偏转装置、中继像面、平行光管和激光方向跟踪装置组成；该模拟器提供一种可控光学信号源，可以在实验室条件下为被测星载激光雷达系统提供可控的光学回波信号，支持对星载激光雷达系统进行重复测试。能够支持星载激光雷达系统的研制、硬件测试、错误评估和算法开发等全过程，具有较强的实用性，已经应用在中国某星载对地观测激光雷达系统的地面测试试验中。

技术领域

本发明涉及一种星载激光雷达回波信号模拟器，主要应用于星载激光雷达地面测试试验中，属于光电信息技术领域。

背景技术

星载激光雷达是进行全球大气探测和获取全球地理信息的有效手段，它不受地域和时间限制，可以实现全天候观测。目前全世界范围内已经发射，或计划发射多个星载激光雷达系统，如美国ICESat卫星上搭载的GLAS系统，美国ICESat-2卫星上搭载的ATLAS系统，美国CALIPSO卫星上搭载的CALIOP系统，国际空间站上的CATS系统，欧洲AEOLUS卫星上搭载的ALADIN系统，中国即将发射的HSRL大气环境监测卫星搭载的SACDL系统等。星载激光雷达探测的目标信息包括地表高程、大气气溶胶、云层和地表反射率、大气风场等。

由于星载激光雷达工作在空间轨道上，在轨维修非常困难，因此地面测试环节对于星载激光雷达的研制过程来说尤为重要，只有在地面测试环节尽可能真实地模拟星上工作环境，执行完整的星上工作流程，才能在研制阶段发现潜在的问题，保证系统的可靠性。星载激光雷达回波信号模拟器是星载激光雷达地面测试试验中的关键设备，能够在实验室条件下为被测星载激光雷达提供可控的光学回波信号。

目前有报道的星载激光雷达模拟器多数是纯软件工具，这种模拟软件工作在计算机环境下，通过对激光雷达系统的各部分以及激光传输介质进行建模，能够生成可重复的激光回波数据，主要用来指导系统研制和算法验证，但由于是纯软件仿真，不能支持对星载激光雷达系统硬件的测试。

实物型的模拟器(McGill,M.,T.Markus,V.S.Scott,and T.Neumann,2013:TheMultiple Altimeter Beam Experimental Lidar(MABEL):An Airborne Simulator forthe ICESat-2 Mission.J.Atmos.Oceanic Technol.,30,345–352,)则是使用机载激光雷达作为星载激光雷达系统的原理样机，进行外场实际飞行试验，对某片空间区域进行实地探测。这种模拟器存在的问题是：外场试验成本高，试验受气象条件和环境条件限制，试验数据的可重复性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种星载激光雷达回波信号模拟器，主要应用于星载激光雷达地面测试试验中。该模拟器提供一种可控光学信号源，可以在实验室条件下为被测星载激光雷达系统提供可控的光学回波信号，支持对星载激光雷达系统进行重复测试。能够支持星载激光雷达系统的研制、硬件测试、错误评估和算法开发等全过程，具有较强的实用性，已经应用在中国某星载对地观测激光雷达系统的地面测试试验中。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

星载激光雷达回波信号模拟器，由控制计算机、波形模拟装置、偏振态模拟装置、噪声模拟装置、光学合束装置、光束偏转装置、中继像面、平行光管和激光方向跟踪装置组成；