[发明专利]一种高重复率卫星激光测距实时控制系统

权利要求书

1.一种高重复率卫星激光测距实时控制系统，其特征在于：该控制系统包括CompactRIO控制器、数字I/O扩展模块和GPS时间频率接收机；

所述CompactRIO控制器集成实时处理器单元、可重配置FPGA单元和扩展槽单元；

所述数字I/O扩展模块安装在扩展槽单元中，作为可重配置FPGA单元的外部数字I/O扩展；所述数字I/O扩展模块的每个数字I/O通道具备输入输出方向独立选择能力；

所述GPS时间频率接收机作为CompactRIO控制器的时频基准信号源和高精度网络授时时钟；

所述GPS时间频率接收机的1PPS秒脉冲信号输出端和10MHz TTL信号输出端分别与数字I/O扩展模块的两个输入通道连接；

所述GPS时间频率接收机的PTP精确时间协议网络输出端与实时处理器单元通过以太网连接，所述实时处理器单元的网络端口具备TSN时间敏感网络特性；所述GPS时间频率接收机通过PTP精确时间协议向CompactRIO控制器发送UTC时间信息，使实时处理器单元与可重配置FPGA单元保持UTC时间同步；

所述数字I/O扩展模块的输出通道与激光器的外部触发信号输入端连接；所述数字I/O扩展模块的输入通道与主波取样器的主波信号输出端连接；所述数字I/O扩展模块的输出通道与光子探测器的门控信号输入端连接；

所述实时处理器单元与测距控制上位机通过以太网连接；

所述实时处理器单元运行的实时操作系统中部署有嵌入式测距控制软件；

所述嵌入式测距控制软件通过UDP用户数据报协议与测距控制上位机运行的上位机测距控制软件进行指令和数据的交互；所述嵌入式测距控制软件与可重配置FPGA单元通过DMAFIFO实现数据的高速缓存和传输；

所述嵌入式测距控制软件包括预报文件接收模块、指令参数解析模块、点火序列产生模块、主波序列缓存模块、门控计算产生模块和系统延迟标校模块；

所述可重配置FPGA单元包括时间基准比较模块、激光点火输出模块、主波时刻锁存模块和距离门控输出模块；

所述预报文件接收模块实时接收并缓存所述上位机测距控制软件发送的观测目标预报文件，用于探测器距离门控时刻的插值计算；

所述指令参数解析模块实时接收并解析上位机测距控制软件发送的测距控制指令队列与工作参数更新请求，驱动相应嵌入式软件模块按照时序关系完成测距控制指令的执行与工作参数更新动作；

所述点火序列产生模块响应点火控制指令，实时产生包含后向散射规避信息的点火时刻序列，发送至可重配置FPGA单元进行输出；

所述主波序列缓存模块实时接收并缓存可重配置FPGA单元捕获并锁存的主波时刻序列，用于探测器距离门控时刻的插值计算；

所述门控计算产生模块依据观测目标预报文件、主波时刻序列、预报偏差修正量参数，插值计算并实时产生距离门控时刻序列，发送至可重配置FPGA单元进行输出；

所述系统延迟标校模块产生能够满足系统延迟标校回波点数要求的点火时刻序列、固定距离值的距离门控时刻序列，发送至可重配置FPGA单元进行输出，完成系统延迟标校动作；

所述时间基准比较模块从GPS时间频率接收机获取时频基准信号，通过PTP精确时间协议获取UTC时间信息，建立包含秒以上和秒以下部分的内部时间基准，作为点火时刻输出、主波时刻锁存、距离门控时刻输出所依赖的时间基准；

所述激光点火输出模块实时接收嵌入式测距控制软件点火序列产生模块发送的激光点火时刻序列，将各激光点火时刻与时间基准比较模块建立的内部时间基准进行比较，产生特定脉冲宽度的激光点火脉冲序列信号，作为激光器的外部触发信号；

所述主波时刻锁存模块实时捕获主波取样电路产生的主波脉冲序列信号，将各主波脉冲取样时刻与时间基准比较模块建立的内部时间基准进行比较，锁存为主波时刻序列，将主波时刻序列发送至嵌入式测距控制软件的主波序列缓存模块；

所述距离门控输出模块实时接收嵌入式测距控制软件门控计算产生模块发送的距离门控时刻序列，将各距离门控时刻与时间基准比较模块建立的内部时间基准进行比较，产生特定脉冲宽度的探测器距离门控脉冲序列信号。

2.根据权利要求1所述的一种高重复率卫星激光测距实时控制系统，其特征在于：所述扩展槽单元还安装有串行通信扩展模块；

所述串行通信扩展模块作为可重配置FPGA单元的外部串行通信扩展，与望远镜伺服的串行通信端口连接。