【摘 要】
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在轨服务卫星搭载的激光测距雷达不仅要求精度高、量程大、稳定性强,而且要求功耗低、体积小、重量轻,但现有的激光雷达难以同时满足上述要求。本文针对星载激光测距雷达的特殊要求,设计了一款高性能激光雷达测距系统,以满足卫星在轨服务的测距需求,主要研究工作如下:（1）针对星载激光测距雷达的预期指标,对比常用激光雷达测距方法的优缺点后,选用了伪随机码调制技术与光子累计技术结合的测距方法,并设计了系统总体方案。
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在轨服务卫星搭载的激光测距雷达不仅要求精度高、量程大、稳定性强,而且要求功耗低、体积小、重量轻,但现有的激光雷达难以同时满足上述要求。本文针对星载激光测距雷达的特殊要求,设计了一款高性能激光雷达测距系统,以满足卫星在轨服务的测距需求,主要研究工作如下:（1）针对星载激光测距雷达的预期指标,对比常用激光雷达测距方法的优缺点后,选用了伪随机码调制技术与光子累计技术结合的测距方法,并设计了系统总体方案。（2）根据总体方案设计了激光发射系统和激光接收系统。激光发射系统通过动态调整伪随机码信号来适配光强调制器驱动标准,有效提高了发射激光的消光比。激光接收系统包括信号整形电路和利用盖革模式APD设计的光子探测器,保证了对光子级回波信号的探测灵敏度。（3）设计并实现了激光测距雷达的软件系统。利用FPGA编程生成了调制激光的伪随机码,同时采用双口BRAM乒乓操作进行光子累计恢复回波信号,有效提高了数据处理效率和系统信噪比。上位机使用FPGA的测距结果构建回波概率模型,并结合质心算法优化运算,极大提高了测距精度。根据激光雷达硬件系统设计和软件系统设计研制了原理样机,在户外进行测距实验时,100m处测距结果误差不大于2cm,14833.776m处移动目标测距可分辨精度优于0.1m,达到了星载激光测距雷达的预期指标,验证了本激光测距雷达系统的性能优势。
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