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星载激光测高仪距离参数地面标定方法

陈露 高志山 袁群 殷慧敏 朱丹 刘威剑

陈露, 高志山, 袁群, 殷慧敏, 朱丹, 刘威剑. 星载激光测高仪距离参数地面标定方法[J]. 中国光学(中英文), 2019, 12(4): 896-904. doi: 10.3788/CO.20191204.0896
引用本文: 陈露, 高志山, 袁群, 殷慧敏, 朱丹, 刘威剑. 星载激光测高仪距离参数地面标定方法[J]. 中国光学(中英文), 2019, 12(4): 896-904. doi: 10.3788/CO.20191204.0896
CHEN Lu, GAO Zhi-shan, YUAN Qun, YIN Hui-min, ZHU Dan, LIU Wei-jian. Ground calibration method for distance parameters of satellite-borne laser altimeter[J]. Chinese Optics, 2019, 12(4): 896-904. doi: 10.3788/CO.20191204.0896
Citation: CHEN Lu, GAO Zhi-shan, YUAN Qun, YIN Hui-min, ZHU Dan, LIU Wei-jian. Ground calibration method for distance parameters of satellite-borne laser altimeter[J]. Chinese Optics, 2019, 12(4): 896-904. doi: 10.3788/CO.20191204.0896

星载激光测高仪距离参数地面标定方法

doi: 10.3788/CO.20191204.0896
基金项目: 

国家自然科学基金资助 61505080

详细信息
    作者简介:

    陈露(1992-), 女, 河南南阳人, 博士生, 主要从事光电仪器系统的设计、光纤传感技术方面的研究。E-mail:June_0623@126.com

    高志山(1966-), 男, 江苏淮安人, 教授, 博士生导师, 主要从事光电仪器系统设计与测量、光机电算一体化集成与精密测量的研究。E-mail:zhishgao@njust.edu.cn

  • 中图分类号: TM935.45;TN249

Ground calibration method for distance parameters of satellite-borne laser altimeter

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 61505080

More Information
  • 摘要: 星载激光测高仪接收系统通过收集地表反射的回波信号,反演卫星与地表的高度。本文提出一种回波模拟光源方法,产生延时量可调的激光主波和回波周期脉冲信号作为接收系统的检校输入源,对星载激光测高仪距离参数进行地面标定。首先,采用主波与回波光电探测器互换的测量方法,利用频率计数器对回波模拟光源的延时量设定值进行精确测量,测量方法误差为113 ps。然后,通过比对回波模拟光源调制的延时量设定值和接收系统测试获取的延时量实测值,实现对测高误差的标定和校正。研制了一套回波模拟光源系统,通过3 335 640.9~3 669 205.0 ns的延时量调制,实现对500~550 km高度的精确模拟,模拟延时信号的抖动量为34.5 ps,延时偏差小于118 ps,为百千米级星载激光测高仪提供了高程误差优于6 cm的地面检校能力。

     

  • 图 1  星载激光测高仪距离参数地面标定方法原理图

    Figure 1.  Schematic of the ground calibration method for distance parameter of satellite laser altimeter

    图 2  电信号延时量的两种测量方法结果对比

    Figure 2.  Comparison of electrical signal time-delay values obtained by two measurement methods

    图 3  主波与回波光电探测器互换的高精度延时测量方法流程

    Figure 3.  Measurement procedure of the time-delay between the emission laser pulse and the returned laser pulse by swapping two photodetectors

    图 4  回波模拟光源系统原理图

    Figure 4.  Framework of laser echo simulator

    图 5  回波模拟光源实物照片

    Figure 5.  Prototype of the laser echo simulator

    图 6  模拟光信号的延时抖动测量结果

    Figure 6.  Time-delay jitter varying with the simulated distance

    表  1  频率计数器测量误差分析(单位:ps)

    Table  1.   Measurement error analysis of frequency counter(Unit: ps)

    频率计数器(外接氢钟) u1 u2 u3 u4 u
    误差 0.001 5 100 16.7 50 113
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    表  2  标定系统及测量设备主要性能指标

    Table  2.   Main performance indicators of calibration system and measurement equipment

    回波模拟光源 中心波长:1 064 nm
    脉宽:10~150 ns
    重复频率:1 Hz~1 kHz
    峰值功率:10-8~10-4 W
    光电探测器(型号TIA-525) 光功率探测范围:3.2×10-5~3.2×10-3 W
    输出电压范围:2~4 V
    带宽(-3 dB):DC to 125 MHz
    频率计数器(型号53230A,外接氢钟) 时基稳定度:5×10-13
    时间分辨率:20 ps
    时间测量分辨力误差:100 ps
    两通道间的压摆率误差:50 ps
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-10-15
  • 修回日期:  2018-12-10
  • 刊出日期:  2019-08-01

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