【摘 要】
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卫星激光测距技术是目前大地测量精度最高的技术手段之一,通过测量激光往返于观测台站和卫星之间的飞行时间来计算它们之间的精确距离。相比于传统激光测距方式,脉宽达到皮秒量级的超短脉冲激光测距能够带来更高的测量精度。卫星激光测距系统的光电接收探测器——单光子雪崩二极管（Single Photon Avalanche Diode,简称SPAD）极易受到干扰噪声影响。距离选通是一种时间滤波技术,在回波到来之前
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卫星激光测距技术是目前大地测量精度最高的技术手段之一,通过测量激光往返于观测台站和卫星之间的飞行时间来计算它们之间的精确距离。相比于传统激光测距方式,脉宽达到皮秒量级的超短脉冲激光测距能够带来更高的测量精度。卫星激光测距系统的光电接收探测器——单光子雪崩二极管（Single Photon Avalanche Diode,简称SPAD）极易受到干扰噪声影响。距离选通是一种时间滤波技术,在回波到来之前一瞬间开启,使得干扰噪声的影响减到最小。相比于卫星激光测距固定站,中国地震局地震研究所研发的流动站TROS1000具有灵活性高、架设便捷等优点,但其也面临着内部空间较小,模块工作不稳定等问题。为了改善野外工作环境下距离选通模块在流动卫星观测台站上工作稳定性不高等问题,本文设计了新的距离选通系统。本系统采用ARM+FPGA的新型架构,充分发挥了两颗芯片在浮点计算和并行执行上的优势,将原本依靠上位机进行的参数内插和距离门控时刻计算完全放在下位机中进行,上位机只用来下发星历和结果显示,增加了整个系统的集成度,减小了距离门控系统的占用空间。文章主要内容如下:（1）介绍了卫星激光测距技术、超短脉冲激光测距技术、距离选通技术的发展情况和当前国内外台站使用的距离门控实现方法,接着对距离门控的实现原理、内插参数拟合算法、后向散射规避原理进行了详细阐述。（2）对距离门控系统的硬件电路和整体逻辑架构进行了重新设计,完成芯片的选型并详细描述了实时时钟模块、存储模块、计算模块、比较模块、激光点火模块的硬件电路设计,最后介绍两颗芯片之间的引脚关系。（3）介绍了本文距离门控系统的软件设计,包括上位机界面、下位机串口接收、时间同步、参数拟合、距离门控计算、距离门控写入、后向散射规避等功能的设计思路和具体实现方法。（4）搭建测试平台,将系统下载到芯片中使用并使用当前卫星星历进行实际测试,测试对象包括各个模块的运行状态与系统的整体性能。结果表明,新设计的距离选通系统FSMC总线收发时序正常,计算模块、时钟模块、存储模块运行时序正确,运行状态稳定。UTC时钟同步正常,卫星星历内插参数拟合精度优于0.002%,单次实时距离门控计算仅耗时34.365微秒,计算速度可以满足现有所有观测频率。后向散射规避模块工作正常,点火频率下降率不到1%。门控信号输出迅速可靠,输出分辨率达到5纳秒,整体性能满足超短脉冲激光测距使用要求。
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