星载激光测距仪全波形测距技术

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1、航天返回与遥感第35卷第3期68SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2014年6月星载激光测距仪全波形测距技术吴南孙世君李旭（北京空间机电研究所，北京100094）摘要激光全波形测距以宽带高灵敏探测技术高保真获取、记录激光探测主回波信号，进行全数字处理和子波分析，解析其时域、空域、频域信息，获取高精度距离、目标分布特征，是提高星载测距仪测距精度、能力、空间配准精度的重要手段。文章对比分析了全波形和阈值法2种激光测距的原理，总结全波形测距的优势，梳理了其技术难点，重点对全波形回波数据处理进行了研究，给出了数据处

2、理算法，实现了复杂多峰回波波形的高斯分解，得到光斑区域内目标相对高程分布，仿真验证了算法的可行性，通过计算不同信噪比下的高程解算误差，得到了误差随信噪比的变化趋势。关键词全波形测距数据获取不失真记录高斯分解中图分类号:P228.5文献标志码:A文章编号:1009-8518(2014)03-0068-08DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2014.03.009Space-borneLaserFull-waveformRangingTechnologyWUNanSUNShijunLIXu（BeijingInstitu

3、teofSpaceMechanics&Electricity,Beijing100094,China）AbstractOwingtoitsbroadband,highsensitivityandhighfidelitydetection,aswellaslaseremissionandechosignalrecording,fully-digitalprocessandsub-waveanalysis,deepanalysisofinformationintimefield,rangefieldandfrequencyfield,acq

4、uisitionofhighprecisionrangeandtargetdistributioncharacteristics,laserfull-waveformrangingisanimportantsolutiontoenhancetheprecision,capabilityandspacerectificationaccuracyofspacebornealtimeter.Laserfull-waveformrangingiscomposedofthreeprocesses:acquisition,recordingandp

5、rocessing.Inthispaper,wecombthetechnicaldifficultiesoffull-waveformranging.Werealizetheundistortionrecording,slowdownmanagement,cacheandprocessingalgorithmoflaserechowaveformbyserial-to-parallelconversionandGaussiandecomposition.Inaddition,emulationanddemonstrationaremad

6、e.Keywordsfull-waveformranging;datarecording;undistortionrecording;Gaussdecomposition0引言在一般情况下，星载激光测距仪以时间飞行法测距，通过测量激光从发射到经目标反射后回到接收端的时间间隔，辅以姿态、大气等参数修正，精确获得目标高程。时间测量精度是测距精度的关键保证。经典的时间测量方法主要采取波形阈值法进行检测，通过对激光发、收信号即激光主回波信号的前沿截[1]断式处理，形成归一化的激光主回波脉冲，以时钟计数等方式来测量激光脉冲的往返时间。由于激光传输

7、路径和目标的复杂性，激光阈值检测只获取了主回波简单的相对时间关系，并且在进行高精度测试时，电路复杂、调试困难，重复性和一致性相对较差，难以满足系统精度的要求。大规模超高速集成电[2]路和可编程逻辑电路的发展，使得激光主回波信号高分辨率高保真记录成为可能。激光主回波波形携收稿日期：2014-01-03第3期吴南等:星载激光测距仪全波形测距技术69带了探测区域内地表形状、地表粗糙度和反射率等地形、地物信息，通过对波形数据的分析、处理，可[3]实现对距离的高精度统计，并对测距结果进行修正和验证。本文将对比分析全波形和阈值法2种激光测距的原理，

8、总结全波形测距的优势；根据全波形测距系统的要求，梳理技术难点；针对全波形回波数据处理，给出数据处理算法，实现复杂多峰回波波形的高斯分解，得到光斑区域内目标相对高程分布，并仿真验证算法的可行性。1全波形测距与