[发明专利]嵌入式卫星激光测距控制系统

说明书

嵌入式卫星激光测距控制系统，涉及一种嵌入式卫星激光测距控制系统，解决卫星激光测距控制技术通过主控计算机实现，存在测距方法复杂，响应速度慢，造成丢失数据等问题，望远镜跟踪控制器读取当前的观测时刻，依据测站的轨道预报插值计算当前时刻的方位和高度位置输出到电机的伺服系统；距离门控制器依据测距频率输出激光器的点火信号，锁存主波信号并根据预报计算出主波对应的距离门信号产生的时刻，由距离门控制器输出门控信号。激光束指向控制器识别光束图像，得到光尖位置并计算光尖点与接收视场中心的偏差量，采用控制算法修正激光束指向偏差。本发明采用FPGA+DSP异构处理器架构能够适应更高重复频率激光测距的需要，便于整个测距系统升级。

技术领域

本发明涉及一种嵌入式卫星激光测距控制系统。

背景技术

卫星激光测距技术是当前高精度卫星精密定位观测的主要手段之一，是现代各种定位观测手段中单点采样精度最高的一种，在监测大陆板块运动、地壳形变、地球自转，改进地球重力场和地心引力常数，确定地球和海洋潮汐变化的规律等方面具有重要的作用。

高重复率卫星激光测距具有目标捕获快、观测数据量大、测距精度高、标准点数据密度高等优点，已成为国际激光测距技术的发展趋势。在全世界接近50个激光测距站中，只有少数的几个人造卫星观测站实现了千赫兹激光卫星测距或相关的实验。总体来说，各测站控制方案均是将控制软件作为激光测距观测任务管理和控制的核心，负责各分系统的数据通信、信号控制、转台跟踪以及数据采集和处理等。测距控制软件安装在主控计算机中，通过专用控制电路来完成整个测距过程。尽管这种控制方案可基本满足千赫兹测距的要求，但在软件调试更新、执行速度、稳定性、扩展能力方面存在不足，对系统的运行造成一定的影响。主要表现在以下两个方面：

(1)高速实时控制下的系统响应

控制软件基本都是运行在Windows的操作系统下，这种操作系统由于是多用户、多任务操作系统，既可以处理用户界面线程的请求，同时又可以处理控制和数据采集的工作者线程的请求。但由于工作者线程中对外围设备(如事件计时器、CCD)数据采集量大，算法(如方位、高度、距离插值计算)复杂，在1kHz频率下，处理时间间隔只有1毫秒，导致Windows系统响应不及时，造成数据的丢失。当测距频率进一步加密，数据的丢失情况更加严重，不能满足实时控制的要求。

(2)专用控制电路的限制

传统的控制电路都建立在分立式元器件上，属于半定制类型，存在元器件数较多、电路板尺寸偏大、电路稳定性不理想、扩展性与移植性较差等缺点，导致控制电路对控制算法的限制大，控制精度难于进一步提高。

发明内容

本发明为解决现有卫星激光测距控制技术通过主控计算机实现，存在测距方法复杂，响应速度慢，造成丢失数据等，同时存在控制精度低等问题，提供一种嵌入式卫星激光测距控制系统。

嵌入式卫星激光测距控制系统，包括望远镜跟踪控制器、距离门控制器和激光束指向控制器；所述望远镜跟踪控制器、距离门控制器和激光束指向控制器分别由DSP与FPGA组成，所述DSP与FPGA通过SRIO协议进行数据通信；

所述望远镜跟踪控制器中的DSP包括预报数据接收模块、内插值计算模块、规避太阳计算模块和状态量输出模块；

所述望远镜跟踪控制器中的FPGA包括时间基准模块、当前时刻锁存模块和电控快门控制模块；

所述预报数据接收模块通过UDP协议将计算机发送的测站轨道预报中的方位和高度状态变量存储到DSP的RAM中；

所述内插值计算模块采用的是九阶Lagrange内插算法将测站轨道预报中的方位和高度状态变量进行内插值计算生成实时跟踪预报；