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为了提高测距精度和进行高轨卫星或月球激光测距,在1.2m望远镜激光测距系统发展远程和高精度的激光测距技术具有重要的现实意义。在国家自然科学基金的天文联合基金重点项目和中国科学院知识创新工程青年人才领域前沿项目专项基金的支持下,作者系统深入地研究了事件计时器设计原理和技术实现并在1.2m望远镜激光测距系统上首次实现了基于事件计时器的全新的高效率高精度控制系统。具体如下:
首先,系统地研究了事件计时器原理和实现方法,并采用数字延迟线法研制了OTL110P事件计时器,这是在国内激光测距界首次研制出的事件计时器。该测量仪器具有间隔测量和事件时刻测量两种工作模式。测试结果表明:其时间分辨率(resolution)为4ps,测时盲区(dead time)为1μs,标准偏差值优于50ps,系统误差小于11ps,可以测量的时间范围是24h。因此,性能满足远程和高重频测距,也同样适用于传统的卫星激光测距中,测量精度可达到亚cm量级。
其次,首次实现了OTL110P事件计时器在间隔测量工作模式下的1.2m望远镜共光路激光测距系统的全新测距控制系统。目前正在使用着的传统激光测距系统不能直接与事件计时器接口,需要设计新的接口和新的距离门控技术。本研究工作将控制电路、控制软件和观测应用程序都作了全新的研制,最终实现了OTL110P事件计时器在间隔测量工作模式下的测距控制系统。从逻辑分析仪观察新控制系统产生的控制信号,结果表明:控制信号严格按照1.2m望远镜共光路激光测距系统的时序要求产生,从而可大大提高测距效率。
最后,提出了一种高频率激光测距中距离门控产生的方法。在间隔测量工作模式下,OTL110P事件计时器还未真正发挥其优势,而且在1.2m望远镜激光测距系统中实现高重频测距系统是我们进行本文研究的后继目标,这需要研制新的距离门产生技术。通过该方法获得的距离门精度约在几十ns(<50ns)。
本研究工作在1.2m望远镜激光测距系统中首次实现了基于事件计时器的高效率高精度控制系统,为将来在该测距系统中实现高重频测距技术做了充分的技术准备。