TDC-GPX在卫星激光测距中的应用.pdf

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1、万方数据第3l卷增刊2O11年6月大地测量与地球动力学JOURNALOFGEODESYANDGEODYNAMICSV01．3lSupp．June。20ll文章编号：1671_5942(2011)Supp．母174舭TDC．GPX在卫星激光测距中的应用+朱威王培源李欣林强(中国地震局地震研究所，武汉430071)摘要利用高精度时间测量芯片TDc．GPx以提高卫星激光测距系统中的时间测量精度，再结合FPGA的大规模数字集成设计，从而提高了卫星激光测距系统的测量精度。关键词卫星激光测距；时间测量；FPGA；Ⅱ'C．G

2、Px；数字集成中图分类号：TH76．3文献标识码：AAPPLICATIoNoFTDC-GPXINSATELLITELASERRANGINGzhuWei，WangPeiyu跏，UXin粕dUnQi跏g(加f缸“招矿se拓moZog)，，CEA，耽舰，l430071)AbstractByusinghighprecisiontimeme鹊urementchip’IDc．GPxcombined埘t王ltllel盯ge．∞aledi百talinte．grateddesi印chip—FPGAt0impmvethetimem

3、e酗urementaccuracyofsatellitelaser瑚ging，t

4、lusthetotalnle硒-urementaccuracyofsatellitel嬲ermn舀ngcanbeimpmved嬲weU．Keywords：satelIitel铀ermnging；ti眦mea鲫reInent；FPGA；TDC·GPx；di西talinte鲥ed1前言2TDC-GPX卫星激光测距技术是空间大地测量中的一种重要测量技术。卫星激光测距技术经过40多年的发展，单次测量精度已经能达到亚厘米级。在卫星激光测距系

5、统中，影响测距精度的因素有很多，主要有脉冲激光器温度的稳定性⋯、光电探测器的温度稳定性【2】、脉冲激光飞行时间测量精度等13j。本文将介绍用高精度时间间隔测量芯片TDC-GPX和现场可编程逻辑门阵列FPGA(Field—Pm酗咖mableGate舡ray)芯片，完成激光测距系统中激光飞行时间的测量，并利用TDc-GPx高精度时间间隔测量以及嗍的强大逻辑电路的实现能力和丰富的时间单元，完成了整个卫星激光测距控制系统的整合，取代传统的分离式元件系统。TDc—GPx是德国ac锄公司推出的一款高精度的时间测量芯片，其测

6、量精度最高可达10p8，且适合于集成化系统的应用。TDc—GPx的正常工作电压为3．3V，有多种测量模式、很高的测量重复频率、短暂的死区时间以及温度测量和时钟控制等特殊功能。TDC-GPx采用并口传输数据，操作方便，有很好的通用性(图1)。2．1内部结构TDc-GPx内部主要脉冲输入单元、时间测量单元、数据缓存单元、时钟控制单元、温度控制单元、配置寄存器以及与外部控制相接的sPI接口等部分组成。TDc-GPx有较宽的工作电压，L／O电压范围为一0．3V一+3．6V，测量电压范围：一0．3V～6．0·收稿日期：2

7、011旬l-23作者简介：朱威，男，1984年生，研究实习员，主要从事卫星激光测距工作．E—mail：kevirLJ945@si∞．咖万方数据增刊朱威等：7mC．CPX在卫星激光测距中的应用175中断标志●●误秸EcL电平■入m电平输入广—————]广———————————————————————一1Ds缸酬Ⅸ№p2黼脚I髑卸2髓．岬3髑IopI1戳叩5髓胁p61s蛔p7髑幻ps写读片选地址复位使能致据总线右移l右移2左移l左移2图lTDC-GPx内部结构Fig．1ImemalsⅡuctIIreofTDC—GP

8、XV，核心单元工作电压为3．．0V一3。6V。TDc—GPx采用28／16位可选并口模式通讯。用现场可编程逻辑器件FPGA完成和TDc．GPx之间的通信。可以把TDc．GPx作为一个外围设备连接到FPGA上，通过FPGA来控制TDC．GPX测量脉冲间隔，通过对TDC．GPx的内部寄存器设置来改变，I'Dc—GPX的测量模式。2．2测量模式GPx有I、G、R和M4种测量模式，每种模式的测量分辨力、测量的脉冲数以及测量的通道数都不尽相同，可以针对不同的要求选用不同的测量模式。I模式有l路蝴输人，8路stop输入，对

9、应于一次删输入，每路stop输入可以连续测量32个8t叩脉冲，I模式只能测量LVrI，I'L电平的输入。G模式有l路start输入，2路st叩输入，对应于一次st甜输入，每路stop输入可以连续测量32个stop脉冲，其单次测量精度为40ps。G模式可以测量LVrI’I'L电平输入和差分式ECL电平输入。R模式有1路stan输入，2路stop·输入，对应于一次stan输入，每路咖p输入