太极计划中的星间激光测距地面电子学验证

在空间引力波探测太极计划中,激光干涉测距系统是获取引力波信号的直接手段,为了消除激光频率不稳定性对其的影响,需利用时间延迟干涉技术降低噪声的干扰.时间延迟干涉是一种数据后处理方法,要实现该技术的数据构型,需对卫星臂长实现精确的绝对距离测量.本文从太极计划的需求分析出发,分别从信源编码设计、延迟环设计以及数据处理算法等方面介绍测距系统的设计方案.在信源编码中,文章通过分析m序列、gold序列、Weil码三种伪随机码的自、互相关性优劣以及长度选取上的灵活性,最终选择了Weil码并筛选出其自相关性最优的移位-截取组合,将其作为测距系统所用的伪随机码.同时,基于该测距系统,搭建了一套地面电子学验证实验装置,以模拟信号传输的物理过程并验证系统性能.实验主体装置采用一块基于Xilinx公司K7芯片的自研FPGA板卡用以模拟卫星通信测距过程以及实现锁相环、延迟环等功能.实验将 24.4 kbps的 16位信息码与 1.562 5 Mbps的 1 024位Weil码进行BPSK调制,采样频率为 50 MHz,通过 10～60 m的射频同轴电缆进行传输后,使用质心法对采集数据进行优化,随后测定该距离.实验结果表明:在 60 m范围内,测距精度优于 1.6 m.实验证明了测距系统原理及设计的可行性,为下一步的光学系统验证奠定了技术基础.