发射子系统：构建卫星发射系统的重要组成部分

发射子系统主要由脉冲激光光源、发射光学系统和取样电路即高速光电探测三个模块组成，其组成框图如图2-3 所示。在外部触发信号的作用下，脉冲激光模块按照一定的触发频率发射脉冲激光信号，通过发射光学系统将激光准直为满足探测目标要求的发射角，再由分光片将激光分成比例悬殊的两束激光，较小的部分送给高速光电探测模块产生Start 信号，较大的部分照射目标。发射子系统设计的主要指标有：脉冲激光源的峰值功率、脉冲激光半峰脉宽、光学系统发射效率、发散角、分光比等。从激光雷达距离方程可以看到，光电探测器接收到的回波信号功率与发射子系统照射目标的光功率成正比，所以当发射子系统照射目标的光功率越大时，光电探测器上接收到的回波信号就越强，其探测距离就越远。为此，在设计发射子系统时，其各指标要尽可能做到最优值。

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图2-3　发射子系统组成框图

Start 信号是多通道时间间隔测量子系统和多路激光往返飞行时间的公共起始信号。作为激光发射的标志，激光测距精度非常重要。常用的开始信号来源有两种方式：一种是从激光发射模块的触发信号中分出一路作为Start 信号，这种方式的优点是简便、无需额外的探测电路和分光片；另一种是将当激光发出后通过高速光电探测模块探测发射激光并处理输出的脉冲信号作为Start 信号。第一种方式虽然实现起来容易、简便，但是考虑到脉冲激光模块从TTL 电平触发到发射激光脉冲信号的延时不确定性，会引起较大的测量误差，因此该方式满足不了高精度的测距要求。第二种方式是探测激光模块发射出的激光信号，所以能够准确的确定激光的发射时刻点。但设计时必须注意到两点：一是为了让尽可能多的激光照射到目标，充分利用激光光源提高探测距离，分光片要保证能够分成比例悬殊的两束激光；二是光电探测处理电路可能存在不确定的延时。对于第一个问题，我们可以采用分光片将准直的激光分成反射和透射的两束激光，再通过调整分光片与发射激光使其有合适的角度，即可得到5 ∶95 的反射和透射激光，再镀上增透膜可以达到更加悬殊比例，比如1 ∶99。对于第二个问题，光电探测模块必须采用高速光电探测器和精确的时刻鉴别方法，使延时不确定性降低到最小。该高速光电探测电路类似接收子系统APD 阵列探测处理电路的一个通道，其也无需额外的研制高速光电探测电路板，最终确定采用方式二获取Start 信号。此高速光电探测电路的具体实现与第5 章光纤阵列探测处理电路单通道的研制类似。