X射线偏振测距原理及应用

航天应用中的测距可在航天器间、航天器与空间站间、航天器与中继卫星间进行。为描述方便，将测距过程中的发射端和接收端分别称为“主站”和“从站”。再生式测距是在目标接收到信号后在目标处重新生成下行链路信号发回发射端。这种测距方式，通过信号的再生，提高了下行链路信号的信噪比，进而提高测距性能。测距过程可描述为：

（1）在主站，基于PPM偏振调制方法，利用二进制测距码对X射线信号进行调制处理，得到X射线PPM偏振测距信号，并将该信号发向从站；4PPM偏振调制的结构框图如图8.4所示。

图8.4　X射线4PPM圆偏振调制结构框图

首先，定义测距序列

式中：｛ci｝，i∈N，i＜M为测距码，M为测距码的长度。g（t）为门信号，定义为：

本章选取T4B伪随机噪声码（T4B Pseudo-Noise Code）作为测距序列，该序列码能提供较高的测距精度。选取m序列作为PPM编码的同步头序列，通过信号帧的同步序列和本地序列相关实现信号同步。X射线源光信号经过分束后，通过检偏器调整为水平和垂直方向的线偏振光，接着对4PPM信号进行圆偏振调制，最后将水平和垂直偏振光合在一起经准直器后发射出去。

（2）经过空间信道传输后，X射线测距信号到达从站，从站接收PPM偏振测距信号进行检测和解调；信号检测与解调电路框图如图8.5所示。(www.xing528.com)

图8.5　X射线测距信号检测与解调结构框图

首先通过聚焦光学器件，对光束进行汇聚、接收；1/4波片（quarter wave plate，QWP）的主要作用是改变相互垂直的光矢量分量间的相位延迟，得到线偏振光；分束器将相互正交的线偏振光分到两个独立的通道，通过光电检测器检测两路信号的输出强度，可以有效检测出左旋和右旋圆偏振态，再经过PPM解调出测距序列信息。

（3）基于上行链路解调信息，在从站再生下行链路测距信号，并将再生得到的信号进行PPM偏振调制后发回主站。

（4）在主站接收来自从站的下行链路信号，并对接收到的测距信号进行解调，从而消除链路噪声和信号衰减的影响，提高测距性能。令表示主站解调得到的测距序列，可以表示为：

式中：τB为主站和从站间的双向传输时间延迟为主站处恢复出的测距码。

利用解调得到的测距信号与本地序列进行相关运算，得到双向传递时间τB，进而计算得到主站与从站间的距离d。

式中：τB为测距信号双向传递时间，c为光速。