一种高精度激光通信测距方法和装置与流程

本发明涉及测距，特别是涉及一种高精度激光通信测距方法和装置。

背景技术：

1、天地一体化是未来6g发展的研究热点，在太空中组建卫星星座可以与地面传输网络实现互补，卫星激光通信技术已成为构建天基信息网络的重要技术途径，其发展前景广阔。为实现对星座编组的管控，卫星之间的相对距离信息是非常重要的。如果依赖地面的遥感技术进行测量，成本和精度是无法接收的，而在卫星平台上安装专门的测距模块，会大幅增加卫星的体积、重量和功耗。因此，让卫星的激光通信终端集成测距功能是最佳的技术选择。

2、在现有技术中，地面常用的测距方法如图1所示，该方法的测距流程为由a终端发起测距请求，向终端b发送请求帧，终端b接收到请求帧之后再向a发送应答帧。根据测距公式计算请求帧和应答帧传输距离的平均值即是最后的测距结果。但是，在太空中，卫星处于高速运动状态，位置时刻都在改变。两个传输距离差异很大，因此测距值也会严重偏离实际距离。因此，目前卫星测距常采用的单程双向测距是终端a和终端b根据卫星平台提供的pps信号触发，同时发送测距请求帧，之后的应答帧只用来返回测距信息，两个请求帧的传输距离的平均值即是最后的测距结果。但是，这个测距方法依赖卫星平台提供的pps信号，并且测距频率很低，每秒只能测量一次。

3、且在实际使用中，由于多普勒效应影响，通信过程中接收侧的时钟一定与发射侧的时钟存在偏差，这两个时钟的相位偏差在测距时会引入米级的误差，无法满足高精度(如厘米级)的测距需求。

4、鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是通信过程中接收侧的时钟与发射侧的时钟存在偏差，导致给测速过程带来误差，无法得到两端之间的准确距离。

2、本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种高精度激光通信测距方法，方法包括：

4、在本端和对端之间进行预设频率的测距，得到多个时刻的基础测距值；

5、找到基础测距值发生突变的多个关键时刻，根据各关键时刻和各关键时刻所对应的基础测距值，确定距离与时刻之间的关系，基于所述距离与时刻之间的关系，得到相应时刻本端与对端之间的距离。

6、优选的，所述找到基础测距值发生突变的多个关键时刻，具体包括：

7、当本端与对端处于相互靠近状态时，以基础测距值发生突变后最近的一个时刻作为关键时刻；

8、当本端与对端处于相互远离状态时，以基础测距值发生突变前最近的一个时刻作为关键时刻。

9、优选的，本端和对端均以预设频率向对方连续发送测距传输帧；其中，在第一测距传输帧中携带第二测距传输帧的接收时间、从第二测距传输帧中获取得到的第二测距传输帧的发送时间，以及第一测距传输帧的发送时间；其中，所述第二测距传输帧为在发送所述第一测距传输帧之前最近一次接收到的来自对方的测距传输帧；所述在本端和对端之间进行预设频率的测距，具体包括：

10、在接收到第一测距传输帧时，记录接收到所述第一测距传输帧的接收时间，使用所述第一测距传输帧的接收时间、所述第一测距传输帧中所携带的第一测距传输帧的发送时间、第二测距传输帧的接收时间和第二测距传输帧的发送时间，计算得到初始测距值；

11、使用所述初始测距值找到与第二测距传输帧在同一时刻由对方发出的第三测距传输帧；

12、使用所述第二测距传输帧的发送时间、第二测距传输帧的接收时间、第三测距传输帧的发送时间和第三测距传输帧的接收时间，计算得到本端与对端之间的基础测距值。

13、优选的，所述使用所述初始测距值找到与第二测距传输帧在同一时刻由对方发出的第三测距传输帧，具体包括：

14、使用所述初始测距值计算得到延时帧数n，从所述第一测距传输帧的发送时刻倒推n个传输帧，得到与第二测距传输帧在同一时刻发出的第三测距传输帧。

15、优选的，所述使用所述初始测距值计算得到延时帧数n，具体包括：

16、使用初始测距值l1乘以通信速率后，除以每帧传输帧的长度，再除以光速得到所述延迟帧数n。

17、优选的，所述使用所述第二测距传输帧的发送时间、第二测距传输帧的接收时间、第三测距传输帧的发送时间和第三测距传输帧的接收时间，计算得到本端与对端之间的基础测距值，具体包括：

18、所述本端与对端之间的基础测距值其中，tra为第三测距传输帧的接收时间，trb为第二测距传输帧的接收时间，tsa为第二测距传输帧的发送时间，tsb为第三测距传输帧的发送时间，δtra为本端的激光接收延时，δtrb为对端的激光接收延时，δtsa为本端的激光发送延时，δtsb为对端的激光发送延时，c为光速。

19、优选的，所述对端的激光接收延时和对端的激光发送延时是由对端预先标定得到，并携带在测距传输帧中传输给本端的。

20、优选的，本端和对端所使用的计时器的比特位数大于等于最小计时比特位数；

21、其中，以本端与对端之间的最大距离除以光速，得到最大传输时间，使用所述最大传输时间除以本端和对端的时钟周期，得到本端和对端的最大计时数值，以所述最大计时数值所占用的比特位数作为最小计时比特位数。

22、优选的，当单帧测距传输帧的可用开销小于等于测距开销时，使用多帧测距传输帧进行传输帧发送时间和传输帧接收时间的传输；接收方从接收到的多帧测距传输帧中获取相应传输帧发送时间和传输帧接收时间；其中，所述测距开销为本端和对端所使用的计时器的比特位数乘以预设数值。

23、第二方面，本发明还提供了一种高精度激光通信测距装置，用于实现第一方面所述的高精度激光通信测距方法，所述装置包括：

24、至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，用于执行第一方面所述的高精度激光通信测距方法。

25、第三方面，本发明还提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，用于完成第一方面所述的高精度激光通信测距方法。

26、本发明通过进行高速测距，得到多个时刻的基础测距值，再从多个基础测距值中找到发生突变的基础测距值，发生突变的基础测距值即为受到两端时钟相位偏差影响最小的两端之间的距离，可理解为找到准确的距离，再使用这些准确的距离，找到在各时刻两端之间的距离，从而排除两端的时钟相位偏差对最终得到的距离的影响，从而测量得到准确的距离，并进一步通过关键时刻的准确距离，推导得到各个时刻的准确距离，以满足高精度的测距需求。

技术特征：

1.一种高精度激光通信测距方法，其特征在于，方法包括：

2.根据权利要求1所述的高精度激光通信测距方法，其特征在于，所述找到基础测距值发生突变的多个关键时刻，具体包括：

3.根据权利要求1所述的高精度激光通信测距方法，其特征在于，本端和对端均以预设频率向对方连续发送测距传输帧；其中，在第一测距传输帧中携带第二测距传输帧的接收时间、从第二测距传输帧中获取得到的第二测距传输帧的发送时间，以及第一测距传输帧的发送时间；其中，所述第二测距传输帧为在发送所述第一测距传输帧之前最近一次接收到的来自对方的测距传输帧；所述在本端和对端之间进行预设频率的测距，具体包括：

4.根据权利要求3所述的高精度激光通信测距方法，其特征在于，所述使用所述初始测距值找到与第二测距传输帧在同一时刻由对方发出的第三测距传输帧，具体包括：

5.根据权利要求4所述的高精度激光通信测距方法，其特征在于，所述使用所述初始测距值计算得到延时帧数n，具体包括：

6.根据权利要求3所述的高精度激光通信测距方法，其特征在于，所述使用所述第二测距传输帧的发送时间、第二测距传输帧的接收时间、第三测距传输帧的发送时间和第三测距传输帧的接收时间，计算得到本端与对端之间的基础测距值，具体包括：

7.根据权利要求6所述的高精度激光通信测距方法，其特征在于，所述对端的激光接收延时和对端的激光发送延时是由对端预先标定得到，并携带在测距传输帧中传输给本端的。

8.根据权利要求3-7任一所述的高精度激光通信测距方法，其特征在于，本端和对端所使用的计时器的比特位数大于等于最小计时比特位数；

9.根据权利要求3-7任一所述的高精度激光通信测距方法，其特征在于，当单帧测距传输帧的可用开销小于等于测距开销时，使用多帧测距传输帧进行传输帧发送时间和传输帧接收时间的传输；接收方从接收到的多帧测距传输帧中获取相应传输帧发送时间和传输帧接收时间；其中，所述测距开销为本端和对端所使用的计时器的比特位数乘以预设数值。

10.一种高精度激光通信测距装置，其特征在于，所述装置包括：

技术总结
本发明涉及测距技术领域，提供了一种高精度激光通信测距方法和装置。方法包括：在本端和对端之间进行预设频率的测距，得到多个时刻的基础测距值；找到基础测距值发生突变的多个关键时刻，根据各关键时刻和各关键时刻所对应的基础测距值，确定距离与时刻之间的关系，基于所述距离与时刻之间的关系，得到相应时刻本端与对端之间的距离。本发明通过进行高速测距，找到发生突变的基础测距值，从而排除两端的时钟相位偏差的影响，从而测量得到准确的距离，以满足高精度的测距需求。

技术研发人员：李天明,周可籍,饶宸杰,高继韬,陈浩天,徐瑞晚
受保护的技术使用者：烽火通信科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/18