[發明專利]一種面向高精度自主導航的復合無拖曳模式實現裝置及方法

有效

• 申請號: 201810366880.2
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108645407B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 傅江良;甘慶波
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/24
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安;付雷杰

1.一種面向高精度自主導航的復合無拖曳模式實現裝置，其特征在于，包括激光器陣列、激光光束整形裝置、檢驗質量塊、光電轉換陣列、數據處理模塊、航天器腔體和輸入窗；

所述激光器陣列由N個激光器構成，N為偶數且N不小于2，輸出的相鄰光束之間的間隙忽略不計；

所述激光光束整形裝置用于將所述激光器發射的光束均分為左右兩部分，整形后得到矩形光束，并分配到輸入窗；

所述激光光束整形裝置包括光束分配單元和光束整形單元；所述光束分配單元將所述激光器陣列輸出的N束高斯光均分為左右兩部分，每一部分的激光束數量為N/2，并送入所述光束整形單元進行光束整形；所述光束整形單元按從中心向外圍的規則，依次分配整形后的光束；所述光束整形單元包括空間濾波器、平頂光束整形元件和聚焦鏡；所述空間濾波器用于在光束整形之前對入射激光進行處理，去除光束中的高階模和噪聲；所述平頂光束整形元件將待整形高斯光束進行相位調制，并在所述聚焦鏡的近焦平面上獲得矩形平頂光斑；

所述輸入窗包括左輸入窗和右輸入窗，分別安裝在所述航天器腔體內壁上，左輸入窗和右輸入窗的間距為所述檢驗質量塊沿X方向的長度；所述左輸入窗和右輸入窗分別由N/2個子窗口構成，所述子窗口的大小與所述矩形平頂光斑的大小相同，且所述子窗口之間間距忽略不計；

所述矩形光束分別通過左輸入窗和右輸入窗進入航天器腔體內，由光電轉換陣列探測；

所述檢驗質量塊為規則對稱結構，初始時位于航天器腔體中心；

所述光電轉換陣列包括左接收陣列和右接收陣列，分別安裝在與所述左輸入窗和右輸入窗相對的航天器腔體內壁上，用于將探測到的光信號轉換成電信號輸出功率給所述數據處理模塊；

所述數據處理模塊根據兩個不同時刻的功率之差和所述檢驗質量塊的相對位置之間的關系解算所述檢驗質量塊的相對位置和相對加速度大小。

2.如權利要求1所述的面向高精度自主導航的復合無拖曳模式實現裝置，其特征在于，還包括反射鏡，所述反射鏡將所述激光器陣列輸出的N束激光經過光路調整，輸送到所述激光光束整形裝置中。

3.如權利要求1所述的面向高精度自主導航的復合無拖曳模式實現裝置，其特征在于，所述左接收陣列由m行n列相同的光電轉換單元構成；所述右接收陣列由m行n列相同的光電轉換單元構成，m和n均為正整數；

所述光電轉換單元的尺寸為長L，寬W；所述矩形平頂光斑長為C₁，寬為C₂；所述檢驗質量塊的長度為D；

對于所述左輸入窗和所述左接收陣列以及所述右輸入窗和所述右接收陣列，滿足以下關系式：

C₂＝W×m；

W≤LC₂C₁＜＜D。

4.如權利要求1所述的面向高精度自主導航的復合無拖曳模式實現裝置，其特征在于，所述相對加速度由所述檢驗質量塊的相對位置進行二次微分處理得到。

5.一種面向高精度自主導航的復合無拖曳模式實現方法，其特征在于，采用權利要求1-3中任意一種復合無拖曳模式實現裝置，激光器陣列發射N束激光，相鄰激光光束之間的間隙忽略不計，所述激光通過激光光束整形裝置整形后均分為左、右兩部分矩形光束并輸出；所述矩形光束分別通過航天器腔體內壁上的左輸入窗和右輸入窗進入腔內，由光電轉換陣列探測；所述光電轉換陣列將探測到的光信號轉換成電信號并輸出功率給數據處理模塊；所述數據處理模塊根據兩個不同時刻的功率之差和位于航天器腔體的檢驗質量塊的相對位置之間的關系解算所述檢驗質量塊的相對位置和相對加速度大小。

6.如權利要求5所述的面向高精度自主導航的復合無拖曳模式實現方法，其特征在于，所述相對加速度由所述檢驗質量塊的相對位置進行二次微分處理得到。