[發(fā)明專利]基于強(qiáng)度相干探測陣列的深空航天器相對位置測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911331817.6
• 申請日: 2019-12-21
• 公開（公告）號: CN111076729B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李希宇;高昕;胡蕾;雷呈強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 北京跟蹤與通信技術(shù)研究所
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 北京正陽理工知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.基于強(qiáng)度相干探測陣列的深空航天器相對位置測量方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟一：在待測量的航天器上搭建星載下行激光發(fā)射望遠(yuǎn)鏡，由方向控制部分、激光器、擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡三部分組成；在需進(jìn)行航天器位置測量時(shí)，各航天器同時(shí)向地基強(qiáng)度相干陣列發(fā)射同頻率激光；

步驟二：在地面構(gòu)建強(qiáng)度相干觀測單元，強(qiáng)度相干觀測單元包含括集光面、濾光片、濾波器、高頻探測器、乘法器和數(shù)據(jù)存儲計(jì)算設(shè)備；

步驟三：將多個步驟二中所述的地基強(qiáng)度相干觀測單元排列成陣列，組成地基強(qiáng)度相干觀測系統(tǒng)，陣列排布時(shí)需保證所有觀測單元不處于同一直線上；

步驟四：利用短基線低精度的地基觀測陣列進(jìn)行信號采集，根據(jù)采集的信號計(jì)算觀測陣列中所有觀測單元兩兩之間的光電流相關(guān)度；構(gòu)建坐標(biāo)；根據(jù)光電流相關(guān)度計(jì)算獲取回射激光圖樣的空間頻譜 ，根據(jù)獲取的空間頻譜繪制干涉圖樣；根據(jù)繪制的干涉圖樣計(jì)算航天器間的相對位置，實(shí)現(xiàn)對深空航天器的高精度相對位置測量。

2.如權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)度相干探測陣列的深空航天器相對位置測量方法，其特征在于：步驟四實(shí)現(xiàn)方法為，

步驟4.1：信號采集；

在需進(jìn)行深空航天器相對位置測量時(shí)，通過地面遙控設(shè)備對航天器注入指令，令各航天器的星載下行激光發(fā)射望遠(yuǎn)鏡向地基強(qiáng)度相干觀測系統(tǒng)方向發(fā)射同頻率激光，各航天器相對于觀測系統(tǒng)的夾角需小于各觀測單元的視場；強(qiáng)度相干陣列中的各觀測單元對所有航天器發(fā)射激光進(jìn)行接收，高頻探測器將接收獲得的光強(qiáng)隨機(jī)漲落按比例的轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的高頻光電流，高頻探測器采樣頻率為νHz，系統(tǒng)集光面及大氣湍流引入的最大系統(tǒng)誤差需小于

步驟4.2：光電流相關(guān)度計(jì)算；

利用乘法器計(jì)算陣列中A、B兩觀測單元輸出高頻光電流的相關(guān)度，不同位置光電流相關(guān)度計(jì)算公式如下：

其中I_A(t)為A位置觀測單元在各時(shí)刻的高頻光電流，T為總觀測時(shí)長；

按照以上公式計(jì)算觀測陣列中所有觀測單元兩兩之間的光電流相關(guān)度；

步驟4.3：構(gòu)建坐標(biāo)；

在觀測系統(tǒng)中構(gòu)建正交坐標(biāo)系，以某一方向?yàn)閤軸，x軸的法線方向?yàn)閥軸，記錄所有觀測單元的坐標(biāo)，記錄為(x_k,y_k),其中k為觀測單元編號；

步驟4.4：獲取空間頻譜，根據(jù)獲取的空間頻譜繪制干涉圖樣；

根據(jù)觀測單元之間的相對位置獲取航天器回射激光圖樣空間頻譜，圖樣空間頻譜計(jì)算如下：

γ(l,m)＝S_AB；l＝x_A-x_B,m＝y(tǒng)_A-y_B；

利用4.2中獲取的所有光電流相關(guān)度獲取回射激光圖樣完整的空間頻譜，根據(jù)獲取的空間頻譜繪制干涉圖樣；

步驟4.5：提取干涉圖樣在l方向和m方向的條紋間距，根據(jù)條紋間距計(jì)算空間頻譜的條紋間距及條紋方向，計(jì)算公式如下：

步驟4.6：計(jì)算獲得兩航天器位置關(guān)系，即實(shí)現(xiàn)對深空航天器的高精度相對位置測量；

條紋方向θ即為觀測兩航天器連線與觀測系統(tǒng)y軸夾角，兩航天器間距為其中L為航天器軌道高度，λ為回射激光波長，d位干涉條紋間距，探測器陣列所處的ω為緯度；航天器間距測量誤差為

3.如權(quán)利要求1或2所述的基于強(qiáng)度相干探測陣列的深空航天器相對位置測量方法，其特征在于：步驟三中陣列排布方式為十字形排列陣列或Y形陣列；陣列最長基線為K，陣列中相干單元間距為ΔK。

4.如權(quán)利要求2所述的基于強(qiáng)度相干探測陣列的深空航天器相對位置測量方法，其特征在于：步驟4.3中設(shè)定為緯線方向?yàn)閤軸。