[發明專利]基于強度相干探測陣列的深空航天器相對位置測量方法

有效

• 申請號: 201911331817.6
• 申請日: 2019-12-21
• 公開（公告）號: CN111076729B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 李希宇;高昕;胡蕾;雷呈強
• 申請（專利權）人: 北京跟蹤與通信技術研究所
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明公開的基于強度相干探測陣列的深空航天器相對位置測量方法，屬于航天器光學測控領域。本發明實現方法為：在待測量的航天器上搭建星載下行激光發射望遠鏡，在需進行航天器相對位置測量時，各航天器同時向地基強度相干陣列發射同頻率激光；在地面構建強度相干觀測單元；將多個地基強度相干單元排列成陣列，組成地基強度相干觀測系統；利用短基線低精度的地基觀測陣列進行信號采集，根據采集的信號計算觀測陣列中所有觀測單元兩兩之間的光電流相關度；構建坐標；獲取目標回射激光圖樣的空間頻譜，根據獲取的空間頻譜繪制干涉圖樣；根據干涉圖樣計算獲得航天器相對位置，實現對深空航天器的高精度相對位置測量。本發明能降低觀測陣列規模及精度要求。

技術領域

本發明涉及一種航天器相對位置的高精度測量方法，特別涉及利用干涉測量方法的航天器相對位置高精度測量方法，可應用于航天器對接時兩個航天器相對位置的測量，屬于航天器光學測控領域。

背景技術

隨著航天深空探測的展開，針對航天器的測控精度要求越來越高。特別是航天器交會對接過程中，需對航天器之間相對位置進行高精度測量。傳統航天器的相對位置測量采用同波束干涉技術，測量航天器向地面發射無線電在地面的干涉條紋獲得航天器之間相對位置。無線電波長較長，干涉測量結果受大氣湍流與電離層影響較小；但需使用長基線測量設備；且在發射過程中無線電波的波束寬度較寬，地面接收到的無線電能量密度較低，需使用大口徑天線對航天器進行測量。現有用于深空測量的射電干涉陣列天線口徑超過30m米，測量基線長度超過2000千米，測量系統在建造過程中難度較大。

若能使用可見光取代對目標位置進行干涉測量，則僅需使用更短的測量基線即可達到原有測量精度水平，極大減小測量設備規模；且可見光的衍射角遠小于無線電波的發射波束寬度，光束在傳播過程中定向性較好，地面獲得的能量較為集中，采用較小接收口徑即可獲得足夠測量信噪比。但由于大氣湍流會在測量結果中引入額外相位誤差，對光場振幅干涉測量結果影響較大。同時基于光場振幅干涉方法對測量設備的精度要求較高，在現有技術條件下建造相關測量設備難度較大，光場振幅干涉測量方法難以在實際中得到應用。

強度相干陣列是一種用于測量恒星角直徑的高精度測量設備，其利用高頻探測器采集目標在不同位置的光強漲落，通過計算光強漲落的相干度獲得目標的空間頻譜，實現對目標角直徑的測量。強度相干陣列具備測量精度高、設備精度要求低和對大氣湍流不敏感等優點。

發明內容

本發明公開的基于強度相干探測陣列的深空航天器相對位置測量方法要解決的技術問題是：利用短基線低精度的地基觀測陣列完成對深空航天器的高精度相對位置測量，降低觀測陣列規模及精度要求。本發明能應用于深空航天器交匯對接，軌道確定等領域。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明公開的基于強度相干探測陣列的深空航天器相對位置測量方法，在待測量的航天器上搭建星載下行激光發射望遠鏡，在需進行航天器位置測量時，各航天器同時向地基強度相干陣列發射同頻率激光。在地面構建強度相干觀測單元。將多個地基強度相干單元排列成陣列，組成地基強度相干觀測系統，陣列排布時需保證所有觀測單元不處于同一直線上。利用短基線低精度的地基觀測陣列進行信號采集，根據采集的信號計算觀測陣列中所有觀測單元兩兩之間的光電流相關度；構建坐標；獲取回射激光圖樣完整的空間頻譜，根據獲取的回射激光圖樣空間頻譜繪制干涉條紋；根據獲取的空間頻譜及繪制的干涉條紋實現對深空航天器的高精度相對位置測量。

本發明公開的基于強度相干探測陣列的深空航天器相對位置測量方法，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射望遠鏡，主要由方向控制部分、激光器、擴束望遠鏡三部分組成。在需進行航天器位置測量時，各航天器同時向地基強度相干陣列發射同頻率激光。

步驟二：在地面構建強度相干觀測單元，強度相干觀測單元包括集光面、濾光片、濾波器、高頻探測器、乘法器和數據存儲計算設備。