[實(shí)用新型]一種激光測距系統(tǒng)收發(fā)光軸平行性檢校系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920905344.5
• 申請日: 2019-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN210142190U
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安寧;劉承志;范存波;董雪;宋清麗;梁智鵬;溫冠宇;馬磊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院國家天文臺(tái)長春人造衛(wèi)星觀測站
• 主分類號(hào): G01S7/497
• 分類號(hào): G01S7/497;G01C25/00
• 代理公司: 北京恒和頓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11014
• 代理人: 邵長松

本實(shí)用新型公開了一種激光測距系統(tǒng)收發(fā)光軸平行性檢校系統(tǒng)，屬于激光測距技術(shù)領(lǐng)域。所述系統(tǒng)包括激光測距系統(tǒng)和設(shè)置于所述激光測距系統(tǒng)上的導(dǎo)星系統(tǒng)及光學(xué)逆向裝置。引入導(dǎo)星系統(tǒng)，擴(kuò)大了系統(tǒng)監(jiān)測視場。結(jié)合激光衰減技術(shù)、距離門技術(shù)，利用光學(xué)逆向反射裝置在發(fā)射光截取極少部分光作為參考光對視場中心位置進(jìn)行調(diào)校，同時(shí)利用目標(biāo)跟蹤閉環(huán)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)收發(fā)光軸平行性的實(shí)時(shí)自動(dòng)檢校。在單次激光測距過程中兼顧了自動(dòng)調(diào)校系統(tǒng)的收發(fā)光軸功能，有效改善了激光測距系統(tǒng)的指向精度，提高了系統(tǒng)回波率及工作效率，對激光測距技術(shù)邁向全自動(dòng)時(shí)代具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及激光測距技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種激光測距系統(tǒng)收發(fā)光軸平行性檢校系統(tǒng)。

背景技術(shù)

利用激光測距系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的空間探測技術(shù)是由激光、光電探測、自動(dòng)控制、電子通信、天文測量、衛(wèi)星軌道等技術(shù)結(jié)合而成的多學(xué)科綜合技術(shù)。與其他大地空間測量技術(shù)不同，激光測距系統(tǒng)采用高重頻、高峰值功率、窄脈沖激光器，解決了傳統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)測距精度低、測程短、穩(wěn)定性差、設(shè)備龐大等一系列難題，突破了超聲波測距及其他光學(xué)測距技術(shù)的局限，提供了一種具有全天候、高精度、抗干擾、小型化等先進(jìn)的空間探測手段。近年來，高性能激光測距系統(tǒng)的研究逐漸從實(shí)驗(yàn)室走向現(xiàn)場試驗(yàn)，在空間探測和航天航空等工程領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，展現(xiàn)出誘人的實(shí)用化前景。

在遠(yuǎn)距離激光測距過程中，地面觀測站根據(jù)觀測目標(biāo)預(yù)報(bào)引導(dǎo)望遠(yuǎn)鏡跟蹤目標(biāo)后，激光器發(fā)射激光脈沖至觀測目標(biāo)，并由觀測目標(biāo)表面反射回波光子至地面觀測站，同時(shí)利用接收望遠(yuǎn)鏡將回波信號(hào)輸送至?xí)r間測量分系統(tǒng)，最后通過測出激光脈沖往返地球與觀測目標(biāo)間的時(shí)間Δt，獲得地球與觀測目標(biāo)間的距離R。根據(jù)觀測目標(biāo)的不同，激光測距系統(tǒng)分為衛(wèi)星激光測距系統(tǒng)(SLR)、空間碎片激光測距系統(tǒng)(DLR)，月球激光測距系統(tǒng)(LLR)等。

常規(guī)的激光測距系統(tǒng)主要包括：

(1)激光器及發(fā)射系統(tǒng)。激光器產(chǎn)生激光脈沖，脈沖經(jīng)過折軸發(fā)射系統(tǒng)的反射和準(zhǔn)直。

(2)望遠(yuǎn)鏡伺服跟蹤系統(tǒng)，主要包括發(fā)射鏡、接收鏡和CCD三部分，分別完成發(fā)射激光、接收激光和監(jiān)視衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)等功能。

(3)光子探測系統(tǒng)，主要由接收望遠(yuǎn)鏡、可變接收光闌、窄帶干涉濾波片、光電接收器件、鑒別器、時(shí)間間隔測量等裝置組成。激光脈沖回波被接收望遠(yuǎn)鏡聚焦后，經(jīng)過接收光闌、干涉濾光片、進(jìn)入光電接收器件。經(jīng)光電器件產(chǎn)生電脈沖，通過鑒別器輸出矩形脈沖，最后進(jìn)入時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器。

(4)時(shí)間頻率系統(tǒng)，提供系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的絕對時(shí)間坐標(biāo)，其功能之一是接收GPS 衛(wèi)星系統(tǒng)的秒脈沖和UTC時(shí)間，將其輸入到控制計(jì)算機(jī)中；其功能之二是提供給一個(gè)高穩(wěn)定的10MHz信號(hào)。

(5)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，主要功能如下：根據(jù)預(yù)報(bào)計(jì)算觀測目標(biāo)的實(shí)時(shí)位置；通過點(diǎn)火信號(hào)控制激光器發(fā)射脈沖；通過開/關(guān)門信號(hào)精確控制距離門；通過軸角編碼器和伺服控制機(jī)架和望遠(yuǎn)鏡運(yùn)轉(zhuǎn)；通過計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)采集觀測數(shù)據(jù)；進(jìn)行儀器指向誤差修正、系統(tǒng)延時(shí)的校準(zhǔn)、觀測資料的預(yù)處理和形成標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)文件。

激光測距的光學(xué)系統(tǒng)主要采用收發(fā)分離光路和共光路兩種方式。相比于收發(fā)分離光路的激光測距系統(tǒng)，采用共光路的系統(tǒng)對激光發(fā)射頻率具有一定限制，并對系統(tǒng)中采用的光學(xué)元件，如光學(xué)轉(zhuǎn)鏡等性能提出了更高的要求。目前，國際上大多數(shù)測站采用收發(fā)分離光學(xué)系統(tǒng)，一般利用小于300mm小口徑望遠(yuǎn)鏡作為發(fā)射激光望遠(yuǎn)鏡，使用另一臺(tái)較大口徑的望遠(yuǎn)鏡作為接收回波望遠(yuǎn)鏡。

對于發(fā)射和接收光路分離的激光測距系統(tǒng)，激光收發(fā)光軸的平行性對系統(tǒng)測距性能的發(fā)揮和測距精度的實(shí)現(xiàn)具有重要影響。為了保證系統(tǒng)收發(fā)光軸具有較高的平行性，每隔一段時(shí)間將對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)校與維護(hù)。然而隨著時(shí)間的推移，系統(tǒng)的收發(fā)光軸將受到溫度、重力、風(fēng)擾動(dòng)等各種因素影響而發(fā)生不同程度的變化。特別對于白天激光測距來說，由于晝夜溫差較大，庫德光路和激光光束將發(fā)生嚴(yán)重偏移，系統(tǒng)收發(fā)光軸的平行性超出系統(tǒng)光軸平行性的允許范圍，導(dǎo)致激光測距系統(tǒng)測量范圍和測距精度急劇下降。