[發(fā)明專(zhuān)利]一種天基空間目標(biāo)激光測(cè)距光學(xué)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010639921.8
• 申請(qǐng)日: 2020-07-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111736163B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉壯;王超;史浩東;李英超;付強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 長(zhǎng)春理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01S17/10
• 分類(lèi)號(hào): G01S17/10;G01S7/497;G01S7/481
• 代理公司: 北京中理通專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 11633
• 代理人: 劉慧宇

一種天基空間目標(biāo)激光測(cè)距光學(xué)系統(tǒng)，屬于空間目標(biāo)激光測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域，為解決現(xiàn)有地基空間目標(biāo)激光測(cè)距光學(xué)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，一種空間目標(biāo)三維信息實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)包括激光器、擴(kuò)束鏡、分光鏡、光單模光纖、光纖衰減器、主波探測(cè)器、提前量振鏡、轉(zhuǎn)換器、雙工反射鏡、中空雙色分光鏡、二維振鏡、望遠(yuǎn)鏡、成像鏡組、視場(chǎng)光闌、二次會(huì)聚透鏡組、單光子探測(cè)器、會(huì)聚透鏡組、精跟蹤相機(jī)、倍頻晶體和角反射器組成；光學(xué)系統(tǒng)采用共口徑結(jié)構(gòu)，相較于地面系統(tǒng)具有體積小、重量輕的優(yōu)勢(shì)，利用粗精兩級(jí)跟蹤模式，加入提前量振鏡，跟蹤精度高，可適應(yīng)小激光發(fā)散角情況，加入用于實(shí)現(xiàn)在軌標(biāo)定的結(jié)構(gòu)，解決了實(shí)現(xiàn)星載過(guò)程中遇到的在軌標(biāo)定問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間目標(biāo)激光測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種天基空間目標(biāo)激光測(cè)距光學(xué)系統(tǒng)，其可實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)角坐標(biāo)探測(cè)與距離測(cè)量,并可實(shí)現(xiàn)激光發(fā)射角度的在軌標(biāo)定。

背景技術(shù)

空間目標(biāo)包含衛(wèi)星、航天飛船（飛機(jī)）、空間碎片等，通過(guò)激光測(cè)距對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行定位與定軌具有重要意義，在衛(wèi)星平臺(tái)上對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行激光測(cè)距相較于地面測(cè)距具有可縮小地基監(jiān)測(cè)站的布站范圍，覆蓋地基監(jiān)測(cè)死角的優(yōu)勢(shì)，并可實(shí)現(xiàn)高軌目標(biāo)的抵近測(cè)量。

與地基激光測(cè)距平臺(tái)不同，天基激光測(cè)距平臺(tái)不能使用大功率液體制冷激光器，只能通過(guò)縮小發(fā)射激光的束散角來(lái)保證激光回波概率。根據(jù)激光理論，縮小激光束散角需要大口徑的擴(kuò)束系統(tǒng)、高精度的跟蹤系統(tǒng)、提前量機(jī)構(gòu)，對(duì)發(fā)射角度定標(biāo)的要求也更高。

目前地面測(cè)距平臺(tái)均采用分口徑（分望遠(yuǎn)鏡）設(shè)計(jì)，主要因?yàn)榉挚趶皆O(shè)計(jì)更容易控制內(nèi)部的雜散光，提高探測(cè)的信噪比。但天基平臺(tái)如采用分口徑設(shè)計(jì)會(huì)增大系統(tǒng)整體體積重量,提高實(shí)現(xiàn)成本。

實(shí)現(xiàn)天基激光測(cè)距還要解決激光發(fā)射角度的在軌定標(biāo)問(wèn)題，精跟蹤相機(jī)工作波段在可見(jiàn)光波段，如果發(fā)射激光波長(zhǎng)在精跟蹤相機(jī)探測(cè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，則難以實(shí)現(xiàn)激光測(cè)距光路與精跟蹤相機(jī)光路的高效分離，如果發(fā)射激光波長(zhǎng)選擇近紅外波段，則無(wú)法利用精跟蹤相機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)射角度的在軌標(biāo)定。

中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為“CN101650438B”公開(kāi)了“千赫茲共光路衛(wèi)星激光測(cè)距光學(xué)裝置”，其包括反射式測(cè)距望遠(yuǎn)鏡、激光發(fā)射光路、回波接收光路，實(shí)現(xiàn)了激光發(fā)射光路回波接收光路的共光路，但存在體積、重量大的缺點(diǎn)，無(wú)法應(yīng)用于衛(wèi)星平臺(tái)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有地基空間目標(biāo)激光測(cè)距光學(xué)系統(tǒng)體積、重量大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)星載以及無(wú)法在軌標(biāo)定的問(wèn)題，提供一種天基空間目標(biāo)激光測(cè)距光學(xué)系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是:

一種天基空間目標(biāo)激光測(cè)距光學(xué)系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)包括激光器、擴(kuò)束鏡、分光鏡、單模光纖、光纖衰減器、主波探測(cè)器、提前量振鏡、轉(zhuǎn)換器、雙工反射鏡、中空雙色分光鏡、二維振鏡、望遠(yuǎn)鏡、成像鏡組、視場(chǎng)光闌、二次會(huì)聚透鏡組、單光子探測(cè)器、會(huì)聚透鏡組、精跟蹤相機(jī)、倍頻晶體和角反射器組成；

在測(cè)距工作模式下，激光器產(chǎn)生激光脈沖，激光先經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束，擴(kuò)束后激光入射到分光鏡上，激光被分光鏡反射后耦合進(jìn)入單模光纖，然后經(jīng)過(guò)光纖衰減器，最后進(jìn)入主波探測(cè)器轉(zhuǎn)換為記錄起始時(shí)刻的主波信號(hào)；

透過(guò)分光鏡的激光入射到提前量振鏡上，激光經(jīng)過(guò)提前量振鏡反射,反射光再?gòu)霓D(zhuǎn)換器與雙工反射鏡中間的小孔穿過(guò)，然后從中空雙色分光鏡透過(guò)，被二維振鏡反射，最后經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)鏡發(fā)射向空間目標(biāo)；

從空間目標(biāo)反射回的激光被望遠(yuǎn)鏡接收，然后通過(guò)二維振鏡，透過(guò)中空雙色分光鏡，在雙工反射鏡表面發(fā)生發(fā)射，反射光經(jīng)過(guò)成像透鏡組后，通過(guò)視場(chǎng)光闌，再經(jīng)過(guò)二次會(huì)聚透鏡組后耦合進(jìn)入單光子探測(cè)器，最終轉(zhuǎn)換成記錄終止時(shí)刻的回波信號(hào)；

從空間目標(biāo)反射的太陽(yáng)光被望遠(yuǎn)鏡接收，然后通過(guò)二維振鏡，在中空雙色分光鏡表面發(fā)生反射，然后透過(guò)會(huì)聚透鏡組，匯聚于精跟蹤相機(jī)的感光面，轉(zhuǎn)換成用于跟蹤的角度信息；