[發(fā)明專利]基于激光反射層析的空間小碎片質心距離估計方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210037058.8
• 申請日: 2022-01-13
• 公開（公告）號: CN114397668B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設計）人: 胡以華;張鑫源;王一程;徐世龍;諶詩洋;韓飛;劉一凡
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08;G01S17/89;G01S7/48
• 代理公司: 中國和平利用軍工技術協(xié)會專利中心 11215
• 代理人: 劉光德

1.一種基于激光反射層析的空間小碎片質心距離探測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：發(fā)射單元、接收單元、數(shù)據(jù)采集單元和工控機；發(fā)射單元包括：固體激光器、激光擴束系統(tǒng)和激光衰減片；接收單元采用口徑D≥10cm的望遠型光學接收系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集單元使用激光脈沖高速采集器，所采集的空間碎片反射的光信號生成多角度回波數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)輸入到工控機，由工控機完成實時數(shù)據(jù)處理，所述工控機包含：數(shù)據(jù)預處理模塊，空間物體質心距離估計模塊、目標圖像重構模塊，圖像處理模塊和質心距離解算模塊；工控機還包括激光器監(jiān)測控制裝置，用于控制固體激光器的操作；

所述激光擴束系統(tǒng)包括兩個反射鏡、一個分束棱鏡、一個3倍擴束鏡、一個5-10倍變倍擴束鏡和中性漸變衰減片；固體激光器的激光輸出依次經過第一反射鏡、分束棱鏡、第二反射鏡、衰減片和一個5-10倍變倍擴束鏡，輸出探測空間碎片的探測激光，分束棱鏡將90％以上激光能量輸送給第二反射鏡，其余的激光能量經過分束鏡輸入到3倍擴束鏡輸入端，該3倍擴束鏡輸出端注入單模光纖，傳輸給Pin光探測模塊，生成記錄參考信號：

所述接收單元的接收的反射信號注入多模光纖，由多模光纖將反射信號輸入APD光探測模塊；生成所述多角度回波數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)預處理模塊，對接收的多角度激光回波數(shù)據(jù)執(zhí)行數(shù)據(jù)預處理；所述空間物體質心距離估計模塊估算質心距離；所述目標圖像重構模塊利用空間碎片的凸面對應的180°的回波數(shù)據(jù)進行目標反投影重構，進而獲得目標橫截面的二維輪廓像；所述圖像處理模塊對重構圖像進行圖像處理；所述質心距離解算模塊結合理論質心對初始質心距離估計進行校正。

2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述固體激光器包括多種波長的紅外光、可見光固體激光器或光纖激光器。

3.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述固體紅外光激光器為被動調Q激光器，中心波長1064nm，重頻脈沖寬度93ps。

4.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述APD光探測模塊和Pin光探測模塊響應時間均為35ps。

5.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，激光脈沖高速采集器的模擬帶寬為4.25GHz，采樣率50GSPS。

6.一種基于激光反射層析的空間小碎片質心距離估計方法，使用如權利要求1-5中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟1，工控機接收數(shù)據(jù)采集單元采集的多角度激光回波數(shù)據(jù)后，對所述數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預處理，計算得到該數(shù)據(jù)的峰值點距離變化規(guī)律和轉動周期；

步驟2，工控機將多個周期回波數(shù)據(jù)進行整合排列，將相鄰周期采集到的回波數(shù)據(jù)依次補全到所述相鄰周期采集到的回波數(shù)據(jù)的間隙，補全后得到轉動一周內采樣間隔小于原始數(shù)據(jù)的回波波形數(shù)據(jù)序列；

步驟3，取峰值點距離的平均值作為質心距離的初始估計，然后利用空間碎片的凸面對應的180°的回波數(shù)據(jù)進行目標反投影重構，進而獲得目標橫截面的二維輪廓像；

步驟4，對重構圖像進行圖像處理，解算得到質心位置，并結合理論質心對初始質心距離估計進行校正；

步驟5，校正質心距離后，再次利用凸面對應的180°的回波數(shù)據(jù)進行目標反投影重構獲得目標橫截面二維輪廓像；

步驟6，判斷解算得到的質心確定結果與理論質心的距離是否小于一個像素對應的校正誤差；如果否，返回執(zhí)行步驟4；如果是則結束計算。

7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟1還包括：使用差分過濾方式濾除異常值，設置閾值為0.015m和-0.015m。

8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟4包括：使用重濾波反投影圖像進行閾值分割處理后得到閾值分割圖像，用方形標記圖像的灰度重心作為質心確定結果，并用圓形標記圖像的中心作為理論質心。