空間碎片探測(cè)成像及通信系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空間目標(biāo)探測(cè)與信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到一種空間碎片探測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類(lèi)探索太空活動(dòng)的逐年增多，空間碎片的存在嚴(yán)重威脅著在軌運(yùn)行航天器的安全，對(duì)空間碎片進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將其信息快速回傳具有重要意義。國(guó)內(nèi)外在激光通信與測(cè)距相結(jié)合、激光通信與成像相結(jié)合兩個(gè)方面開(kāi)展了研宄。
[0003]1、激光通信與測(cè)距相結(jié)合研宄
[0004]美國(guó)X2000飛行終端是一個(gè)多功能儀器，不僅能完成雙向通信，還具有雙向激光測(cè)距和激光高度計(jì)等功能。在飛行終端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，測(cè)距和通信共用信號(hào)光，采用應(yīng)答測(cè)距體制進(jìn)行激光測(cè)距，實(shí)現(xiàn)激光測(cè)距和激光通信復(fù)用的目的。
[0005]歐洲的光學(xué)地面站和日本國(guó)際光學(xué)地面站除了可以作為星地激光己方通信終端使用外，可用于激光測(cè)距以及激光雷達(dá)模式下大氣探測(cè)等。
[0006]美國(guó)還提出了一個(gè)SLR2000衛(wèi)星激光測(cè)距站的改造方案，就是將激光測(cè)距和激光通信結(jié)合起來(lái)。SLR2000C的主要改造思想是利用SLR2000激光測(cè)距機(jī)的測(cè)距光作為激光通信的信標(biāo)光用于跟蹤瞄，在SLR2000衛(wèi)星激光測(cè)距機(jī)上加裝波長(zhǎng)在1550nm附近激光器用于和衛(wèi)星通信建立雙向通信。
[0007]中國(guó)航天504所采用異步應(yīng)答激光測(cè)距通信技術(shù)。激光接收單元接收到反射激光脈沖之后，觸發(fā)激光發(fā)射單元由原來(lái)的發(fā)射狀態(tài)轉(zhuǎn)換為截止?fàn)顟B(tài)，激光脈沖的發(fā)射和接收是相互關(guān)聯(lián)的，即需要兩個(gè)端機(jī)之間配合的激光測(cè)距，不能對(duì)非合作目標(biāo)進(jìn)行激光測(cè)距。
[0008]2、激光通信、成像相結(jié)合研宄
[0009]美國(guó)JPL實(shí)驗(yàn)室為小型飛行器提出激光通信和空間成像一體化(ACLAIM)的設(shè)計(jì)方案。激光通信天線(xiàn)和空間相機(jī)共用一個(gè)前置望遠(yuǎn)鏡，利用探測(cè)器陣列作為ATP和成像接收。
[0010]但是，這兩方面的研宄中在空間碎片激光測(cè)距、成像探測(cè)、激光通信相結(jié)合方面并沒(méi)有研宄報(bào)道。因此，現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中亟需要一種新型的技術(shù)方案來(lái)解決這一問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種空間碎片探測(cè)成像及通信系統(tǒng)，通過(guò)光機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將激光測(cè)距、成像探測(cè)、激光通信高度結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間碎片的測(cè)量、成像及通信多功能一體化。
[0012]空間碎片探測(cè)成像及通信系統(tǒng)，包括空間碎片探測(cè)與跟蹤子系統(tǒng)、通信粗跟蹤子系統(tǒng)、成像與通信精跟蹤子系統(tǒng)以及跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)子系統(tǒng)，其中空間碎片探測(cè)與跟蹤子系統(tǒng)、通信粗跟蹤子系統(tǒng)、成像與通信精跟蹤子系統(tǒng)放在跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)子系統(tǒng)上；空間碎片探測(cè)與跟蹤子系統(tǒng)與成像與通信精跟蹤子系統(tǒng)光軸平行，且并行排列；通信粗跟蹤子系統(tǒng)與成像與通信精跟蹤子系統(tǒng)光軸垂直；
[0013]所述空間碎片探測(cè)與跟蹤子系統(tǒng)包括望遠(yuǎn)光學(xué)單元1、半反半透單元1、分光單元1、探測(cè)激光發(fā)射單元、測(cè)距接收單元、跟蹤探測(cè)單元以及跟蹤處理單元，望遠(yuǎn)光學(xué)單元
1、半反半透單元I以及分光單元I同光軸，且串聯(lián)排列；探測(cè)激光發(fā)射單元放在半反半透單元I的反射方向上，探測(cè)激光通過(guò)半反半透單元I的反射后，經(jīng)望遠(yuǎn)光學(xué)單元I發(fā)射；測(cè)距接收單元放在分光單元I的反射方向上，跟蹤探測(cè)單元放在分光單元I的透射方向上；碎片反射光經(jīng)望遠(yuǎn)光學(xué)單元1、半反半透單元I以及分光單元I后，被測(cè)距接收單元和探測(cè)跟蹤單元接收，完成碎片測(cè)距和跟蹤成像；跟蹤處理單元根據(jù)成像產(chǎn)生控制信號(hào)控制跟足示轉(zhuǎn)臺(tái)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)，完成對(duì)碎片的跟足示;
[0014]所述通信粗跟蹤子系統(tǒng)由半反半透擺鏡、望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)I1、分光單元I1、粗信標(biāo)接收單元以及粗信標(biāo)發(fā)射單元組成；在半反半透擺鏡的透射方向上，望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)I1、分光單元I1、粗信標(biāo)接收單元同光軸，且依次排列放置；所述粗信標(biāo)發(fā)射單元放在分光單元II的反射方向上，粗信標(biāo)發(fā)射單元發(fā)出粗信標(biāo)光，通過(guò)分光單元I1、望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)II透射以及半反半透擺鏡反射后出射；粗信標(biāo)接收單元接收己方通信終端的粗信標(biāo)光，對(duì)半反半透擺鏡進(jìn)行控制，使粗信標(biāo)光經(jīng)半反半透擺鏡入射到成像與通信精跟蹤子系統(tǒng)中，完成對(duì)己方通信終端的粗跟蹤；
[0015]所述成像與通信精跟蹤子系統(tǒng)包括望遠(yuǎn)光學(xué)單元II1、半反半透單元I1、分光單元II1、偏振成像單元、光譜成像單元、信息融合處理單元、振鏡單元、分光單元IV、精信號(hào)光發(fā)射和接收單元以及通信光發(fā)射和接收單元，所述望遠(yuǎn)光學(xué)單元III，半反半透單元I1、分光單元II1、偏振成像單元同光軸，且串聯(lián)排列；目標(biāo)光經(jīng)望遠(yuǎn)光學(xué)單元II1、半反半透單元I1、分光單元III透射，在偏振成像單元上偏振成像；所述光譜成像單元放在分光單元III的反射方向上，完成光譜成像；振鏡單元、分光單元IV同光軸，且串聯(lián)排列，設(shè)置在半反半透單元II的反射方向上；所述精信號(hào)光發(fā)射和接收單元放置在分光單元IV的反射方向上，所述通信光發(fā)射和接收單元放置在分光單元IV的透射方向上，精信號(hào)光發(fā)射和接收單元發(fā)射精信號(hào)光經(jīng)過(guò)振鏡單元反射入射到半反半透單元II，經(jīng)半反半透單元II反射入射到望遠(yuǎn)光學(xué)單元III，經(jīng)望遠(yuǎn)光學(xué)單元III出射；同時(shí)，目標(biāo)發(fā)射的精信號(hào)光經(jīng)望遠(yuǎn)光學(xué)單元III，半反半透單元II，振鏡單元，分光單元IV后由精信號(hào)光發(fā)射和接收單元接收，根據(jù)接收的精信標(biāo)成像產(chǎn)生控制信號(hào)控制振鏡單元轉(zhuǎn)動(dòng)，直至精信標(biāo)成像在視場(chǎng)中心，完成對(duì)目標(biāo)的精跟蹤。
[0016]所述通信粗跟蹤子系統(tǒng)中半反半透擺鏡的反射方向?qū)?zhǔn)成像與通信精跟蹤子系統(tǒng)的接收方向。
[0017]所述通信光發(fā)射和接收單元用于發(fā)射、接收信號(hào)光進(jìn)行光通信。
[0018]通過(guò)上述設(shè)計(jì)方案，本發(fā)明可以帶來(lái)如下有益效果:空間碎片探測(cè)成像及通信系統(tǒng)，通過(guò)光機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將激光測(cè)距、成像探測(cè)、激光通信高度結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間碎片的測(cè)量、成像及通信多功能一體化?？梢詫?shí)現(xiàn)探測(cè)體現(xiàn)在對(duì)空間碎片發(fā)現(xiàn)、跟蹤、測(cè)距，以確定碎片的軌道和運(yùn)行規(guī)律；可以實(shí)現(xiàn)成像體現(xiàn)在對(duì)空間碎片的光譜、強(qiáng)度、相位等信息獲取，以確定碎片尺寸、類(lèi)型、與背景的對(duì)比度等；可以實(shí)現(xiàn)通信體現(xiàn)在將探測(cè)以及成像的信息準(zhǔn)確及時(shí)傳輸?shù)叫l(wèi)星、空間站、地面站等，提高了系統(tǒng)的使用效率。
【附圖說(shuō)明】
[0019]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明:
[0020]圖1為本發(fā)明空間碎片探測(cè)成像及通信系統(tǒng)組成示意框圖。
[0021]其中，1-空間碎片探測(cè)與跟蹤子系統(tǒng)、10-望遠(yuǎn)光學(xué)單元1、11_半反半透單元1、12-分光單元1、13-探測(cè)激光發(fā)射單元、14-測(cè)距接收單元、15-跟蹤探測(cè)單元、16-跟蹤處理單元、2-通信粗跟蹤子系統(tǒng)、20-半反半透擺鏡、21-望遠(yuǎn)光學(xué)單元II ,22-分光單元I1、23-粗信標(biāo)接收單元、24-粗信標(biāo)發(fā)射單元、3-成像與通信精跟蹤子系統(tǒng)、30-望遠(yuǎn)光學(xué)單元II1、31-半反半透單元11、32-分光單元111、33-偏振成像單元、34-光譜成像單元、35-信息融合處理單元、36-振鏡單元、37-分光單元IV、38-精信號(hào)光發(fā)射和接收單元、39-通信光發(fā)射和接收單元、4-跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)子系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步說(shuō)明，如圖1所示的空間碎片探測(cè)成像及通信系統(tǒng)，包括空間碎片探測(cè)與跟蹤子系統(tǒng)1、通信粗跟蹤子系統(tǒng)2、成像與通信精跟蹤子系統(tǒng)3以及跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)子系統(tǒng)4 ;空間碎片探測(cè)與跟蹤子系統(tǒng)1、通信粗跟蹤子系統(tǒng)2、成像與通信精跟蹤子系統(tǒng)3放在跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)子系統(tǒng)4上；空間碎片探測(cè)與跟蹤子系統(tǒng)I與成像與通信精跟蹤子系統(tǒng)3光軸平行，且并行排列；通信粗跟蹤子系統(tǒng)2與成像與通信精跟蹤子系統(tǒng)3光軸垂直。
[0023]所述的空間碎片探測(cè)與跟蹤子系統(tǒng)I由Thorlabs公司的EB02_05_A型號(hào)望遠(yuǎn)光學(xué)單元I 10，Thorlabs公司的EBS2型號(hào)半反半透單元I 11，Thorlabs公司的SL-800M型號(hào)分光單元I 12，Thorlabs公司的ML620G40型號(hào)探測(cè)激光發(fā)射單元13，Thorlabs公司的4070M-CL測(cè)距接收單元14，Thorlabs_PDA8GS型號(hào)跟蹤探測(cè)單元15，跟蹤處理單元16組成。望遠(yuǎn)光學(xué)單元I 10，半反半透單元I 11，分光單元I 12同光軸串聯(lián)排列，探測(cè)激光發(fā)射單元13放在半反半透單元I 11的反射方向上，探測(cè)激光通過(guò)半反半透單元I 11的反射后，經(jīng)望遠(yuǎn)光學(xué)單元I 10發(fā)射。測(cè)距接收單元14和跟蹤探測(cè)單元15分別放在分光單元I 12的反射、透射方向上，碎片反射光經(jīng)望遠(yuǎn)光學(xué)單元I 10，半反半透單元I 11，分光單元
I12后，被測(cè)距接收單元14和探測(cè)跟蹤單元15接收，完成碎片測(cè)距和跟蹤成像。跟蹤處理單元16根據(jù)成像產(chǎn)生控制信號(hào)控制跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)子系統(tǒng)4轉(zhuǎn)動(dòng)，完成對(duì)碎片的跟蹤。
[0024]所述的通信粗跟蹤子系統(tǒng)2由Thorlabs公司的EBS2型