CN102279392A - 全天域激光机载三层多通道反射阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全天域激光机载三层多通道反射阵列。现有技术存在远程角偏小，测距盲区大的缺点。本发明的技术方案是：全天域激光机载三层多通道反射阵列，包括角锥棱镜、棱镜盖、垫圈和类半球形的反射阵列壳体，所述角锥棱镜设置有15个，15个角锥棱镜的底面分别平行于15个正三角形平面，一一对应地置于反射阵列壳体内，并用棱镜盖和垫圈固定和密封；所述15个正三角形平面以半球冠顶做顶点，两两相接，并使相邻的5个平面构成正五棱锥，外观上这15个正三角形平面分布于3个不同纬度上，每一纬度5个平面。本发明的优点是：全天域、无盲区；全天候、高反射效能；适用范围广；制作简单，易于大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及光学设备技术领域，具体涉及激光测距中的反射阵列，特别涉及一种全天域激光机载三层多通道反射阵列。
背景技术
卫星激光测距是20世纪60年代中期出现的一种高精度空间测量技术，是研究地球科学、海洋学等重要的技术手段，同时还具有重要的军事应用价值。激光反射阵列是一种光学设备，为提高反射光束的能量，将其安装在被测目标上，配合激光测距设备，测定激光脉冲从观测点到装有反射阵列目标的往返时间间隔，计算出观测点至目标距离，实现精确测距，同时还可以利用激光实时监测其运动速度、加速度、轨道轨迹等参数，进行有效跟踪，是实现高精度测距和精密定轨的关键技术，测量精度比无线电技术高两个量级以上。激光反射阵列又称激光合作目标，这一技术研究在我国乃至世界，目前都是一个较新的前沿课题。
随着卫星搭载的有效载荷的增加，激光反射阵列的体积和重量受到了严格约束。对于一个激光反射阵列来说，光束中心反射的能量还与反射器的数目，即与反射器的反射面积成正比，因此提高激光反射阵列的有效反射面积也是当前发展的趋势。对于低轨目标，目前主要采用基于全反射原理的单层平面结构，其基本结构是：包括类半球或半圆台形的反射阵列壳体，在反射阵列壳体上布置角锥棱镜。现有技术存在的问题是：这种激光反射阵列针对低轨目标测量时，在圆锥半角30.36°范围内可测，其他区域为测试盲区，反射信号较弱。因此存在远程角偏小，测距盲区大的缺点。
发明内容
本发明提供全天域激光机载三层多通道反射阵列，以克服现有技术存在的远程角偏小，测距盲区大的缺点。
为克服现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：全天域激光机载三层多通道反射阵列，包括角锥棱镜、棱镜盖、垫圈和类半球形的反射阵列壳体，其特征在于：所述角锥棱镜设置有15个，15个角锥棱镜的底面分别平行于15个正三角形平面，一一对应地置于反射阵列壳体内，并用棱镜盖和垫圈固定和密封；所述15个正三角形平面以半球冠顶做顶点，两两相接，并使相邻的5个平面构成正五棱锥，外观上这15个正三角形平面分布于3个不同纬度上，每一纬度5个平面。
上述角锥棱镜的三个反射面均设计为全反射，并镀制高内反射薄膜。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、全天域、无盲区：被测目标运动时，运动姿态是不断变化的。本发明针对低轨目标，通过三层空间分布结构，增加了反射面积，扩大了接收视场，减小了测试盲点，从而保证了不同角度测试角反射器时，能将测试激光束返回，实现无盲区、全天域测试。
2、全天候、高反射效能：在角锥棱镜的三个相互垂直的面上，镀制多层高反射薄膜，使其反射率达到99.99%，其光能损失可忽略不计，经大气传输后损失仅为反射总能量的20%，提高了单个角锥棱镜的反射效能及探测器接收的光能量；另外，在角锥棱镜底面上加镀一层憎水膜，使得水珠在镜片上的接触角约为90°～ 120°，且镀上这层憎水膜，不影响镜片原有的透光性能，使得整个反射阵列具备了防水、防雾、高反的特性，适用各种天气环境。
3、适用范围广：不仅适用于目标探测、跟踪及目标测距，特别是针对飞机、导弹等低轨目标的测距及跟踪领域。
4、本发明设计的结构结构紧凑，制作简单，易于大批量生产。
附图说明：
图1是图2沿任意五棱锥靠半球冠顶棱的方向剖视图；
图2是反射阵列外形图；
图3、图4是角锥棱镜结构图；
图5、图6是本发明测量方向投影与航线投影共线时入射角度允许变化范围示意图；
图7是本发明圆周方向入射角度允许变化范围示意图。
附图标记说明如下：
1-角锥棱镜， 2-棱镜盖， 3-垫圈，4-垫圈，5-螺钉，6-反射阵列壳体，7-第一角锥棱镜，8-第二角锥棱镜，9-第三角锥棱镜，10-第四角锥棱镜，11-第五角锥棱镜 12-第六角锥棱镜，13-第七角锥棱镜，14-第八角锥棱镜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
参见图1和图2，本发明提供的一种全天域激光机载三层多通道反射阵列，基于合成原理，反射阵列中的角锥棱镜按空间分三层分布，结构分布参见图1。本发明采用的反射阵列壳体设计为类半球形，外形尺寸为φ119×88.8mm，它是将一半球光滑表面改造为由15个边长为70mm的正三角形平面构成的类半球形壳体。所说的角锥棱镜设置有15个，15个角锥棱镜的底面分别平行于15个正三角形平面，一一对应地置于反射阵列壳体6内，并用棱镜盖2和垫圈固定和密封。所说的15个正三角形平面以半球冠顶做顶点，两两相接，并使相邻的5个平面构成正五棱锥，外观上这15个正三角形平面分布于3个不同纬度上，每一纬度5个平面。
该结构中：每个角锥棱镜的三个反射面均设计为全反射，并镀制高内反射薄膜。所说的角锥棱镜在实施例中的边长为32.91mm，15个角锥棱镜形成15个独立的多通道反射，三层空间分布，每层由5个角锥棱镜组成，相邻角锥棱镜的位置夹角为72°。
本实施例中，类半球形的反射阵列壳体材料选用航空用铝LY12，整个产品的外形尺寸为φ119×88.8mm。
本发明实施例中选用的单个角锥棱镜为由三个两两相互垂直的面与一斜面构成的四面体棱镜，参见图3-图4。材料选用K9，折射率为1.5163。角锥棱镜的具体设计参数为：底面切割成正六边形，底面边长为15.5mm，底面对边距离为26.87mm，有效通光口径为25mm，高为19mm。
当入射光垂直底面入射时，单个角反射器最大有效反射面积的理论计算值为624.17mm2。最大角误差为5″，四个面面形最大误差为5″，3个直角面镀内反膜，反射率≥95%；底面镀增透膜，透过率：≥95%。
参见图5-图6，图中第二角锥棱镜7-第八角锥棱镜14为8个独立角锥棱镜。角反射器底面与被测目标用3个M5螺钉5联接。依据反射有效面积的计算，在一个周期内，方位角越接近60°，有效反射面为六边形所允许的入射角就越小，此时允许的最大入射角为30.36°。因此，在入射角度允许变化范围内，按方位角为60°计算，这样可以得到任意安装方位时，入射光的最小允许变化范围。
由图5-图6结构可知，当测量方向投影与航线投影共线时，0~90°范围主要由第二角锥棱镜8、第三角锥棱镜9反射，假设此时光线恰以60°方位角入射，则入射光线的允许的变化范围为0~84°35＇；90°~180°范围内主要由第一角锥棱镜7、第七角锥棱镜13、第八角锥棱镜14反射，由于第七角锥棱镜13、第八角锥棱镜14允许的入射角方向在第一角锥棱镜7范围内，第一故角锥棱镜7在19°23＇范围内不能反射的激光光束由第七角锥棱镜13、第八角锥棱镜14反射。由上述分析和基于多视场光学合像原理的计算可以得出：当测量方向投影与航线投影共线时，入射角度允许变化范围为0~84°27＇和95°25＇~180°。当 
为0°时，允许的最大入射角
为61.10°。故将第一角锥棱镜的棱投影与壳体底面垂直方向安装，入射角度允许变化范围为0~180°，即被测目标在0~180°范围内无测试盲点。
参见图7，由于每层角锥棱镜按正五边形分布，按有效反射面积是六边形计算，角锥棱镜任意方位入射最小的最大入射角为30.36°（30°21＇），故圆周方向有5个11°18/的盲区，但由于激光光束照射到被测目标的第四角锥棱镜10、第六角锥棱镜12时，第五角锥棱镜11同时被照射，可以在仰角大于19°23＇范围内反射，补偿了第四角锥棱镜10、第六角锥棱镜12在11°18＇范围内的盲区。由上述分析和基于多视场光学合像原理的计算可以得出：测量方向投影与航线投影共线并合理安装时，有效反射范围为0~180°，无盲区；当测量方向投影与航线投影不共线时，仰角大于19°23＇时，360°范围内无盲区，仰角小于19°23＇时每隔108°有11°18＇的盲区。
Claims (2)
1.全天域激光机载三层多通道反射阵列，包括角锥棱镜（1）、棱镜盖（2）、垫圈和类半球形的反射阵列壳体（6），其特征在于：所述角锥棱镜设置有15个，15个角锥棱镜的底面分别平行于15个正三角形平面，一一对应地置于反射阵列壳体（6）内，并用棱镜盖（2）和垫圈固定和密封；所述15个正三角形平面以半球冠顶做顶点，两两相接，并使相邻的5个平面构成正五棱锥，外观上这15个正三角形平面分布于3个不同纬度上，每一纬度5个平面。
2.根据权利要求1所述的全天域激光机载三层多通道反射阵列，其特征在于：所述角锥棱镜的三个反射面均设计为全反射，并镀制高内反射薄膜。
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