CN109946705A - 一种星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统及方法，以红外探测系统的目标检测位置为基础，通过高精度微扫描，将高秒冲窄发散角的激光波束覆盖至远程目标，通过光子计数探测器探测回波，实现目标距离的探测。基于本发明的该种新型的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统及方法具有单星测距，测距精度高等优点，同时采用亚光子探测技术，可实现超远距离弱小目标的距离探测。

Description

一种星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统及方法

技术领域

本发明涉及航天技术领域，尤其涉及一种星载主被动一体化超远距离空间弱小目标测距系统及方法。

背景技术

随着航空航天技术的发展，空间目标物体显著增多，因此对空间目标，尤其是对小目标的测距要求也越来越高。

在现有技术中，对空间小目标进行测距需要使用双星或多星同时进行观测。这次测距系统和方法，对卫星资源要求较高：一方面是耗费比高；另一方面，利用这种方法进行测距，需要测距目标同时位于至少两颗卫星的视场内，因此对卫星的数量和观测机制有较高要求。

针对现有技术对空间小目标进行测距需要双星或多星导致的测距耗费比高、测距调节比较苛刻等问题，本发明提出一种新型的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统及方法，实现单星对超远距离范围内的空间微小目标的距离探测，提高了观测机会，实现从双星立体观测到单星观测。

发明内容

针对现有技术对空间小目标进行测距需要双星或多星导致的测距耗费比高、测距调节比较苛刻等问题，根据本发明的一个方面，提供一种星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统，包括：

测距激光器，所述测距激光器用于产生测距激光；

一级扩束单元，所述一级扩束单元对来自所述测距激光器的测距激光进行扩束；

扫描指向镜，所述扫描指向镜基于控制器实现快速扫描指向，提高测距激光光束的瞄准概率；

二级扩束单元，所述二级扩束单元为光学扩束装置，用于对来自扫描指向镜的激光光束进行扩束；

大口径望远镜，所述大口径望远镜用于接收来自目标的红外和激光信号；

分色片，所述分色片用于将来自所述大口径望远镜接收到的后光路分成红外接收后光路和测距接收后光路；

红外接收后光路单元，所述红外接收后光路单元用于接收红外成像信号，使用红外系统对目标成像，经过图像处理后提取到目标偏差作为系统的粗跟踪引导输入，来实现对目标的粗跟踪；

测距接收后光路单元；以及

亚光子测距单元，所述测距接收后光路单元将激光回波能量聚焦至所述亚光子测距单元，所述亚光子测距单元基于激光回波能量实现光子量级的目标测距。

在本发明的一个实施例中，所述测距激光器为具有窄线宽、高脉冲能量、高光束质量激光输出大脉冲功率激光器。

在本发明的一个实施例中，所述控制器使用惯性单元测量激光发射单元的振动信息，测量的振动信息进行处理后控制所述扫描指向镜，调整激光方向，来实现对目标的精跟踪。

在本发明的一个实施例中，所述惯性单元包括陀螺和加速度计。

在本发明的一个实施例中，所述大口径望远镜承载在二维转台上，激光接收系统和红外光学系统共用大口径望远镜。当红外探测系统探测到目标后启动测距功能，通过所述二维转台将测距目标引导入定标中心。

在本发明的一个实施例中，所述红外接收后光路单元为红外相机。

在本发明的一个实施例中，所述测距接收后光路单元将激光汇聚在探测器上。

在本发明的一个实施例中，所述亚光子测距单元为光子探测器。

在本发明的一个实施例中，该星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统还包括供电系统，所述供电系统使用大容量电池对激光测距系统进行供电，平时进行充电，工作时放电，工作完成后重新进行充电。

根据本发明的另一个实施例中，提供一种星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统进行目标测距的方法，包括：

进行目标探测；

探测到目标后，启动测距功能；

将测距目标引导入定标中心；

向测距目标发射测距激光；

进行测距激光接收；以及

进行目标测距。

在本发明的另一个实施例中，所述进行目标探测是使用红外系统对目标成像，经过图像处理后提取到目标偏差，作为系统的粗跟踪引导输入，来实现对目标的粗跟踪。

在本发明的另一个实施例中，所述将测距目标引导入定标中心是通过二维转台对大口径望远镜进行调整实现。

在本发明的另一个实施例中，所述向测距目标发射测距激光进一步包括：

测距激光器发生激光；

使用一级光学扩束系统对激光进行扩束；

控制扫描指向镜快速扫描指向，提高超远距离激光光束的瞄准概率；以及

进行二级光学扩束。

在本发明的另一个实施例中，所述进行激光接收进一步包括：

采用大口径望远镜进行激光接收；

采用分色片将激光引导至测距接收后光路；以及

在激光接收后光路中将激光回波能量聚焦到探测器上的测距光学系统。

在本发明的另一个实施例中，所述进行目标测距采用光子技术测距方案。

本发明提出一种新型的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统及方法，以红外探测系统的目标检测位置为基础，通过高精度微扫描，将高秒冲窄发散角的激光波束覆盖至远程目标，通过光子计数探测器探测回波，实现目标距离的探测。基于本发明的该种新型的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统及方法具有单星测距，测距精度高等优点，同时采用亚光子探测技术，可实现超远距离弱小目标距离探测。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出根据本发明的一个实施例的一种星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统的原理图。

图2示出根据本发明的一个实施例的一种星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统进行目标测距的流程图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

本发明提出一种新型的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统及方法，以红外探测系统的目标检测位置为基础，通过高精度微扫描，将高秒冲窄发散角的激光波束覆盖至远程目标，通过光子计数探测器探测回波，实现目标距离的探测。基于本发明的该种新型的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统及方法具有单星测距，测距精度高等优点，同时采用亚光子探测技术，可实现超远距离弱小目标距离探测。

下面结合图1来详细介绍根据本发明的一个实施例的一种星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统。图1示出根据本发明的一个实施例的一种星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统的原理图。如图1所示，该星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统进一步由测距激光器、一级扩束单元、扫描指向镜(快速反射镜)、二级扩束单元、大口径望远镜、分色片、红外接收后光路单元、测距接收后光路单元以及亚光子测距单元。

测距激光器用于产生测距激光，测距激光器实现窄线宽、高脉冲能量、高光束质量激光输出。在本发明的一个实施例中，使用脉冲激光器进行目标测距，测距激光器为大脉冲功率激光器。在本发明的又一实施例中，测距激光器产生超窄发散角的脉冲激光进行目标测距。

一级扩束单元是为了实现超远距离激光发射而设置的激光扩束装置。

扫描指向镜(快速反射镜)是为了实现快速扫描指向，提高超远距离激光光束的瞄准概率；使用快速反射镜来补偿激光器发射过程中的方向漂移，通过对激光器本体各个位置的温度和发射的激光方向进行统一测定，对激光器发射方向进行调整，保证激光器总的发射方向在发射过程中保持较小的变化。。在本发明的一个实施例中，扫描指向镜(快速反射镜)具有控制器，控制器使用惯性单元测量激光发射单元的振动信息，测量的振动信息进行处理后控制快速反射镜，调整激光方向，来实现对目标的精跟踪。惯性单元包括陀螺和加速度计等。

二级扩束单元为二级扩束光学系统。

大口径望远镜承载在二维转台上，激光接收系统和红外光学系统共用大口径望远镜。当红外探测系统探测到目标后启动测距功能，通过二维转台将测距目标引导入定标中心，在此位置激光器快速反射镜在零位发射激光对准目标。

分色片用于在大口径望远镜接收到后光路后，将后光路分成红外接收后光路和测距接收后光路。

红外接收后光路单元用于接收红外成像信号，使用红外系统对目标成像，经过图像处理后提取到目标偏差，作为系统的粗跟踪引导输入，来实现对目标的粗跟踪。当红外接收后光路单元探测到目标后启动测距功能，然后通过二维转台将测距目标引导入定标中心，在此位置激光器快速反射镜在零位发射激光对准目标。在本发明的一个实施例中，红外接收后光路单元为红外相机。

测距接收后光路单元为测距光学系统，将激光回波能量聚焦到探测器上。

此外，该星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统还包括供电系统。在本发明的一个实施例中，使用大容量电池对激光测距系统进行供电，平时进行充电，工作时放电，工作完成后重新进行充电。

下面结合图2来简要介绍基于本发明的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统进行空间小目标测距的方法。图2示出根据本发明的一个实施例的一种星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统进行目标测距的流程图。

首先，在步骤210，进行目标探测。在本发明的一个具体实施例中，目标探测是使用红外系统对目标成像，经过图像处理后提取到目标偏差，作为系统的粗跟踪引导输入，来实现对目标的粗跟踪。

接下来，在步骤220，启动测距功能。启动测距功能的前提是当红外探测系统探测到目标后启动测距功能

然后，在步骤230，将测距目标引导入定标中心。在本发明的一个实施例中，通过二维转台将测距目标引导入定标中心。

接下来，在步骤240，向测距目标发射激光。在本发明的一个实施例中，激光发射系统需要实现超远距离激光发射，激光发射系统除了使用一级扩束系统对激光源进行扩束外，还需要控制扫描指向镜快速扫描指向，提高超远距离激光光束的瞄准概率。

然后，在步骤250，进行激光接收。在本发明的一个实施例中，采用大口径望远镜进行激光接收，在激光接收后光路中设置测距光学系统，将激光回波能量聚焦到探测器上。

最后，在步骤260，进行目标测距。目标测距采用光子技术测距方案，需要使用单光子量级的测距探测器实现实时的光子量级的目标测距。

基于本发明提出该种新型的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统及方法，以红外探测系统的目标检测位置为基础，通过高精度微扫描，将高秒冲窄发散角的激光波束覆盖至远程目标，通过光子计数探测器探测回波，实现目标距离的探测。基于本发明的该种新型的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统及方法具有单星测距，测距精度高等优点，同时采用亚光子探测技术，可实现超远距离弱小目标距离探测。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (13)

1.一种星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统，包括：

测距激光器，所述测距激光器用于产生测距激光；

一级扩束单元，所述一级扩束单元对来自所述测距激光器的测距激光进行扩束；

扫描指向镜，所述扫描指向镜基于控制器实现快速扫描指向，提高测距激光光束的瞄准概率；

二级扩束单元，所述二级扩束单元为光学扩束装置，用于对来自扫描指向镜的激光光束进行扩束；

大口径望远镜，所述大口径望远镜用于接收来自目标的红外和激光信号；

分色片，所述分色片用于将来自所述大口径望远镜接收到的后光路分成红外接收后光路和测距接收后光路；

红外接收后光路单元，所述红外接收后光路单元用于接收红外成像信号，使用红外系统对目标成像，经过图像处理后提取到目标偏差作为系统的粗跟踪引导输入，来实现对目标的粗跟踪；

测距接收后光路单元；以及

亚光子测距单元，所述测距接收后光路单元将激光回波能量聚焦至所述亚光子测距单元，所述亚光子测距单元基于激光回波能量实现光子量级的目标测距。

2.如权利要求1所述的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统，其特征在于，所述测距激光器为具有窄线宽、高脉冲能量、高光束质量激光输出大脉冲功率激光器。

3.如权利要求1所述的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统，其特征在于，所述控制器使用惯性单元测量激光发射单元的振动信息，测量的振动信息进行处理后控制所述扫描指向镜，调整激光方向，来实现对目标的精跟踪。

4.如权利要求3所述的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统，其特征在于，所述惯性单元包括陀螺和加速度计。

5.如权利要求1所述的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统，其特征在于，所述大口径望远镜承载在二维转台上，激光接收系统和红外光学系统共用大口径望远镜，当红外探测系统探测到目标后启动测距功能，通过所述二维转台将测距目标引导入定标中心。

6.如权利要求1所述的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统，其特征在于，所述红外接收后光路单元为红外相机。

7.如权利要求1所述的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统，其特征在于，还包括供电系统，所述供电系统使用大容量电池对激光测距系统进行供电，平时进行充电，工作时放电，工作完成后重新进行充电。

8.一种星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统进行目标测距的方法，包括：

进行目标探测；

探测到目标后，启动测距功能；

将测距目标引导入定标中心；

向测距目标发射测距激光；

进行测距激光接收；以及

进行目标测距。

9.如权利要求8所述的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统进行目标测距的方法，其特征在于，所述进行目标探测是使用红外系统对目标成像，经过图像处理后提取到目标偏差，作为系统的粗跟踪引导输入，来实现对目标的粗跟踪。

10.如权利要求8所述的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统进行目标测距的方法，其特征在于，所述将测距目标引导入定标中心是通过二维转台对大口径望远镜进行调整实现。

11.如权利要求8所述的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统进行目标测距的方法，其特征在于，所述向测距目标发射测距激光进一步包括：

测距激光器发生激光；

使用一级光学扩束系统对激光进行扩束；

控制扫描指向镜快速扫描指向，提高超远距离激光光束的瞄准概率；以及

进行二级光学扩束。

12.如权利要求8所述的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统进行目标测距的方法，其特征在于，所述进行激光接收进一步包括：

采用大口径望远镜进行激光接收；

采用分色片将激光引导至测距接收后光路；以及

在激光接收后光路中将回波能量聚焦到探测器上的测距光学系统。

13.如权利要求8所述的星载主被动一体化超远距离空间小目标测距系统进行目标测距的方法，其特征在于，所述进行目标测距采用光子技术测距方案。