CN110940995A - 一种天基空间的感知装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天基空间的感知技术，尤其涉及一种基于光电探测技术的天基空间的感知装置及方法，以及一种计算机可读存储介质。本发明提供的上述天基空间的感知装置，包括：垂直腔面激光阵列，用于照射一空间目标以产生反射光线；反射光接收模块，包括一第一反射镜和一第二反射镜，其中，所述第一反射镜用于接收所述空间目标的反射光线并将所述反射光线反射到所述第二反射镜，所述第二反射镜用于将收到的反射光线反射到一光电探测模块；以及所述光电探测模块，用于根据收到的反射光线确定所述空间目标的空间信息。本发明能够用于克服现有激光雷达体积大、功耗大、探测速度慢的缺陷。

Description

一种天基空间的感知装置及方法

技术领域

本发明涉及天基（Space-based）空间的感知技术，尤其涉及一种基于光电探测技术的天基空间的感知装置、一种基于光电探测技术的天基空间的感知方法，以及一种计算机可读存储介质。

背景技术

未来战争将从以往的诸兵种协同作战演进到电子战、信息战、远程精确打击和联合战区导弹防御领域。为此，美国制定了联合作战能力所要达到的十项目标，其中前4 项依次为信息优势、精确力量、战斗识别和联合战区导弹防御。未来信息战系统已成为武器装备体系建设的重点，用于确保战场的情报、监视、侦察、指挥、控制、通信和精确制导武器等系统协调一致。

在美国及其他军事强国的国防装备发展计划中，均将包括雷达在内的各种探测传感器作为优先发展的项目。激光雷达作为现代侦查和距离探测的重要技术手段，可以准确的获得目标的有关特征信息，例如目标位置（距离、方位和高度）、运动状态和形状等，用于实现对目标的探测、跟踪、定位和识别。激光的频率比微波高3-4个数量级，并且具有波束窄、方向性好和相干性强的优势。相应地，与微波雷达相比，激光雷达具有测量精度高、分辨率高、抗干扰能力强和隐蔽性好、体积小、重量轻等独特优点。因此，激光雷达的发展受到许多国家的重视，尤其在空间探测领域具有广阔的发展空间。

本发明旨在提供一种基于光电探测技术的天基空间的感知装置，用于克服现有激光雷达体积大、功耗大、探测速度慢的缺陷，从而进一步提升激光雷达在未来的全自动无人作战系统、空间碎片探测、卫星自主防护智能感知，以及空间高速运动目标探测和识别等方面的应用价值。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

为了克服现有激光雷达体积大、功耗大、探测速度慢的缺陷，本发明提供了一种基于光电探测技术的天基空间的感知装置，用于进一步提升激光雷达在未来的全自动无人作战系统、空间碎片探测、卫星自主防护智能感知，以及空间高速运动目标探测和识别等方面的应用价值。

本发明提供的上述天基空间的感知装置，包括：垂直腔面激光阵列，用于照射一空间目标以产生反射光线；反射光接收模块，包括一第一反射镜和一第二反射镜，其中，所述第一反射镜用于接收所述空间目标的反射光线并将所述反射光线反射到所述第二反射镜，所述第二反射镜用于将收到的反射光线反射到一光电探测模块；以及所述光电探测模块，用于根据收到的反射光线确定所述空间目标的空间信息。

优选地，在本发明提供的上述天基空间的感知装置中，所述第一反射镜可以包括大口径抛物面反射镜，用于将接收到的反射光线集中反射到所述第二反射镜；所述第二反射镜可以包括平面反射镜，正对所述光电探测模块以用于将收到的反射光线反射到所述光电探测模块。

优选地，在本发明提供的上述天基空间的感知装置中，还可以包括光束调控单元，用于调控所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元的照射方向。所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元可以均匀分布于所述大口径抛物面反射镜的反射面，由所述光束调控单元调节以照射所述空间目标。

优选地，在本发明提供的上述天基空间的感知装置中，所述天基空间的感知装置可以包括一探测模式和/或一成像模式，所述探测模式可以响应于所述空间目标的距离大于一预设的第一距离阈值而运行；所述成像模式可以响应于所述空间目标的距离小于一预设的第二距离阈值而运行。

优选地，在本发明提供的上述天基空间的感知装置中，所述垂直腔面激光阵列可以沿所述大口径抛物面反射镜的轴向方向，从远到近地进行扫描以确定所述空间目标的距离。

可选地，在本发明提供的上述天基空间的感知装置中，在所述探测模式下，所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元可以集中照射所述空间目标的一空间点以产生反射光线，所述光电探测模块可以根据收到的反射光线确定所述空间目标的所述空间点的空间信息。

可选地，在本发明提供的上述天基空间的感知装置中，在所述成像模式下，所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元可以依次沿一空间方向发射激光来照射所述空间目标以产生反射光线，所述光电探测模块可以根据收到的反射光线来依次确定所述空间目标的各空间点的空间信息，并根据所述空间目标的各空间点的空间信息构建所述空间目标的三维图像。

优选地，在本发明提供的上述天基空间的感知装置中，所述空间方向可以平行于所述大口径抛物面反射镜的轴向方向。

可选地，在本发明提供的上述天基空间的感知装置中，所述光电探测模块可以包括一小型光电探测阵列，所述小型光电探测阵列可以通过块扫描的方法和/或压缩感知的方法构建所述空间目标的三维图像。

可选地，在本发明提供的上述天基空间的感知装置中，所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元可以依次发射激光来照射所述空间目标，以逐行扫描所述空间目标；或

所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元可以依次发射激光来照射所述空间目标，以李萨如扫描所述空间目标。

可选地，在本发明提供的上述天基空间的感知装置中，所述垂直腔面激光单元可以包括一个或多个垂直腔面发射激光器，所述垂直腔面激光单元包括的所述垂直腔面发射激光器的数量可调，所述数量可以根据所述空间目标与所述天基空间的感知装置的距离来确定。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种天基空间的感知方法。

本发明提供的上述天基空间的感知方法，包括步骤：以垂直腔面激光阵列照射一空间目标以产生反射光线；以反射光接收模块的第一反射镜接收所述空间目标的反射光线，并将所述反射光线反射到所述反射光接收模块的第二反射镜；以所述第二反射镜将收到的反射光线反射到一光电探测模块；以及以所述光电探测模块根据收到的反射光线确定所述空间目标的空间信息。

优选地，在本发明提供的上述天基空间的感知方法中，还可以包括步骤：响应于所述空间目标的距离大于一预设的第一距离阈值，运行一探测模式以感知所述空间目标；和/或响应于所述空间目标的距离小于一预设的第二距离阈值，运行一成像模式以感知所述空间目标。

优选地，在本发明提供的上述天基空间的感知方法中，还可以包括步骤：调控所述垂直腔面激光阵列的照射方向来沿所述第一反射镜的轴向方向，从远到近地进行扫描以确定所述空间目标的距离。

可选地，在本发明提供的上述天基空间的感知方法中，所述运行一探测模式以感知所述空间目标，可以进一步包括步骤：以所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元集中照射所述空间目标的一空间点以产生反射光线；以及以所述光电探测模块根据收到的反射光线确定所述空间目标的所述空间点的空间信息。

可选地，在本发明提供的上述天基空间的感知方法中，所述运行一成像模式以感知所述空间目标，可以进一步包括步骤：以所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元依次沿一空间方向发射激光来照射所述空间目标以产生反射光线；以所述光电探测模块根据收到的反射光线来依次确定所述空间目标的各空间点的空间信息；以及根据所述空间目标的各空间点的空间信息构建所述空间目标的三维图像。

优选地，在本发明提供的上述天基空间的感知方法中，所述以所述光电探测模块根据收到的反射光线来依次确定所述空间目标的各空间点的空间信息，可以进一步包括步骤：以一小型光电探测阵列通过块扫描的方法构建所述空间目标的三维图像；和/或以一小型光电探测阵列通过压缩感知的方法构建所述空间目标的三维图像。

可选地，在本发明提供的上述天基空间的感知方法中，所述以所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元依次沿一空间方向发射激光来照射所述空间目标以产生反射光线，可以进一步包括步骤：以所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元依次发射激光来照射所述空间目标，以逐行扫描所述空间目标；或以所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元依次发射激光来照射所述空间目标，以李萨如扫描所述空间目标。

可选地，在本发明提供的上述天基空间的感知方法中，还可以包括步骤：根据所述空间目标与所述天基空间的感知装置的距离，确定所述垂直腔面激光单元包括的垂直腔面发射激光器的数量。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种计算机可读存储介质。

本发明提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。所述计算机指令在由处理器执行时，可以实施上述任意一种天基空间的感知方法，用于克服现有激光雷达体积大、功耗大、探测速度慢的缺陷，从而进一步提升激光雷达在未来的全自动无人作战系统、空间碎片探测、卫星自主防护智能感知，以及空间高速运动目标探测和识别等方面的应用价值。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1为本发明的一方面提供的天基空间的感知装置的示意图。

图2为本发明的一个实施例提供的第一反射镜的正视示意图。

图3为本发明的一个实施例提供的天基空间的感知装置的成像示意图。

图4A为本发明的一个实施例提供的天基空间感知装置逐行扫描空间目标的示意图。

图4B为本发明的一个实施例提供的天基空间感知装置李萨如扫描空间目标的示意图。

图5为本发明的另一方面提供的天基空间的感知方法的流程示意图。

附图标记

11为垂直腔面激光阵列；111为垂直腔面激光单元；12为反射光接收模块；121为第一反射镜；122为第二反射镜；13为光电探测模块；14为空间目标；15为通光孔；16 为光束调控单元；501-504为天基空间的感知方法的步骤。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。

能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。

为了克服现有激光雷达体积大、功耗大、探测速度慢的缺陷，本发明提供了一种基于光电探测技术的天基空间的感知装置，用于进一步提升激光雷达在未来的全自动无人作战系统、空间碎片探测、卫星自主防护智能感知，以及空间高速运动目标探测和识别等方面的应用价值。

请参考图1，图1示出了根据本发明的一方面提供的天基空间的感知装置的示意图。

如图1所示，本发明提供的上述天基空间的感知装置可以包括垂直腔面激光阵列11、反射光接收模块12和光电探测模块13。

上述垂直腔面激光阵列11可以由多个垂直腔面激光单元111组成。每个垂直腔面激光单元111可以包括一个或多个垂直腔面发射激光器（Vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL）。垂直腔面发射激光器不但具有体积小、重量轻、功耗低等独特优势，同时还具有窄线宽、温度稳定、方向性极高和角度分辨率极高等一系列固有特性。垂直腔面激光阵列11可以用于发射激光以照射待感知的空间目标14，从而产生感知空间目标14所需的反射光线。通过采用由多个垂直腔面发射激光器组成的垂直腔面激光阵列11来作为感知光源，可以使天基空间感知装置的结构更紧凑，从而具有更小的体积。在一个优选的实施例中，垂直腔面激光阵列11可以为高重频脉冲激光阵列。通过采用该高重频脉冲激光阵列，可以有效地提升天基空间感知装置的探测速度。

上述反射光接收模块12可以用于接收激光照射在空间目标14上所产生的反射光线，并将收到的反射光线反射到光电探测模块13。具体来说，反射光接收模块12可以包括一个第一反射镜121和一个第二反射镜122。第一反射镜121可以朝向待感知的空间目标14，用于接收空间目标14上所产生的反射光线，并将收到的反射光线反射到第二反射镜122。第二反射镜122可以朝向第一反射镜121，用于接收第一反射镜121发出的反射光线，并将收到的反射光线进一步地反射到光电探测模块13。通过采用上述第一反射镜121和第二反射镜122的结构，可以对天基空间感知装置的感知光路进行折叠，从而使该天基空间感知装置的结构更紧凑，并具有更小的体积。

上述光电探测模块13可以朝向第二反射镜122，用于根据第二反射镜122提供的反射光线确定空间目标14的空间信息。该空间信息包括但不限于空间目标14的立体形状、相对于天基空间感知装置的距离和方向等静态空间信息，以及空间目标14相对于天基空间感知装置的平移速度、平移方向、旋转速度和旋转方向等动态空间信息。在一些实施例中，光电探测模块13可以包括雪崩光电二级管、光子计数器或像素光电倍增管。优选地，在一些实施例中，光电探测模块13可以包括雪崩光电二级管阵列、光子计数器阵列或像素光电倍增管阵列。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，上述第一反射镜121可以是一个大口径的凹面反射镜，其中心处可以设有一个通光孔15。上述第二反射镜122可以是一个平面反射镜，可以正对设于第一反射镜121的通光孔15之后的光电探测模块13。通过采用大口径的凹面反射镜结构，第一反射镜121可以更高效地接收空间目标14上产生的反射光线。在一些实施例中，第一反射镜121的凹面可以进一步设置为抛物面，从而更高效地将接收到的反射光线集中反射到第二反射镜122。在一些实施例中，第一反射镜121和第二反射镜122可以构成卡塞格林望远镜结构，用于缩短天基空间感知装置的感知光路，以便于感知远距离（例如：千米量级、十千米量级、百千米量级）以外的空间目标14。

本领域的技术人员可以理解，上述设置为卡塞格林望远镜结构的大口径抛物面反射镜121和平面反射镜122只是本发明提供的一个实施例，主要用于清楚地展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。可选地，在其他实施例中，基于本发明的构思，也可以采用其他形状的反射镜组合来构成卡塞格林望远镜结构，从而取得相同的技术效果。

在一个优选的实施例中，上述大口径抛物面反射镜121和上述平面反射镜122的反射面上可以进一步镀有高反射膜层，用于进一步提升该大口径抛物面反射镜121和该平面反射镜122的反射率。通过设置该高反射膜层，可以进一步提升光电探测模块13收到的反射光的光强，从而提升天基空间感知装置的灵敏度。

请结合参考图1和图2，图2示出了根据本发明的一个实施例提供的第一反射镜的正视示意图。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，天基空间的感知装置还可以包括一个或多个光束调控单元16。光束调控单元16可以用于调控垂直腔面激光阵列11的各垂直腔面激光单元111的照射方向。在一些实施例中，光束调控单元16的数量可以和垂直腔面激光单元111的数量相同，从而由一个光束调控单元16调控一个对应的垂直腔面激光单元111的照射方向。在一些实施例中，光束调控单元16可以为微纳扫描振镜或者微纳光栅。

如图2所示，垂直腔面激光阵列11的各垂直腔面激光单元111可以均匀地分布于大口径抛物面反射镜121的反射面上，并由相应的光束调控单元16调节以照射待感知的空间目标14。

优选地，通过设置上述光束调控单元16，本实施例提供的上述天基空间的感知装置还可以进一步包括一种探测模式和一种成像模式。该探测模式可以响应于空间目标14与天基空间感知装置之间的距离大于预设的第一距离阈值而运行。该成像模式可以响应于空间目标14与天基空间感知装置之间的距离小于预设的第二距离阈值而运行。在一些实施例中，第一距离阈值和第二距离阈值可以根据光电探测模块13的成像分辨率来确定。在一些实施例中，第一距离阈值和第二距离阈值可以相等。在一些实施例中，第一距离阈值和第二距离阈值的取值都可以为1000m。

在一些实施例中，垂直腔面激光阵列11可以在光束调控单元16的调控下，沿大口径抛物面反射镜121的轴向方向从远到近地进行扫描，从而确定待感知的空间目标14与天基空间感知装置的距离。具体来说，当垂直腔面激光阵列11发出的激光照射到待感知的空间目标14时，将会立刻在该空间目标14上产生反射光线。反射光接收模块12可以接收激光照射在空间目标14上所产生的反射光线，并将收到的反射光线反射到光电探测模块13。天基空间的感知装置可以计算收到反射光线的时刻t ₂与垂直腔面激光阵列11发出激光的时刻t ₁之间的时差Δt，并根据公式d=Δt×c来确定其与待感知的空间目标14之间的距离d。式中，c为激光的传播速度。

本领域的技术人员可以理解，上述从远到近地进行扫描以确定空间目标14距离d的方案只是本发明提供的一个实施例，主要用于清楚地展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。

可选地，在另一个实施例中，基于本发明的构思，也可以从近到远地进行扫描以确定空间目标14距离d。当扫描距离小于空间目标14距离d时，光电探测模块13无法收到反射光线。直到扫描距离等于空间目标14距离d时，光电探测模块13将收到激光照射在空间目标14上所产生的反射光线。此时，天基空间的感知装置可以直接将相应的扫描距离作为其与待感知的空间目标14之间的距离d。

如图1所示，在上述探测模式下，待探测的空间目标14通常距离天基空间的感知装置很远，因此可以等效为一个空间点。在一些实施例中，空间目标14的等效空间点可以为该空间目标14与大口径抛物面反射镜121的轴向方向的最近的交点。垂直腔面激光阵列11的各垂直腔面激光单元111可以同时启动，在光束调控单元16的调控下集中照射待探测的空间目标14的该空间点以产生反射光线。光电探测模块13可以根据收到的反射光线来确定空间目标14的等效空间点的空间信息。该空间信息包括但不限于空间目标14相对于天基空间感知装置的距离和方向等静态空间信息，以及空间目标14相对于天基空间感知装置的平移速度和平移方向等动态空间信息。通过同时启动所有的垂直腔面激光单元111来集中照射一个空间点，可以有效地提升空间目标14上的照射强度，从而增大天基空间感知装置的探测距离。

在一个优选的实施例中，天基空间的感知装置还可以进一步使用激光器合束技术，把各垂直腔面激光单元111发出的激光合成一束强激光，从而提高总的激光的功率密度以照射更远的空间目标14。上述激光器合束技术包括但不限于机械方式的光束调整技术，以及光学干涉整形技术。

请参考图3，图3示出了根据本发明的一个实施例提供的天基空间的感知装置的成像示意图。

如图3所示，在上述成像模式下，待成像的空间目标14通常离天基空间的感知装置较近。此时，待成像的空间目标14可以被视为一个具有立体形状的三维物体。垂直腔面激光阵列11的各垂直腔面激光单元111可以在光束调控单元16的调控下，依次沿一个空间方向发射平行的激光光束来照射待成像的空间目标14以产生反射光线。

在一个优选的实施例中，发射激光的空间方向可以平行于大口径抛物面反射镜121的轴向方向，从而使天基空间感知装置的接收视场的中心轴线与发射中心轴线平行。通过发射平行于大口径抛物面反射镜121的轴向方向平行激光束，可以在光电探测模块13处获得最大的反射光线强度，从而进一步提升成像模式的适用距离范围。

在一些实施例中，光电探测模块13可以为雪崩光电二级管阵列、光子计数器阵列或像素光电倍增管阵列等光电探测面阵。光电探测模块13可以根据收到的反射光线来依次确定空间目标14的各空间点的空间信息，并根据空间目标14的各空间点的空间信息构建该空间目标14的三维图像。空间目标14的空间信息包括但不限于空间目标14的立体形状、相对于天基空间感知装置的距离和方向等静态空间信息，以及空间目标14相对于天基空间感知装置的平移速度、平移方向、旋转速度和旋转方向等动态空间信息。

在一些实施例中，光电探测模块13可以为一个小型光电探测阵列。该小型光电探测阵列13可以通过块扫描的方法和/或压缩感知的方法构建空间目标14的三维图像。具体来说，天基空间感知装置可以根据发射激光的垂直腔面激光单元111的位置及照射角度，确定空间目标14的对应空间点的三维位置。在一些实施例中，天基空间感知装置可以通过采用上述块扫描的方法，将小型光电探测阵列13探测到的多幅小型三维图像进行拼接，从而构建完整的空间目标14的三维图像。在一些实施例中，天基空间感知装置可以通过采用上述压缩感知的方法，基于较少的空间点的三维位置信息还原出完整的空间目标14的三维图像。

请进一步参考图4A和图4B，图4A示出了根据本发明的一个实施例提供的天基空间感知装置逐行扫描空间目标的示意图。图4B示出了根据本发明的一个实施例提供的天基空间感知装置李萨如扫描空间目标的示意图。

如图4A所示，在一些实施例中，垂直腔面激光阵列11的第一行的各垂直腔面激光单元111可以首先从左到右依次发射激光，照射待成像的空间目标14的最上侧的各空间点。位于光电探测模块13第一行的各像素光电倍增管，可以根据收到的反射光线来依次确定空间目标14最上侧的各空间点的空间信息，并根据空间目标14最上侧的各空间点的空间信息构建该空间目标14的第一行像素点的三维图像。

待垂直腔面激光阵列11的第一行的各垂直腔面激光单元111全部完成发光之后，垂直腔面激光阵列11的第二行的各垂直腔面激光单元111可以从左到右依次发射激光，照射待成像的空间目标14的次上侧的各空间点。位于光电探测模块13第二行的各像素光电倍增管，可以根据收到的反射光线来依次确定空间目标14次上侧的各空间点的空间信息，并根据空间目标14次上侧的各空间点的空间信息构建该空间目标14的第二行像素点的三维图像。

依次类推，垂直腔面激光阵列11各行的各垂直腔面激光单元111可以逐行地依次发射激光来扫描待成像的空间目标14的各空间点，以供天基空间感知装置构建该空间目标14完整的三维图像。

如图4B所示，在一些实施例中，垂直腔面激光阵列11的正中的垂直腔面激光单元111可以首先发射激光，照射待成像的空间目标14正中的空间点。位于光电探测模块13正中的雪崩光电二级管可以根据收到的反射光线来确定空间目标14正中的空间点的空间信息，并根据空间目标14正中的该空间点的空间信息确定该空间目标14的对应像素点的三维位置。

之后，垂直腔面激光阵列11的左一列上一行的垂直腔面激光单元111可以发射激光，照射待成像的空间目标14正中略偏左上的空间点。位于光电探测模块13左一列上一行的雪崩光电二级管可以根据收到的反射光线来确定空间目标14正中略偏左上的空间点的空间信息，并根据空间目标14正中略偏左上的该空间点的空间信息确定该空间目标14的对应像素点的三维位置。

依次类推，垂直腔面激光阵列11的各垂直腔面激光单元111可以按照李萨如扫描的次序依次发射激光来扫描待成像的空间目标14的各空间点，从而根据各像素点的三维位置来构建该空间目标14完整的三维图像。上述李萨如扫描的次序是本领域的现有技术，在此不再赘述。

在一个优选的实施例中，天基空间的感知装置可以根据待成像的空间目标14的具体距离来确定一个垂直腔面激光单元111所包括的垂直腔面发射激光器的数量。具体来说，在一些实施例中，天基空间的感知装置可以响应于确定待成像的空间目标14与其距离小于第一距离阈值（例如：100m），而采用一个垂直腔面发射激光器来作为一个垂直腔面激光单元111进行扫描，从而获得分辨率最高的三维图像。在一些实施例中，天基空间的感知装置可以响应于确定待成像的空间目标14与其距离大于第一距离阈值（例如：100m）却小于第二距离阈值（例如：500m），而采用2×2的四个垂直腔面发射激光器来作为一个垂直腔面激光单元111进行扫描，从而获得分辨率较高的三维图像。在一些实施例中，天基空间的感知装置可以响应于确定待成像的空间目标14与其距离大于第二距离阈值（例如：500m）却小于第三距离阈值（例如：1000m），而采用3×3的九个垂直腔面发射激光器来作为一个垂直腔面激光单元111进行扫描，从而获得分辨率较低的三维图像。通过采用上述根据感知距离d来调整每个垂直腔面激光单元111所包括的垂直腔面发射激光器数量的方案，可以在确保提供足够激光强度的情况下，尽可能地提高三维图像的分辨率。在一些实施例中，上述第一距离阈值、第二距离阈值和第三距离阈值可以根据实际的成像实验来确定。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种天基空间的感知方法。

请参考图5，图5示出了根据本发明的另一方面提供的天基空间的感知方法的流程示意图。

如图5所示，本发明提供的上述天基空间的感知方法，可以包括步骤：

501：以垂直腔面激光阵列照射一空间目标以产生反射光线；

502：以反射光接收模块的第一反射镜接收空间目标的反射光线，并将收到的反射光线反射到反射光接收模块的第二反射镜；

503：以第二反射镜将收到的反射光线反射到一光电探测模块；以及

504：以光电探测模块根据收到的反射光线确定空间目标的空间信息。

在一些实施例中，本发明提供的上述天基空间的感知方法可以由天基空间感知装置的处理器，通过读取一段计算机指令来实施。该天基空间的感知方法可以用于控制天基空间的感知装置的垂直腔面激光阵列11、反射光接收模块12和光电探测模块13，对空间目标14进行感知。该感知包括但不限于探测和成像。通过采用上述天基空间的感知方法，可以进一步提升激光雷达在未来的全自动无人作战系统、空间碎片探测、卫星自主防护智能感知，以及空间高速运动目标探测和识别等方面的应用价值。

可以理解的是，上述天基空间的感知方法可以基于上述任意一个实施例所提供的天基空间的感知装置来实施。因此，本发明提供的天基空间的感知方法也可以具备相应于上述任意一个实施例所提供的天基空间的感知装置的技术特征，用于取得相应的技术效果，在此不再赘述。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种计算机可读存储介质。

本发明提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。计算机指令在由处理器执行时，可以实施上述任意一个实施例所提供的天基空间的感知方法，用于克服现有激光雷达体积大、功耗大、探测速度慢的缺陷，从而进一步提升激光雷达在未来的全自动无人作战系统、空间碎片探测、卫星自主防护智能感知，以及空间高速运动目标探测和识别等方面的应用价值。

本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位（比特）、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线（DSL）、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘（disk）和碟（disc）包括压缩碟（CD）、激光碟、光碟、数字多用碟（DVD）、软盘和蓝光碟，其中盘（disk）往往以磁的方式再现数据，而碟（disc）用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (20)

1.一种天基空间的感知装置，其特征在于，包括：

垂直腔面激光阵列，用于照射一空间目标以产生反射光线；

反射光接收模块，包括一第一反射镜和一第二反射镜，其中，

所述第一反射镜用于接收所述空间目标的反射光线并将所述反射光线反射到所述第二反射镜，

所述第二反射镜用于将收到的反射光线反射到一光电探测模块；以及

所述光电探测模块，用于根据收到的反射光线确定所述空间目标的空间信息。

2.如权利要求1所述的天基空间的感知装置，其特征在于，所述第一反射镜包括大口径抛物面反射镜，用于将接收到的反射光线集中反射到所述第二反射镜；

所述第二反射镜包括平面反射镜，正对所述光电探测模块以用于将收到的反射光线反射到所述光电探测模块。

3.如权利要求2所述的天基空间的感知装置，其特征在于，还包括光束调控单元，用于调控所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元的照射方向，

所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元均匀分布于所述大口径抛物面反射镜的反射面，由所述光束调控单元调节以照射所述空间目标。

4.如权利要求3所述的天基空间的感知装置，其特征在于，所述天基空间的感知装置包括一探测模式和/或一成像模式，所述探测模式响应于所述空间目标的距离大于一预设的第一距离阈值而运行；所述成像模式响应于所述空间目标的距离小于一预设的第二距离阈值而运行。

5.如权利要求4所述的天基空间的感知装置，其特征在于，所述垂直腔面激光阵列沿所述大口径抛物面反射镜的轴向方向，从远到近地进行扫描以确定所述空间目标的距离。

6.如权利要求4所述的天基空间的感知装置，其特征在于，在所述探测模式下，所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元集中照射所述空间目标的一空间点以产生反射光线，所述光电探测模块根据收到的反射光线确定所述空间目标的所述空间点的空间信息。

7.如权利要求4所述的天基空间的感知装置，其特征在于，在所述成像模式下，所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元依次沿一空间方向发射激光来照射所述空间目标以产生反射光线，所述光电探测模块根据收到的反射光线来依次确定所述空间目标的各空间点的空间信息，并根据所述空间目标的各空间点的空间信息构建所述空间目标的三维图像。

8.如权利要求7所述的天基空间的感知装置，其特征在于，所述空间方向平行于所述大口径抛物面反射镜的轴向方向。

9.如权利要求7所述的天基空间的感知装置，其特征在于，所述光电探测模块包括一小型光电探测阵列，所述小型光电探测阵列通过块扫描的方法和/或压缩感知的方法构建所述空间目标的三维图像。

10.如权利要求7所述的天基空间的感知装置，其特征在于，所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元依次发射激光来照射所述空间目标，以逐行扫描所述空间目标；或

所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元依次发射激光来照射所述空间目标，以李萨如扫描所述空间目标。

11.如权利要求7所述的天基空间的感知装置，其特征在于，所述垂直腔面激光单元包括一个或多个垂直腔面发射激光器，所述垂直腔面激光单元包括的所述垂直腔面发射激光器的数量可调，所述数量根据所述空间目标与所述天基空间的感知装置的距离确定。

12.一种天基空间的感知方法，其特征在于，包括：

以垂直腔面激光阵列照射一空间目标以产生反射光线；

以反射光接收模块的第一反射镜接收所述空间目标的反射光线，并将所述反射光线反射到所述反射光接收模块的第二反射镜；

以所述第二反射镜将收到的反射光线反射到一光电探测模块；以及

以所述光电探测模块根据收到的反射光线确定所述空间目标的空间信息。

13.如权利要求12所述的天基空间的感知方法，其特征在于，还包括：

响应于所述空间目标的距离大于一预设的第一距离阈值，运行一探测模式以感知所述空间目标；和/或

响应于所述空间目标的距离小于一预设的第二距离阈值，运行一成像模式以感知所述空间目标。

14.如权利要求13所述的天基空间的感知方法，其特征在于，还包括：

调控所述垂直腔面激光阵列的照射方向来沿所述第一反射镜的轴向方向，从远到近地进行扫描以确定所述空间目标的距离。

15.如权利要求13所述的天基空间的感知方法，其特征在于，所述运行一探测模式以感知所述空间目标包括：

以所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元集中照射所述空间目标的一空间点以产生反射光线；以及

以所述光电探测模块根据收到的反射光线确定所述空间目标的所述空间点的空间信息。

16.如权利要求13所述的天基空间的感知方法，其特征在于，所述运行一成像模式以感知所述空间目标包括：

以所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元依次沿一空间方向发射激光来照射所述空间目标以产生反射光线；

以所述光电探测模块根据收到的反射光线来依次确定所述空间目标的各空间点的空间信息；以及

根据所述空间目标的各空间点的空间信息构建所述空间目标的三维图像。

17.如权利要求16所述的天基空间的感知方法，其特征在于，所述以所述光电探测模块根据收到的反射光线来依次确定所述空间目标的各空间点的空间信息包括：

以一小型光电探测阵列通过块扫描的方法构建所述空间目标的三维图像；和/或

以一小型光电探测阵列通过压缩感知的方法构建所述空间目标的三维图像。

18.如权利要求16所述的天基空间的感知方法，其特征在于，所述以所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元依次沿一空间方向发射激光来照射所述空间目标以产生反射光线包括：

以所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元依次发射激光来照射所述空间目标，以逐行扫描所述空间目标；或

以所述垂直腔面激光阵列的各垂直腔面激光单元依次发射激光来照射所述空间目标，以李萨如扫描所述空间目标。

19.如权利要求16所述的天基空间的感知方法，其特征在于，还包括：

根据所述空间目标与所述天基空间的感知装置的距离，确定所述垂直腔面激光单元包括的垂直腔面发射激光器的数量。

20.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令在由处理器执行时实施如权利要求12-19中任一项所述的天基空间的感知方法。

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