CN116609931A - 一种用于航天器上的多模式一体化光机系统天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于航天器上的多模式一体化光机系统天线，该系统通过各部的合理布局，一体化结构设计，能够基于可见光、红外、微波和激光实现目标的多波段复合探测。极大的降低航天器系统资源需要，在实现同一功能目标探测时，航天器安装的探测仪器由四种减少为一种，航天器安装接口由四种减少为一种，供电信号由四种减少为一种。将航天器力学、热学等空间环境试验条件由四种，统型为一种，将原来的四种试验多次开展试验，降低为一种一次试验，将空间环境试验费用降低1/4。将原有的可见光、红外、激光、微波四种探测波段设备一体化设计为一种一体化光机系统天线，极大的降低了整体的重量、功耗和体积，降低航天器的包络需求。
Description
技术领域
本发明涉及航天器空间光电测量与感知技术领域，尤其涉及一种用于航天器上的多模式一体化光机系统天线。
背景技术
空间对抗是航天大国争夺的一个新领域，是未来空间态势感知的支撑技术之一，通过干扰、遮断、示伪、毁伤，达到压制对方信息获取的目的。要完成以上目的，一个具备对非合作目标进行远距离捕获、精确跟踪，近距离获取成像特征，实现准确的局部对准的平台是基本需求。
目前，单一探测手段如可见光、红外、微波和激光都有其不足。可见光相机、红外焦平面阵列IRFPA技术比较成熟，可以高清成像，但不能获得目标的距离与速度信息(参考技术文件：孟庆宇，等.天基空间目标可见光相机探测能力分析[J].红外与激光工程，2012,41(8)；吴健飞，等.弱目标检测系统中红外焦平面阵列非均匀性校正算法的研究[J].红外与毫米波学报，2006,25(5))；微波雷达实现远程非合作目标跟瞄的不足之处在于体积、重量很难做小，角分辨率不能满足高精度瞄准需求(参考技术文件：张德保.微波雷达物位测量的研究与设计[D].重庆邮电大学，2020)；激光雷达可以在体积和重量受控的情况达到较远的作用距离和测角精度，但搜索捕获空域小、速度低(参考技术文件：Beth A.Sornsin,Bradley W.Short,Tyler N.Bourbeau，et al.Global Shutter Solid State Flash LIDARfor Spacecraft Navigation and Docking Applications[J].Proc.of SPIE,2019,Vol.11005,110050W.)。
因此，亟需一种基于可见光、红外、微波和激光的多波段复合探测光机系统天线，使卫星等航天器具备多变光照条件下的全天时全天候目标探测能力，对实施太空作战任务具有重要的价值和意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于航天器上的多模式一体化光机系统天线，能够基于可见光、红外、微波和激光实现目标的多波段复合探测。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于航天器上的多模式一体化光机系统天线，包括：
主镜组件，包括主镜背板、主镜支撑结构、主镜和主支撑结构，主镜的中心设有安装轴孔，主镜通过安装轴孔套设并固定于主镜支撑结构上，主镜背板固定在主镜的背侧，主镜支撑结构的一端与主镜背板的一端连接，主镜背板的另一端与主支撑结构连接，主支撑结构用于与外部结构连接，主支撑结构、主镜背板和主镜支撑结构上均设有通孔，三个通孔相连通形成安装通道；
次镜组件，安装在主镜的前侧，次镜组件的光轴与主镜的光轴共线；
分光镜组件，位于次镜组件的后侧，且安装在安装通道内；
激光发射组件，安装在主镜的外周侧，用于向被测目标发射激光；
微波馈源组件，安装在次镜组件的前端；
红外接收模块，位于分光镜组件的后侧；
激光接收模块，位于分光镜组件的下侧；以及
可见光接收模块，安装在主镜的外周侧；
主镜能够将接收到的被测目标反射的微波信号反射至微波馈源组件；
主镜能够将接收到的被测目标反射的激光信号反射至次镜组件，再经次镜组件反射至分光镜组件，经分光镜组件分光向下到达激光接收模块；
主镜能够将接收到的被测目标向外辐射的红外信号反射至次镜组件，再经次镜组件反射至分光镜组件，经分光镜组件分光向后到达红外接收模块；
被测目标向外反射的可见光信号被可见光接收模块接收。
可选地，次镜组件，包括次镜、次镜背板、次镜支撑结构、次镜遮光罩和次镜支撑架，次镜支撑架一端与主镜背板连接，次镜安装在次镜背板，次镜背板固定在次镜支撑结构，次镜支撑结构与次镜支撑架的另一端连接，次镜遮光罩与次镜支撑架且套设在次镜的外侧。
可选地，次镜支撑架包括三个支撑梁，三个支撑梁环绕安装轴孔设置。
可选地，微波馈源组件包括微波馈源辐射器、微波馈源支架和微波馈源接收器，微波馈源支架为一端为安装圆环，另一端为三个支腿，三个支腿分别与三个支撑梁连接，微波馈源辐射器和微波馈源接收器安装在安装圆环内，且微波馈源辐射器安装在安装圆环背离主镜的一端，微波馈源接收器安装在安装圆环朝向主镜的一端。
可选地，激光发射组件包括激光器、激光发射衍射单元，激光发射衍射单元通过轴孔配合的方式与激光器头部出光口固定连接，并通过法兰结构固定。
可选地，分光镜组件包括基座、分光镜支撑结构、分光镜、杂光抑制结构，分光镜固定于分光镜支撑结构，分光镜支撑结构固定于基座，杂光抑制结构固定于基座，且杂光抑制结构另一端穿设在安装通道内，杂光抑制结构的轴线与主镜的轴线共轴。
可选地，分光镜组件与激光接收模块之间设有激光校正组件，激光信号经分光镜组件分光向下先经过激光校正组件光学校正后再到达激光接收模块。
可选地，分光镜组件与红外接收模块之间设有红外校正组件，红外信号经分光镜组件分光向后下先经过红外校正组件光学校正后再到达红外接收模块。
可选地，可见光接收模块的轴线与激光发射组件的轴线平行。
可选地，支撑梁上设有多个减重孔。。
本发明的上述技术方案具有如下优点：
本发明提供的多模式一体化光机系统天线通过各部的合理布局，一体化结构设计，能够基于可见光、红外、微波和激光实现目标的多波段复合探测。极大的降低航天器系统资源需要，在实现同一功能目标探测时，航天器安装的探测仪器由四种减少为一种，航天器安装接口由四种减少为一种，供电信号由四种减少为一种。将航天器力学、热学等空间环境试验条件由四种，统型为一种，将原来的四种试验多次开展试验，降低为一种一次试验，将空间环境试验费用降低1/4。将原有的可见光、红外、激光、微波四种探测波段设备一体化设计为一种一体化光机系统天线，极大的降低了整体的重量、功耗和体积，降低航天器的包络需求。
附图说明
本发明附图仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。
图1是本发明实施例中用于航天器上的多模式一体化光机系统天线的光学设计示意图；
图2是本发明实施例中一种用于航天器上的多模式一体化光机系统天线的结构示意图；
图3是图2中多模式一体化光机系统天线去除次镜遮光罩后的结构示意图；
图4是本发明实施例中一种分光镜组件与激光接收模块和红外接收模块的结构示意图；
图5是图4中分光镜组件与激光接收模块和红外接收模块的另一角度结构示意图国
图6是本发明实施例中用于航天器上的多模式一体化光机系统天线的工作流程示意图。
图中：
100：主镜组件；
101：主镜背板；
102：主镜支撑结构；
103：主镜；
104：主支撑结构；
200：次镜组件；
201:次镜；
202：次镜背板；
203：次镜支撑结构；
204：次镜遮光罩；
205：次镜支撑架；
300：分光镜组件；
301:基座；
302：分光镜支撑结构；
303：分光镜；
304：杂光抑制结构；
400：激光发射组件；
410：衍射光束；
500：微波馈源组件；
501：微波馈源辐射器；
502：微波馈源支架；
503：微波馈源接收器；
600：红外接收模块；
610：红外校正组件；
620：红外接收视场；
700：激光接收模块；
710：激光校正组件；
720：激光接收视场；
800：可见光接收模块；
810：可见光接收视场；
900：入射光线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1～图5所示，本发明实施例提供的一种用于航天器上的多模式一体化光机系统天线，包括主镜组件100、次镜组件200、分光镜组件300、激光发射组件400、微波馈源组件500、红外接收模块600、激光接收模块700和可见光接收模块800。
参见图2和图3所示，主镜组件100包括主镜背板101、主镜支撑结构102、主镜103和主支撑结构104。其中，主镜103的中心设有安装轴孔，主镜103通过安装轴孔套设并固定于主镜支撑结构102上，主镜背板101固定在主镜103的背侧，主镜支撑结构102的一端与主镜背板101的一端连接，主镜背板101的另一端与主支撑结构104连接，主支撑结构104用于与外部结构连接，主支撑结构104、主镜背板101和主镜支撑结构102上均设有通孔，三个通孔相连通形成安装通道。图2中激光接收视场720为使用时激光接收视场的示意，并非是实体结构。此外，为了避免遮挡其他结构，在图2中对激光接收视场进行了部分切除，完整地激光接收视场示意与红外接收视场620类似。同样，红外接收视场620为使用时红外接收视场的示意，并非是实体结构。可见光接收视场810为使用时可见光接收视场的示意，并非是实体结构。
次镜组件200安装在主镜103的前侧，次镜组件200的光轴与主镜103的光轴共线。分光镜组件300位于次镜组件200的后侧，且安装在安装通道内。激光发射组件400安装在主镜103的外周侧，用于向被测目标发射激光。
微波馈源组件500安装在次镜组件200的前端。红外接收模块600位于分光镜组件300的后侧。激光接收模块700位于分光镜组件300的下侧。可见光接收模块800安装在主镜103的外周侧。
使用时，入射光线900照射到主镜103上，主镜103能够将接收到的被测目标反射的微波信号反射至微波馈源组件500。主镜103能够将接收到的被测目标反射的激光信号反射至次镜组件200，再经次镜组件200反射至分光镜组件300，经分光镜组件分光向下到达激光接收模块700。主镜103能够将接收到的被测目标向外辐射的红外信号反射至次镜组件200，再经次镜组件200反射至分光镜组件300，经分光镜组件300分光向后到达红外接收模块600。被测目标向外反射的可见光信号被可见光接收模块800接收。
该多模式(可见光、红外、微波和激光四个波段)一体化光机系统天线通过各部的合理布局，一体化结构设计，能够基于可见光、红外、微波和激光实现目标的多波段复合探测。极大的降低航天器系统资源需要，在实现同一功能目标探测时，航天器安装的探测仪器由四种减少为一种，航天器安装接口由四种减少为一种，供电信号由四种减少为一种。将航天器力学、热学等空间环境试验条件由四种，统型为一种，将原来的四种试验多次开展试验，降低为一种一次试验，将空间环境试验费用降低1/4。将原有的可见光、红外、激光、微波四种探测波段设备一体化设计为一种一体化光机系统天线，极大的降低了整体的重量、功耗和体积，降低航天器的包络需求。
微波馈源组件500、红外接收模块600、激光接收模块700、可见光接收模块800与主镜组件100、次镜组件200、分光组件300和激光发射组件组成一体化光机天线，共用信号接收入射光线900。
在一个具体实施方式中，主镜103与主镜支撑结构102之间通过胶粘剂粘接以保证连接和稳定性。主镜背板101与主镜支撑结构102之间通过螺钉连接固定。主镜支撑结构102通过螺钉固定于主支撑结构104。主支撑结构104为本实施例中多模式一体化光机天线的对外安装结构，用于与外部结构连接。
次镜组件200主要包含次镜背板202、次镜支撑结构203、次镜201、次镜遮光罩204和次镜支撑架205.次镜201与次镜背板202之间通过胶粘剂连接固定，保证良好的力热环境稳定性.次镜支撑结构203与次镜背板202之间通过螺钉连接，螺钉数量根据实际需要设计。次镜支撑结构203通过螺钉固定与次镜支撑架205。次镜遮光罩204通过螺钉固定与次镜支撑架205，且套设在次镜201的外侧。次镜支撑架205由三个完全相同、等高的轻量化支撑梁组成，每个支撑梁中间有减重孔。次镜组件200经次镜支撑架205通过螺钉固定于主镜背板101。
微波馈源组件500包括微波馈源辐射器501、微波馈源支架502和微波馈源接收器503。微波馈源支架502为一端为安装圆环，另一端为三个支腿，三个支腿分别与三个支撑梁连接，微波馈源辐射器501和微波馈源接收器203安装在安装圆环内，且微波馈源辐射器501安装在安装圆环背离主镜103的一端，微波馈源接收器503安装在安装圆环朝向主镜103的一端。微波馈源辐射器501、微波馈源支架502和微波馈源接收器503之间均通过螺钉连接固定。微波馈源支架502通过螺钉安装固定于次镜组件200的次镜支撑架205前端面。
激光发射组件400主要包含激光器、激光发射衍射单元和衍射光束410；激光发射衍射单元通过轴孔配合的方式与激光器头部出光口固定连接，并通过法兰结构实现固定。
分光镜组件300主要包含基座301、分光镜支撑结构302、分光镜303、杂光抑制结构304。分光镜303通过胶粘剂固定于分光镜支撑结构302。分光镜支撑结构302通过螺钉固定于基座301。杂光抑制结构304通过螺钉固定于基座301。杂光抑制结构304另一端穿过主镜103的几何中心。杂光抑制结构304的轴线与主镜103的轴线共轴。
参见图4和图5所示，在一些优选实施方式中，在分光镜组件300与激光接收模块700之间设有激光校正组件710，激光信号经分光镜组件300分光向下先经过激光校正组件710光学校正后再到达激光接收模块700。
参见图4和图5所示，在一些优选实施方式中，分光镜组件300与红外接收模块600之间设有红外校正组件610，红外信号经分光镜组件300分光向后下先经过红外校正组件610光学校正后再到达红外接收模块600。
在一些具体实施方式中，红外校正组件610主要包含红外校正镜光学元件及其支撑结构，可采用现有结构，在此不再赘述。
激光校正组件710主要包含红外校正镜光学元件及其支撑结构，可采用现有结构，在此不再赘述。
红外接收模块600主要包含红外探测器、红外信号处理电路及其支撑结构；
激光接收模块700主要包含激光探测器、激光信号处理电路及其支撑结构，可采用现有结构，在此不再赘述。
可见光接收模块800安装于主镜103的外周侧。可见光接收模块800主要包含可见光探测器、可见光信号处理电路及其支撑结构，可采用现有结构，在此不再赘述。
可见光接收模块800轴线与激光发射组件400的轴线平行。
参见图6所示，本实施例中一种多模式一体化光机系统天线工作流程如下：
(1)微波馈源组件500向外辐射微波信号，到达被测目标后完成信号反射，反射微波信号到达主镜103，由主镜103反射至微波馈源组件500，完成微波信号的接收。
(2)激光发射组件400通过激光器产生激光，经激光发射衍射单元完成激光发射，到达被测目标后完成信号反射，反射激光信号到达主镜103，由主镜103反射至次镜组件200，次镜组件200将信号反射到达分光镜组件300，分光镜组件300完成接收激光信号的分光，经激光校正组件710进行光学校正后，到达激光接收模块700，完成激光信号接收。
(3)被测目标向外辐射红外信号到达主镜组件100，由主镜103反射至次镜组件200，次镜组件200将信号反射到达分光镜组件300，分光镜组件300完成接收红外信号的分光，经红外校正组件610进行光学校正后，到达红外接收模块600，完成红外信号接收。
(4)被测目标向外反射的可见光信号到达一体化光机系统天线，通过可见光接收模块800完成可见光信号接收。
以上(1)～(4)同时进行。
在一些实施方式中，能够将多模式一体化光机系统天线的重量降低为原有的45％，功耗降低为原有的50％。
此外，本实施例能够实现共用一体化光机系统天线口径为φ1米，根据需求进行适应性设计，光学口径可在φ0.2米至φ1米之间灵活设计，以使用不同空间目标的探测需求。
本实施例能够通过主动和/或被动探测方式，实现空间目标的全天时、全天候的搜索、识别、跟踪和瞄准。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，不存在方案冲突的情况下，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于航天器上的多模式一体化光机系统天线，其特征在于，包括：
主镜组件，包括主镜背板、主镜支撑结构、主镜和主支撑结构，所述主镜的中心设有安装轴孔，所述主镜通过所述安装轴孔套设并固定于所述主镜支撑结构上，所述主镜背板固定在所述主镜的背侧，所述主镜支撑结构的一端与所述主镜背板的一端连接，所述主镜背板的另一端与所述主支撑结构连接，所述主支撑结构用于与外部结构连接，所述主支撑结构、主镜背板和主镜支撑结构上均设有通孔，三个所述通孔相连通形成安装通道；
次镜组件，安装在所述主镜的前侧，所述次镜组件的光轴与所述主镜的光轴共线；
分光镜组件，位于所述次镜组件的后侧，且安装在所述安装通道内；
激光发射组件，安装在所述主镜的外周侧，用于向被测目标发射激光；
微波馈源组件，安装在所述次镜组件的前端；
红外接收模块，位于所述分光镜组件的后侧；
激光接收模块，位于所述分光镜组件的下侧；以及
可见光接收模块，安装在所述主镜的外周侧；
所述主镜能够将接收到的被测目标反射的微波信号反射至所述微波馈源组件；
所述主镜能够将接收到的被测目标反射的激光信号反射至所述次镜组件，再经所述次镜组件反射至所述分光镜组件，经所述分光镜组件分光向下到达所述激光接收模块；
所述主镜能够将接收到的被测目标向外辐射的红外信号反射至所述次镜组件，再经所述次镜组件反射至所述分光镜组件，经所述分光镜组件分光向后到达所述红外接收模块；
被测目标向外反射的可见光信号被所述可见光接收模块接收。
2.根据权利要求1所述的多模式一体化光机系统天线，其特征在于：所述次镜组件，包括次镜、次镜背板、次镜支撑结构、次镜遮光罩和次镜支撑架，所述次镜支撑架一端与所述主镜背板连接，所述次镜安装在所述次镜背板，所述次镜背板固定在所述次镜支撑结构，所述次镜支撑结构与所述次镜支撑架的另一端连接，所述次镜遮光罩与所述次镜支撑架且套设在所述次镜的外侧。
3.根据权利要求2所述的多模式一体化光机系统天线，其特征在于：所述次镜支撑架包括三个支撑梁，三个所述支撑梁环绕所述安装轴孔设置。
4.根据权利要求3所述的多模式一体化光机系统天线，其特征在于：所述微波馈源组件包括微波馈源辐射器、微波馈源支架和微波馈源接收器，所述微波馈源支架为一端为安装圆环，另一端为三个支腿，所述三个所述支腿分别与三个所述支撑梁连接，所述微波馈源辐射器和所述微波馈源接收器安装在所述安装圆环内，且所述微波馈源辐射器安装在所述安装圆环背离所述主镜的一端，所述微波馈源接收器安装在所述安装圆环朝向所述主镜的一端。
5.根据权利要求1所述的多模式一体化光机系统天线，其特征在于：所述激光发射组件包括激光器、激光发射衍射单元，所述激光发射衍射单元通过轴孔配合的方式与激光器头部出光口固定连接，并通过法兰结构固定。
6.根据权利要求1所述的多模式一体化光机系统天线，其特征在于：所述分光镜组件包括基座、分光镜支撑结构、分光镜、杂光抑制结构，所述分光镜固定于分光镜支撑结构，分光镜支撑结构固定于基座，所述杂光抑制结构固定于基座，且杂光抑制结构另一端穿设在所述安装通道内，所述杂光抑制结构的轴线与所述主镜的轴线共轴。
7.根据权利要求1所述的多模式一体化光机系统天线，其特征在于：所述分光镜组件与激光接收模块之间设有激光校正组件，激光信号经所述分光镜组件分光向下先经过激光校正组件光学校正后再到达所述激光接收模块。
8.根据权利要求1所述的多模式一体化光机系统天线，其特征在于：所述分光镜组件与红外接收模块之间设有红外校正组件，红外信号经所述分光镜组件分光向后下先经过所述红外校正组件光学校正后再到达所述红外接收模块。
9.根据权利要求1所述的多模式一体化光机系统天线，其特征在于：所述可见光接收模块的轴线与所述激光发射组件的轴线平行。
10.根据权利要求2所述的多模式一体化光机系统天线，其特征在于：所述支撑梁上设有多个减重孔。
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2023
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|---|
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Also Published As
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