RO134961A2 - Guiding device for space rendezvous operations - Google Patents

Guiding device for space rendezvous operations Download PDF

Info

Publication number
RO134961A2
RO134961A2 RO201900728A RO201900728A RO134961A2 RO 134961 A2 RO134961 A2 RO 134961A2 RO 201900728 A RO201900728 A RO 201900728A RO 201900728 A RO201900728 A RO 201900728A RO 134961 A2 RO134961 A2 RO 134961A2
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
ccd sensor
image
target
laser diode
laser
Prior art date
Application number
RO201900728A
Other languages
Romanian (ro)
Inventor
Laurenţiu Başchir
Sorin Micloş
Dan Savastru
Original Assignee
Institutul Naţional Cercetare-Dezvoltare Pentru Optoelectronică - Inoe 2000
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institutul Naţional Cercetare-Dezvoltare Pentru Optoelectronică - Inoe 2000 filed Critical Institutul Naţional Cercetare-Dezvoltare Pentru Optoelectronică - Inoe 2000
Priority to RO201900728A priority Critical patent/RO134961A2/en
Publication of RO134961A2 publication Critical patent/RO134961A2/en

Links

Landscapes

  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

The invention relates to a guiding device for space rendezvous operations, by determining the motion of the image of the vehicle to be met, illuminated with a high-power laser beam in the near infrared range, image which is formed on a high-resolution CCD sensor. According to the invention, the device consists of a pulsed laser diode (1) which emits a laser beam (2) with a power of 20...30 W, at a wavelength of 850 nm or 905 nm, which passes through the cutout zone of a mirror (3) and is collimated by an objective lens (4) in the focus of which the laser diode (1) is placed, thereby illuminating a target (5), the beam (6) reflected by it being focused by the same objective (4) on the active surface of a high-resolution CCD sensor (8) after being reflected by the mirror (3) and passing through an interference filter (7) operating at the same wavelength with the radiation emitted by the laser diode (1), in order to eliminate the background noise, the data provided by the CCD sensor (8) being transmitted to a control and guiding unit (9) consisting of a microcontroller (10) which processes the image data, an auto-pilot (11) which generates the controls necessary for the rendezvous operation and some actuators (12) which perform the rendezvous operation.

Description

Cu începere de la data publicării cererii de brevet, cererea asigură, în mod provizoriu, solicitantului, protecția conferită potrivit dispozițiilor art.32 din Legea nr. 64/1991, cu excepția cazurilor în care cererea de brevet de invenție a fost respinsă, retrasă sau considerată ca fiind retrasă, întinderea protecției conferite de cererea de brevet de invenție este determinată de revendicările conținute în cererea publicată în conformitate cu art.23 alin.(1) - (3).Starting from the date of publication of the patent application, the application provisionally provides the applicant with the protection conferred according to the provisions of art. 32 of Law no. 64/1991, except in cases where the patent application has been rejected, withdrawn or considered as withdrawn, the extent of the protection conferred by the patent application is determined by the claims contained in the application published in accordance with art. 23 par. (1) - (3).

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIHIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIH

ΙΙΙΙΙΗΙΙΙΙίΙΙΙΗΙΙΙΙΙΗΙΙΙΙίΙΙΙΗ

OHUU De STAT Ρ&ΝΊ KU iNVSNîO Λ _ Cerere de brevet de învieI0134961 A2 xț.. a cr> 42K Data denozit.·.. îZ λΙΙλίΗΠΟ. țOHUU DE STAT Ρ & ΝΊ KU iNVSNîO Λ _ Patent application for resurrectionI0134961 A2 xț .. a cr> 42K Date of denunciation. · .. îZ λΙΙλίΗΠΟ. ţ

DISPOZITIV DE GHIDARE PENTRU OPERAȚII DE ÎNTÂLNIRE ÎN SPAȚIUGUIDANCE DEVICE FOR SPACE MEETING OPERATIONS

Invenția se referă la un dispozitiv de ghidare pentru operații de întâlnire în spațiu prin determinarea deplasării imaginii vehiculului cu care se face operația de întâlnire, iluminat cu un fascicul laser de putere în domeniul inffaroșu apropiat, imagine formată pe un senzor CCD de mare rezoluție.The invention relates to a guidance device for space encounter operations by determining the displacement of the image of the vehicle with which the encounter operation is performed, illuminated with a laser beam of power in the near infrared field, image formed on a high resolution CCD sensor.

Invenția este relevantă în contextul misiunilor spațiale și poate oferi o alternativă cu costuri mai mici în comparație cu sistemele actuale.The invention is relevant in the context of space missions and can offer a lower cost alternative compared to current systems.

întâlnirea spațială este importantă pentru misiunile spațiale de colaborare complexe care implică mai multe vehicule. Această operațiune este importantă și în contextul viitorului prevăzut al vehiculelor satelit atât de dimensiuni cubesat cât și standard.the space meeting is important for complex collaborative space missions involving multiple vehicles. This operation is also important in the context of the foreseeable future of both cubic and standard size satellite vehicles.

Un exemplu în acest sens este realizarea unei formații de 50 cubesat. Pentru a realiza această formație în spațiu este nevoie de un control avansat, dar ieftin al altitudinii și poziției care poate fi adaptat pentru o misiune de dimensiuni cubesat. Un alt exemplu este radiotelescopul cu diafragmă sintetică, care este format dintr-un număr mare de sateliți mici, fiecare reprezentând un fragment individual al unei antene mari. Pentru a realiza o antenă utilă, fiecare satelit trebuie să determine și să controleze cu mare precizie propria altitudine și poziție în raport cu ceilalți sateliți. întâlnirea spațială este, de asemenea, importantă în contextul reparării unui satelit realizate pe orbită de către un satelit „reparator”. Satelitul de reparații trebuie să aibă capacitatea de a se întâlni cu un satelit țintă potențial necooperant, care trebuie să primească operațiunile de reparație.An example of this is the formation of a 50 cubesat formation. To achieve this formation in space requires an advanced but inexpensive control of altitude and position that can be adapted for a mission of cubed dimensions. Another example is the synthetic diaphragm radio telescope, which consists of a large number of small satellites, each representing an individual fragment of a large antenna. In order to make a useful antenna, each satellite must determine and control with high precision its own altitude and position in relation to the other satellites. the space encounter is also important in the context of the repair of a satellite made in orbit by a "repair" satellite. The repair satellite must be able to meet with a potentially uncooperative target satellite, which must receive the repair operations.

O soluție pentru un astfel de dispozitiv de ghidare a fost descrisă în cererea de brevet US 2007/0129879 Al, care propune folosirea sistemului global de navigare prin satelit (GNSS) și a tehnologiei de bandă ultra-largă (UWB). Dezavantajul principal al acestei soluții constă în precizia scăzută a determinării poziției, mai ales când ținta este aproape, iar manevrele de apropiere necesită o determinare cât mai bună a poziției țintei.A solution for such a guidance device was described in US patent application 2007/0129879 Al, which proposes the use of the global navigation satellite system (GNSS) and ultra-wideband technology (UWB). The main disadvantage of this solution is the low accuracy of position determination, especially when the target is close, and approach maneuvers require a better determination of the target position.

Dispozitivul conform invenției înlătură dezavantajul arătat mai înainte prin aceea că permite determinarea poziției relative a țintei cu o foarte mare precizie, permițând totodată automatizarea procesului de cuplare.The device according to the invention removes the disadvantage shown above in that it allows the determination of the relative position of the target with a very high precision, while allowing the automation of the coupling process.

Problema tehnică pe care prezenta invenție își propune să o rezolve constă în determinarea poziției relative a țintei și ghidarea vehiculului spațial pentru realizarea întâlnirii în bune condiții cu ținta.The technical problem that the present invention aims to solve consists in determining the relative position of the target and guiding the spacecraft to achieve the meeting in good conditions with the target.

Dispozitivul conform invenției are ca element principal unitatea de senzor, alcătuită dintr-un emițător cu diodă laser, care realizează iluminarea țintei, și un receptor, ce foloseșteThe device according to the invention has as main element the sensor unit, consisting of a laser diode emitter, which realizes the illumination of the target, and a receiver, which uses

RO 134961 Α2 ^ί/ un senzor CCD de mare rezoluție, care realizează imaginea țintei și o transmite unității de control și ghidare, care generează semnalele de ghidare și efectuează manevrele necesare.EN 134961 Α2 ^ ί / a high-resolution CCD sensor, which achieves the target image and transmits it to the control and guidance unit, which generates the guidance signals and performs the necessary maneuvers.

Emițătorul și receptorul au o cale comună, aceasta fiind o cerință impusă de necesitatea eliminării unghiului mort la apropierea de țintă. Emițătorul folosește o diodă laser de putere (20 - 30 W), ce generează o radiație în domeniul infraroșu apropiat, cu lungimea de undă de 850 sau 905 nm, radiație colimată de un obiectiv, în a cărui focar este plasată dioda laser. Fasciculul laser emis trece prin zona centrală decupată a unei oglinzi plane înclinate cu 45° (folosită la recepție). Iluminarea țintei se face cu un fascicul laser pentru a se asigura un raport semnal zgomot cât mai mare: radiația laser, având o lărgime spectrală foarte îngustă, va trece neatenuată prin filtrul interferențial (de bandă foarte îngustă) montat pe calea de recepție înaintea senzorului CCD, spre deosebire de radiația de fond (lumina parazită), care, având o lărgime spectrală foarte mare, va fi atenuată drastic de către filtrul interferențial. Fasciculul reflectat de țintă va fi focalizat de obiectiv și va fi deviat spre senzor de către oglinda plană înclinată cu 45°. Senzorul CCD de mare rezoluție (48 MPixeli) va digitiza imaginea formată pe suprafața sa activă și va transmite datele unității de control și ghidare, care generează semnalele de ghidare și efectuează manevrele necesare.The transmitter and receiver have a common path, this being a requirement imposed by the need to eliminate the blind spot near the target. The transmitter uses a power laser diode (20 - 30 W), which generates radiation in the near infrared range, with a wavelength of 850 or 905 nm, radiation collimated by a lens, in whose focus the laser diode is placed. The emitted laser beam passes through the cut-out central area of a 45 ° inclined plane mirror (used at the reception). The target is illuminated with a laser beam to ensure the highest possible signal-to-noise ratio: the laser radiation, with a very narrow spectral bandwidth, will pass unattended through the interference filter (very narrow band) mounted on the reception path before the CCD sensor , unlike the background radiation (parasitic light), which, having a very high spectral width, will be drastically attenuated by the interference filter. The beam reflected by the target will be focused by the lens and will be deflected towards the sensor by the 45 ° inclined flat mirror. The high-resolution CCD sensor (48 MPixels) will digitize the image formed on its active surface and will transmit the data to the control and guidance unit, which generates the guidance signals and performs the necessary maneuvers.

Invenția prezintă următoarele avantaje:The invention has the following advantages:

- Este realizabilă folosind componente relativ ieftine.- It is achievable using relatively inexpensive components.

- Asigură o precizie ridicată a determinării poziției relative a țintei.- Provides high accuracy in determining the relative position of the target.

- Permite automatizarea procesului de ghidare a vehiculului spațial spre țintă.- Allows automation of the process of guiding the spacecraft to the target.

O formă preferată de realizare a invenției se prezintă în continuare, în legătură cu Fig. 1. Dispozitivul de ghidare pentru operații de rendez-vous în spațiu determină deplasarea imaginii obiectului cu care se face operația de rendez-vous (ținta). Pentru aceasta se folosește o diodă laser (1) în impuls care emite un fascicul laser (2) cu o putere de 20 - 30 W la o lungime de undă de 850 sau 905 nm, fascicul ce trece prin zona decupată a oglinzii (3) și este colimat de obiectivul (4), în focarul căruia este plasată dioda laser (1), realizând iluminarea țintei (5). Fasciculul reflectat (6) de aceasta este focalizat de același obiectiv (4) pe suprafața activă a unui senzor CCD (8) de mare rezoluție (48 Mpixel), după ce a fost reflectat de oglinda (3) și a trecut printr-un filtru interferențial (7), ce lucrează pe aceeași lungime de undă cu radiația laser emisă de dioda (1), în scopul înlăturării zgomotului de fond (altă radiație decât cea laser folosită). Datele furnizate de senzorul CCD (8) sunt trimise apoi unei unități de control și ghidare (9), alcătuită dintr-un microcontroler (10), care prelucrează imaginea, un autopilot (11), care generează comenzile necesare operației de rendez-vous și elementele de acționare (12), care realizează operația de rendez-vous.A preferred embodiment of the invention is set forth below in connection with FIG. 1. The guide device for rendez-vous operations in space determines the movement of the image of the object with which the rendez-vous operation is performed (target). For this, a pulse laser diode (1) is used which emits a laser beam (2) with a power of 20 - 30 W at a wavelength of 850 or 905 nm, the beam passing through the cut-off area of the mirror (3) and is collimated by the objective (4), in the focus of which the laser diode (1) is placed, achieving the illumination of the target (5). The beam reflected (6) by it is focused by the same lens (4) on the active surface of a high-resolution CCD sensor (8) (48 Mpixel), after being reflected by the mirror (3) and passed through a filter interference (7), working on the same wavelength as the laser radiation emitted by the diode (1), in order to remove the background noise (radiation other than the laser used). The data provided by the CCD sensor (8) is then sent to a control and guidance unit (9), consisting of a microcontroller (10), which processes the image, an autopilot (11), which generates the commands necessary for the rendez-vous operation and actuating elements (12), which perform the rendez-vous operation.

Claims (1)

Dispozitiv de ghidare pentru operații de rendez-vous în spațiu prin determinarea deplasării imaginii obiectului cu care se face operația de rendez-vous (ținta), iluminat cu un fascicul laser de putere în domeniul infraroșu apropiat, imagine formată pe un senzor CCD de mare rezoluție, caracterizat prin aceea că este alcătuit dintr-o diodă laser (1) în impuls care emite un fascicul laser (2) cu o putere de 20 - 30 W la o lungime de undă de 850 sau 905 nm, ce trece prin zona decupată a oglinzii (3) și este colimat de obiectivul (4), în focarul căruia este plasată dioda laser, realizând iluminarea țintei (5), fasciculul reflectat (6) de aceasta fiind focalizat de același obiectiv (4) pe suprafața activă a unui senzor CCD (8) de mare rezoluție (48 Mpixel), după ce a fost reflectată de oglinda (3) și a trecut printr-un filtru interferențial (7), ce lucrează pe aceeași lungime de undă cu radiația laser emisă de dioda (1), în scopul înlăturării zgomotului de fond (altă radiație decât cea laser folosită), datele furnizate de senzorul CCD (8) fiind trimise apoi unei unități de control și ghidare (9), alcătuită dintr-un microcontroler (10), care prelucrează imaginea, un autopilot (11), care generează comenzile necesare operației de rendez-vous și elementele de acționare (12), care realizează operația de rendez-vous.Guidance device for rendezvous operations in space by determining the movement of the image of the object with which the rendezvous operation is performed (target), illuminated with a laser beam of power in the near infrared range, image formed on a high-resolution CCD sensor , characterized in that it consists of a pulsed laser diode (1) emitting a laser beam (2) with a power of 20-30 W at a wavelength of 850 or 905 nm, passing through the cut-off area of the the mirror (3) and is collimated by the objective (4), in the focus of which the laser diode is placed, illuminating the target (5), the beam reflected (6) by it being focused by the same objective (4) on the active surface of a CCD sensor (8) high resolution (48 Mpixel), after being reflected by the mirror (3) and passed through an interference filter (7), working on the same wavelength as the laser radiation emitted by the diode (1), in order to remove background noise (radiation other than laser used), the data provided by the CCD sensor (8) is then sent to a control and guidance unit (9), consisting of a microcontroller (10), which processes the image, an autopilot (11), which generates the commands necessary for the rendering operation -vous and actuators (12), which perform the rendez-vous operation.
RO201900728A 2019-11-12 2019-11-12 Guiding device for space rendezvous operations RO134961A2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RO201900728A RO134961A2 (en) 2019-11-12 2019-11-12 Guiding device for space rendezvous operations

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RO201900728A RO134961A2 (en) 2019-11-12 2019-11-12 Guiding device for space rendezvous operations

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RO134961A2 true RO134961A2 (en) 2021-05-28

Family

ID=76070144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RO201900728A RO134961A2 (en) 2019-11-12 2019-11-12 Guiding device for space rendezvous operations

Country Status (1)

Country Link
RO (1) RO134961A2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10684359B2 (en) Long range LiDAR system and method for compensating the effect of scanner motion
CN109477896B (en) Optical system for sensing scan field
US8958057B2 (en) Camera-style lidar setup
US7834984B2 (en) Device for optical distance measurement
CN110780284A (en) Receiving system, laser radar including the same, and method of echo reception processing
US6816112B1 (en) Hybrid RF/optical acquisition and tracking system and method
CN101430377A (en) Non-scanning 3D imaging laser radar optical system based on APD array
US10659159B2 (en) Combined imaging and laser communication system
KR101951242B1 (en) Lidar device and system comprising the same
US10197381B2 (en) Determination of the rotational position of a sensor by means of a laser beam emitted by a satellite
US20210109200A1 (en) Light scanner
JP2011239380A (en) Method for simultaneously transmitting wide and narrow optical beacon signals
CN114667464A (en) Planar optical device with passive elements for use as a conversion optical device
CN115136025A (en) Laser detection system and vehicle
US10113908B1 (en) System and method of optical axis alignment monitor and feedback control for a spectrometer
RO134961A2 (en) Guiding device for space rendezvous operations
AU5937899A (en) Laser distance-measuring apparatus for large measuring ranges
JPH09318743A (en) Distance measuring apparatus
US10066937B2 (en) Measurement system and measuring method
KR101414207B1 (en) Imaging Laser Radar Optics System with Inscribed Transmitting Module and Receiving Module
EA201892177A1 (en) ANTENNA FOR DATA ACCEPTANCE FROM LOW-SALT SATELLITES
US20220276346A1 (en) Receiving unit for a lidar device
CN106342264B (en) A kind of double-view field optical transmitting system
CN113820721A (en) Laser radar system with separated receiving and transmitting
US11841217B2 (en) WFOV backward-propagating active-to-passive autoalignment system