[发明专利]一种多模共光路位姿测量装置

说明书

技术领域

本发明属于目标探测与识别技术领域，具体涉及一种适用于天基平台的多模共光路位姿测量装置。

背景技术

获取空间目标的相对位姿是实现对其进行检测、接近、交会对接及维修等操作的前提。太空环境的特殊性，需要空间目标测量克服空间环境的卫星振动、参照系误差、轨道预测误差和背景光噪声等因素对测量精度的影响，实现对空间目标的精密测量。

空间目标相对姿态参数的测量主要是利用装载在卫星(空间飞行器)上的各种摄影测量系统、光电传感器及光电跟踪设备完成，主要是包括相对距离、俯仰角、偏置角的测量。

目前单目视觉只能适用于合作目标测量，需地面事先标定好及先验信息；双目立体视觉受基线限制，测量距离有限；扫描式激光雷达重构目标特征粗糙，无法获取目标的详细图像信息；采用多种方式备份组合使用，体积、质量大，且测量信息不融合，测量精度低。

发明内容

本发明采用单目可见光立体视觉+激光测距多模共光路融合，构建出非合作目标所有特征的三维模型的前提下进行位姿测量，适用于非合作目标位姿测量，无需地面事先标定及先验信息，且共光路设计具有精度高、紧凑、小型等特点。

一种多模共光路位姿测量装置，包括发射望远镜、激光测距单元、成像相机、中继光路单元、信息处理单元、控制系统和指向控制机构，成像相机与信息处理单元、激光测距单元与信息处理单元、信息处理单元与控制系统、控制系统与指向控制机构均通过总线连接；指向控制机构、激光测距单元、和成像相机分别与中继光路单元通过总线连接。

所述发射望远镜采用卡塞格林望远镜结构，主镜采用凹面镜，次镜采用凸面镜，通过微调主镜和次镜间的距离实现焦距的连续可调。

所述激光测距单元与成像相机采用双波段共孔径。

所述指向控制机构采用摆镜。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明中的目标探测、跟踪、速度和图像特征参数，尤其具备对空间非合作目标相对运动参数的测量(相对距离、相对速度、高低角和方位角)，提高空间操控的准确性。

(2)本发明的多模共光路位姿测量装置集成探测与测距功能，精度高、体积质量小，能够实现空间非合作目标的精确位姿测量，该发明可应用于轨道救援、交会对接和在轨操控。

附图说明

图1是本发明的光路系统组成图；

图2是本发明的系统组成示意图。

其中：1-发射望远镜主镜，2-发射望远镜次镜，3-第一反射镜片，4-分光片，5-第二反射镜片，6-第一窄带滤光片，7-第一光束整形镜组，8-可见光探测CCD，9-1064nm激光发射斜劈，10-第二窄带滤光片，11-第二光束整形镜组，12-激光测距接收模块，13-1064nm测距激光器，14-指向控制机构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明要求保护的范围。

本发明提出了一种多模共光路位姿测量装置，采用目标探测与激光测距共光路设计思路，遵循小型化和集成化设计原则，具有以下功能：具备对空间目标的三维模型、距离、姿态、高低角、方位角的测量；具备对空间目标的特征部位的识别功能。

多模共光路位姿测量装置的组成如图2所示，由发射望远镜、激光测距单元、成像相机、中继光路单元、信息处理单元、控制系统和指向控制机构组成，成像相机与信息处理单元、激光测距单元与信息处理单元、信息处理单元与控制系统、控制系统与指向控制机构均通过总线连接；指向控制机构、激光测距单元、和成像相机分别与中继光路单元通过总线连接。

发射望远镜:采用卡塞格林型望远镜，用于对空间目标的探测、测距和光束的扩束聚焦；发射望远镜采用卡塞格林望远镜结构，主镜采用大口径凹面镜，次镜采用小尺寸凸面镜，通过微调卡塞格林望远镜主次镜间的距离实现焦距的连续可调；该发射望远镜为收发共用系统，利用收发可逆通路完成1064nm测距激光发射、1064nm测距信号接收和为探测相机提供可见光波段接收通路。

激光测距单元:通过激光测距单元对空间目标进行测距，得到空间目标与服务平台之间的相对距离；

成像相机：成像相机通过发射望远镜对空间目标进行成像；成像相机采用小视场大像元芯片，实现空间目标的三维模型和特征部位的识别；