[发明专利]一种面向高精度自主导航的复合无拖曳模式实现装置及方法

权利要求书

1.一种面向高精度自主导航的复合无拖曳模式实现装置，其特征在于，包括激光器阵列、激光光束整形装置、检验质量块、光电转换阵列、数据处理模块、航天器腔体和输入窗；

所述激光器阵列由N个激光器构成，N为偶数且N不小于2，输出的相邻光束之间的间隙忽略不计；

所述激光光束整形装置用于将所述激光器发射的光束均分为左右两部分，整形后得到矩形光束，并分配到输入窗；

所述激光光束整形装置包括光束分配单元和光束整形单元；所述光束分配单元将所述激光器阵列输出的N束高斯光均分为左右两部分，每一部分的激光束数量为N/2，并送入所述光束整形单元进行光束整形；所述光束整形单元按从中心向外围的规则，依次分配整形后的光束；所述光束整形单元包括空间滤波器、平顶光束整形元件和聚焦镜；所述空间滤波器用于在光束整形之前对入射激光进行处理，去除光束中的高阶模和噪声；所述平顶光束整形元件将待整形高斯光束进行相位调制，并在所述聚焦镜的近焦平面上获得矩形平顶光斑；

所述输入窗包括左输入窗和右输入窗，分别安装在所述航天器腔体内壁上，左输入窗和右输入窗的间距为所述检验质量块沿X方向的长度；所述左输入窗和右输入窗分别由N/2个子窗口构成，所述子窗口的大小与所述矩形平顶光斑的大小相同，且所述子窗口之间间距忽略不计；

所述矩形光束分别通过左输入窗和右输入窗进入航天器腔体内，由光电转换阵列探测；

所述检验质量块为规则对称结构，初始时位于航天器腔体中心；

所述光电转换阵列包括左接收阵列和右接收阵列，分别安装在与所述左输入窗和右输入窗相对的航天器腔体内壁上，用于将探测到的光信号转换成电信号输出功率给所述数据处理模块；

所述数据处理模块根据两个不同时刻的功率之差和所述检验质量块的相对位置之间的关系解算所述检验质量块的相对位置和相对加速度大小。

2.如权利要求1所述的面向高精度自主导航的复合无拖曳模式实现装置，其特征在于，还包括反射镜，所述反射镜将所述激光器阵列输出的N束激光经过光路调整，输送到所述激光光束整形装置中。

3.如权利要求1所述的面向高精度自主导航的复合无拖曳模式实现装置，其特征在于，所述左接收阵列由m行n列相同的光电转换单元构成；所述右接收阵列由m行n列相同的光电转换单元构成，m和n均为正整数；

所述光电转换单元的尺寸为长L，宽W；所述矩形平顶光斑长为C₁，宽为C₂；所述检验质量块的长度为D；

对于所述左输入窗和所述左接收阵列以及所述右输入窗和所述右接收阵列，满足以下关系式：

C₂＝W×m；

W≤LC₂C₁＜＜D。

4.如权利要求1所述的面向高精度自主导航的复合无拖曳模式实现装置，其特征在于，所述相对加速度由所述检验质量块的相对位置进行二次微分处理得到。

5.一种面向高精度自主导航的复合无拖曳模式实现方法，其特征在于，采用权利要求1-3中任意一种复合无拖曳模式实现装置，激光器阵列发射N束激光，相邻激光光束之间的间隙忽略不计，所述激光通过激光光束整形装置整形后均分为左、右两部分矩形光束并输出；所述矩形光束分别通过航天器腔体内壁上的左输入窗和右输入窗进入腔内，由光电转换阵列探测；所述光电转换阵列将探测到的光信号转换成电信号并输出功率给数据处理模块；所述数据处理模块根据两个不同时刻的功率之差和位于航天器腔体的检验质量块的相对位置之间的关系解算所述检验质量块的相对位置和相对加速度大小。

6.如权利要求5所述的面向高精度自主导航的复合无拖曳模式实现方法，其特征在于，所述相对加速度由所述检验质量块的相对位置进行二次微分处理得到。