CN105953819B - 一种适用于交会对接光学成像敏感器和激光雷达的合作目标装置 - Google Patents

一种适用于交会对接光学成像敏感器和激光雷达的合作目标装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于交会对接光学成像敏感器和激光雷达的合作目标装置，包括单个中央角锥棱镜、N个边缘角锥棱镜、环形滤光片以及合作目标壳体；激光雷达测量时，仅中央角锥棱镜回光，视场角范围‑20度～20度；交会对接光学成像敏感器测量时，中央角锥棱镜和边缘角锥棱镜阵列同时回光，视场角范围‑16度～16度；合作目标壳体上设计了测量基准，用于表征交会对接光学成像敏感器和激光雷达的测量坐标系。本发明可同时应用于交会对接光学成像敏感器和激光雷达，能够降低交会对接飞行器布局难度，使两种敏感器最近工作距离达到0.5m，完成对接，提高了交会对接模式的可靠性。

Description

一种适用于交会对接光学成像敏感器和激光雷达的合作目标 装置
技术领域
本发明涉及一种适用于交会对接相对导航敏感器的合作目标装置，尤其涉及一种交会对接光学成像敏感器和激光雷达的合作目标装置。
背景技术
空间交会对接任务普遍采用激光雷达、交会对接光学成像敏感器作为中近距离至对接完成距离段的交会测量敏感器。激光雷达可以在相对距离20km～0.5m范围内提供两飞行器之间的相对运动参数；交会对接光学成像敏感器可以在150m～0.5m范围内提供两飞行器间高精度六自由度相对位姿导航信息。以往激光雷达与交会对接光学成像敏感器均采用合作目标设计，分别对各自的合作目标进行测量。两种敏感器最近工作距离受限于各自的合作目标在目标飞行器上的布局。我国以往的交会对接任务中，由于两飞行器上敏感器多导致布局困难等原因，激光雷达的最近工作距离一般在10m以远，因此交会对接光学成像敏感器是对接段的唯一相对导航敏感器，没有其他敏感器可以备份。
目前，美国马歇尔空间飞行中心报道了交会对接光学成像敏感器系列产品，分别为VGS、AVGS、NGAVGS，其合作目标采用3个角锥棱镜构成角锥棱镜阵列形式，如图1所示。
适用于光学成像敏感器和激光雷达的合作目标装置，目前尚未见到相关报道。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种适用于交会对接相对导航敏感器的合作目标装置，能够同时用于两种敏感器的测量，使两敏感器最近工作距离至对接完成，互相备份。
本发明的技术解决方案是：本发明一种适用于交会对接光学成像敏感器和激光雷达的合作目标装置，包括中央角锥棱镜(1)、N个边缘角锥棱镜(2)、环形滤光片(3)、合作目标壳体(4)；所述的中央角锥棱镜(1)位于合作目标的几何中心，中央角锥棱镜(1)的折射面镀有双通介质膜，透射交会对接光学成像敏感器和激光雷达的照明光；N个边缘角锥棱镜(2)围绕中央角锥棱镜(1)中心对称分布，环形滤光片(3)覆盖于N个边缘角锥棱镜的折射面，合作目标壳体(4)按照上述构型将中央角锥棱镜(1)、N个边缘角锥棱镜(2)、环形滤光片(3)定位并紧固；环形滤光片(3)镀有单通介质膜，透射交会对接光学成像敏感器的照明光，截至激光雷达的照明光；光学成像敏感器的照明光照射时，透过中央角锥棱镜(1)折射面的介质膜，经中央角锥棱镜(1)折返射后再次透过介质膜原路返回，光学成像敏感器接收光路照射到环形滤光片(3)的照明光经滤光片透射后分别进入N个边缘角锥棱镜(2)，经N个边缘角锥棱镜(2)折返射后原路返回，光学成像敏感器接收光路，激光雷达照的明光照射时，透过中央角锥棱镜(1)折射面的介质膜，经中央角锥棱镜(1)折返射后再次透过介质膜原路返回由雷达接收光路，照射到环形滤光片(3)的照明光被滤光片截至，无反射光。
所述N个边缘角锥棱镜(2)的折射面共面。
所述N个边缘角锥棱镜(2)有效口径相同。
所述N为6或12。
所述环形滤光片(3)完全覆盖N个边缘角锥棱镜(2)的折射面，且不覆盖中央角锥棱镜(1)的折射面。
所述合作目标壳体(4)结构上对称分布4个十字刻线，表征交会对接光学成像敏感器和激光雷达的测量坐标系。
所述中央角锥棱镜(1)的有效口径依据激光雷达光路设计决定，为16mm～25mm。
所述中央角锥棱镜(1)的视场角范围-20度～20度，三个全反射面镀银膜。
中央角锥棱镜(1)有效口径依据交会对接光学成像敏感器光路设计决定，为10mm±1mm。
所述N个边缘角锥棱镜(2)中任意角锥棱镜视场角范围不小于-16度～16度。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明的回光角锥棱镜采用中央角锥棱镜和N个边缘角锥棱镜的结构形式，中央角锥棱镜可以反射激光雷达照明光，中央角锥棱镜和N个边缘角锥棱镜能够反射交会对接光学成像敏感器照明光，同一目标可以用于两类交会对接敏感器。
(2)本发明通过采用中央角锥棱镜双波长反射回光，N个边缘角锥棱镜单波长反射回光，实现了增强交会对接成像式敏感器回光能量及回光对称性，避免激光雷达受边缘角锥棱镜回光干扰。
(3)本发明相比现有技术，解决了敏感器布局难题，使交会对接光学成像敏感器和激光雷达的最近工作距离拉近至完成对接，增加了对接模式的可靠性。
(4)激光雷达测量时，仅中央角锥棱镜回光，视场角范围-20度～20度；交会对接光学成像敏感器测量时，中央角锥棱镜和边缘角锥棱镜阵列同时回光，视场角范围-16度～16度；合作目标壳体上设计了测量基准，用于表征交会对接光学成像敏感器和激光雷达的测量坐标系。本发明可同时应用于交会对接光学成像敏感器和激光雷达，能够降低交会对接飞行器布局难度，使两种敏感器最近工作距离达到0.5m，完成对接，提高了交会对接模式的可靠性。
附图说明
图1为美国马歇尔空间飞行中心VGS系列敏感器目标结构图；
图2为本发明结构组成图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述：
如图2所示，本发明一种适用于交会对接光学成像敏感器和激光雷达的合作目标装置，包括：中央角锥棱镜1、N个边缘角锥棱镜2、环形滤光片4、合作目标壳体4，N个边缘角锥棱镜2以中央角锥镜1为中心对称分布，N个边缘角锥棱镜2的折射面共面排列，且N个边缘角锥棱镜2有效口径相同，N可以取6或12，N个边缘角锥棱镜2中任意角锥棱镜视场角范围不小于-16度～16度。
环形滤光片3完全覆盖在N个边缘角锥棱镜的折射面上，中空部分用于避免遮***角锥棱镜1的折射面，合作目标壳体4通过必要的模板支撑结构和压圈将中央角锥棱镜1、N个边缘角锥棱镜2、环形滤光片3支撑并紧固，合作目标壳体4端面圆周上均匀刻4个十字刻线，将合作目标的坐标系引出，用于光学成像敏感器和激光雷达测量。中央角锥棱镜1的有效口径依据激光雷达光路设计决定，为16mm～25mm，中央角锥棱镜1有效口径依据交会对接光学成像敏感器光路设计决定，为10mm±1mm。中央角锥棱镜1的视场角范围-20度～20度，三个全反射面镀银膜。
光学成像敏感器照明光照射到合作目标，透过中央角锥棱镜1折射面的介质膜，经中央角锥棱镜1折返射后再次透过介质膜原路返光学成像敏感器接收光路，照射到环形滤光片3的照明光经滤光片透射后分别进入N个边缘角锥棱镜2，经N个边缘角锥棱镜2折返射后原路返回光学成像敏感器接收光路，中央角锥棱镜1回光与N个边缘角锥棱镜2回光重合，增强了进入光学成像敏感器成像的回光能量，激光雷达照明光照射到合作目标，透过中央角锥棱镜1折射面的介质膜，经中央角锥棱镜1折返射后再次透过介质膜原路返雷达接收光路，照射到环形滤光片2的照明光被滤光片截至，无反射光，由于避免了边缘角锥棱镜的回光干扰，保证了激光雷达的测量精度。
如图2所示，合作目标壳体设计支撑网格，用于中央角锥棱镜1和N个边缘角锥棱镜2的布局与定位，实施中N＝12，12个边缘角锥棱镜布局成正六边形，折射面共面排列，围绕中央角锥棱镜1对称分布。中央角锥镜1有效通光口径19mm，边缘角锥棱镜通光口径10mm，因此中央角锥棱镜1高度高于N个边缘角锥棱镜2，同时设计环形滤光片3覆盖在边缘角锥棱镜折射面。装调时，中央角锥棱镜1透过环形滤光片，折射面与环形滤光片3上表面共面。
本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种适用于交会对接光学成像敏感器和激光雷达的合作目标装置，其特征在于：包括中央角锥棱镜(1)、N个边缘角锥棱镜(2)、环形滤光片(3)、合作目标壳体(4)；所述的中央角锥棱镜(1)位于合作目标的几何中心，中央角锥棱镜(1)的折射面镀有双通介质膜，透射交会对接光学成像敏感器和激光雷达的照明光；N个边缘角锥棱镜(2)围绕中央角锥棱镜(1)中心对称分布，环形滤光片(3)覆盖于N个边缘角锥棱镜的折射面，合作目标壳体(4)按照上述构型将中央角锥棱镜(1)、N个边缘角锥棱镜(2)、环形滤光片(3)定位并紧固；环形滤光片(3)镀有单通介质膜，透射交会对接光学成像敏感器的照明光，截至激光雷达的照明光；光学成像敏感器的照明光照射时，透过中央角锥棱镜(1)折射面的介质膜，经中央角锥棱镜(1)折返射后再次透过介质膜原路返回，光学成像敏感器接收光路照射到环形滤光片(3)的照明光经滤光片透射后分别进入N个边缘角锥棱镜(2)，经N个边缘角锥棱镜(2)折返射后原路返回，光学成像敏感器接收光路，激光雷达照的明光照射时，透过中央角锥棱镜(1)折射面的介质膜，经中央角锥棱镜(1)折返射后再次透过介质膜原路返回由雷达接收光路，照射到环形滤光片(3)的照明光被滤光片截至，无反射光。
2.根据权利要求1所述的一种适用于交会对接光学成像敏感器和激光雷达的合作目标装置，其特征在于：所述N个边缘角锥棱镜(2)的折射面共面。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于交会对接光学成像敏感器和激光雷达的合作目标装置，其特征在于：所述N个边缘角锥棱镜(2)有效口径相同。
4.根据权利要求1-2任意之一所述的一种适用于交会对接光学成像敏感器和激光雷达的合作目标装置，其特征在于：所述N为6或12。
5.根据权利要求1或2所述的一种适用于交会对接光学成像敏感器和激光雷达的合作目标装置，其特征在于：所述环形滤光片(3)完全覆盖N个边缘角锥棱镜(2)的折射面，且不覆盖中央角锥棱镜(1)的折射面。
6.根据权利要求1所述的一种适用于交会对接光学成像敏感器和激光雷达的合作目标装置，其特征在于：所述合作目标壳体(4)结构上对称分布4个十字刻线，表征交会对接光学成像敏感器和激光雷达的测量坐标系。
7.根据权利要求1所述的一种适用于交会对接光学成像敏感器和激光雷达的合作目标装置，其特征在于：所述中央角锥棱镜(1)的有效口径依据激光雷达光路设计决定，为16mm～25mm。
8.根据权利要求1所述的一种适用于交会对接光学成像敏感器和激光雷达的合作目标装置，其特征在于：所述中央角锥棱镜(1)的视场角范围-20度～20度，三个全反射面镀银膜。
9.根据权利要求1所述的一种适用于交会对接光学成像敏感器和激光雷达的合作目标装置，其特征在于：中央角锥棱镜(1)有效口径依据交会对接光学成像敏感器光路设计决定，为10mm±1mm。
10.根据权利要求1所述的一种适用于交会对接光学成像敏感器和激光雷达的合作目标装置，其特征在于：所述N个边缘角锥棱镜(2)中任意角锥棱镜视场角范围不小于-16度～16度。
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