空间碎片探测成像及通信系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于空间目标探测与信息传输技术领域，特别是涉及到一种空间碎片探测系统。
【背景技术】
[0002]随着人类探索太空活动的逐年增多，空间碎片的存在严重威胁着在轨运行航天器的安全，对空间碎片进行监测，并将其信息快速回传具有重要意义。国内外在激光通信与测距相结合、激光通信与成像相结合两个方面开展了研宄。
[0003]1、激光通信与测距相结合研宄
[0004]美国X2000飞行终端是一个多功能仪器，不仅能完成双向通信，还具有双向激光测距和激光高度计等功能。在飞行终端结构设计中，测距和通信共用信号光，采用应答测距体制进行激光测距，实现激光测距和激光通信复用的目的。
[0005]欧洲的光学地面站和日本国际光学地面站除了可以作为星地激光己方通信终端使用外，可用于激光测距以及激光雷达模式下大气探测等。
[0006]美国还提出了一个SLR2000卫星激光测距站的改造方案，就是将激光测距和激光通信结合起来。SLR2000C的主要改造思想是利用SLR2000激光测距机的测距光作为激光通信的信标光用于跟踪瞄，在SLR2000卫星激光测距机上加装波长在1550nm附近激光器用于和卫星通信建立双向通信。
[0007]中国航天504所采用异步应答激光测距通信技术。激光接收单元接收到反射激光脉冲之后，触发激光发射单元由原来的发射状态转换为截止状态，激光脉冲的发射和接收是相互关联的，即需要两个端机之间配合的激光测距，不能对非合作目标进行激光测距。
[0008]2、激光通信、成像相结合研宄
[0009]美国JPL实验室为小型飞行器提出激光通信和空间成像一体化(ACLAIM)的设计方案。激光通信天线和空间相机共用一个前置望远镜，利用探测器阵列作为ATP和成像接收。
[0010]但是，这两方面的研宄中在空间碎片激光测距、成像探测、激光通信相结合方面并没有研宄报道。因此，现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
【发明内容】
[0011]本发明所要解决的技术问题是:提供一种空间碎片探测成像及通信系统，通过光机结构设计，将激光测距、成像探测、激光通信高度结合，实现了对空间碎片的测量、成像及通信多功能一体化。
[0012]空间碎片探测成像及通信系统，包括空间碎片探测与跟踪子系统、通信粗跟踪子系统、成像与通信精跟踪子系统以及跟踪转台子系统，其中空间碎片探测与跟踪子系统、通信粗跟踪子系统、成像与通信精跟踪子系统放在跟踪转台子系统上；空间碎片探测与跟踪子系统与成像与通信精跟踪子系统光轴平行，且并行排列；通信粗跟踪子系统与成像与通信精跟踪子系统光轴垂直；
[0013]所述空间碎片探测与跟踪子系统包括望远光学单元1、半反半透单元1、分光单元1、探测激光发射单元、测距接收单元、跟踪探测单元以及跟踪处理单元，望远光学单元
1、半反半透单元I以及分光单元I同光轴，且串联排列；探测激光发射单元放在半反半透单元I的反射方向上，探测激光通过半反半透单元I的反射后，经望远光学单元I发射；测距接收单元放在分光单元I的反射方向上，跟踪探测单元放在分光单元I的透射方向上；碎片反射光经望远光学单元1、半反半透单元I以及分光单元I后，被测距接收单元和探测跟踪单元接收，完成碎片测距和跟踪成像；跟踪处理单元根据成像产生控制信号控制跟足示转台子系统转动，完成对碎片的跟足示;
[0014]所述通信粗跟踪子系统由半反半透摆镜、望远光学系统I1、分光单元I1、粗信标接收单元以及粗信标发射单元组成；在半反半透摆镜的透射方向上，望远光学系统I1、分光单元I1、粗信标接收单元同光轴，且依次排列放置；所述粗信标发射单元放在分光单元II的反射方向上，粗信标发射单元发出粗信标光，通过分光单元I1、望远光学系统II透射以及半反半透摆镜反射后出射；粗信标接收单元接收己方通信终端的粗信标光，对半反半透摆镜进行控制，使粗信标光经半反半透摆镜入射到成像与通信精跟踪子系统中，完成对己方通信终端的粗跟踪；
[0015]所述成像与通信精跟踪子系统包括望远光学单元II1、半反半透单元I1、分光单元II1、偏振成像单元、光谱成像单元、信息融合处理单元、振镜单元、分光单元IV、精信号光发射和接收单元以及通信光发射和接收单元，所述望远光学单元III，半反半透单元I1、分光单元II1、偏振成像单元同光轴，且串联排列；目标光经望远光学单元II1、半反半透单元I1、分光单元III透射，在偏振成像单元上偏振成像；所述光谱成像单元放在分光单元III的反射方向上，完成光谱成像；振镜单元、分光单元IV同光轴，且串联排列，设置在半反半透单元II的反射方向上；所述精信号光发射和接收单元放置在分光单元IV的反射方向上，所述通信光发射和接收单元放置在分光单元IV的透射方向上，精信号光发射和接收单元发射精信号光经过振镜单元反射入射到半反半透单元II，经半反半透单元II反射入射到望远光学单元III，经望远光学单元III出射；同时，目标发射的精信号光经望远光学单元III，半反半透单元II，振镜单元，分光单元IV后由精信号光发射和接收单元接收，根据接收的精信标成像产生控制信号控制振镜单元转动，直至精信标成像在视场中心，完成对目标的精跟踪。
[0016]所述通信粗跟踪子系统中半反半透摆镜的反射方向对准成像与通信精跟踪子系统的接收方向。
[0017]所述通信光发射和接收单元用于发射、接收信号光进行光通信。
[0018]通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果:空间碎片探测成像及通信系统，通过光机结构设计，将激光测距、成像探测、激光通信高度结合，实现了对空间碎片的测量、成像及通信多功能一体化。可以实现探测体现在对空间碎片发现、跟踪、测距，以确定碎片的轨道和运行规律；可以实现成像体现在对空间碎片的光谱、强度、相位等信息获取，以确定碎片尺寸、类型、与背景的对比度等；可以实现通信体现在将探测以及成像的信息准确及时传输到卫星、空间站、地面站等，提高了系统的使用效率。
【附图说明】
[0019]以下结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的说明:
[0020]图1为本发明空间碎片探测成像及通信系统组成示意框图。
[0021]其中，1-空间碎片探测与跟踪子系统、10-望远光学单元1、11_半反半透单元1、12-分光单元1、13-探测激光发射单元、14-测距接收单元、15-跟踪探测单元、16-跟踪处理单元、2-通信粗跟踪子系统、20-半反半透摆镜、21-望远光学单元II ,22-分光单元I1、23-粗信标接收单元、24-粗信标发射单元、3-成像与通信精跟踪子系统、30-望远光学单元II1、31-半反半透单元11、32-分光单元111、33-偏振成像单元、34-光谱成像单元、35-信息融合处理单元、36-振镜单元、37-分光单元IV、38-精信号光发射和接收单元、39-通信光发射和接收单元、4-跟踪转台子系统。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图对本发明做出进一步说明，如图1所示的空间碎片探测成像及通信系统，包括空间碎片探测与跟踪子系统1、通信粗跟踪子系统2、成像与通信精跟踪子系统3以及跟踪转台子系统4 ;空间碎片探测与跟踪子系统1、通信粗跟踪子系统2、成像与通信精跟踪子系统3放在跟踪转台子系统4上；空间碎片探测与跟踪子系统I与成像与通信精跟踪子系统3光轴平行，且并行排列；通信粗跟踪子系统2与成像与通信精跟踪子系统3光轴垂直。
[0023]所述的空间碎片探测与跟踪子系统I由Thorlabs公司的EB02_05_A型号望远光学单元I 10，Thorlabs公司的EBS2型号半反半透单元I 11，Thorlabs公司的SL-800M型号分光单元I 12，Thorlabs公司的ML620G40型号探测激光发射单元13，Thorlabs公司的4070M-CL测距接收单元14，Thorlabs_PDA8GS型号跟踪探测单元15，跟踪处理单元16组成。望远光学单元I 10，半反半透单元I 11，分光单元I 12同光轴串联排列，探测激光发射单元13放在半反半透单元I 11的反射方向上，探测激光通过半反半透单元I 11的反射后，经望远光学单元I 10发射。测距接收单元14和跟踪探测单元15分别放在分光单元I 12的反射、透射方向上，碎片反射光经望远光学单元I 10，半反半透单元I 11，分光单元
I12后，被测距接收单元14和探测跟踪单元15接收，完成碎片测距和跟踪成像。跟踪处理单元16根据成像产生控制信号控制跟踪转台子系统4转动，完成对碎片的跟踪。
[0024]所述的通信粗跟踪子系统2由Thorlabs公司的EBS2型