一种用于通信雷达及分光成像的多功能星载光学系统

本发明涉及星载光学系统应用领域，尤其涉及对体积重量有严格限制要求的一种用于通信雷达及分光成像的多功能星载光学系统。

背景技术：

1、星载光学系统是搭载于星上的光学载荷的核心部件。根据应用需求，星上光学载荷可实现诸如激光通信、激光雷达探测、目标可见光成像、目标红外热成像等多种功能。对于成像光学系统来说，通光口径越大，则对目标的探测能力越强；对于激光发射系统来说，更高的激光准直度需要更大的扩束比，因此所需的扩束光学系统的镜片通光口径也需要更大。因此在一颗卫星上多个功能的光学系统为了追求更高的光学性能，需要使用更大的光学镜片，多个不同功能的光学系统需求叠加，会使得对卫星的运载体积重量需求大幅增加，因此单颗卫星实现超多功能的可行性大幅下降。因此应用共口径分光路方法，可以在不过分增加星载光学系统体积重量的同时，实现通信、雷达探测、成像等多种功能，更加适用于单星功能集成。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明针对目前单颗卫星运载能力受限，无法满足多个不同功能光学系统对大体积重量的需求叠加，因此提供一种用于通信雷达及分光成像的多功能星载光学系统方案。利用反射镜在波长选择性上不敏感的特点，多个具有不同功能的系统共用一个大口径的反射式物镜，进行光束的发射或接收，实现多功能系统的一体化集成设计。对体积重量有严格要求的星载应用场景，可以有效降低成本，提升功能可实现性。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

5、利用反射镜在波长选择性上不敏感的特点，多个具有不同功能的系统共用一个大口径的反射式物镜，进行光束的发射或接收，实现多功能系统的一体化集成设计。具体设计如下：

6、(1)接收光路物镜采用具有高增益、大视场的折反射光路结构，将大大压缩光路长度。

7、(2)激光发射和接收系统采用共轴光路，发射准直光路充分利用接收光路的物镜准直扩束，这样将充分利用接收光路的光学口径，减少了发射光路的结构，缩小了整机的体积。

8、(3)采用共发射系统，激光雷达与激光通信使用同一套激光器与准直系统，大大减小了系统的重量和体积。

9、(4)激光器的功率和体积相对较大，采用光源和准直光路分离的结构。将激光器后置，同时将激光光束耦合至光纤，然后经准直光路准直、扩束后再进行光束发射。发光部分和准直部分的结构分离，将进一步减小系统的体积。

10、(5)采用共光路系统，红外成像、可见光成像、激光雷达以及激光通信采用同一光路进行信号接收，大大降低了系统复杂度，减小和系统重量和体积。

11、(6)同时共光路接收系统采用反射式结构光路，改变了现有光学系统和光学滤波器件分立的结构，将光路中各光学部件用作对工作波段以外的背景滤光。

12、(三)有益效果

13、本发明的有益效果是：目前单颗卫星运载能力受限，无法满足多个不同功能光学系统对大体积重量的需求叠加，因此提供一种用于通信雷达及分光成像的多功能星载光学系统方案。利用反射镜在波长选择性上不敏感的特点，多个具有不同功能的系统共用一个大口径的反射式物镜，进行光束的发射或接收，实现多功能系统的一体化集成设计。对体积重量有严格要求的星载应用场景，可以有效降低成本，提升功能可实现性。

技术特征：

1.一种用于通信雷达及分光成像的多功能星载光学系统，其特征在于，多功能星载光学系统应用于轻小型卫星上，利用反射镜对波长不敏感的特点，充分复用光学元件，可以共口径实现通信、雷达、多谱段成像这几种功能。

2.一种用于通信雷达及分光成像的多功能星载光学系统，其特征在于，权利1所述的多功能星载光学系统，可细分为以下几个功能系统：

3.一种用于通信雷达及分光成像的多功能星载光学系统，其特征在于，权利2所述p1物镜系统由反射式光学镜片组成，可实现宽谱段光束接收与发射。

4.一种用于通信雷达及分光成像的多功能星载光学系统，其特征在于，权利2所述的p2激光发射系统由p1物镜系统中的反射式光学镜片和激光器模块组成；p3激光通信系统与p4激光雷达系统共用了p2激光发射系统，用于实现激光发射功能。

5.一种用于通信雷达及分光成像的多功能星载光学系统，其特征在于，权利2所述的p3激光通信系统与p4激光雷达系统共用了p1物镜系统实现激光光束接收；同时p4激光雷达系统的探测器为面阵探测器，可以获取目标激光图像。

6.一种用于通信雷达及分光成像的多功能星载光学系统，其特征在于，权利2所述p5多谱段成像系统可分为紫外成像系统、可见光成像系统和红外成像系统，同时这几个多谱段成像系统共用了p1物镜系统，用于实现目标不同谱段成像功能。

7.一种用于通信雷达及分光成像的多功能星载光学系统，其特征在于，权利2所述p3激光通信系统、p4激光雷达系统、p5可见光成像系统和p6红外成像系统的工作波段不尽相同，根据波长依次实现相关的功能。

技术总结
本发明涉及一种用于通信雷达及分光成像的多功能星载光学系统。多功能星载光学系统具有通信、雷达探测、多谱段成像的功能，其原理是利用反射镜在波长选择性上不敏感的特点，多个具有不同功能的系统共用一个大口径的反射式物镜，进行光束的发射或接收，实现多功能系统的一体化集成设计。尤其针对需要多个大口径光学系统来提升光学性能、但对体积重量有严格要求的星载应用场景，可以有效降低成本，提升功能可实现性。

技术研发人员：唐义,刘婉玉,金丽花,曾天机,朱斌
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15