空间目标测距成像通信一体化系统的制作方法

本发明属于光学仪器技术领域，特别是涉及到一种空间目标测距成像通信一体化系统。

背景技术：

近年来，随着应用要求的不断提高，对系统的集成性、功能的多元化的需求也日益紧迫。原来的激光通信、激光测距、成像探测的单一功能已经不能满足人类发展的需要，因此，向激光测距和成像、通信相结合的多功能化“三合一”技术发展是必然趋势。美国的X2000项目是激光通信测距一体化最典型的例子。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、科学成像和激光高度计等功能。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。西安504也采用异步应答进行激光测距通信一体化技术。

因此现有技术当中需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种空间目标测距成像通信一体化系统，可实现同时三种功能，对空间非合作目标进行测距成像并与己方目标进行通信。

空间目标测距成像通信一体化系统，其特征是：包括成像跟踪分系统、测距分系统、粗跟踪系统、精跟踪系统、通信系统以及天线分系统；

所述成像跟踪分系统包括分光片Ⅰ、半反半透镜Ⅰ、偏振光谱成像单元、数据融合单元、跟踪单元以及跟踪转台，所述分光片Ⅰ与水平方向逆时针旋转45°角设置；所述半反半透镜Ⅰ与水平方向逆时针旋转45°角设置；分光片Ⅰ与半反半透镜Ⅰ相互平行且共光轴；所述偏振光谱成像单元的探测器接收方向与跟踪单元的探测器接收方向相垂直；

所述测距分系统包括分光片Ⅱ、半反半透镜Ⅱ、测距发射模块、测距接收模块以及测距处理模块，所述分光片Ⅱ与水平方向逆时针旋转45°角设置；所述半反半透镜Ⅱ与水平方向逆时针旋转45°设置；分光片Ⅱ和半反半透镜Ⅱ相互平行且共光轴；所述测距发射模块的探测器接收方向与测距接收模块的探测器接收方向相垂直；

所述粗跟踪系统包括分光片Ⅲ、半反半透镜Ⅲ、粗跟踪发射模块以及粗跟踪接收模块，所述分光片Ⅲ与水平方向顺时针旋转45°角设置；所述半反半透镜Ⅲ与水平方向顺时针旋转45°设置；分光片Ⅲ和半反半透镜Ⅲ相互垂直且共光轴；所述粗跟踪发射模块的探测器接收方向与粗跟踪接收模块的探测器接收方向相垂直；

所述精跟踪分系统包括振镜、分光片Ⅳ、分光片Ⅴ、精跟踪发射模块以及精跟踪接收模块，所述振镜与水平方向顺时针旋转45°角设置；

所述分光片Ⅳ与水平方向顺时针旋转45°角设置；振镜与分光片Ⅳ相互平行且共光轴；所述分光片Ⅴ与水平方向逆时针旋转45°设置；

分光片Ⅴ与分光片Ⅳ相互垂直且共光轴；所述精跟踪发射模块的探测器接收方向与精跟踪接收模块的探测器接收方向相互垂直；

所述通信分系统包括分光片Ⅵ、通信发射模块以及通信接收模块，所述分光片Ⅵ与水平方向顺时针旋转45°角设置，分光片Ⅵ与分光片Ⅳ相互平行且共光轴；通信发射模块的探测器接收方向与通信接收模块的探测器接收方向相互垂直；

所述天线分系统包括旋转分光镜以及折反混合卡塞格林光学系统；

所述折反混合卡塞格林光学系统包括主镜、次镜以及准直透镜组，所述主镜镀反射膜；所述次镜为有曲率的光学透镜，透镜的后表面镀膜后，成像光束400nm～700nm波段50％透过，50％反射，其他波段全部反射；旋转分光镜与折反混合卡塞格林光学系统共光轴。

所述分光片Ⅰ上镀400nm～700nm波段全反射膜，半反半透镜Ⅰ上镀有透过率和反射率均为50％的膜。

所述分光片Ⅱ上镀1064nm波长全部反射膜，其他波段光束全部透过分光片Ⅱ，半反半透镜Ⅱ镀有透过率和反射率均为50％的膜。

所述分光片Ⅲ上镀800nm～820nm波段全部反射膜，其他波段光束全部透过分光片Ⅲ，半反半透镜Ⅲ镀有透过率和反射率均为50％的膜。

所述分光片Ⅳ上镀1545nm～1555nm波段全部反射、1555nm～1565nm波段全部透射膜；分光片Ⅴ上镀1545nm波长全部透射、1555nm波长全部反射膜。

所述分光片Ⅵ上镀1565nm波长全部透射、1575nm波长全部反射膜。

所述旋转分光镜上镀400nm～700nm波段和1064波长全部透射膜，其他波段光束经旋转分光镜全部反射。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：一种空间目标测距成像通信一体化系统，可实现同时三种功能，对空间非合作目标进行测距成像并与己方目标进行通信。同时可利用单个口径同时实现测距成像以及通信的功能。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：

图1为本发明空间目标测距成像通信一体化系统结构示意框图。

图2为本发明空间目标测距成像通信一体化系统的成像跟踪分系统结构示意图。

图3为本发明空间目标测距成像通信一体化系统的测距分系统结构示意图。

图4为本发明空间目标测距成像通信一体化系统的粗跟踪分系统结构示意图。

图5为本发明空间目标测距成像通信一体化系统的精跟踪分系统结构示意图。

图6为本发明空间目标测距成像通信一体化系统的通信分系统结构示意图。

图7为本发明空间目标测距成像通信一体化系统的天线分系统结构示意图。

图中1-成像跟踪分系统、2-测距分系统、3-粗跟踪系统、4-精跟踪系统、5-通信系统、6-天线分系统、101-分光片Ⅰ、102-半反半透镜Ⅰ、103-偏振光谱成像单元、104-数据融合单元、105-跟踪单元、106-跟踪转台、201-分光片Ⅱ、202-半反半透镜Ⅱ、203-测距发射模块、204-测距接收模块、205-测距处理模块、301-分光片Ⅲ、302-半反半透镜Ⅲ、303-粗跟踪发射模块、304-粗跟踪接收模块、401-振镜、402-分光片Ⅳ、403-分光片Ⅴ、404-精跟踪发射模块、405-精跟踪接收模块、501-分光片Ⅵ、502-通信发射模块、503-通信接收模块、601-旋转分光镜、602-折反混合卡塞格林光学系统、603-主镜、604-次镜、605-准直透镜组。

具体实施方式

空间目标测距成像通信一体化系统，如图1所示，该系统由成像跟踪分系统1、测距分系统2、粗跟踪系统3、精跟踪系统4、通信系统5和天线分系统6组成，

并且成像跟踪分系统1、测距分系统2、粗跟踪分系统3、精跟踪分系统4、通信分系统5共用一个天线分系统6。

如图2所示，成像跟踪分系统1由一个分光片Ⅰ101、一个半反半透镜Ⅰ102、一个偏振光谱成像单元103、一个数据融合单元104、一个跟踪单元105和一个跟踪转台106组成，其中，分光片Ⅰ101上镀膜，400nm～700nm波段全部反射，其他波段全部透过，半反半透镜Ⅰ102上镀膜，

透过率与反射率均为50％。分光片Ⅰ101和半反半透镜Ⅰ102均与水平逆时针旋转倾斜45°放置，并且分光片Ⅰ101和半反半透镜Ⅰ102彼此平行且共光轴；偏振光谱成像单元103与跟踪单元105的探测器接收方向相互垂直。

如图3所示，测距分系统2由一个分光片Ⅱ201、一个半反半透镜Ⅱ202、一个测距发射模块203、一个测距接收模块204和一个测距处理模块205组成。其中，分光片Ⅱ201上镀膜，1064nm波长全部反射，其他波长全部透过，半反半透镜Ⅱ202上镀膜，

透过率与反射率均为50％。分光片Ⅱ201和半反半透镜Ⅱ202均与水平逆时针旋转倾斜45°放置，并且分光片Ⅱ201和半反半透镜Ⅱ202彼此平行且共光轴。测距发射模块203与测距接收模块204的探测器接收方向相互垂直。

如图4所示，

粗跟踪分系统3由一个分光片Ⅲ301、一个半反半透镜Ⅲ302、一个粗跟踪发射模块303和一个粗跟踪接收模块304组成。其中，分光片Ⅲ301上镀膜，800nm～820nm波段全部反射，其他波段全部透过，半反半透镜Ⅲ302上镀膜，透过率与反射率均为50％。分光片Ⅲ301与水平顺时针旋转倾斜45°放置，半反半透镜Ⅲ302与水平逆时针旋转倾斜45°放置，并且分光片Ⅲ301和半反半透镜Ⅲ302相互垂直且共光轴。粗跟踪发射模块303和粗跟踪接收模块304的探测器接收方向相互垂直。

如图5所示，精跟踪分系统4由一个振镜401、一个分光片Ⅳ402、一个分光片Ⅴ403、一个精跟踪发射模块404和一个精跟踪接收模块405组成。其中，分光片Ⅳ402上镀膜，1545nm～1555nm波段全部反射，1555nm～1565nm波段全部透过，分光片Ⅴ403上镀膜，1545nm波长全部透过，1555nm波长全部反射。振镜401与水平顺时针旋转倾斜45°放置，分光片Ⅳ402与水平顺时针旋转倾斜45°放置，振镜401与分光片Ⅳ402彼此平行且共光轴。分光片Ⅴ403与水平逆时针旋转倾斜45°放置，分光片Ⅴ403与分光片Ⅳ402相互垂直且共光轴。精信跟踪发射模块404和精跟踪接收模块405的探测器接收方向相互垂直。

如图6所示，通信分系统5由一个分光片Ⅵ501、一个通信发射模块502和一个通信接收模块503组成。其中分光片Ⅵ501上镀膜，1565nm波长全部透过，1575nm波长全部反射。分光片Ⅵ501与水平顺时针旋转倾斜45°放置，分光片Ⅵ501与分光片Ⅳ402彼此平行且共光轴。通信发射模块502和通信接收模块503的的探测器接收方向相互垂直。

所述的天线分系统6由一个旋转分光镜601和一个折反混合卡塞格林光学系统602组成。

其中，旋转分光镜601上镀膜，400nm～700nm波段和1064nm波长全部透过，其他波段全部反射。折反混合卡塞格林光学系统602包括一个卡塞格林光学系统的主镜603，一个卡塞格林光学系统的次镜604和准直透镜组605，如图7所示。其中，卡塞格林光学系统的主镜603镀反射膜，卡塞格林光学系统的次镜604为一个有曲率的光学透镜，其后表面镀膜，400nm～700nm波段透过50％，反射50％，其他波段全部反射。旋转分光镜601和一个折反混合卡塞格林光学系统602与分光片Ⅰ101、分光片Ⅱ201、分光片Ⅲ301、振镜401共光轴。

折反混合卡塞格林光学系统602可以同时实现两个工作模式，一是卡塞格林反射式光学系统，二是透射式光学系统。

从空间目标上反射的成像光束400nm～700nm的光经过旋转分光镜601透射，50％的光经过卡塞格林反射式光学系统，经过分光片Ⅰ101反射，再经过半反半透镜Ⅰ102透射，达到偏振光谱成像单元103并进行光谱偏振成像，其信息经过数据融合单元104融合之后再通过通信分系统5以通信光的形式发出与己方进行通信；50％的光经过透射式光学系统经过分光片Ⅰ101反射，再经过半反半透镜Ⅰ102反射，达到跟踪单元105并进行跟踪，得到的跟踪信息用于控制跟踪转台106，从而达到跟踪目标的作用。

测距光束1064nm的光从测距发射模块203发出，经过半反半透镜Ⅱ202透射，经过分光片Ⅱ201反射，再经过分光片Ⅰ101和分光片Ⅲ301透射，通过卡塞格林反射式光学系统反射和旋转分光镜601透射之后发出，遇到空间目标之后返回。返回的1064nm测距光经过旋转分光镜601透射，经过卡塞格林反射式光学系统，经过分光片Ⅰ101和分光片Ⅲ301透射，经过分光片Ⅱ201反射，再经过半反半透镜Ⅱ202反射到达测距接收模块204，再经过测距处理模块205进行处理得出距离信息，得到的信息再通过通信分系统5以通信光的形式发出与己方进行通信。

粗跟踪光束820nm的光从粗跟踪发射模块303发出，经过半反半透镜Ⅲ302反射和分光片Ⅲ301反射，经过分光片Ⅰ101透射，通过卡塞格林反射式光学系统和旋转分光镜601反射之后发出，由己方粗跟踪接收模块进行接收。由己方粗跟踪发射模块发出的粗跟踪光束800nm的光，通过旋转分光镜601反射，进入卡塞格林反射式光学系统，再经过分光片Ⅰ101透射，分光片Ⅲ301反射和半反半透镜Ⅲ302反射后达到粗跟踪接收模块304，所得到的跟踪信息用于控制旋转分光镜601，从而达到粗跟踪的目的。

精跟踪光束1545nm的光从精跟踪发射模块404发出，经过分光片Ⅴ403透射和分光片Ⅳ402和振镜401反射，依次经过分光片Ⅲ301、分光片Ⅱ201、分光片Ⅰ101透射，通过卡塞格林反射式光学系统和旋转分光镜601反射之后发出，由己方精跟踪接收模块进行接收。由己方精跟踪发射模块发出经跟踪光束1555nm的光，通过旋转分光镜601反射，进入卡塞格林反射式光学系统，再依次经过分光片Ⅰ101、分光片Ⅱ201、分光片Ⅲ301透射，再依次经过振镜401和分光片Ⅳ402、分光片Ⅴ403反射后，到达精跟踪接收模块405，所得到的跟踪信息用于控制振镜401，从而达到精跟踪的目的。

经过调制携带了成像和测距信息的通信光束1575nm的光，从通信发射模块502发出，经过分光片501反射，分光片Ⅳ402透射，经过振镜401反射，再依次经过分光片Ⅲ301、分光片Ⅱ201、分光片Ⅰ101透射，通过卡塞格林反射式光学系统和旋转分光镜601反射之后发出，由己方通信接收模块进行接收。由己方通信发射模块发出精跟踪光束1565nm的光，通过旋转分光镜601反射，进入卡塞格林反射式光学系统，再依次经过分光片Ⅰ101、分光片Ⅱ201、分光片Ⅲ301透射，经过振镜401反射，分光片Ⅳ402和分光片Ⅵ501透射之后，到达通信接收模块503，通过解调通信光得到通信信息。