[发明专利]一种漫反射激光测距与高分辨力成像同步测量的光电望远镜系统

说明书

技术领域

本发明属于光电望远镜技术领域，涉及一种光电望远镜系统及光电望远镜，特别是可同时用于空间碎片漫反射激光测距与高分辨力成像同步测量。

背景技术

卫星激光测距(Satellite Laser Ranging, SLR) 是20世纪60年代初由美国宇航局(NASA) 发起的一项旨在利用空间技术研究地球动力学、大地测量学、地球物理学和天文学等的技术手段。它是利用测量激光脉冲在观测站和卫星之间的往返飞行时间，从而计算出卫星到测站的距离，是目前空间目标距离测量中精度最高的一种技术手段。由于激光是单色性，并且具有很好的方向性，所以激光测距能够同时提供目标的方位、高度和距离信息。常规激光测距是指对合作目标——装有角反射器的空间目标，如Ajisai，Lageos-1卫星等，进行卫星激光测距，目前对Lageos卫星的测距精度可以达到毫米级。

空间碎片属于非合作目标，没有安装角反射器，只能利用漫反射激光测距技术对空间碎片进行探测。由于空间碎片和某些非合作卫星的精密定轨的重要性，国外对空间碎片和非合作空间目标激光测距的研究十分重视，但是仅有少量报道，多数处于保密状态。美国军方曾在新墨西哥州的Starfire口径3.5 m望远镜上进行这方面研究。澳大利亚的电子光学系统公司(EOS)研制出了用于常规的主动式空间碎片激光观测系统，该系统可以准确地观测1000km 轨道高度小于10cm的空间碎片，测量精度优于1 m，最远探测距离为3200 km，定轨精度5 m，轨道预报精度200m (24 h)。国内，上海天文台与中国电子科技集团公司第十一研究所合作，在上海佘山观测站建立了大能量高功率的Nd:YAG测距试验系统，开始非合作目标卫星和空间碎片的激光跟踪和测距试验，于2008年7月获得了3个火箭残骸的漫反射激光测距数据，测距精度70cm~80cm。2010上海天文台经系统升级改造后漫反射激光测距精度50cm~80cm，最大测程能达到1200km。此外，云南天文台从2008年1月开始积极开展空间碎片漫反射激光测距研究，设计和实现了云南天文台1.2 m望远镜10Hz共光路漫反射激光测距控制系统，包括激光器、信号探测器和测时设备等的控制，并于2010年6月7日收到火箭残骸的回波，到目前已经获得数多圈空间碎片回波，测距误差范围为50~250cm。

自适应光学（Adaptive Optics，AO）技术是目前补偿大气湍流对望远镜影响最有效的措施。自适应光学系统利用波前探测器实时探测光束波前误差，然后将这些测量数据进行处理并转换为自适应光学系统的控制信号，控制变形镜工作，实时校正光束波前误差，从而补偿由大气湍流引起的波前畸变，使望远镜得到接近衍射极限的目标像。自适应光学望远镜在目标高分辨力成像中已经得到了应用。2004年出版的SPIE中第943页介绍了云南天文台1.2m自适应光学望远镜可用于目标高分辨力成像，然而此自适应光学望远镜仅用于高分辨力成像，不能用于漫反射（原为卫星）激光测距。

空间目标探测系统的任务是对重要空间目标进行精确探测和跟踪，确定可能对航天系统构成威胁的目标的任务、尺寸、形状和轨道参数等重要目标特性；对目标特性数据进行归类和分发。空间目标探测具有重要的军事价值, 不仅可以帮助确定潜在敌人的空间能力，还可以预测空间目标的轨道，对可能发生的碰撞和对己方空间系统的攻击告警等。目标特性的分析是目标探测、识别的前提条件，对目标认识越深，得到目标的信息越多，就越能提高对其探测、识别的能力。

发明内容

本发明解决的技术问题是克服现有技术的不足，集成创新现有技术，提供一种可同时用于漫反射激光测距和高分辨力成像的光电望远镜系统。

本发明采用的技术方案如下：

一种漫反射激光测距与高分辨力成像同步测量的光电望远镜系统，包括激光发射、回波接收和自适应光学成像，具体如下：

激光发射：激光测距控制电路与软件发出激光发射信号，在库德房中的激光通过激光发射光路进入望远镜，然后通过望远镜向空间目标发射；

回波接收：来自空间目标的回波光束被望远镜接收，再进入库德房的回波接收与回波探测光路，产生回波信号传送给激光测距控制电路与软件，经过处理后得到漫反射激光测距的距离值；

自适应光学成像：空间目标光线被望远镜接收，进入库德房里的自适应光学系统，被缩束光路缩束，再由哈特曼传感器与波前处理器探测波前整体倾斜和波前误差，并处理后给出波前整体倾斜量与波前误差数据，用来控制精跟踪系统修正波前倾斜和控制变形镜修正波前误差，从而得到高分辨率图像。