[发明专利]一种空间交会对接的激光雷达

说明书

本发明涉及一种空间交会对接的激光雷达，激光雷达包括：发射组件、激光调整装置、轴角编码器、四象限探测处理模块和伺服驱动控制模块；发射组件发射激光；激光调整装置获得激光回波信号；轴角编码器检测方位轴角度值和俯仰轴角度值；四象限探测处理模块根据经过扫描反射镜聚焦后获得的激光回波信号在各象限的能量确定二维脱靶量和测距值；伺服驱动控制模块根据所述方位轴角度值、所述俯仰轴角度值和所述二维脱靶量控制两个步进电机驱动方位轴和仰俯轴转动，进而带动所述扫描反射镜扫描跟踪。本发明利用四象限探测处理模块不仅实现凝视跟踪获得二维脱靶量，同时还完成提取激光回波信号的测距值，节省了一套接收光学系统，构建轻小型激光雷达。

技术领域

本发明涉及扫描跟踪控制技术领域，特别涉及一种空间交会对接的激光雷达。

背景技术

激光扫描测量技术是近年来发展起来的一项新兴技术，可快速、高精度地采集大范围区域的信息，激光跟踪测量是在机器人计量学的基础上发展起来的一种新型测量方法，它集激光测量、精密机械、计算机及控制系统和现代数值计算于一体，用跟踪测量代替了人工瞄准，动态实时测量代替了静态测量。

将激光扫描、捕获、跟踪测量集成于一体，可在大范围区域内进行扫描，对需要关注的目标进行捕获、跟踪测量，具有测量范围大、柔性、动态、高精度等特点，应用前景非常广阔。目前其应用已经延伸到多个领域，例如：航空、航天、造船、重型机械、大型机组安装等大尺寸测量领域，这种测量方法已经引起了世界各国高度重视，并投入了相当的人力和物力进行这方面的研究。

目前，我国激光应用技术已取得较大进展，尤其是随着我国载人航天技术的发展，天宫一号目标飞行器与神州八号飞船、神州九号飞船的顺利交会对接，为建立我国自己的空间试验站奠定了坚实的基础。空间交会对接用激光扫描、捕获、跟踪测量装置是实现中近距离交会对接的有效方法，也是我国空间交会对接中近距离不可或缺的导航控制设备。

由于激光具有较强的方向性，光束发散角和探测器接收角均在毫弧度量级，一次脉冲激光发射探测的范围极其有限。为了实现在大范围内对目标进行扫描和捕获，进而进入稳定跟踪状态下测量目标距离和角度，必须配合方位轴和俯仰轴的运动控制。

现有采用直流电机、永磁同步电机等控制方式对于激光雷达的方位、俯仰两轴运动控制。流电机和永磁同步电机要实现高精度的运动控制，一般需引入复合伺服单元进行三环控制，内层电流环要求使用专用的电流传感器实现电流闭环，显然系统体积、重量、复杂度都相应增加。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种空间交会对接的激光雷达，以实现减小激光雷达体积以及重量。

为实现上述目的，本发明提供了一种空间交会对接的激光雷达，所述激光雷达包括：

发射组件，用于发射激光；

带有扫描反射镜的激光调整装置，用于调整激光照射到合作目标后进行反射；所述激光调整装置还用于将反射后的激光经过扫描反射镜聚焦，获得的激光回波信号；

四象限探测处理模块，用于根据所述激光回波信号在各象限的能量确定二维脱靶量和测距值；

2个轴角编码器，用于检测方位轴角度值和俯仰轴角度值；

伺服驱动控制模块，分别与2个所述轴角编码器和所述四象限探测处理模块连接，用于根据所述方位轴角度值、所述俯仰轴角度值和所述二维脱靶量控制两个步进电机，以使两个步进电机分别驱动方位轴和仰俯轴转动，进而带动所述扫描反射镜扫描跟踪；所述两个步进电机分别为方位电机和俯仰电机。

可选地，所述伺服驱动控制模块包括：