空基太空小碎片光学探测及跟瞄系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种空基太空小碎片光学探测及跟瞄系统及方法；其系统包括大视场望远镜、小视场望远镜、激光测距机和云台；其方法包括利用大视场望远镜捕获目标粗略方位角和俯仰角，利用小视场望远镜捕获目标精确方位角和俯仰角及利用激光测距机测量与目标之间的距离。本发明专利技术采用由大视场望远镜、小视场望远镜及激光测距机组成的被动成像和激光测距的组合系统，使用光学成像技术实现了对太空微小目标的发现、捕获及跟踪，克服了激光雷达难以对微小目标进行探测的限制，系统功耗低、能够快速精确地获取目标的距离和方位，探测距离远。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于基于图像的非接触式自动测量
，尤其涉及一种空基太空小碎 片光学探测及跟瞄系统及方法。
技术介绍
随着人类发射的人造天体数目迅速增加，太空目标越来越多。大量寿命过期的人 造天体成为不可控太空目标在太空飞行。一些人造天体碰撞后分裂成大量的小碎片。例如 俄罗斯废弃卫星Cosmos2251与美国卫星发生相撞，产生大量碎片。另一方面，太空存在陨 石等空间自然目标。正在服役空间飞行器、废弃人造天体、碎片、太空陨石组成了太空所有 飞行目标。由人类产生的空间目标分为有效载货（payload)、平台（platform)和箭体。据 估计，空间目标的总数已经35, 000个，分布于地球轨道空间内。其中尺寸在1-lOcm目标约 为110, 000个，大于10cm的目标约9, 000个；有效载货、平台、箭体约2,000个。75%空间 目标主要分布在轨道高度300km-2000km的近地轨道、9 %分布在20, 000km的中高轨道、9 % 分布在36, 000km地球同步轨道。大量太空目标对太空飞行安全造成日益严重威胁。因此 太空目标监测对于航天器安全飞行日益重要。另一方面，太空目标的监测是太空军事对抗 不可缺少的技术环节。只有具备有效的监测技术，才能够实施太空目标的干扰、摧毁、捕获 等任务。 大尺寸目标的发现和测量，比较有效的方法是微波雷达，但当目标尺寸低于微波 雷达波长时，微波雷达一般不能发现目标。例如尺寸小于l〇cm的目标，微波雷达一般难以 发现。另外微波雷达一般不能对目标成像。对于尺寸小于l〇cm的目标，只有光学技术才能 发现和成像。 目标光学监测，分为有源和无源两种技术手段。无源监测利用环境光照明目标，通 过望远镜成像监测。由于CCD和CMOS焦平面阵列技术的成熟，现在的无源图像系统，从天文 望远镜到工业监测的工具显微镜，几乎都配备了C⑶或CMOS焦平面。因此一般都将图像输 入到计算机进行必要的处理，当然也可以很方便经过通信系将图像传输出去。太空环境光 是太阳光，无源望远镜成像系统通过太阳光照明目标获取图像，经过计算机处理，可以通过 GPS通信系统或北斗卫星将图像传递到地面。有源监测一般使用激光照明目标。对于远距 离监测，一般使用Q脉冲照射目标。成像方式有两种，一种是使用单元探测器激光束扫描， 一种是使用CCD阵列成像。对于远距离成像，一般使用单元探测器激光束扫描，即常见激光 雷达方式。 对于太空中小目标，由于目标太小及空域辽阔的原因，用有源和无源的光学技术 有效监测目标十分困难。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是：为了解决现有技术中光学技术对太空中小目标难以进行有 效监测等问题，本专利技术提出了一种。 本专利技术的技术方案是：一种空基太空小碎片光学探测及跟瞄系统，包括： 大视场望远镜，用于捕获目标粗略方位角和俯仰角； 小视场望远镜，用于捕获目标精确方位角和俯仰角； 激光测距机，用于测量与目标之间的距离； 云台，用于对大视场望远镜、小视场望远镜和激光测距机进行位置调控； 所述大视场望远镜、小视场望远镜和激光测距机都安装在云台上。 进一步地，所述云台包括主云台和副云台；所述大视场望远镜安装在主云台上，所 述小视场望远镜和激光测距机安装在副云台上。 进一步地，所述副云台随主云台转动。 进一步地，所述大视场望远镜和小视场望远镜采用被动成像探测方式对目标进行 探测。 进一步地，所述大视场望远镜和/或小视场望远镜探测目标时接收到的太阳光功 率的计算公式具体为： 其中，匕为大视场望远镜和/或小视场望远镜接收到的太阳光功率，n接收光 学系统的效率，Pτ为目标的反射率，E为太阳常数，AB为目标面积，A^为天线孔径，R为大视 场望远镜和/或小视场望远镜与目标的距离，为太阳光与目标法线之间的夹角，Θ为大 视场望远镜和/或小视场望远镜与目标法线之间的夹角。 进一步地，所述激光测距机测量与目标之间距离的计算公式具体为： 其中，匕为激光测距机的接收机接收到的激光功率，Pt为激光测距机的发射机输 出的激光功率，τα为激光在大气中的单程透射率，n1^为接收光学系统的效率，ρτ为目标 的反射率，At为目标被照射部分在发射激光光束横截面方向的投影面积，Ai为目标处的激 光光束横截面积，4为激光测距机的接收机的有效接收面积，Θ为激光测距机的发射机的 发射光学系统光轴与目标法线之间的夹角，R为目标与激光测距机的距离。 本专利技术还提出了一种空基太空小碎片光学探测及跟瞄方法，包括以下步骤： A、利用大视场望远镜从大视场望远镜恒星背景中提取目标像斑点； B、从步骤A获取的目标像斑点中选择一个像点，利用主云台控制大视场望远镜将 光轴指向该像点所在方位； C、计算步骤B中所选择像点的粗略方位角和俯仰角； D、根据步骤C中计算得到的像点粗略方位角和俯仰角，利用副云台控制小视场望 远镜将光轴指向该像点所在方位；E、利用小视场望远镜从小视场望远镜恒星背景中提取目标像点； F、计算步骤E中目标像点的准确方位角和俯仰角； G、根据步骤F中计算得到的目标像点的准确方位角和俯仰角，利用副云台控制激 光测距机测量与目标之间的距离；返回步骤B。 进一步地，还包括获取空间站GPS数据，计算目标在地心坐标系中的坐标和速度， 并保存在数据库。 进一步地，所述大视场望远镜和/或小视场望远镜探测目标时接收到的太阳光功 率的计算公式具体为： 其中，匕为大视场望远镜和/或小视场望远镜接收到的太阳光功率，n接收光 学系统的效率，Pτ为目标的反射率，E为太阳常数，AB为目标面积，A^为天线孔径，R为大视 场望远镜和/或小视场望远镜与目标的距离，为太阳光与目标法线之间的夹角，Θ为大 视场望远镜和/或小视场望远镜与目标法线之间的夹角。 进一步地，所述激光测距机测量与目标之间距离的计算公式具体为： 其中，匕为激光测距机的接收机接收到的激光功率，Pt为激光测距机的发射机输 出的激光功率，τα为激光在大气中的单程透射率，n1^为接收光学系统的效率，ρτ为目标 的反射率，At为目标被照射部分在发射激光光束横截面方向的投影面积，Ai为目标处的激 光光束横截面积，4为激光测距机的接收机的有效接收面积，Θ为激光测距机的发射机的 发射光学系统光轴与目标法线之间的夹角，R为目标与激光测距机的距离。 本专利技术的有益效果是：本专利技术的，采 用由大视场望远镜、小视场望远镜及激光测距机组成的被动成像和激光测距的组合系统， 使用光学成像技术实现了对太空微小目标的发现、捕获及跟踪，克服了激光雷达难以对微 小目标进行探测的限制，系统功耗低、能够快速精确地获取目标的距离和方位，探测距离 远。【附图说明】 图1是本专利技术的空基太空小碎片光学探测及跟瞄系统结构示意图。 图2是本专利技术中小碎片对太阳光的散射示意图。 图3是本专利技术中激光测距机对目标进行测距示意图。 图4是本专利技术的空基太空小碎片光学探测及跟瞄方法流程示意图。【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不 用于限定本专利技术。 如图1所示，为本专利技术的空基太空小碎片光学探测及跟瞄系统结构示意图。由于 对于空间小目标的光学探测，没有任何独本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空基太空小碎片光学探测及跟瞄系统，其特征在于，包括：大视场望远镜，用于捕获目标粗略方位角和俯仰角；小视场望远镜，用于捕获目标精确方位角和俯仰角；激光测距机，用于测量与目标之间的距离；云台，用于对大视场望远镜、小视场望远镜和激光测距机进行位置调控；所述大视场望远镜、小视场望远镜和激光测距机都安装在云台上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余学才，程小龙，余瑞华，汪平和，彭仁军，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51