一种基于飞秒光梳的六自由度高精度基线测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于飞秒光梳的六自由度高精度基线测量系统及方法，其中，该系统包括第一飞秒光梳、第二飞秒光梳、迈克尔逊干涉系统、第三分光镜BS3、第三光栅G3、第四光栅G4、CCD、第一光电探测器PD1、第二光电接收系统、第三光电接收系统、第四光电接收系统和第五光电接收系统。本发明专利技术实现了长基线系统的绝对距离测量，有效解决了传统测距技术难以同时实现大范围、高精度测距的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于飞秒光梳的六自由度高精度基线测量系统及方法
本专利技术属于干涉合成孔径雷达
，尤其涉及一种基于飞秒光梳的六自由度高精度基线测量系统及方法。
技术介绍
干涉合成孔径雷达(InSAR)是目前最重要的遥感手段之一，InSAR系统通过对覆盖同一地区的两幅雷达图像的干涉处理，提取地表高程信息。目前在研的InSAR系统都具备超长的基线，单星天线间的基线长度从几米到几百米，双星编队天线间的基线长度从几百米到几公里之间。在这种超长基线的条件下，基线的测量精度是影响卫星高程测量精度最为关键的因素之一。目前的基线测量系统一般采用激光测距仪和数码相机的组合测量方案，比如美国的SRTM系统，相机用于跟踪天线上靶镜的距离变化和角度变化，但由于相机在视线方向测量精度不足，还需要搭配激光测距仪测量视线向位移，因此测量系统相对复杂，且传统激光测距仪在满足大量程的同时测量精度较低，而相机用于测角时其精度也受限于目标提取的算法误差和相机的像元尺寸。因此，为了实现新一代遥感卫星的高精度对地观测，大量程、高精度、六自由度一体化的绝对基线测量系统是其中亟需实现的关键要素。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于飞秒光梳的六自由度高精度基线测量系统及方法。在超长基线系统中，引入飞秒光梳光源与光栅角锥，仅用一个测量靶镜同时实现基线距离、角度六自由度的高精度同步测量，减小系统复杂性，解决新一代遥感卫星中对于大量程、高精度绝对基线测量的关键需求。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于飞秒光梳的六自由度高精度基线测量系统，其特征在于包括：第一飞秒光梳、第二飞秒光梳、迈克尔逊干涉系统、第三分光镜BS3、第三光栅G3、第四光栅G4、CCD、第一光电探测器PD1、第二光电接收系统、第三光电接收系统、第四光电接收系统和第五光电接收系统；其中，第二飞秒光梳发出的本振光脉冲依次经过第三光栅G3和第四光栅G4，形成0级衍射本振光和±1级衍射本振光；第一飞秒光梳发出的信号光脉冲通过迈克尔逊干涉系统分为参考光路和测量光路；所述参考光路经过迈克尔逊干涉系统得到0级衍射参考光和±1级衍射参考光；所述测量光路经过迈克尔逊干涉系统得到0级衍射测量光和±1级衍射测量光；所述衍射测量光沿原路返回，通过迈克尔逊干涉系统分光，一路投影到CCD上，一路继续沿原路返回；根据CCD得到的0级衍射光位置，得到所述第二光栅角锥的X向和Z向的位移；根据CCD测量出±1级衍射光斑绕0级衍射光斑的旋转角，根据旋转角得到俯仰角；所述0级衍射参考光和0级衍射测量光分别沿原路返回，0级衍射测量光和0级衍射参考光在迈克尔逊干涉系统内合光，再在第三分光镜BS3与0级衍射本振光合光，投影在CCD上和第一光电探测器PD1上；所述±1级衍射参考光和±1级衍射测量光分别沿与对应入射光平行的方向返回，±1级衍射测量光和±1级衍射参考光在迈克尔逊干涉系统内合光，再在第三分光镜BS3与±1级衍射本振光合光，XOY面内的+1级衍射光投影到第二光电接收系统，-1级衍射光投影到第三光电接收系统，XOZ面内的+1级衍射光投影到第四光电接收系统，-1级衍射光投影到第五光电接收系统；根据第一光电探测器PD1得到的0级衍射光干涉信息，得到所述第二光栅角锥的Y向位移；根据第二光电接收系统得到的+1级衍射光干涉信息和第三光电接收系统得到的-1级衍射光干涉信息，得到所述第二光栅角锥的偏航角；根据第四光电接收系统得到的+1级衍射光干涉信息和第五光电接收系统得到的-1级衍射光干涉信息，得到所述第二光栅角锥的滚转角。上述基于飞秒光梳的六自由度高精度基线测量系统中，所述迈克尔逊干涉系统包括第一分光镜BS1、第二分光镜BS2、第一光栅角锥和第二光栅角锥；其中，第一飞秒光梳发出的信号光脉冲经过第一分光镜BS1分为参考光路和测量光路；所述参考光路经过第一光栅角锥衍射得到0级衍射参考光和±1级衍射参考光；所述测量光路经过第二分光镜BS2到达第二光栅角锥衍射得到0级衍射测量光和±1级衍射测量光；所述衍射测量光沿原路返回，通过第二分光镜BS2分光，一路投影到CCD上，一路继续沿原路返回；所述0级衍射参考光和0级衍射测量光分别沿原路返回，0级衍射测量光和0级衍射参考光在第一分光镜BS1合光，再在第三分光镜BS3与0级衍射本振光合光，投影在CCD上和第一光电探测器PD1上；所述±1级衍射参考光和±1级衍射测量光分别沿与对应入射光平行的方向返回，±1级衍射测量光和±1级衍射参考光在第一分光镜BS1合光，再在第二分光镜BS2与±1级衍射本振光合光。上述基于飞秒光梳的六自由度高精度基线测量系统中，所述第一光栅角锥包括第一光栅G1和第一角反射器CR1；其中，第一光栅G1和第一角反射器CR1相连接。上述基于飞秒光梳的六自由度高精度基线测量系统中，所述第二光栅角锥包括第二光栅G2和第二角反射器CR2；其中，第二光栅G2和第二角反射器CR2相连接。上述基于飞秒光梳的六自由度高精度基线测量系统中，所述第二光电接收系统包括第二平面镜M2、第二凸透镜P2和第二光电探测器PD2；其中，+1级衍射测量光和+1级衍射参考光在第一分光镜BS1合光，再在第二分光镜BS2与+1级衍射本振光合光，并通过第二平面镜M2反射后经过第二凸透镜P2投影到第二光电探测器PD2。上述基于飞秒光梳的六自由度高精度基线测量系统中，所述第三光电接收系统包括第三平面镜M3、第三凸透镜P3和第三光电探测器PD3；其中，-1级衍射测量光和-1级衍射参考光在第一分光镜BS1合光，再在第二分光镜BS2与-1级衍射本振光合光，并通过第三平面镜M3反射后经过第三凸透镜P3投影到第三光电探测器PD3。上述基于飞秒光梳的六自由度高精度基线测量系统中，所述第四光电接收系统包括第四平面镜M4、第四凸透镜P4和第四光电探测器PD4；其中，+1级衍射测量光和+1级衍射参考光在第一分光镜BS1合光，再在第二分光镜BS2与+1级衍射本振光合光，并通过第四平面镜M4反射后经过第四凸透镜P4投影到第四光电探测器PD4。上述基于飞秒光梳的六自由度高精度基线测量系统中，所述第五光电接收系统包括第五平面镜M5、第五凸透镜P5和第五光电探测器PD5；其中，-1级衍射测量光和-1级衍射参考光在第一分光镜BS1合光，再在第二分光镜BS2与-1级衍射本振光合光，并通过第五平面镜M5反射后经过第五凸透镜P5投影到第五光电探测器PD5。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种基于飞秒光梳的六自由度高精度基线测量方法，所述方法包括如下步骤：(1)第二飞秒光梳的本振光脉冲依次经过第三光栅G3和第四光栅G4，形成0级衍射本振光和±1级衍射本振光；(2)第一飞秒光梳的信号光脉冲通过第一分光镜BS1分为参考光路和测量光路；(3)所述参考光路经过第一光栅角锥衍射得到0级衍射参考光和±1级衍射参考光；(4)所述测量光路经过第二光栅角锥衍射得到0级衍射测量光和±1级衍射测量光；(5)所述衍射测量光沿原路返回，通过第二分光镜BS2分光，一路投影到CCD上，一路继续沿原路返回；(6)根据CCD得到的0级衍射光位置，得到所述第二光栅角锥的X向和Z向的位移；(7)根据CCD测量出±1级衍射光斑绕0级衍射光斑的旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于飞秒光梳的六自由度高精度基线测量系统，其特征在于包括：第一飞秒光梳、第二飞秒光梳、迈克尔逊干涉系统、第三分光镜BS3、第三光栅G3、第四光栅G4、CCD、第一光电探测器PD1、第二光电接收系统、第三光电接收系统、第四光电接收系统和第五光电接收系统；其中，第二飞秒光梳发出的本振光脉冲依次经过第三光栅G3和第四光栅G4，形成0级衍射本振光和±1级衍射本振光；第一飞秒光梳发出的信号光脉冲通过迈克尔逊干涉系统分为参考光路和测量光路；所述参考光路经过迈克尔逊干涉系统得到0级衍射参考光和±1级衍射参考光；所述测量光路经过迈克尔逊干涉系统得到0级衍射测量光和±1级衍射测量光；所述衍射测量光沿原路返回，通过迈克尔逊干涉系统分光，一路投影到CCD上，一路继续沿原路返回；根据CCD得到的0级衍射光位置，得到所述第二光栅角锥的X向和Z向的位移；根据CCD测量出±1级衍射光斑绕0级衍射光斑的旋转角，根据旋转角得到俯仰角；所述0级衍射参考光和0级衍射测量光分别沿原路返回，0级衍射测量光和0级衍射参考光在迈克尔逊干涉系统内合光，再在第三分光镜BS3与0级衍射本振光合光，投影在CCD上和第一光电探测器PD1上；所述±1级衍射参考光和±1级衍射测量光分别沿与对应入射光平行的方向返回，±1级衍射测量光和±1级衍射参考光在迈克尔逊干涉系统内合光，再在第三分光镜BS3与±1级衍射本振光合光，+1级衍射光投影到第二光电接收系统，‑1级衍射光投影到第三光电接收系统，+1级衍射光投影到第四光电接收系统，‑1级衍射光投影到第五光电接收系统；根据第一光电探测器PD1得到的0级衍射光干涉信息，得到所述第二光栅角锥的Y向位移；根据第二光电接收系统得到的+1级衍射光干涉信息和第三光电接收系统得到的‑1级衍射光干涉信息，得到所述第二光栅角锥的偏航角；根据第四光电接收系统得到的+1级衍射光干涉信息和第五光电接收系统得到的‑1级衍射光干涉信息，得到所述第二光栅角锥的滚转角。...

【技术特征摘要】
1.一种基于飞秒光梳的六自由度高精度基线测量系统，其特征在于包括：第一飞秒光梳、第二飞秒光梳、迈克尔逊干涉系统、第三分光镜BS3、第三光栅G3、第四光栅G4、CCD、第一光电探测器PD1、第二光电接收系统、第三光电接收系统、第四光电接收系统和第五光电接收系统；其中，第二飞秒光梳发出的本振光脉冲依次经过第三光栅G3和第四光栅G4，形成0级衍射本振光和±1级衍射本振光；第一飞秒光梳发出的信号光脉冲通过迈克尔逊干涉系统分为参考光路和测量光路；所述参考光路经过迈克尔逊干涉系统得到0级衍射参考光和±1级衍射参考光；所述测量光路经过迈克尔逊干涉系统得到0级衍射测量光和±1级衍射测量光；所述衍射测量光沿原路返回，通过迈克尔逊干涉系统分光，一路投影到CCD上，一路继续沿原路返回；根据CCD得到的0级衍射光位置，得到所述第二光栅角锥的X向和Z向的位移；根据CCD测量出±1级衍射光斑绕0级衍射光斑的旋转角，根据旋转角得到俯仰角；所述0级衍射参考光和0级衍射测量光分别沿原路返回，0级衍射测量光和0级衍射参考光在迈克尔逊干涉系统内合光，再在第三分光镜BS3与0级衍射本振光合光，投影在CCD上和第一光电探测器PD1上；所述±1级衍射参考光和±1级衍射测量光分别沿与对应入射光平行的方向返回，±1级衍射测量光和±1级衍射参考光在迈克尔逊干涉系统内合光，再在第三分光镜BS3与±1级衍射本振光合光，+1级衍射光投影到第二光电接收系统，-1级衍射光投影到第三光电接收系统，+1级衍射光投影到第四光电接收系统，-1级衍射光投影到第五光电接收系统；根据第一光电探测器PD1得到的0级衍射光干涉信息，得到所述第二光栅角锥的Y向位移；根据第二光电接收系统得到的+1级衍射光干涉信息和第三光电接收系统得到的-1级衍射光干涉信息，得到所述第二光栅角锥的偏航角；根据第四光电接收系统得到的+1级衍射光干涉信息和第五光电接收系统得到的-1级衍射光干涉信息，得到所述第二光栅角锥的滚转角。2.根据权利要求1所述的基于飞秒光梳的六自由度高精度基线测量系统，其特征在于：所述迈克尔逊干涉系统包括第一分光镜BS1、第二分光镜BS2、第一光栅角锥和第二光栅角锥；其中，第一飞秒光梳发出的信号光脉冲经过第一分光镜BS1分为参考光路和测量光路；所述参考光路经过第一光栅角锥衍射得到0级衍射参考光和±1级衍射参考光；所述测量光路经过第二分光镜BS2到达第二光栅角锥衍射得到0级衍射测量光和±1级衍射测量光；所述衍射测量光沿原路返回，通过第二分光镜BS2分光，一路投影到CCD上，一路继续沿原路返回；所述0级衍射参考光和0级衍射测量光分别沿原路返回，0级衍射测量光和0级衍射参考光在第一分光镜BS1合光，再在第三分光镜BS3与0级衍射本振光合光，投影在CCD上和第一光电探测器PD1上；所述±1级衍射参考光和±1级衍射测量光分别沿与对应入射光平行的方向返回，±1级衍射测量光和±1级衍射参考光在第一分光镜BS1合光，再在第二分光镜BS2与±1级衍射本振光合光。3.根据权利要求2所述的基于飞秒光梳的六自由度高精度基线测量系统，其特征在于：所述第一光栅角锥包括第一光栅G1和第一角反射器CR1；其中，第一光栅G1和第一角反射器CR1相连接。4.根据权利要求2所述的基于飞秒光梳的六自由度高精度基线测量系统，其特征在于：所述第二光栅角锥包括第二光栅G2和第二角反射器CR2；其中，第二光栅G2和第二角反射器CR2相连接。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆君，蔡娅雯，刘杰，刘久利，吴冠豪，周思宇，张驰，张和芬，乐群星，丁健，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京,11