基于光衍射原理的航天器智能控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于光衍射原理的航天器智能控制器，由信号接收模块、电光信号编码转换模块、多层光衍射模块、光电信号解码转换模块和信号发送模块多个模组构成。能够实现输入输出的电信号与非线性计算的光信号之间的相互转换和编码解码，能够灵活快速地实现光衍射计算处理器件与传统星载处理器之间的信息双向传输，能够基于光衍射原理实现对输入平行光搭载信息的判断、识别、分类、决策等功能。

【技术实现步骤摘要】
基于光衍射原理的航天器智能控制器
本专利技术涉及航天控制
，更具体的说是涉及一种基于光衍射原理的航天器智能控制器。
技术介绍
外太空航天器(在轨卫星、星球着陆器等)在执行对接、伴飞、抓捕、着陆等功能时，星载处理器需要实时进行航天器运动轨迹、机械臂的路径规划以及最佳着陆路径的预估操作，这对星载处理器计算与处理能力提出了很高的要求。此外，外太空中复杂的电子电磁干扰(外太空辐射、高能粒子流等)会对星载处理器的电子电路造成潜在影响，引发电子器件失灵甚至机械组件故障，这将严重影响航天器的安全稳定运行。目前航天器对接、抓捕过程中路径规划中最有规划路径的求解过程需要借助高斯伪谱法将最优控制问题转化为两点边值问题(TPBVP)，然后利用相对成熟的非线性规划器即可进行求解，可以获得相对准确的规划路径的数值解。在真实航天器执行任务过程中，最优路径规划需要考虑实时性、抗干扰性等要求。然而，目前星载处理器的计算和处理能力比较有限，无法满足实时非线性规划求解运算的计算量需求，因此无法依靠星载处理器实现实时非线性规划求解运算，进而影响最优路径实时规划的性能；即使将非线性规划求解运算迁移至地面服务器进行求解，再通过星地链路进行传输，依然存在无线通信时延的问题，无法满足航天器任务的实时性要求。此外，航天器星载处理器大量运算所带来的高功耗问题会进一步造成发热过高、寿命减少等不良影响；而处理器的电子电路也容易受到外太空电磁电子干扰等影响，严重影响航天器的安全问题运行。因此，如何获得一种高计算力、低功耗、抗干扰、实时处理性能强的星载处理器是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于光衍射原理的航天器智能控制器，由信号接收模块、电光信号编码转换模块、多层光衍射模块、光电信号解码转换模块和信号发送模块多个模组构成。能够实现输入输出的电信号与非线性计算的光信号之间的相互转换和编码解码，能够灵活快速地实现光衍射计算处理器件与传统星载处理器之间的信息双向传输，能够基于光衍射原理实现对输入平行光搭载信息的判断、识别、分类、决策等功能。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于光衍射原理的航天器智能控制器，包括：依次连接的信号接收模块、电光信号编码转换模块、多层光衍射模块、光电信号解码转换模块和信号发送模块；所述电光信号编码转换模块接收所述信号接收模块发送的电信号，并编码转换成光信号传输至所述多层光衍射模块；所述光信号经过所述多层光衍射模块传输至所述光电信号解码转换模块，经过所述光电解码转换模块转换成所述电信号传输与至所述信号发送模块进行所述电信号的发送。优选的，所述信号接收模块包括有线连接通信模式和无线连接通信模式；所述信号接收模块接收外部处理器传输的数据信息。所述信号接收模块从星载处理器接收待处理的卫星状态信息、抓捕点信息、机械臂状态信息或着陆器着陆点图像信息等待处理数据。优选的，所述电光信号编码模块包括电磁波发生器、电光信号转换器和电子信息编码处理单元，所述电磁波发生器连接所述电光信号转换器，所述光电信号转换器连接所述电子信息编码处理单元，所述电子信息编码处理单元连接所述信号接收模块对所述电信号进行编码处理，并传输至所述电光信号转换器，转换形成所述光信号，通过所述电磁波发生器进行发射传输至所述多层光衍射模块。所述电磁波发生器可以为相干或非相干电磁波发生器；所述电光信号转换器件可以采用空间光调制器或数字微反射镜等；所述光电信号编码转换模块对所述信号接收模块接收的所述待处理数据进行编码处理以适合光波搭载编码，并将编码后的数据信息搭载至载波以便通过电磁波发生器发射至多层光衍射模块进行光学计算处理。优选的，所述多层光衍射模块包括多层特定排列的衍射介质膜，所述衍射介质膜每一处对应的电磁波位相因子是确定的；所述衍射介质膜形状多为矩形且厚度较薄，材料为透光且折射率均一材质，可透射激光和太赫兹等电磁波，多层所述衍射介质膜可采用等距或不等距平行布置方式固定在底座上；每一层所述衍射介质膜可在长宽平面划分为若干细密网格，形成光学衍射网络，所述衍射介质膜上每一处网格的厚度不同对应不同的相位因子，每一个所述网格处对应的所述衍射介质膜厚度由计算机机器学习算法求解最优得到，针对固定频率光波信号，不同的所述网格处的所述衍射介质膜厚度对应不同位相因子，所述衍射介质膜不同区域厚度不同的效果可以通过3D打印或光学材料刻蚀等工艺制造实现。当相干平行光束透过位相因子处处不同的所述衍射介质膜时，所述衍射介质膜不同网格处产生的二次球面光波即具有不同的初始位相。当相干平行光透过多层固定排列的所述衍射介质膜时会发生复杂的光学衍射效应，这一过程能够对输入的所述相干平行光实现与多层卷积神经网络类似的光学处理效果，即对搭载于所述激光或所述太赫兹等电磁波的输入光波的信息进行光学计算。多层所述衍射介质膜组合应确保每一层所述衍射介质膜形状尺寸相同、板与板之间保持平行关系、板与板之间中心连线与任一所述衍射介质膜的长宽平面保持垂直，进而可以确保透过所述光学衍射网络的搭载有所述计算结果的光波能够通过投射到所述光电信号解码转换模块。所述长宽平面即为多层所述衍射介质膜重叠的主要集合面。优选的，所述光电信号解码转换模块包括成像捕获设备和电子信息解码电路；所述成像捕获设备捕捉搭载有所述计算结果的所述光波，并传输至所述电子信息解码电路获得所述计算结果，并对所述计算结果中进行解码得到真实信息传输至所述信号发送模块。所述成像捕获设备接收平面和多层衍射介质膜最大面积平面(即长宽平面)平行，所述成像捕获设备光轴中心线和多层衍射介质膜中心连线共线。优选的，所述信号发送模块均包括有线连接通信模式和无线连接通信模式；所述信号发送模块将所述光电信号解码转换模块传输的所述真实信息回传至所述外部处理器。所述信号发送模块将得到的与卫星接近抓捕轨迹、机械臂操作路径或着陆器着陆轨迹相对应的计算结果回传至所述星载处理器，以便进行相应的卫星、机械臂或着陆器的摄动操作。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于光衍射原理的航天器智能控制器，以多层光衍射模块中的光衍射网络为基础实现与传统非线性规划器相似的功能，能够将输入状态信息进行编码并搭载于光波上，搭载有信息的光波在通过多层光学衍射网络后，对输出平台的信息进行解码即可得到与传统非线性规划器相似结果的最优规划路径。本专利技术的主要工作场景为空间卫星接近伴飞、机械臂抓取、探测器着陆等需要实时路径规划的场景，可以高速度、低功耗、实时的进行包括非线性规划在内的路径规划运算。该控制器通过将航天器飞行状态、机械臂与目标状态、着陆器着陆状态等信息进行编码并搭载于平行光上，令搭载有信息的平行光通过多层光学衍射网络，再通过对输出平面的光的信息进行解码可以得到航天器对接、伴飞、抓捕、着陆等功能所需要的相关路径预估信息。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光衍射原理的航天器智能控制器，其特征在于，包括：依次连接的信号接收模块、电光信号编码转换模块、多层光衍射模块、光电信号解码转换模块和信号发送模块；/n所述电光信号编码转换模块接收所述信号接收模块发送的电信号，并编码转换成光信号传输至所述多层光衍射模块；/n所述光信号经过所述多层光衍射模块传输至所述光电信号解码转换模块，经过所述光电解码转换模块转换成所述电信号传输与至所述信号发送模块进行所述电信号的发送。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光衍射原理的航天器智能控制器，其特征在于，包括：依次连接的信号接收模块、电光信号编码转换模块、多层光衍射模块、光电信号解码转换模块和信号发送模块；
所述电光信号编码转换模块接收所述信号接收模块发送的电信号，并编码转换成光信号传输至所述多层光衍射模块；
所述光信号经过所述多层光衍射模块传输至所述光电信号解码转换模块，经过所述光电解码转换模块转换成所述电信号传输与至所述信号发送模块进行所述电信号的发送。


2.根据权利要求1所述的基于光衍射原理的航天器智能控制器，其特征在于，所述信号接收模块包括有线连接通信模式和无线连接通信模式；所述信号接收模块接收外部处理器传输的待处理数据。


3.根据权利要求1所述的基于光衍射原理的航天器智能控制器，其特征在于，所述电光信号编码模块包括电磁波发生器、电光信号转换器和电子信息编码处理单元，所述电磁波发生器连接所述电光信号转换器，所述光电信号转换器连接所述电子信息编码处理单元，所述电子信息编码处理单元连接所述信号接收模块对所述电信号进行编码处理，并传输至所述电光信号转换器，转换形成所述光信号，通过所述电磁波发生器进行发射传输至所述多层光衍射模块。


4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓岳，刘少华，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11