[发明专利]空基太空小碎片光学探测及跟瞄系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于基于图像的非接触式自动测量技术领域，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。

背景技术

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1-10cm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10cm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10cm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CCD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。

发明内容

本发明的发明目的是：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，本发明提出了一种空基太空小碎片光学探测及跟瞄系统及方法。

本发明的技术方案是：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：