[发明专利]一种月球轨道交会对接超近距离测量用合作目标标志器

说明书

本发明一种月球轨道交会对接超近距离测量用合作目标标志器。提出了一种基于均匀后向反射标志的合作目标设计，其包括6个反光标志，它们按照设计好的空间几何拓扑构型安装在一个圆盘型支架上；每个反光标志包括玻璃微珠面板、窄带滤光片、抗辐射玻璃、壳体。这种合作目标标志器具有反射效率高、反光均匀性好、光能量稳定性高、抗杂光干扰能力强、体积小、重量轻的优点，它解决了常规的合作目标在超近距离时反射效率低、反光均匀性下降造成系统测量精度下降、测量可靠性降低的不足，适合用在交会对接超近距离高精度测量场合。

技术领域

本发明涉及一种月球轨道交会对接超近距离测量用合作目标标志器，应用于空间交会对接视觉测量的超近距离合作目标设计。

背景技术

月球轨道交会对接是实施月球探测工程的关键技环节。月球探测器在月球表面完成月面行走巡视、月球探测、月壤取样后，将从月球表面起飞，上升到环绕月球轨道，与驻留在该轨道上的月球返回飞行器交会对接，组合在一起，返回地球。在两飞行器距离从150米到对接完成过程中，交会对接视觉测量系统是唯一能够同时提供位置和姿态六自由度测量信息的设备，是交会对接的关键设备。

交会对接视觉测量系统由安装在月球探测器上的视觉测量相机和安装在月球返回飞行器上的合作目标组成，通过视觉测量相机对合作目标成像与图像处理，可以获得视觉测量相机相对于合作目标的相对位置和相对速度、相对姿态角和相对姿态角速度，从而为两飞行器交会对接提供相对导航信息。

在月球探测器与月球返回飞行器交会对接过程中，随着交会对接距离的接近，对视觉测量系统精度要求也越高，其中在1米到0.3米位置测量精度达到了毫米级，姿态测量精度达到角分级。测量精度合作目标的性能直接相关。

为了实现超近距离高精度测量性能，提出了一种基于均匀后向反射标志的合作目标设计，具有反射光均匀性好、光能量稳定性高、反射效率高、抗杂光干扰能力强的优点，它解决了常规的合作目标在近距离时反射效率低、反光均匀性下降造成系统测量精度下降、测量可靠性降低的不足，适合用在交会对接近距离高精度测量场合。

文献如下：

[1]张海峰，程志恩，李朴等，激光雷达合作目标设计及其在空间交会对接中的应用，红外与激光工程，2015年第4卷第9期

[2]Chang,C.-C.；Su,M.-C.；Yang,Y.-C.；Tsai,J.-c.Design,Fabrication,andCharacterization of Tunable Cat's Eye Retroreflector Arrays as OpticalIdentification Tags.JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,VOL.32,NO.3,FEBRUARY 1,2014

文献情况：

文献[1]利用角反射器把入射光束按照入射方向原路反射回去的机理，通过多个角反射器以一定的几何构型组合在一起，为视觉测量系统提供合作目标；该文中采用多个角反射器密接形成合作目标，体积大，可以实现单个回光标志组成的合作目标，但无法实现超近距离时对合作目标提出的微小尺寸、高均匀性的需要；

文献[2]提出了采用猫眼透镜形成合作目标，同样存在超近距离时回光不均匀、体积大的问题，可以用于远距离时单个回光标志组成的合作目标的场合，但不能满足超近距离时，多个回光标志组成的微小尺寸合作目标应用场合。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种月球轨道交会对接高精度超近距离测量用合作目标设计，有效解决了超近距离合作目标回光均匀性、回光效率、微小型化以及视觉容错问题，解决了交会对接视觉测量系统在超近距离测量合作目标回光均匀性差、回光效率低造成的测量精度低问题，以及超近距离要求微小型合作目标的设计要求。