[发明专利]基于微弱光偏振测量的空间小目标材质判别装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，具体涉及一种基于微弱光偏振测量的空间小目标材质判别装置与方法。

背景技术

不同的目标材质具有不同的退偏振特性，因此可以根据偏振激光照射目标后回波的偏振特性判别目标材质。目前对于空间小目标(空间碎片等)缺乏有效的观测手段，地球静止轨道(GEO)上1cm～30cm、低地球轨道(LEO)上1cm～10cm之间的空间小目标具有很高的相对运动速度，能够严重改变航天器的表面性能、运行姿态和轨道，甚至造成航天器毁灭性破坏、威胁到航天员的生命安全。但这些空间目标的尺寸太小无法被地面设施跟踪测量，无法对其进行探测、定轨，所以无法进行有效的规避机动，是极其危险的。普通的空间测量手段即使能探测到这类小目标，也多是探测单一信息，难以获得包括目标距离、速度、材质等多维信息，难以对目标归类、判断目标来源。

为解决目前空间小目标监测应用中目标材质判别难题，需要设计一种基于微弱光偏振测量的空间小目标材质判别装置与方法，目的在于：1.探测常规光学手段不易探测到的小目标；2.对小目标进行多维信息探测，实现判别功能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何解决空间小目标监测困难、难以获得材质信息从而判断目标来源的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于微弱光偏振测量的空间小目标材质判别装置，所述装置由发送端的同步控制模块、脉冲激光器、线偏振片、半波片、发射光学系统；以及接收端的接收光学系统、光通量控制器、四组盖革探测器、分光器、半波片、检偏器、同步信号处理系统组成；

在发送端，所述同步控制模块用于控制脉冲激光器发射出线偏振光窄脉冲激光，还用于产生一组伪随机码序列来控制线偏振片及半波片进行偏转从而对线偏振光窄脉冲激光的偏振态进行编码，每种偏振态相隔45度，从而形成0度、45度、90度、135度四种偏振态为基本码元的激光脉冲，通过发射光学系统形成窄波束照射目标；

经过目标反射后的微弱偏振光信号是由四种偏振方向的激光脉冲组成的回波序列，在接收端，所述接收光学系统用于探测所述回波序列，接收过程中，所述光通量控制器用于在回波序列强度大于预设阈值时控制光强，以防止四组盖革探测器被损坏，该阈值根据所选择的盖革探测器的参数确定；所述分光器用于将一束回波序列分成四束，分别进入一路盖革探测器，以探测每一种偏振度对应的回波强度；光路中的检偏器、半波片用于组合使用以使得四路盖革探测器接收的偏振方向不同，分别为水平，垂直，对角和反对角四个偏振方向，从而起到每一路探测一种偏振方向的选择作用；所述四组盖革探测器用于对回波序列进行四个偏振度的强度统计，得到回波序列的编码；所述同步信号处理系统用于对四个偏振度的强度进行数据处理，得到目标的表面材质类型信息，具体是由强度信息得到入射的窄波束的偏振态信息，从而根据偏振态信息得到目标的表面材质类型信息。

优选地，所述同步信号处理系统还用于经飞行时间测量得到目标的距离，经过对距离的微分得到速度信息。

优选地，所述同步信号处理系统用于根据以下公式由强度信息得到入射的窄波束的偏振态信息：

其中，S₀～S₃是光的水平，垂直，对角和反对角这四个偏振分量，K₀～K₃为盖革探测器输出的四路强度信号，M为接收光学系统接收到的总光子数，N_sn为盖革探测器接收到的光子计数数目，a为形成的矩阵元，是仪器矩阵，由接收端中玻璃材料的仪器的参数确定，含玻璃材料的仪器包括接收光学系统、分光器和检偏器。

本发明还提供了一种利用所述的装置进行基于微弱光偏振测量的空间小目标材质判别的方法，包括以下步骤：

在发送端，所述同步控制模块控制脉冲激光器发射出线偏振光窄脉冲激光，还产生一组伪随机码序列来控制线偏振片及半波片进行偏转从而对线偏振光窄脉冲激光的偏振态进行编码，每种偏振态相隔45度，从而形成0度、45度、90度、135度四种偏振态为基本码元的激光脉冲，通过发射光学系统形成窄波束照射目标；