[发明专利]激光测距收发共光路的后向散射规避装置及方法

说明书

本发明公开一种激光测距收发共光路的后向散射规避装置，包括光学组件，激光沿光路自发射端经所述光学组件进入望远镜系统，并经该望远镜系统发射至一待测物体并反射激光回波，或发生后向散射，分别形成第一光轴和第二光轴，所述光学组件均沿该两光轴依次排布，从发射端沿第一光轴依次排布有二分之一波片、第一偏振片、第一电光开关和第二偏振片，沿激光回波或后向散射的光路走向在第二光轴上依次排布有全反镜、第二电光开关和第三偏振片。本发明采用偏振合束的方法，避免激光回波沿激光发射光路返回至激光器中；同时通过电光开关在时间上对光的偏振态的改变与控制，有效的将后向散射光与激光回波区分。

技术领域

本发明属于激光测距领域，更具体地讲，涉及一种用于卫星激光测距系统的收发共光路的后向散射规避装置。

背景技术

人造卫星广泛的应用在通信、科学勘测与实验、军事防务、气象等领域，全球定位系统GPS以及我国的北斗定位系统已经在人们的社会活动、生活中广泛应用，深远的改变了人们的生活方式，促进人类的发展。同时，人类在探索太空的过程中，越来越多的人造卫星、深空探测器发射至太空。在高辐射、真空、无重力的恶劣太空环境中，这些人类制造的飞行器，往往具有位置的偏移、损伤等风险，由此逐渐失去其功能。卫星激光测距(SLR)由其测距远，测距精度高等优点，使其成为卫星高精度定轨的一种常规手段，受到各个国家的重视。

卫星激光测距系统中，由于单光子探测器能够实现对单个光子的响应，灵敏度高，很适合弱光信号的接收，通常将其作为激光回波的接收器，实现远距离卫星反射激光回波的探测。但单光子探测器是由外部触发控制的，即外部在某个时间给其一个触发信号，然后其就工作，当其探测到一个光子的时候，其就停止工作，后续光子将探测不到，而激光在大气传输过程中，受大气后向散射的影响，散射回来的光将经望远镜系统至单光子探测器，容易对卫星反射回来的激光回波造成干扰，导致后续的激光回波入射至探测器上时，探测器已经停止工作了，探测概率大大减弱，增大了卫星反射激光回波的探测难度；同时，当后向散射返回的光子数达到一定值时，容易造成单光子探测器的损坏，这样为了避免单光子探测器的损坏，发射激光的强度以及有效测量卫星的天气时间就受到了限制。

吴志波、邓华荣、张海峰、汤凯、张忠萍于2017年《红外与激光工程》46卷第2期第1-6页上发表的《高重复率卫星激光测距中后向散射干扰及规避》，采用距离门控的方法，由激光回波比大气后向散射光从卫星上回来的时间需要更长，这样在激光回波未返回之前，探测器不工作，大气后向散射光入射至探测器上，就不能被探测器探测，而在预期的接收激光回波的时刻附近，探测器工作，保证单光子探测器在卫星反射激光回波时间内接收激光，刚好实现对激光回波的探测。这样在探测器工作与激光发射之间有个时间延时，这种工作模式类似于一个门控开关，即距离门控。然而，如果只采用距离门控法只能实现后向散射规避，无法在发射与接收光路使用同一个望远镜的情况下实现发射与接收光路的切换，没有实现收发共望远镜光路的作用；并且在探测器不工作时，后向散射光依然入射至探测器上，在后向散射光较强的情况下，很容易造成探测器的损坏，特别是对远距离卫星需要更大能量的激光发射，此时过强的后向散射光对探测器损坏尤其大，即探测器得不到有效的保护，从而限制了卫星激光测距系统的距离测量。