[发明专利]一种基于双光梳测距的大动态范围基线测量系统及方法

说明书

一种基于双光梳测距的大动态范围高精度基线测量方法，系统包括第一飞秒光梳GS1、第二飞秒光梳GS2、第一分光镜BS1、第二分光镜BS2、第三分光镜BS3、跟踪转镜ZJ、CCD、参考臂靶标KJZ、测量臂靶标LJZ、第一光电接收系统、第二光电接收系统、第三光电接收系统、第四光电接收系统、第五光电接收系统；本发明在有一定机动范围的长基线系统中，引入双光梳测距原理与光斑跟踪链路，实现了基线距离、角度六自由度的高精度同步测量。

技术领域

本发明涉及一种基于双光梳测距的大动态范围基线测量系统及方法，适用于卫星应用中有一定机动范围的天线超长基线六自由度(三个距离向维度和三个角度向维度)绝对测量，包括单星基线测量和星间基线测量。

背景技术

干涉合成孔径雷达(InSAR)中，基线的测量精度是影响卫星高程测量精度最为关键的因素之一。目前在研的InSAR系统都具备超长的基线，单星天线间的基线长度从几米到几百米，双星编队天线间的基线长度从几百米到几公里之间。在这种长基线的情况下，天线支撑臂往往具有一定的机动范围。

为实现大动态范围的基线测量，目前国际上精度最高的测量方法是采用基于双频干涉的激光跟踪仪系统进行测量。目前基于双频激光干涉仪的测量主要是增量测量即相对量的测量，但在星载基线测量系统时，很多时候是需要对绝对量进行测量的。近几年出现的激光跟踪仪也具备了绝对距离测量的功能，但主要采用IFM(激光干涉技术)和ADM(绝对测距仪)相结合的办法来实现绝对距离测量，通过IMF测出移动的相对距离再加上ADM测出的基准距离，才可以得到跟踪头中心到空间点的绝对距离，过程较为复杂，测量精度和测量速度也有待提高。

飞秒光学频率梳的出现解决了传统激光干涉仪无法进行绝对距离测量的瓶颈，而多合作目标点的靶标设置则可以解决基线系统的六自由度同步测量难题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于双光梳测距的大动态范围基线测量系统及方法，在有一定机动范围的长基线系统中，引入双光梳测距原理与光斑跟踪链路，设置了5个合作目标点的靶标系统，实现了基线距离、角度六自由度的高精度同步测量，解决新一代遥感卫星中对于大量程、高精度绝对基线测量的关键需求。

本发明的技术方案是：一种基于双光梳测距的大动态范围高精度基线测量系统，包括第一飞秒光梳GS1、第二飞秒光梳GS2、第一分光镜BS1、第二分光镜BS2、第三分光镜BS3、跟踪转镜ZJ、CCD、参考臂靶标KJZ、测量臂靶标LJZ、第一光电接收系统、第二光电接收系统、第三光电接收系统、第四光电接收系统、第五光电接收系统；第一飞秒光梳GS1通过内部的分束器分成五路，再经过准直器发出五路准直光束至第一分光镜BS1后分为两个方向，反射光经过参考臂靶标KJZ反射回第一分光镜BS1形成参考反射光；透射光经第二分光镜BS2透射至跟踪转镜ZJ，再折转至测量臂靶标LJZ，经测量臂靶标LJZ反射回第二分光镜BS2后分为两个方向，反射光送至CCD进行成像，透射光返回至第一分光镜BS1，与参考反射光合束后形成测量光脉冲送至第三分光镜BS3；CCD内部计算得到测量目标的横向位移及俯仰角，同时计算得到跟踪转镜的跟踪转角，控制伺服机构调整跟踪转镜ZJ转动并跟踪测量目标；第二飞秒光梳GS2通过内部的分束器分成五路，再经过准直器发出五路准直光束至第三分光镜BS3形成本振光脉冲；在第三分光镜BS3上测量光脉冲与本振光脉冲合光后，分别进入第一光电接收系统、第二光电接收系统、第三光电接收系统、第四光电接收系统、第五光电接收系统；第一光电接收系统计算得到测量目标的轴向位移，第二光电接收系统、第三光电接收系统、第四光电接收系统、第五光电接收系统计算得到偏航角和滚转角。

所述第一光电接收系统包括沿光路方向依次放置的第一凸透镜L1和第一光电探测器PD1；

所述第二光电接收系统包括沿光路方向依次放置的平面镜M2、第二凸透镜L2、第二光电探测器PD2；

第三光电接收系统包括沿光路方向依次放置的平面镜M3、第三凸透镜L3和第三光电探测器PD3；