[发明专利]实现发射光轴快速高精度标校的多通道发射装置

说明书

一种实现光学系统发射光轴快速高精度标校的多通道发射装置，包括由激光发射第一通道、激光发射第二通道、激光发射第三通道构成平行发射光束装置，在该平行发射光束装置的光束面阵中心设置发射监测系统，所述的发射监测系统包括CCD相机监测望远镜，所述的CCD相机的光敏面处于监测望远镜的焦面上。本发明利用三通道发射光束经过大气的自身后向散射成像光锥交叉于无穷远成像点的特点，可以直接标校出三通道发射子系统的发射光轴，无需传统方式的合作目标介入。

技术领域

本发明属于空间激光工程光电探测，涉及一种实现光学系统发射光轴快速高精度标校的多通道发射装置，无需借助合作目标即可实现发射指向的快速高精度标校，是星地激光通信和机载测距激光雷达发射等空间激光系统的一个关键技术。

背景技术

空间激光工程系统应用包括卫星激光通信和远程激光测距雷达。激光终端的收发平台主要基于地基、机载和星载等三种形式，其空间作用距离为几千到几万公里。激光光束的发散角一般为几十微弧度量级，到达几万公里外的通信或探测目标处光斑足趾达到千米量级。如果发射指向偏差1微弧度，目标处的光斑位置会产生几十米的移动，极易丢失目标，因此对发射指向的精度提出了很高的要求。与星载平台不同，对于地基和机载发射平台而言，发射的上行激光束在离开望远镜后首先经过大气层的影响，产生光束漂移、抖动和到达角起伏等大气湍流效应，极大地破坏了发射光轴指向的准确度。因此，必须要对系统发射光轴进行指向标校。

地基平台传统的光轴标校是通过合作目标的方式预先完成的。合作目标一般放置在野外超过5公里处，由于地面大气湍流起伏的影响，回波光斑在相机内的跟踪点通常处于抖动的状态，对发射光轴的跟踪点的确认只能通过统计平均结果来进行判断，给指向精度引入较大的误差，导致在进行拍星验证时收发光轴间存在角度偏差，收发一致性下降，降低了系统工作效率，甚至会引入误差导致建链不成功。对于机载平台而言，由于平台本身处于运动状态，加上周围环境大气的扰动，要实现光轴指向的精准标校就更加困难，目前针对机载平台的发射光轴尚未有较为有效的标校方法。

在杨文波、安宁等人的专利中提出一种基于图像识别和控制算法的指向修正方案(参见专利申请号CN107015234A和CN110133626A)，该方案中光轴跟踪点的精度取决于相机光锥图像边缘直线的数值拟合精度，仅适用于大气后向散射强产生明显光锥图像边缘的情况。当大气透过率高，后向散射强度弱导致光锥图像边缘模糊进而无法提取出锐利的边缘时，会产生较大的精度误差。

发明内容

为解决空间激光工程系统中激光终端平台收发光轴的快速实时高精度在线标校，同时摆脱需要合作目标辅助配合的试验条件限制，提高系统工作效率，本发明提出一种无需合作目标实现光学系统发射光轴快速高精度标校的多通道发射装置，在系统中引入多个平行发射的光束，并在光束面阵中心设置发射监测相机，通过各发射镜筒和监测相机空间位置关系，建立基于大气后向散射的探测距离与发射监测相机中成像光锥位置的相对几何关系，可快速判断发射光轴跟踪点，实现系统对深空目标的快速高精度实时指向。

本发明的技术方案如下：

一种实现光学系统发射光轴快速高精度标校的多通道发射装置，其特点在于，包括由激光发射第一通道、激光发射第二通道、激光发射第三通道构成平行发射光束装置，在该平行发射光束装置的光束面阵中心设置发射监测系统，所述的发射监测系统包括CCD相机监测望远镜，所述的CCD相机的光敏面处于监测望远镜的焦面上。

所述的光发射第一通道和激光发射第二通道关于所述的发射监测发射监测系统呈左右对称分布，且光发射第一通道和激光发射第二通道到所述的发射监测发射监测系统的中心点距离相等，所述的激光发射第三通道位于所述的发射监测发射监测系统的正上方，使三个通道发射光束的发散角为微弧度量级，远远小于发射监测系统视场的毫弧度量级。

所述的激光发射第一通道、激光发射第二通道、激光发射第三通道发射三束平行光束，依次经大气和监测望远镜后，在所述的CCD相机的光敏面聚焦成像，成像的图像为三个光锥。