[发明专利]一种星载平板中继光学系统

说明书

本发明提供一种星载平板中继光学系统，包括用于接收回波信号并分束过滤输出电信号的光学组件、用于使光学组件位置固定并且光路中心的高度一致的结构平板、设置在结构平板四周用于补偿结构热变形带来的刚体位移且保证结构平板尺寸稳定和提高光学系统抗屈服能力的柔性支撑腿和用于屏蔽空间辐射、隔绝外部热量和降低给结构平板带来的膨胀变形的外罩，光学组件包括反射镜光机组件、分色镜组件、F‑P标准具组件、偏振分光组件和光电探测器模块。本发明经过力学和热学的试验证实，力热试验前后系统指标变化不大，满足系统指标要求，系统内部光路紧凑结构布局合理，信噪比高，适于星载空间失重环境下长期运行及空间辐射、温度变化条件下使用。

技术领域

本发明涉及光学元件、系统或仪器技术领域，具体涉及一种星载平板中继光学系统。

背景技术

激光雷达是探测大气中云和气溶胶类型及时空分布的重要技术手段之一，对于研究气候变化、环境污染和人类健康至关重要。相比于地基激光雷达观测，星载激光雷达可以获取大区域范围内不同高度和类型的云、气溶胶分布，对于研究云和气溶胶的微物理特性、辐射强迫效应、污染物传输以及污染源的解析等具有不可替代的作用，最为激光雷达核心单机系统，中继光学系统是激光雷达整个系统中至关重要的一部分，对想要获取的大气信息进行直接探测，为后续的数据处理提供直接支持。因此中继光学系统性能的稳定与否将直接影响任务的成败。

2006年发射的搭载星载激光雷达CALIPSO的卫星由美国国家航天局(NASA)和法国国家航天中心合作的，到目前已经超期服役多年，并已获取了至少十年的全球云和气溶胶类型的垂直分布数据，为全球气候和环境变化研究提供了重要的数据支撑，目前国内外均已开始对新一代星载激光雷达的研制工作，旨在持续获取全球云、气溶胶类型和光学特性的垂直分布信息，支撑全球气候变化、云与气溶胶相互作用等研究。在国内即将发射首颗搭载星载激光雷达的卫星，是由航天科技集团公司九院704所研制的星载多波束激光雷达，并且为我国此类型卫星有效载荷的首颗。

发明内容

本发明是为了解决星载激光雷达中继光学系统在空间失重环境下长期运行时，受到空间辐射、温度变化等影响，因结构变形导致的光路变化和缩短光学器件寿命进而影响系统光学效率、数据可靠性和系统的稳定性的问题，提供一种星载平板中继光学系统，包括由高刚度和高尺寸稳定性材料制成的结构平板，可补偿温度变化带来的结构变形的整机柔性支撑腿，低热导率、低热膨胀系数和低密度的碳纤维复合材料制成的外罩，结构平板上安装的高反射率双波长反射镜光机组件，F-P标准具组件，偏振分光组件，分色镜组件和光电探测器模块。本发明系统内部光路紧凑结构布局合理，满足星载中继系统指标要求，性能优越，并且极大的提高了系统中532nm通道的信噪比。

本发明提供一种星载平板中继光学系统，包括用于接收回波信号并分束过滤输出电信号的光学组件、用于使光学组件位置固定并且光路中心的高度一致的结构平板和设置在结构平板四周用于补偿结构热变形带来的刚体位移且保证结构平板尺寸稳定和提高光学系统抗屈服能力的柔性支撑腿。

本发明所述的一种星载平板中继光学系统，作为优选方式，光学组件包括依次设置的反射镜光机组件、分色镜组件、F-P标准具组件、偏振分光组件和设置在反射镜光机组件一侧的光电探测器模块，反射镜光机组件、分色镜组件、F-P标准具组件、偏振分光组件和光电探测器模块均固定在结构平板上；

反射镜光机组件用于接收望远系统接收的回波信号及转折光束，分色镜组件用于将光束分为不同波段单色光，F-P标准具组件用于将单色光进行过滤输出，偏振分光组件用于将F-P标准具组件输出的单色光分进行分光并输出，光电探测器模块用于进行光电信号转换及信号交互，结构平板用于使反射镜光机组件、分色镜组件、F-P标准具组件、偏振分光组件和光电探测器模块位置固定并且光路中心的高度一致。

本发明所述的一种星载平板中继光学系统，作为优选方式，光学系统还包括与结构平板形成一体结构并将反射镜光机组件、分色镜组件、F-P标准具组件、偏振分光组件和光电探测器模块包含在内的外罩，外罩用于屏蔽空间辐射、隔绝外部热量和降低给结构平板带来的膨胀变形。