[发明专利]一种非镀膜光学激光反射器阵列组件及激光测距系统

说明书

本发明公开了一种非镀膜光学激光反射器阵列组件，包括若干偏振态空间激光反射器，所述偏振态空间激光反射器出射激光的远场光斑形态相隔第一角度为周期重合，所述第一角度是根据偏振态空间激光反射器的反射面角度确定的；根据目标结构，各偏振态空间激光反射器的安装方位角，按照所述第一角度与所述偏振态空间激光反射器的数量所确定的角度间隔进行布置。本实施例通过合理的空间排列方式改善和提高分离衍射光束环的均匀性，进一步弥补和解决由于反射器数量不足和分离角过大造成的测距盲区数据量稀少和不稳定问题。

技术领域

本发明涉及激光测距技术领域，尤其涉及一种非镀膜光学激光反射器阵列组件及激光测距系统。

背景技术

在航空航天领域，激光反射器是跟踪和测量卫星、航空航天器距离必须的部件，为无源光学器件，装载在飞行器表面，其作用是将测距激光光束按入射方向原反射面角度反射，以实现测距点和飞行器之间的远距离精密测量。另外，在对远距离目标等物体的精密测量中也有广泛的应用。

作为传统激光反射器，其工作技术状态(发散角、最大倾斜角、有效发射面积、发射率、远场衍射光斑、速度光行差补偿等)由反射器的特性(形状、尺寸、角误差)决定，比如，直角面镀膜的角误差直接决定激光合作目标的远场衍射光斑和速度光行差补偿；反射器口径决定了光斑发散角。

实验证明：角反射器直角存在偏差时，出射光的六个子光束处于分离状态，分别与入射光存在微小的夹角，衍射光斑能量分布也与理想角反射器不同，无角度偏差理想反射器远场能量分布为中心艾里斑，带偏差反射器远场能量分布除中心艾里斑101外，周围为6个子环形光斑102(图1所示)。

实际工程应用中，为增大反射面积，激光反射器的结构通常由若干多个角反射器阵列结构组成，与单一角反射器相比，可显著减小尺寸和重量，提高合作目标远场角，对传输中激光因大气非均匀性引起的畸变进行光学补偿。为实现科学目标的有效测量，激光反射器组件应具有较高的激光反射率和较小的发散特性，以保证反射信号具有足够的光强。比如，对于低轨卫星，激光合作目标通常采用半球或半圆台结构，使阵列的有效发射面积在观测区域对称分布且尽可能保持均匀，以保证即使观测站在低仰角条件下也可进行测距；对于高轨卫星，由于一般要求反射面积大，则采取平面圆形排列方式。

直角面镀膜能大大增加反射器的观测范围，对于低轨卫星，内全反射角仅有不到17度(对于石英玻璃)不能满足反射器的观测范围指标要求，限定了反射器必须镀膜；对于中高轨道卫星，反射率是需要解决的主要问题，镀膜虽可以增大入射有效角度，但三次反射会严重降低反射率，同时空间辐照、高低温交变也会影响膜层性能。

不考虑反射器偏振效应情况下，出射光束和入射光束的偏振状态完全一致，振幅和位相未发生变化；考虑反射器偏振效应情况下，6个出射光孔仅有2个光孔和入射光斑偏振状态一致，其余出射光两正交分量相对原始入射偏振光振幅和位相均发生改变。

反射器布局设计中，应使结构紧凑，尽量减小外包络直径尺寸，降低反射器分布影响，提高测距精度；应尽量提高布阵面反射器单位面积密度，减少非光学反射作用区，增大光学有效反射面积，增强激光反射率和探测效率；采取各种结构布局设计方法匀化或增强反射器衍射光斑环带光场强度，提高不同或特定测距站观测概率，提升测距效果和卫星定轨精度。

目前，空间激光反射器阵列匀化方法主要包括随机法；随机排列法主要决定于反射器数量，反射器随机排列数量达到一定规模时可一定程度实现远场光斑的匀化，但达不到工程实际应用的需求。

发明内容

本发明实施例提供一种非镀膜光学激光反射器阵列组件及激光测距系统，通过合理的空间排列方式改善和提高分离衍射光束环的均匀性，进一步弥补和解决由于反射器数量不足和分离角过大造成的测距盲区数据量稀少和不稳定问题。