[发明专利]一种用于空间碎片的自适应激光消旋系统

摘要

本发明公开了一种用于空间碎片的自适应激光消旋系统。系统由电动转台和机身主体组成，机身主体内含有图像追踪子系统、追踪分析子系统、测距测速激光发射子系统、回波接收子系统、LID子系统、LID效果监控分析子系统、自适应聚焦子系统及主控制分析器。本发明的有益效果是，采用图像追踪子系统进行空间碎片分布实时分析，并挑选兴趣碎片目标；采用可变功率重频脉冲LID激光器与激光测距测速子系统、LID效果监测子系统，实现自适应碎片降速与消旋，以达到快速碎片消旋，提高碎片捕捉能力。

主权项

一种用于空间碎片的自适应激光消旋系统，包括电动转台(36)和机身主体(37)组成，机身主体(37)内含有图像追踪子系统(5)、追踪分析子系统(6)、测距测速激光发射子系统(21)、回波接收子系统(7)、LID子系统(12)、LID效果监控分析子系统(10)、自适应聚焦子系统(29)及主控制分析器(11)；其特征在于：电动转台(36)可接受主控制分析器(11)的指令带动机身主体(37)作三维任意角度的转动；图像追踪子系统(5)由广角镜头(31)与成像探测器(32)组成；追踪分析子系统(6)由成像控制器(34)与成像分析器(35)组成；成像控制器(34)与成像探测器(32)通过信号线(33)通讯，成像控制器(34)用以启动与控制成像探测器(32)的成像，并接受其图像数据；成像分析器(35)由高速GPU组成，用以对图像进行高速实时分析；图像追踪子系统(5)采用实时照像的方法对碎片进行追踪，获取成像视场内碎片的分布，并通过成像分析器(35)进行实时分析，找到空间兴趣碎片目标(1)并逼近，对其图像再进行实时分析，得出其几何特征及运动学特性，以供LID子系统(12)高效率消旋；LID子系统(12)由LID激光器(13)、光功率放大器(14)、扩束镜(15)组成；LID效果监控分析子系统(10)由CCD面阵探测器(9)和LID图像分析器(40)组成；LID激光器(13)发出的1064nm波长的纳秒级高重频高能量激光经光功率放大器(14)进行功率放大，然后经扩束镜(14)扩束，再通过卡式望远镜(4)持续击打空间兴趣碎片目标(1))，对其提供恒定阻力及阻力矩，进行降速与消旋；测距测速激光发射子系统(21)由测距测速激光器(22)、波形及相位调制器(23)、测距测速扩束镜(24)组成；回波接收子系统(7)由PIN光电二极管(38)、测距测速解调电路(39)组成；测距测速激光器(22)发出的1550nm连续激光经波形及相位调制器(23)调制后通过测距测速扩束镜(24)扩束，再通过卡式望远镜(4)照射空间兴趣碎片目标(1)，其回波通过卡式望远镜(4)后由PIN光电二极管(38)传感转化为电信号，再经测距测速解调电路(39)解调后，基于相位法及多普勒效应计算得到空间兴趣碎片目标(1)的距离及速度信息，可对激光降速的效果进行实时评估；LID效果监控分析子系统(10)由CCD面阵探测器(9)和LID图像分析器(40)组成；空间兴趣碎片目标(1)通过卡式望远镜(4)在CCD面阵探测器(9)上成像，再通过LID图像分析器(40)进行图像处理与分析，对消旋的效果进行实时评估；自适应聚焦子系统(29)由卡式望远镜(4)和次镜控制器(28)组成；卡式望远镜(4)由次镜(3)、主镜(16)组成，主镜(16)开有中心孔(27)；次镜控制器(28)可带动次镜(3)沿主光轴(17)平移，实现变焦和聚焦；主控制分析器(11)可对LID激光器(13)、测距测速激光器(22)进行开关控制；可控制LID激光器(13)输出激光脉冲的能量和重频；给次镜控制器(28)发送控制位移指令；用以启动成像分析器(35)、测距测速解调电路(39)与LID图像分析器(40)，并接收它们的分析结果；自适应激光消旋系统共有五个光轴：主光轴(17)、测距测速接收光轴(18)、效果监测光轴(19)、测距测速光轴(25)和图像追踪光轴(30)，这五个光轴位于同一平面，且主光轴(17)、图像追踪光轴(30)、效果监测光轴(19)三者相互平行，测距测速接收光轴(18)与测距测速光轴(25)相互平行，主光轴(17)与测距测速光轴(25)垂直。