An integrated proximity measurement sensor and system includes a pulsed laser source (1), a structured laser source (2), a laser emission optical system (3), a synchronous two-dimensional scanning optical circuit module, a laser receiving optical system (4), a spectroscope (6), an APD laser detector (7), a first APS imaging detector (8), a visible light receiving optical system (9), and a second APS imaging detector (10), which are reduced by a reduction. Instantaneous field of view can overcome the interference of sunlight to the greatest extent, and has the ability to work all day. It can realize cooperative/non-cooperative target measurement by mode self-switching, as well as the combination of optical, laser and structured light measurement systems and data fusion. It can realize three-dimensional reconstruction and relative measurement of non-cooperative targets. The robustness of point cloud algorithm can be improved by integrating optical information.
【技术实现步骤摘要】
一种集成化接近测量敏感器及系统
本专利技术涉及一种集成化接近测量敏感器及系统,属于空间探测
技术介绍
随着空间探测技术的不断发展,空间在轨服务、空间目标在轨操作已成为探索外太空必不可少的技术。通过这些技术有望实现卫星在轨维修、维护,大型探测设备在轨制造,空间目标自主打击与防御等等。其中对合作/非合作目标接近过程中各种运动信息(位置、姿态、速度等)的测量技术十分关键,是实现对合作/非合作目标进行接近、操作需解决的首要问题。当前用于合作目标的接近测量技术比较成熟,通过在目标上设计装配靶镜或通讯设施等措施,在具有目标先验知识情况下,实现对目标位置、姿态、速度的测量。常用的技术有光学几何摄影测量法、GPS通讯定位法等。该技术多用于空间交会对接任务中,实现已方事先设计好的航天器之间的对接、燃料补给、货物运输等任务。然而空间操作中,更多的目标是非合作的,事先无法获得目标的先验信息,如空间碎片、失效的卫星、敌对空间目标等等。通常这些目标的运动状态、形状、材质各异,这给目标运动信息的测量带来了极大挑战。目前,用于空间非合作目标位姿测量的技术方案,主要分为基于相机投影几何(立体视觉相机、结构光相机等)的方案和激光点云测距(扫描激光雷达、TOF闪光激光雷达)的方案两大类。在技术特点上,相机类方案近距离位姿测量精度高,对目标的形态、细节呈现丰富,缺点是容易受空间光照条件限制和杂光干扰;激光类方案工作距离可以由十几米覆盖到数十公里,测量的作用范围宽,测距精度高,不足之处为近距离(十米以内)测量精度较低,主要原因是近距离激光飞行时间极短,难以实现高精度的定时测量。美国XS ...
【技术保护点】
1.一种集成化接近测量敏感器,其特征在于:包括脉冲激光光源(1)、结构光激光光源(2)、激光发射光学系统(3)、收发同步二维扫描光路组件、激光接收光学系统(4)、分光镜(6)、APD激光探测器(7)、第一APS成像探测器(8)、可见光接收光学系统(9)、第二APS成像探测器(10);所述脉冲激光光源(1)发出的脉冲激光和所述结构光激光光源(2)发出的结构光激光均依次经所述激光发射光学系统(3)和收发同步二维扫描光路组件后出射,经被测目标反射后形成反射激光,所述反射激光由所述收发同步二维扫描光路组件接收并反射进入激光接收光学系统(4),所述激光接收光学系统(4)通过分光镜(6)将反射激光分成反射脉冲激光和反射结构光激光两路,其中脉冲激光进入所述APD激光探测器(7)进行光电转换后用于TOF测量,结构光激光进入所述第一APS成像探测器(8)进行光电转换后用于结构光测量;所述可见光接收光学系统(9)将视场内被测目标的反光收集后输出给第二APS成像探测器(10),所述第二APS成像探测器(10)对反光进行光电转换用于视觉测量。
【技术特征摘要】
1.一种集成化接近测量敏感器,其特征在于:包括脉冲激光光源(1)、结构光激光光源(2)、激光发射光学系统(3)、收发同步二维扫描光路组件、激光接收光学系统(4)、分光镜(6)、APD激光探测器(7)、第一APS成像探测器(8)、可见光接收光学系统(9)、第二APS成像探测器(10);所述脉冲激光光源(1)发出的脉冲激光和所述结构光激光光源(2)发出的结构光激光均依次经所述激光发射光学系统(3)和收发同步二维扫描光路组件后出射,经被测目标反射后形成反射激光,所述反射激光由所述收发同步二维扫描光路组件接收并反射进入激光接收光学系统(4),所述激光接收光学系统(4)通过分光镜(6)将反射激光分成反射脉冲激光和反射结构光激光两路,其中脉冲激光进入所述APD激光探测器(7)进行光电转换后用于TOF测量,结构光激光进入所述第一APS成像探测器(8)进行光电转换后用于结构光测量;所述可见光接收光学系统(9)将视场内被测目标的反光收集后输出给第二APS成像探测器(10),所述第二APS成像探测器(10)对反光进行光电转换用于视觉测量。2.根据权利要求1所述的一种集成化接近测量敏感器,其特征在于:所述激光发射光学系统(3)采用两个准直器能够对两路输入激光进行准直,并将两路激光共轴输出。3.根据权利要求1所述的一种集成化接近测量敏感器,其特征在于:所述激光接收光学系统(4)的视场角不小于±7°。4.根据权利要求1所述的一种集成化接近测量敏感器,其特征在于:所述TOF测量对应的瞬时视场不大于±1.25°。5.根据权利要求1所述的一种集成化接近测量敏感器,其特征在于:所述可见光接收光学系统(9)的视场角不小于±15°。6.根据权利要求1所述的一种集成化接近测量敏感器,其特征在于:所述脉冲激光光源(1)发出的脉冲激光和所述结构光激光光源(2)发出的结构光激光共轴输出;所述可见光接收光学系统(9)的光轴与所述脉冲激光光源(1)发出的脉冲激光的光轴平行。7.根据权利要求1所述的一种集成化接近测量敏感器,其特征在于:所述收发同步二维扫描光路组件包括...
【专利技术属性】
技术研发人员:王立,华宝成,朱飞虎,郭绍刚,吴云,刘达,陈建峰,吴奋陟,张成龙,顾营迎,
申请(专利权)人:北京控制工程研究所,
类型:发明
国别省市:北京,11
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