一种激光测距光束指向实时高精度监视的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种激光测距光束指向实时高精度监视的装置，包括：45°反射镜，发射望远镜，直角组合反射镜，接收望远镜，分光镜，监视CCD，声光调制器，可控小孔光阑，准直镜，探测器。发射激光由发射望远镜发射输出，大部分透过发射光路中的直角组合反射镜，部分经直角组合反射镜反射，与发射光路平行相反传输进入接收望远镜至分光镜。小部分透过分光镜被监视CCD探测，其他被反射。在声光调制器工作时，反射光束偏转至可控小孔光阑的边缘上，避免了光对探测器的损坏；而在声光调制器未工作时，可让激光回波透过可控小孔光阑，准直镜，至探测器。对光束指向的实时监视有利于激光测距中对探测目标的实时瞄准，促进激光测距特别是卫星激光测距的发展。

A device for real-time accurate monitoring of beam pointing in laser range finder

The invention relates to a device for real-time and high-precision monitoring of laser ranging beam pointing, including a 45 degree mirror, a transmitting telescope, a right-angle composite mirror, a receiving telescope, a spectroscope, a monitoring CCD, an acoustooptic modulator, a controlled aperture, a collimating mirror and a detector. The emission laser is emitted by the transmitting telescope. Most of the laser beams pass through the right-angle combination mirror in the transmitting light path. Some of the laser beams are reflected by the right-angle combination mirror and propagate in parallel with the transmitting light path to the receiving telescope and the spectroscope. The small part is monitored by CCD and others are reflected through the spectroscope. When the acoustooptic modulator works, the reflected beam is deflected to the edge of the controllable aperture to avoid damage to the detector; while when the acoustooptic modulator is not working, the laser echo can be transmitted through the controllable aperture, collimating mirror, and to the detector. Real-time monitoring of beam pointing is conducive to the real-time aiming of detection targets in laser ranging, and promotes the development of laser ranging, especially satellite laser ranging.

【技术实现步骤摘要】
一种激光测距光束指向实时高精度监视的装置
本专利技术涉及激光测距领域，具体而言，涉及一种激光测距光束指向实时监视的装置。
技术介绍
激光测距具有精度高，测距距离远等优良特点，在卫星、空间碎片等空间目标的位置测量中得到广泛的应用。人造卫星广泛的应用在通信、科学勘测与实验、军事防务、气象等领域，全球定位系统GPS以及我国的北斗定位系统已经在人们的社会活动、生活中广泛应用，深远的改变了人们的生活方式，促进人类的发展。同时，人类在探索太空的过程中，越来越多的人造卫星、深空探测器发射至太空。在高辐射、真空、无重力的恶劣太空环境中，这些人类制造的飞行器，往往具有位置的偏移、损伤等风险，由此逐渐失去其功能。卫星激光测距由其测距远，测距精度高等优点，使其成为卫星定轨与监视的一种常规手段，受到各个国家的重视。卫星距离远、速度快，卫星激光测距系统中需要激光光束能够准确的瞄准与命中卫星的激光反射器，实现将发射激光反射回地面，再由激光测距系统的接收望远镜接收，被测距系统的探测终端——单光子探测器探测，输出回波信号，实现激光测距。杨福民，董云冰，陈婉珍，朱幼敏，谭德同，蔡世福，陆文虎在中国科学院上海天文台年刊1985年第7期中的文章《第二代人卫激光测距仪折轴发射系统的设计和调试》提出了将He-Ne红光与发射激光重合，通过发射望远镜，采用组合四面体棱镜使He-Ne红光平行与发射激光反射至接收望远镜，实现探测，从而实现通过He-Ne红光来对发射激光的实时监视。然而，文章中提到两路不同颜色的光束重合有一定的难度，平行度很难调整到±15角秒以内；后续采用发射激光在小能量下进行调节监视，避免眼睛及接收系统中窄带滤光片及光电倍增管的损伤，由于低功率激光束的方向与高功率激光的方向存在一定的偏差，全功率下发射激光仍有±10角秒的偏差。实际测星过程中仍需要发射激光为全功率输出，这样在全功率激光发射时，会对接收系统的损坏造成影响，增大了实现全功率激光发射时激光束的实时高精度监视难度。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种激光测距光束指向实时高精度监视的装置，采用直角反射组合镜，声光调制器，可控小孔光阑等器件，激光光束在监视过程中由声光调制器的作用下偏转，被可控小孔光阑的边缘阻挡，使其不能透过可控小孔光阑，至探测器上，避免了接收系统中探测器的损坏，满足激光全功率发射时的实时监视。由于光的传输，卫星反射回来的激光回波与监视激光所行进的距离不同，两者之间有一定的时间延时，这样通过在声光调制器上加载相应的延时信号，使得激光回波至接收系统后，声光调制器不工作，透过可控小孔光阑，准直镜至探测器，实现对激光回波的接收探测。本专利技术提供了提供一种激光测距光束指向实时高精度监视的装置，包括：45°反射镜，发射望远镜，直角反射组合镜，接收望远镜，分光镜，监视CCD，声光调制器，可控小孔光阑，准直镜，探测器。发射激光经过所述的45°反射镜依次经过所述的发射望远镜与所述的直角反射组合镜，绝大部分激光透过所述直角组合镜，部分激光经所述的直角反射组合镜与发射激光光束平行反射经所述接收望远镜至所述分光镜；小部分光透过所述分光镜被所述监视CCD接收光测，大部分光经所述分光镜透过所述声光调制器；此时所述声光调制器工作，光束发射偏转至所述可控小孔光阑的边缘上被阻挡，不能透过所述可控小孔光路，所述准直镜至所述探测器。同时由发射激光在大气中后向散射的光也被偏转至所述可控小孔光阑边缘。且所述监视CCD监视发射激光强度大于后向散射的强度。而当发射激光至卫星的激光回波回来时，所述声光调制器不工作，激光回波透过所述可控小孔光路，所述准直镜至所述探测器，实现对卫星激光回波的探测。作为本专利技术进一步的改进，所述45°全反镜都有与发射激光一致的高反膜，入射光与发射光的夹角为90°。作为本专利技术进一步的改进，所述发射望远镜由凹透镜，凸透镜组成，望远镜放大倍数为所述凸透镜的曲率除以所述凹透镜的曲率所得到的商；并可通过调节所述凹透镜与凸透镜距离，实现发射激光的发散角调节。作为本专利技术进一步的改进，所述直角反射组合镜由第一45°全反镜，第二45°全反镜及安装工件组成，所述第一45°全反镜与所述的第二45°全反镜相互垂直，安装至所述安装工件，牢牢的固定在望远镜上。所述第一45°全反镜镀有与发射激光波长一致的反射膜，反射膜的反射功率约为~20mW，反射率为反射功率除以发射激光功率。所述第二45°全反镜镀有与发射激光波长一致的高反射膜。所述直角反射组合镜（3）反射的发射激光与发射激光完全平行，传输方向相反。作为本专利技术进一步的改进，所述监视CCD具有宽的响应带宽，能够对发射激光及卫星反射的太阳光波长进行响应，实现对发射激光与卫星的监视。作为本专利技术进一步的改进，所述声光调制器镀有与发射激光的波长相匹配增透膜，且对发射激光无偏振要求，通光口径3~8mm，对光束偏转调制为15~20mrad。作为本专利技术进一步的改进，所述可控小孔光阑，可通过电驱动控制调节，控制范围为50μm~3mm。作为本专利技术进一步的改进，所述探测器，可为单光子探测器或其他光电探测器，可通过电驱动控制其工作时段。本专利技术的有益效果为：提出了一种激光测距过程中将发射激光实时高精度监视的一种装置，能够实时准确的监视发射激光，提高激光测距中对探测目标的瞄准。具体的：1、使用直角反射组合镜，实现了发射激光中部分激光平行与发射激光反向入射至接收望远镜中，保证发射激光与监视光束高精度实时平行。2、采用分光镜，实现了将光路分成两路，一路给监视CCD监视，一路给探测器。3、采用声光调制器与可控小孔光路，实现了对监视光路中探测器光路的偏转，降低探测器的损坏风险。附图说明图1为本专利技术实施例所述的一种激光测距光束指向实时高精度监视的装置光路监视示意图；图2为本专利技术实施例所述的一种激光测距光束指向实时高精度监视的装置激光回波接收的示意图；图3是如图1所示的激光测距光束指向实时高精度监视的装置的声光调制器工作原理图。图4是如图1所示的激光测距光束指向实时高精度监视示的装置的声光调制器开关状态的时序图；图中，1、45°反射镜；2、发射望远镜；21、发射望远镜凹透镜；21、发射望远镜凸透镜；3、直角反射组合镜；31、第一45°全反镜；32、第二45°全反镜、33、安装工件4、接收望远镜；41、副镜、42、折反镜43、主镜；5、分光镜；6、监视CCD；7、声光调制器；8、可控小孔光阑；9、准直镜；10、探测器。具体实施方式下面通过具体的实施例并结合附图对本专利技术做进一步的详细描述。如图1所示为根据本专利技术的一个实施例的一种激光测距光束指向实时高精度监视示的方法，包括沿发射激光光路走向的45°反射器1、发射望远镜2、直角反射组合镜3、接收望远镜4、分光镜5、监视CCD6、声光调制器7、可控小孔光阑8、准直镜9、探测器10。发射激光经过45°反射镜1反射透过发射望远镜2至直角反射组合镜3，绝大部分激光透过直角反射组合镜3，部分激光经所述的直角反射组合镜3与发射激光反向平行至接收望远镜4；经接收望远镜4传输至分光镜5，小部分光透过分光镜5被监视CCD6监视，大部分光经分光镜5透过声光调制器7；此时声光调制器7工作，光束发射偏转至可控小孔光阑8的边缘上被阻挡，不能透过可控小孔光阑8，准本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光测距光束指向实时高精度监视的装置，其特征在于，包括：45°反射器（1）、发射望远镜（2）、直角反射组合镜（3）、接收望远镜（4）、分光镜（5）、监视CCD （6）、声光调制器（7）、可控小孔光阑（8）、准直镜（9）、探测器（10）。

【技术特征摘要】
1.一种激光测距光束指向实时高精度监视的装置，其特征在于，包括：45°反射器（1）、发射望远镜（2）、直角反射组合镜（3）、接收望远镜（4）、分光镜（5）、监视CCD（6）、声光调制器（7）、可控小孔光阑（8）、准直镜（9）、探测器（10）。2.根据权利要求1所述的激光测距光束指向实时高精度监视的装置，其特征在于，所述发射望远镜（2）由凹透镜（21），凸透镜（22）组成，望远镜放大倍数为所述凸透镜（22）的曲率除以所述凹透镜（21）的曲率所得到的商；通过调节所述凹透镜（21）与凸透镜（22）距离，可实现发射激光的发散角调节。3.根据权利要求1所述的激光测距光束指向实时高精度监视的装置，其特征在于，所述直角反射组合镜（3）由第一45°全反镜（31），第二45°全反镜（32）及安装工件(33)组成，所述第一45°全反镜与所述的第二45°全反镜相互垂直,安装至所述安装工件(33)，牢牢的固定在望远镜上。4.根据权利要求3所述的激光测距光束指向实时高精度监视的装置，其特征在于，所述第一45°全反镜(31)镀有与发射激光波长一致的反射膜，反射膜的反射功率约为~20mW，反射率为反射功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙明亮，程志恩，汤凯，邓华荣，吴志波，秦思，张忠萍，
申请(专利权)人：中国科学院上海天文台，
类型：发明
国别省市：上海,31