一种基于涡旋光的非合作目标转速和位姿测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于涡旋光的非合作目标转速和位姿测量方法，从旋转多普勒效应原理及散射点模型入手，先将目标上被光斑覆盖的散射点速度向椭圆切向投影，再向光束横截面投影，并将此投影速度除以光束的半径，这样便可求出涡旋光相位中的角向分量θ(t)对时间t的导数θ′(t)，进而可求得基带回波信号的旋转多普勒频移；在此基础上，通过分析在偏心和倾斜同时存在情况下的旋转多普勒频移变化情况，得出了频移极值随相对空间位置参数的变化规律，进而可求得偏心和倾斜同时存在并且涡旋光光轴无偏转时的转速和偏心距。

【技术实现步骤摘要】
一种基于涡旋光的非合作目标转速和位姿测量方法
本专利技术主要涉及光学、空间解析几何、立体几何、物理学、信号检测等领域，尤其是结构光束与拍频信号检测技术。技术背景光学涡旋是一类等相位面呈螺旋状的特殊光场，具有轨道角动量。在传输过程中，光束中心因相位不确定或发生突变而产生奇点，在奇点处光强为零。涡旋光由于其螺旋形的相位被广泛用于光学操控、量子探测、光学探测等领域。旋转多普勒效应是由于涡旋光具有螺旋波阵面和轨道角动量，而使得探测光的回波信号产生与目标转速相关的多普勒频移。2013年，英国的MilesPadgett教授在《Science》杂志上提出了利用涡旋光测量旋转物体转速的方法；2014年，MilesPadgett教授在《PhysicsToday》上发表文章，提出可以用经典多普勒效应解释涡旋光的旋转多普勒效应，这为后续的涡旋光探测旋转物体的发展提供了重要的理论基础。2019年，航天工程大学任元课题组在《AppliedOptics》发表文章首次分析了简单的涡旋光偏离目标旋转中心入射的情况，并发现可根据回波频谱提取目标转速。同年该课题组进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于涡旋光的非合作目标转速和位姿测量方法，其特征在于：采用在空间中对目标散射点速度几何投影的方法求解回波信号中的旋转多普勒频移Δf

【技术特征摘要】
1.一种基于涡旋光的非合作目标转速和位姿测量方法，其特征在于：采用在空间中对目标散射点速度几何投影的方法求解回波信号中的旋转多普勒频移ΔfD，设l为探测光的拓扑荷数，Ω为目标转速，γ为入射角，θz为椭圆光斑上的方位角，d为偏心距，r为涡旋光半径，ξ为光轴偏转角，其中光轴偏转角定义为偏心距和倾斜共存时，光轴可能会绕目标表面法线转过一定角度，在光斑上表现为短轴与旋转中心和光斑中心连线的夹角，偏心距定义为光斑中心与目标旋转中心的距离，则旋转多...

【专利技术属性】
技术研发人员：任元，沙启蒙，王卫杰，刘通，邱松，丁友，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：北京;11