【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空间测距领域，尤其涉及一种空间测距系统收发光轴在轨标定系统和方法。
技术介绍
1、激光测距系统中是获取空间目标位置的主要手段，而光轴指向标定是实现激光测距的基础，测距原理是通过地面站或者空间测距载荷卫星向测距目标发射高功率、准直性强的激光束,通过直接测量激光发射、打到探测物体再返回到探测器的飞行时间，来反推探测器到被测物的距离，测距精度一般可达到厘米级。激光测距的光轴校准是指通过调整激光发射器和接收器之间的相对位置和方向，使激光光轴与瞄准光轴平行，从而提高激光测距的精度和稳定性，光轴校准是测距的核心，它直接影响传感器的测量精度和可靠性。如果光轴和物体轴线之间的偏差过大，传感器会产生较大的误差，导致测距结果不准确。因此，为了确保传感器的测量精度，必须对光轴进行精确校准。
2、在激光测距技术中，影响收发光轴指向精度的因素主要包括以下三个方面：首先，卫星发射过程中的振动和运行过程中的抖动会导致地面标定的成像几何参数与卫星发射之前存在较大误差，无法适用于空间轨道上的实际状态；其次，卫星在轨姿态调整和相机镜头调焦等操作会引起一定的指向误差；最后，低轨道卫星在运行中受到光照产生的热形变以及系统发热的热累计效应会导致热形变误差。这三个因素的综合作用导致了光轴指向精度的偏差。现有地面标定方法无法克服地面装配、入轨装配及热形变累积效应等误差带来的影响。因此，有必要对空间测距系统的收发光轴进行在轨误差定标，以减小误差并提升光轴指向精度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术的一个方面提供一种空间测距系统收发光轴在轨标定系统，其光学系统包括激光器、接收相机a、发射接收相机b,在发射光路和接收光路上设置有二维摆镜、反射镜和切换镜；其中：
3、接收相机a是可见光相机，光线通过接收光路经由所述接收相机a获取目标位置信息；
4、接收发射相机b是可见光相机，用于接收经切换镜反射的目标反射光线，所述接收相机a与所述接收发射相机b对同一目标成像可完成误差标定；
5、切换镜是具有快速切换功能的高反射低透射透镜，用于将大部分光线穿过可见光相机a成像，部分反射光进入发射接收相机b成像；
6、二维摆镜用于在两个维度上微调，根据目标成像的位置实时调整光路指向；
7、反射镜用于将激光器发出的激光，经过调整修正后准确对准目标，通过调整反射镜的角度和位置，精确地控制激光束的传输路径。
8、本专利技术的另一个方面提供一种空间测距系统收发光轴在轨标定方法，包括固定误差标定方法，以及实时校准方法，其中：
9、固定误差标定方法用于精确测量和校准系统中的固定误差源，准确地确定和校正由系统硬件的制造和装配误差、光学元件的偏移或倾斜、电子元件的噪声或偏差引起的固定误差；所述固定误差标定方法是使用接收相机a和发射接收相机b对空间单颗恒星多次成像，得到目标在两个相机中的视矢量，基于最小二乘方法对接收相机a坐标系与发射接收相机b坐标系转换矩阵进行拟合求解，基于遗传算法对其旋转矩阵优化求解，对收发光轴固定误差进行标定；
10、所述实时校准方法用于实时校正激光测距系统的收发光轴产生的动态偏差，并实时调整激光发射器和接收器的位置和方向，以补偿这些误差，确保激光光轴与瞄准光轴保持平行，所述实时校准方法是基于lstm接收光轴投影预测并基于ppo的目标发射光轴智能决策方法的智能校准方法。
11、进一步的，所述对空间单颗恒星多次成像为输入目标恒星赤经赤纬，首先将切换镜置于位置1处，目标反射光线透过高透射低反射切换镜，经过接收相机a连续成像10次，然后将切换镜切换至位置2处，使用接收发射相机b接收反射的光并连续成像10次，按照此办法将切换镜在位置1和位置2处反复切换至20次，每次成像10次。
12、进一步的，基于最小二乘的收发光轴固定误差标定方法为：接收相机a与发射接收相机b的光轴关系可描述为在同一目标在两台相机视矢量的转换关系，表示为下式：
13、va＝mab·vb
14、其中va、vb为两个相机的视矢量，根据相机成像模型确定，mab为接收相机a坐标系与发射接收相机b坐标系转换矩阵，在欧拉旋转后表示为下式：
15、mab＝rx(α0+δα)·ry(β0+δβ)·rz(γ0+δγ)
16、式中α0、β0、γ0为地面标定下转换初始参数，δα、δβ、δγ为入轨后修正参数，
17、以接收相机a为例，相机视矢量和图像检测(i，j)关系表示为下式：
18、va＝((j-jmid)dx,(imid-i)dy,-f)t
19、式中i,j为图像检测质心，(imid,jmid)为相机图像中心，dx为探测器像元在行方向的尺寸，dy为探测器像元在列方向的尺寸，f为相机焦距；
20、两台相机对同一恒星多次成像时，可得到：
21、
22、wa、nb为va、vb多次观测的集合，为3×n矩阵，为伴随矩阵，计算得到下式：
23、
24、其中：
25、
26、进一步的，所述收发光轴实时校准方法为在载荷工作期间，根据载荷接收相机a检测目标位置，通过调整二维摆镜实时控制激光出光指向，使激光发射光轴准确指向目标，同时根据接收发射相机b观测图像，实时修正指向偏差，其模型表示为下式：
27、
28、va＝((j-jmid)dx,(imid-i)dy,-f)t
29、va为接收相机a目标视矢量，vb为目标在发射光路中的估计视矢量，mab为接收相机a坐标系与发射接收相机b坐标系转换矩阵，由收发光轴固定误差标定方法中解算；
30、根据vb和相机成像模型得到目标在发射光路中理论像面坐标(i,j)。
31、进一步的，若为下一次发射光路中目标视矢量，采用基于lstm的目标接收矢量投影预测方法根据当前vb对进行估计，所述基于lstm的目标接收矢量投影预测方法为：
32、输入目标历史位置信息，目标当前测量信息，根据原始时序数据构建数据集，对数据进行归一化和平滑操作，提高数据的稳定性和可预测性，再由lstm编码器进行特征提取，得到矢量平均值，并与当前量测位置矢量相加作为预测器的输入，预测器对下一时刻的位置进行预测并输出。
33、进一步的，所述基于ppo的目标发射光轴智能决策方法包括以下步骤：
34、步骤s1，将从环境中得到的预测位置信息、当前二维摆镜位置信息和系统误差传输到actor网络中；
35、步骤s2，由actor网络进行状态编码；
36、步骤s3，根据状态作出决策，调整二维摆镜的位置；
37、步骤s4，rewa本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种空间测距系统收发光轴在轨标定系统，其特征在于，其光学系统包括激光器、接收相机A、发射接收相机B,在发射光路和接收光路上设置有二维摆镜、反射镜和切换镜；其中：
2.一种空间测距系统收发光轴在轨标定方法，其特征在于，包括固定误差标定方法，以及实时校准方法，其中：
3.根据权利要求2所述的一种空间测距系统收发光轴在轨标定方法，其特征在于，所述对空间单颗恒星多次成像为输入目标恒星赤经赤纬，首先将切换镜置于位置1处，目标反射光线透过高透射低反射切换镜，经过接收相机A连续成像10次，然后将切换镜切换至位置2处，使用接收发射相机B接收反射的光并连续成像10次，按照此办法将切换镜在位置1和位置2处反复切换至20次，每次成像10次。
4.根据权利要求2所述的一种空间测距系统收发光轴在轨标定方法，其特征在于，基于最小二乘的收发光轴固定误差标定方法为：接收相机A与发射接收相机B的光轴关系可描述为在同一目标在两台相机视矢量的转换关系，表示为下式：
5.根据权利要求4所述的一种空间测距系统收发光轴在轨标定方法，其特征在于，所述收发光轴实时校准方法为在
6.根据权利要求5所述的一种空间测距系统收发光轴在轨标定方法，其特征在于，若Vb*为下一次发射光路中目标视矢量，采用基于LSTM的目标接收矢量投影预测方法根据当前Vb对Vb*进行估计，所述基于LSTM的目标接收矢量投影预测方法为：
7.根据权利要求6所述的一种空间测距系统收发光轴在轨标定方法，其特征在于，所述基于PPO的目标发射光轴智能决策方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种空间测距系统收发光轴在轨标定系统，其特征在于，其光学系统包括激光器、接收相机a、发射接收相机b,在发射光路和接收光路上设置有二维摆镜、反射镜和切换镜；其中：
2.一种空间测距系统收发光轴在轨标定方法，其特征在于，包括固定误差标定方法，以及实时校准方法，其中：
3.根据权利要求2所述的一种空间测距系统收发光轴在轨标定方法，其特征在于，所述对空间单颗恒星多次成像为输入目标恒星赤经赤纬，首先将切换镜置于位置1处，目标反射光线透过高透射低反射切换镜，经过接收相机a连续成像10次，然后将切换镜切换至位置2处，使用接收发射相机b接收反射的光并连续成像10次，按照此办法将切换镜在位置1和位置2处反复切换至20次，每次成像10次。
4.根据权利要求2所述的一种空间测距系统收发光轴在轨标定方法，其特征在于，基于最小二乘的收发光轴固定误差标定方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：王敏，何涛，封家鹏，李宇晴，徐晨，齐凯华，
申请(专利权)人：中国科学院微小卫星创新研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。