本發(fā)明屬于星間激光通信及光學(xué)成像，具體地，涉及一種星間激光通信成像標(biāo)校一體方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、激光在空間傳輸具有指向性強(qiáng)、不依賴傳輸媒介等特點(diǎn)，被應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域。發(fā)射終端將數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為光信號，并通過激光器產(chǎn)生高能量的激光后，激光經(jīng)過空氣或真空后，到達(dá)接收終端。接收終端經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換，最終解碼出所需要的信息。由于激光的指向性強(qiáng)、能量集中，相比傳統(tǒng)的無線電通信技術(shù)，激光通信可以實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)傳輸距離、更大帶寬、更高速率，天然的成為空間信息傳輸?shù)囊环N理想通信手段。

2、對于星間激光通信，由于低軌衛(wèi)星處于不斷的運(yùn)動過程中，本星和他星位置每時每刻都在變化，這對指向性要求高的激光通信帶來了很大的挑戰(zhàn)。一方面，需要掌握通信鏈路的幾何關(guān)系變化規(guī)律，提前分析預(yù)估激光指向，實(shí)現(xiàn)高精度的跟瞄。另一方面，需要確定激光通信終端相對于慣性坐標(biāo)系下的姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)兩個終端間激光的高精度對準(zhǔn)，完成星間激光通信。

3、然而目前激光通信終端姿態(tài)的獲取依靠衛(wèi)星平臺輸出，并通過兩者間的相對關(guān)系進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換得到。轉(zhuǎn)換得到的激光通信終端姿態(tài)跟其實(shí)際姿態(tài)之間還存在安裝誤差和熱形變誤差，擴(kuò)大了激光通信終端的捕獲不確定區(qū)域，提高了激光通信建鏈的難度。但是，激光通信終端天然的具備成像所需要各部分功能，可作為獲取圖像信息的一種手段。通過集成使用濾光片后，可將激光通信所需波長和可見光成像所需波長分離，在同一臺終端中集成激光通信和可見光成像功能，實(shí)現(xiàn)高速通信的同時獲得目標(biāo)及背景環(huán)境信息。但是當(dāng)前激光終端視場很小，在軌運(yùn)行過程中，獲得成像標(biāo)校所需要的有效恒星成像數(shù)據(jù)需要較長時間或者進(jìn)行整星姿軌控實(shí)現(xiàn)。

4、專利文獻(xiàn)《一種基于參數(shù)尋優(yōu)的激光通信終端指向在軌快速標(biāo)校方法》(cn116961751a)公開了一種基于參數(shù)尋優(yōu)的激光通信終端指向在軌快速標(biāo)校方法，計算激光通信終端的理論指向矩陣，并結(jié)合實(shí)際指向矩陣計算指向誤差，完成激光通信終端指向在軌快速標(biāo)校。但其不具備成像功能，在通信的同時不能夠?qū)崟r獲得目標(biāo)及背景環(huán)境信息。

5、專利文獻(xiàn)《一種兼容星敏感器的激光通信系統(tǒng)》(cn217693339u)公開了一種兼容星敏感器的激光通信系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)激光通信與星敏感探測的同時使用。但需要額外集成星敏，而本發(fā)明采用光學(xué)成像標(biāo)校一體模塊，不需要新增部件就能同時實(shí)現(xiàn)成像標(biāo)校和成像功能。

6、專利文獻(xiàn)《一種基于星敏感器的衛(wèi)星激光通信系統(tǒng)指向誤差校正方法》(cn115290118a)公開了一種基于星敏感器的衛(wèi)星激光通信系統(tǒng)指向誤差校正方法，通過融合星敏感器姿態(tài)、光學(xué)天線旋轉(zhuǎn)角度、衛(wèi)星姿態(tài)角、衛(wèi)星軌道信息及指向目標(biāo)軌道信息，實(shí)現(xiàn)激光指向矢量誤差校正。但本發(fā)明在一個光路內(nèi)集成實(shí)現(xiàn)了通信、成像和標(biāo)校功能，設(shè)備更為小型化、輕量化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種星間激光通信成像標(biāo)校一體方法及系統(tǒng)。

2、根據(jù)本發(fā)明提供的一種光學(xué)成像標(biāo)校一體方法，包括：

3、恒星掃描步驟s0：控制粗跟蹤機(jī)構(gòu)，掃描存在恒星的區(qū)域。

4、其中，根據(jù)星歷及軌道推算，控制本地通信激光終端的粗跟蹤機(jī)構(gòu)的方位軸和俯仰軸，對存在恒星的區(qū)域進(jìn)行掃描。

5、成像標(biāo)校步驟s1：根據(jù)恒星圖像，輸出成像標(biāo)校指令；

6、其中，所述恒星圖像包括對多顆均勻分布的恒星進(jìn)行成像得到的圖像，所述成像標(biāo)校指令包括指示對本地激光通信終端進(jìn)行成像標(biāo)校的指令；

7、和/或，包括：

8、捕獲鎖定步驟s2：根據(jù)基于成像數(shù)據(jù)獲取的目標(biāo)激光通信終端的特征信息數(shù)據(jù)，輸出捕獲鎖定指令；

9、其中，所述成像數(shù)據(jù)包括對需要建立通信鏈路的目標(biāo)激光通信終端所在不確定區(qū)域進(jìn)行掃描成像得到的圖像，所述捕獲鎖定指令包括指示本地激光通信終端捕獲鎖定目標(biāo)激光通信終端的指令。

10、優(yōu)選地，所述成像標(biāo)校步驟s1包括：

11、步驟s1.1：根據(jù)衛(wèi)星軌道，規(guī)劃光學(xué)成像時間，選定需要成像的恒星；

12、步驟s1.2：對選定需要成像的恒星成像，獲得恒星圖像；

13、步驟s1.3：對恒星圖像中的恒星數(shù)據(jù)進(jìn)行識別，提取質(zhì)心，并記錄成像時間、方位角和俯仰角，獲得真實(shí)指向，結(jié)合本地激光通信終端的姿態(tài)信息計算恒星的理論方位角和俯仰角，獲得初始指向；

14、步驟s1.4：比較本地激光通信終端的初始指向和真實(shí)指向，采用最小二乘法計算得到初始指向誤差校正矩陣；

15、步驟s1.5：利用初始指向誤差校正矩陣得到成像標(biāo)校指令，驗(yàn)證初始指向誤差校正矩陣有效性及標(biāo)校精度，輸出成像標(biāo)校指令。

16、優(yōu)選地，所述捕獲鎖定步驟s2包括：

17、步驟s2.1：根據(jù)設(shè)定的軌道及時間，對需要建立通信鏈路的目標(biāo)激光通信終端所在不確定區(qū)域進(jìn)行掃描并成像，獲得成像數(shù)據(jù)；

18、步驟s2.2：基于成像數(shù)據(jù)，處理得到掃描的不確定區(qū)域內(nèi)目標(biāo)與其形狀、速度及背景環(huán)境特性的信息數(shù)據(jù)；

19、步驟s2.3：根據(jù)信息數(shù)據(jù)，輸出捕獲鎖定指令。

20、根據(jù)本發(fā)明提供的一種星間激光通信成像標(biāo)校一體方法，具體包括以下步驟：

21、步驟s100：通過主鏡2采集恒星信息；

22、步驟s200：通過次鏡3將來自主鏡2的恒星信息傳輸至窄帶濾光片4；

23、步驟s300：通過窄帶濾光片4得到恒星信息中的可見光信息形成恒星圖像；

24、步驟s400：采用所述的光學(xué)成像標(biāo)校一體方法根據(jù)恒星圖像得到成像標(biāo)校指令；

25、步驟s500：根據(jù)所述成像標(biāo)校指令進(jìn)行成像標(biāo)校，調(diào)整本地激光通信終端的姿態(tài)。

26、優(yōu)選地，還包括：

27、步驟s600：令激光通信發(fā)射模塊8發(fā)出的激光，依次經(jīng)過發(fā)射快反鏡7、偏振分光鏡6、窄帶濾光片4到達(dá)主鏡2和次鏡3組成的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，從主鏡2向目標(biāo)激光通信終端發(fā)出；

28、步驟s700：令接收自目標(biāo)激光通信終端的激光，依次經(jīng)過所述望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)、窄帶濾光片4、偏振分光鏡6、分光鏡9和接收快反鏡11被激光通信接收模塊12接收。

29、根據(jù)本發(fā)明提供的一種光學(xué)成像標(biāo)校一體模塊5，具體包括以下模塊：

30、恒星掃描模塊m0：控制粗跟蹤機(jī)構(gòu)，掃描存在恒星的區(qū)域。

31、其中，根據(jù)星歷及軌道推算，控制激光終端的粗跟蹤機(jī)構(gòu)的方位軸和俯仰軸，對存在恒星的區(qū)域進(jìn)行掃描。

32、成像標(biāo)校模塊m1：根據(jù)恒星圖像，輸出成像標(biāo)校指令；

33、其中，所述恒星圖像包括對多顆均勻分布的恒星進(jìn)行成像得到的圖像，所述成像標(biāo)校指令包括指示對本地激光通信終端進(jìn)行成像標(biāo)校的指令；

34、和/或，包括：

35、捕獲鎖定模塊m2：根據(jù)基于成像數(shù)據(jù)獲取的目標(biāo)激光通信終端的特征信息數(shù)據(jù)，輸出捕獲鎖定指令；

36、其中，所述成像數(shù)據(jù)包括對需要建立通信鏈路的目標(biāo)激光通信終端所在不確定區(qū)域進(jìn)行掃描成像得到的圖像，所述捕獲鎖定指令包括指示本地激光通信終端捕獲鎖定目標(biāo)激光通信終端的指令。

37、優(yōu)選地，所述成像標(biāo)校模塊m1包括：

38、模塊m1.1：根據(jù)衛(wèi)星軌道，規(guī)劃光學(xué)成像時間，選定需要成像的恒星；

39、模塊m1.2：對選定需要成像的恒星成像，獲得恒星圖像；

40、模塊m1.3：對恒星圖像中的恒星數(shù)據(jù)進(jìn)行識別，提取質(zhì)心，并記錄成像時間、方位角和俯仰角，獲得真實(shí)指向，結(jié)合本地激光通信終端的姿態(tài)信息計算恒星的理論方位角和俯仰角，獲得初始指向；

41、模塊m1.4：比較本地激光通信終端的初始指向和真實(shí)指向，采用最小二乘法計算得到初始指向誤差校正矩陣；

42、模塊m1.5：利用初始指向誤差校正矩陣得到成像標(biāo)校指令，驗(yàn)證初始指向誤差校正矩陣有效性及標(biāo)校精度，輸出成像標(biāo)校指令。

43、優(yōu)選地，所述捕獲鎖定模塊m2包括：

44、模塊m2.1：根據(jù)設(shè)定的軌道及時間，對需要建立通信鏈路的目標(biāo)激光通信終端所在不確定區(qū)域進(jìn)行掃描并成像，獲得成像數(shù)據(jù)；

45、模塊m2.2：基于成像數(shù)據(jù)，處理得到掃描的不確定區(qū)域內(nèi)目標(biāo)與其形狀、速度及背景環(huán)境特性的信息數(shù)據(jù)；

46、模塊m2.3：根據(jù)信息數(shù)據(jù)，輸出捕獲鎖定指令。

47、根據(jù)本發(fā)明提供的一種星間激光通信成像標(biāo)校一體系統(tǒng)，具體包括：主鏡2、次鏡3、窄帶濾光片4、光學(xué)成像標(biāo)校一體模塊5、成像標(biāo)?？刂颇K；

48、主鏡2采集恒星信息；

49、次鏡3將來自主鏡2的恒星信息傳輸至窄帶濾光片4；

50、窄帶濾光片4得到恒星信息中的可見光信息形成恒星圖像；

51、光學(xué)成像標(biāo)校一體模塊5根據(jù)恒星圖像得到成像標(biāo)校指令；

52、成像標(biāo)?？刂颇K根據(jù)所述成像標(biāo)校指令進(jìn)行成像標(biāo)校，調(diào)整本地激光通信終端的姿態(tài)。

53、優(yōu)選地，還包括：激光通信發(fā)射模塊8、發(fā)射快反鏡7、偏振分光鏡6、分光鏡9、接收快反鏡11、激光通信接收模塊12；

54、激光通信發(fā)射模塊8發(fā)出的激光，依次經(jīng)過發(fā)射快反鏡7、偏振分光鏡6、窄帶濾光片4到達(dá)主鏡2和次鏡3組成的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，從主鏡2向目標(biāo)激光通信終端發(fā)出；

55、接收自目標(biāo)激光通信終端的激光，依次經(jīng)過所述望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)、窄帶濾光片4、偏振分光鏡6、分光鏡9和接收快反鏡11被激光通信接收模塊12接收。

56、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

57、1、本發(fā)明采用激光通信、成像、標(biāo)校三者一體的集成結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)了三者的小型化集成，縮短成像標(biāo)校時間，大大減小了占用的衛(wèi)星平臺空間和重量，減小了終端的尺寸和重量。

58、2、通過對可見光圖像中恒星位置進(jìn)行處理定位，直接得到激光通信終端本體的姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)標(biāo)校，無需通過衛(wèi)星平臺轉(zhuǎn)換，降低了姿態(tài)誤差。

59、3、實(shí)現(xiàn)對可見光圖像信息的獲取，處理圖像數(shù)據(jù)，獲取可見光圖像信息，通過頻段跟激光通信隔離，同時提供目標(biāo)及背景環(huán)境信息等信息。

60、4、處理模塊既能實(shí)現(xiàn)光學(xué)成像，又能對圖像中的恒星進(jìn)行提取分析，標(biāo)校裝置指向誤差，縮小了激光通信終端的捕獲不確定區(qū)域。

61、5、光路同時具備發(fā)射信號光、接收信號光、跟蹤信號光、接收圖像的功能，解決了以往激光通信終端從衛(wèi)星平臺獲取的姿態(tài)數(shù)據(jù)存在安裝誤差和熱形變誤差的問題，提高激光通信建鏈速度，實(shí)現(xiàn)高速星間激光通信。

62、6、直接利用激光通信終端里的光學(xué)成像裝置進(jìn)行位置標(biāo)校，無需專門的恒星探測裝置，并且通過增加對粗跟蹤機(jī)構(gòu)的控制步驟，快速獲得有效的恒星成像數(shù)據(jù)。