專利名稱：全天域激光機載三層多通道反射陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及激光測距中的反射陣列，特別涉及一種全天域激光機載三層多通道反射陣列。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星激光測距是20世紀60年代中期出現(xiàn)的一種高精度空間測量技術(shù)，是研究地球科學、海洋學等重要的技術(shù)手段，同時還具有重要的軍事應用價值。激光反射陣列是一種光學設(shè)備，為提高反射光束的能量，將其安裝在被測目標上，配合激光測距設(shè)備，測定激光脈沖從觀測點到裝有反射陣列目標的往返時間間隔，計算出觀測點至目標距離，實現(xiàn)精確測距，同時還可以利用激光實時監(jiān)測其運動速度、加速度、軌道軌跡等參數(shù)，進行有效跟蹤， 是實現(xiàn)高精度測距和精密定軌的關(guān)鍵技術(shù)，測量精度比無線電技術(shù)高兩個量級以上。激光反射陣列又稱激光合作目標，這一技術(shù)研究在我國乃至世界，目前都是一個較新的前沿課題。隨著衛(wèi)星搭載的有效載荷的增加，激光反射陣列的體積和重量受到了嚴格約束。 對于一個激光反射陣列來說，光束中心反射的能量還與反射器的數(shù)目，即與反射器的反射面積成正比，因此提高激光反射陣列的有效反射面積也是當前發(fā)展的趨勢。對于低軌目標， 目前主要采用基于全反射原理的單層平面結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)是包括類半球或半圓臺形的反射陣列殼體，在反射陣列殼體上布置角錐棱鏡。現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是這種激光反射陣列針對低軌目標測量時，在圓錐半角30.36°范圍內(nèi)可測，其他區(qū)域為測試盲區(qū)，反射信號較弱。因此存在遠程角偏小，測距盲區(qū)大的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供全天域激光機載三層多通道反射陣列，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的遠程角偏小，測距盲區(qū)大的缺點。為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是全天域激光機載三層多通道反射陣列，包括角錐棱鏡、棱鏡蓋、墊圈和類半球形的反射陣列殼體，其特征在于所述角錐棱鏡設(shè)置有15個，15個角錐棱鏡的底面分別平行于15個正三角形平面，一一對應地置于反射陣列殼體內(nèi)，并用棱鏡蓋和墊圈固定和密封；所述15個正三角形平面以半球冠頂做頂點，兩兩相接，并使相鄰的5個平面構(gòu)成正五棱錐，外觀上這15個正三角形平面分布于3個不同緯度上，每一緯度5個平面。上述角錐棱鏡的三個反射面均設(shè)計為全反射，并鍍制高內(nèi)反射薄膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是
1、全天域、無盲區(qū)被測目標運動時，運動姿態(tài)是不斷變化的。本發(fā)明針對低軌目標，通過三層空間分布結(jié)構(gòu)，增加了反射面積，擴大了接收視場，減小了測試盲點，從而保證了不同角度測試角反射器時，能將測試激光束返回，實現(xiàn)無盲區(qū)、全天域測試。2、全天候、高反射效能在角錐棱鏡的三個相互垂直的面上，鍍制多層高反射薄膜，使其反射率達到99. 99%，其光能損失可忽略不計，經(jīng)大氣傳輸后損失僅為反射總能量的 20%，提高了單個角錐棱鏡的反射效能及探測器接收的光能量；另外，在角錐棱鏡底面上加鍍一層憎水膜，使得水珠在鏡片上的接觸角約為90° 120°，且鍍上這層憎水膜，不影響鏡片原有的透光性能，使得整個反射陣列具備了防水、防霧、高反的特性，適用各種天氣環(huán)境。3、適用范圍廣不僅適用于目標探測、跟蹤及目標測距，特別是針對飛機、導彈等低軌目標的測距及跟蹤領(lǐng)域。4、本發(fā)明設(shè)計的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，制作簡單，易于大批量生產(chǎn)。


圖1是圖2沿任意五棱錐靠半球冠頂棱的方向剖視圖； 圖2是反射陣列外形圖； 圖3、圖4是角錐棱鏡結(jié)構(gòu)圖5、圖6是本發(fā)明測量方向投影與航線投影共線時入射角度允許變化范圍示意圖； 圖7是本發(fā)明圓周方向入射角度允許變化范圍示意圖。附圖標記說明如下
1-角錐棱鏡，2-棱鏡蓋，3-墊圈，4-墊圈，5-螺釘，6-反射陣列殼體，7-第一角錐棱鏡，8-第二角錐棱鏡，9-第三角錐棱鏡，10-第四角錐棱鏡，11-第五角錐棱鏡 12-第六角錐棱鏡，13-第七角錐棱鏡，14-第八角錐棱鏡。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細說明。參見圖1和圖2，本發(fā)明提供的一種全天域激光機載三層多通道反射陣列，基于合成原理，反射陣列中的角錐棱鏡按空間分三層分布，結(jié)構(gòu)分布參見圖1。本發(fā)明采用的反射陣列殼體設(shè)計為類半球形，外形尺寸為Φ 119X88. 8mm，它是將一半球光滑表面改造為由 15個邊長為70mm的正三角形平面構(gòu)成的類半球形殼體。所說的角錐棱鏡設(shè)置有15個，15 個角錐棱鏡的底面分別平行于15個正三角形平面，一一對應地置于反射陣列殼體6內(nèi)，并用棱鏡蓋2和墊圈固定和密封。所說的15個正三角形平面以半球冠頂做頂點，兩兩相接， 并使相鄰的5個平面構(gòu)成正五棱錐，外觀上這15個正三角形平面分布于3個不同緯度上， 每一緯度5個平面。該結(jié)構(gòu)中每個角錐棱鏡的三個反射面均設(shè)計為全反射，并鍍制高內(nèi)反射薄膜。所說的角錐棱鏡在實施例中的邊長為32. 91mm, 15個角錐棱鏡形成15個獨立的多通道反射， 三層空間分布，每層由5個角錐棱鏡組成，相鄰角錐棱鏡的位置夾角為72°。本實施例中，類半球形的反射陣列殼體材料選用航空用鋁LY12，整個產(chǎn)品的外形尺寸為 Φ 119X88. 8mm。本發(fā)明實施例中選用的單個角錐棱鏡為由三個兩兩相互垂直的面與一斜面構(gòu)成的四面體棱鏡，參見圖3-圖4。材料選用K9，折射率為1.5163。角錐棱鏡的具體設(shè)計參數(shù)為底面切割成正六邊形，底面邊長為15. 5mm，底面對邊距離為26. 87mm，有效通光口徑為 25mm,高為 19mm。當入射光垂直底面入射時，單個角反射器最大有效反射面積的理論計算值為624.17mm2。最大角誤差為5"，四個面面形最大誤差為5 “，3個直角面鍍內(nèi)反膜，反射率 ^ 95% ；底面鍍增透膜，透過率·》95%。參見圖5-圖6，圖中第二角錐棱鏡7-第八角錐棱鏡14為8個獨立角錐棱鏡。角反射器底面與被測目標用3個M5螺釘5聯(lián)接。依據(jù)反射有效面積的計算，在一個周期內(nèi)， 方位角越接近60°，有效反射面為六邊形所允許的入射角就越小，此時允許的最大入射角為30. 36°。因此，在入射角度允許變化范圍內(nèi)，按方位角為60°計算，這樣可以得到任意安裝方位時，入射光的最小允許變化范圍。由圖5-圖6結(jié)構(gòu)可知，當測量方向投影與航線投影共線時，0、0°范圍主要由第二角錐棱鏡8、第三角錐棱鏡9反射，假設(shè)此時光線恰以60°方位角入射，則入射光線的允許的變化范圍為(Γ84° 35' ；90° 180°范圍內(nèi)主要由第一角錐棱鏡7、第七角錐棱鏡13、 第八角錐棱鏡14反射，由于第七角錐棱鏡13、第八角錐棱鏡14允許的入射角方向在第一角錐棱鏡7范圍內(nèi)，第一故角錐棱鏡7在19° 23'范圍內(nèi)不能反射的激光光束由第七角錐棱鏡13、第八角錐棱鏡14反射。由上述分析和基于多視場光學合像原理的計算可以得出 當測量方向投影與航線投影共線時，入射角度允許變化范圍為OD ° 27'和95° 25' 180°。當一力0°時，允許的最大入射角P為61. 10°。故將第一角錐棱鏡的棱投影與殼體底面垂直方向安裝，入射角度允許變化范圍為(Γ180°，即被測目標在(Γ180°范圍內(nèi)無測試盲點。參見圖7，由于每層角錐棱鏡按正五邊形分布，按有效反射面積是六邊形計算，角錐棱鏡任意方位入射最小的最大入射角為30. 36° (30° 21 ‘)，故圓周方向有5個11° lY 的盲區(qū)，但由于激光光束照射到被測目標的第四角錐棱鏡10、第六角錐棱鏡12時，第五角錐棱鏡11同時被照射，可以在仰角大于19° 23'范圍內(nèi)反射，補償了第四角錐棱鏡10、第六角錐棱鏡12在11° 18'范圍內(nèi)的盲區(qū)。由上述分析和基于多視場光學合像原理的計算可以得出測量方向投影與航線投影共線并合理安裝時，有效反射范圍為(Γ180°，無盲區(qū)；當測量方向投影與航線投影不共線時，仰角大于19° 23'時，360°范圍內(nèi)無盲區(qū)，仰角小于19° 23'時每隔108°有11° 18'的盲區(qū)。
權(quán)利要求
1.全天域激光機載三層多通道反射陣列，包括角錐棱鏡(1)、棱鏡蓋(2)、墊圈和類半球形的反射陣列殼體(6)，其特征在于所述角錐棱鏡設(shè)置有15個，15個角錐棱鏡的底面分別平行于15個正三角形平面，一一對應地置于反射陣列殼體(6)內(nèi)，并用棱鏡蓋(2)和墊圈固定和密封；所述15個正三角形平面以半球冠頂做頂點，兩兩相接，并使相鄰的5個平面構(gòu)成正五棱錐，外觀上這15個正三角形平面分布于3個不同緯度上，每一緯度5個平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全天域激光機載三層多通道反射陣列，其特征在于所述角錐棱鏡的三個反射面均設(shè)計為全反射，并鍍制高內(nèi)反射薄膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全天域激光機載三層多通道反射陣列?，F(xiàn)有技術(shù)存在遠程角偏小，測距盲區(qū)大的缺點。本發(fā)明的技術(shù)方案是全天域激光機載三層多通道反射陣列，包括角錐棱鏡、棱鏡蓋、墊圈和類半球形的反射陣列殼體，所述角錐棱鏡設(shè)置有15個，15個角錐棱鏡的底面分別平行于15個正三角形平面，一一對應地置于反射陣列殼體內(nèi)，并用棱鏡蓋和墊圈固定和密封；所述15個正三角形平面以半球冠頂做頂點，兩兩相接，并使相鄰的5個平面構(gòu)成正五棱錐，外觀上這15個正三角形平面分布于3個不同緯度上，每一緯度5個平面。本發(fā)明的優(yōu)點是全天域、無盲區(qū)；全天候、高反射效能；適用范圍廣；制作簡單，易于大批量生產(chǎn)。
文檔編號G01S7/481GK102279392SQ20111009623
公開日2011年12月14日 申請日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者侯宏錄, 呂宏, 李建超, 杜玉軍, 王青松, 高明 申請人:西安工業(yè)大學