本發(fā)明屬于光學(xué)精密測試計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于自準(zhǔn)直測角的方位角傳遞方法與裝置。

背景技術(shù)：

在光學(xué)精密測試計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，通常需要將一個(gè)直角棱鏡的方位角傳遞給空間中另一個(gè)方位角與之基本垂直的直角棱鏡上。在現(xiàn)有技術(shù)的檢測儀器中，通常是利用自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀進(jìn)行方位角的傳遞，其主要測試過程為：架設(shè)自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀，使其與空間中需要進(jìn)行方位角傳遞的兩個(gè)直角棱鏡能分別進(jìn)行自準(zhǔn)直，當(dāng)自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀與其中一個(gè)直角棱鏡進(jìn)行自準(zhǔn)直后，將經(jīng)緯儀置零，再水平旋轉(zhuǎn)自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀，將其與另一個(gè)直角棱鏡進(jìn)行自準(zhǔn)直，讀取自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀中的水平旋轉(zhuǎn)角度，即得到這兩個(gè)直角棱鏡的方位角傳遞關(guān)系。

上述用自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀進(jìn)行方位角傳遞的方法存在三個(gè)方面的不足：一是自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀的架設(shè)需要憑借經(jīng)驗(yàn)，操作過程中需不斷調(diào)整自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀的位置，才能使其與空間中需要進(jìn)行方位角傳遞的兩個(gè)直角棱鏡分別進(jìn)行自準(zhǔn)直，過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下，不利于產(chǎn)品的批量操作；二是人眼因多次通過自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀的鏡筒觀察自準(zhǔn)直結(jié)果，極易產(chǎn)生視覺疲勞，且自準(zhǔn)直過程中人眼誤差較大、存在一定的隨機(jī)性，影響結(jié)果的真實(shí)性和可信度；三是測量的數(shù)據(jù)只能手寫記錄，結(jié)果數(shù)據(jù)保存歷史追溯不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于，提供一種操作簡便、快捷、直觀、精確的方位角傳遞方法與裝置。

本發(fā)明提供一種基于自準(zhǔn)直測角的方位角傳遞裝置，包括照明光源系統(tǒng)、信號(hào)光接收系統(tǒng)、自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)。

上述照明光源系統(tǒng)為近似點(diǎn)光源，位于自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)的主焦點(diǎn)處。照明光源系統(tǒng)出射光，經(jīng)自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)處理得到的自準(zhǔn)直光束，并經(jīng)自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)中的分光光學(xué)元件分為透射光以及反射光。反射光垂直照射在第一方位直角棱鏡，并經(jīng)第一方位直角棱鏡反射至自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)，最終由信號(hào)光接收系統(tǒng)接收；透射光垂直照射在第二方位直角棱鏡，并經(jīng)第二方位直角棱鏡反射至自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)，最終由信號(hào)光接收系統(tǒng)接收。

上述自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)包括窄帶濾波片、第一望遠(yuǎn)物鏡、分光棱鏡、第一調(diào)焦物鏡、第二望遠(yuǎn)物鏡、第一電控光闌、第二調(diào)焦物鏡、第三望遠(yuǎn)物鏡、第二電控光闌。照明光源系統(tǒng)出射光經(jīng)過窄帶濾波片和第一望遠(yuǎn)物鏡，入射至分光棱鏡。照明入射光束經(jīng)分光棱鏡反射后，通過第一調(diào)焦物鏡、第二望遠(yuǎn)物鏡和第一電控光闌，照射在被測的第一方位直角棱鏡上，第一方位直角棱鏡將入射光束反射并依次通過第一電控光闌、第二望遠(yuǎn)物鏡、第一調(diào)焦物鏡和分光棱鏡，由信號(hào)光接收系統(tǒng)接收。照明入射光束經(jīng)分光棱鏡透射后，通過第二調(diào)焦物鏡、第三望遠(yuǎn)物鏡和第二電控光闌，照射在被測的第二方位直角棱鏡上，第二方位直角棱鏡將入射光束反射并依次通過第二電控光闌、第三望遠(yuǎn)物鏡、第二調(diào)焦物鏡和分光棱鏡，由信號(hào)光接收系統(tǒng)接收。

上述分光棱鏡鍍有特殊半透半反膜，可將各個(gè)方向入射光束分成透射光束和反射光束。

上述信號(hào)光接收系統(tǒng)包括接收物鏡和ccd陣列；ccd陣列與數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)連接。

上述兩個(gè)方位直角棱鏡的方位角測量由兩個(gè)同步電控光闌控制，當(dāng)測量其中一個(gè)方位角時(shí)，該光軸方向的光闌打開，另一個(gè)光闌關(guān)閉。為了提高測角的精度，采用分時(shí)測角方式，通過毫秒級(jí)同步電動(dòng)控制兩個(gè)光闌的開、關(guān)，可實(shí)現(xiàn)近似同時(shí)測角。

一種基于如上所述的方位角傳遞裝置實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方位角的垂直傳遞。所述方法包括以下步驟：

1)通過光源控制點(diǎn)亮光源，其出射光束經(jīng)過自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)處理后成為自準(zhǔn)直光束；

2)通過同步電動(dòng)控制，打開第一方位棱鏡光路上的電控光闌，并同時(shí)關(guān)閉第二方位棱鏡光路上的電控光闌；

3)步驟1)中的直準(zhǔn)直光束經(jīng)過分光棱鏡反射后入射至第一方位棱鏡，再通過第一方位棱鏡反射至自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)；

4)第一方位棱鏡將攜帶其方位角信息反射光束經(jīng)分光棱鏡透射后由信號(hào)光接收系統(tǒng)接收，得到第一方位棱鏡的方位角信息；信號(hào)光接收系統(tǒng)中的ccd陣列將第一方位棱鏡的方位角信息傳輸至數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)；

5)通過同步電動(dòng)控制，打開第二方位棱鏡光路上的電控光闌，并同時(shí)關(guān)閉第一方位棱鏡光路上的電控光闌；

6)步驟1)中的直準(zhǔn)直光束經(jīng)過分光棱鏡反射后入射至第二方位棱鏡，再通過第二方位棱鏡反射至自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)；

7)第二方位棱鏡將攜帶其方位角信息反射光束經(jīng)分光棱鏡透射后由信號(hào)光接收系統(tǒng)接收，得到第二方位棱鏡的方位角信息；信號(hào)光接收系統(tǒng)中的ccd陣列將第二方位棱鏡的方位角信息傳輸至數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)；

8)數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)分別對(duì)第一方位棱鏡和第二方位棱鏡的方位角信息進(jìn)行處理，得到第一方位棱鏡的方位角α1以及第二方位棱鏡的方位角α2，通過對(duì)比方位角α1和α2，就可以得到第一方位棱鏡和第二方位棱鏡的方位角傳遞關(guān)系。

本發(fā)明提供了一種基于自準(zhǔn)直測角的方位角傳遞方法與裝置，可有效解決在方位角傳遞過程中操作者觀察自準(zhǔn)直結(jié)果易疲勞、人為主觀誤差較大的問題，同時(shí)提高工作效率，方便歷史數(shù)據(jù)查詢和打印輸出。

附圖說明

圖1a是ccd自準(zhǔn)直測角系統(tǒng)的測量原理圖(反射鏡與主光軸垂直)；

圖1b是ccd自準(zhǔn)直測角系統(tǒng)的測量原理圖(反射鏡與主光軸旋轉(zhuǎn)α角)；

圖2是本發(fā)明提供的方位角傳遞裝置的原理示意圖；

圖3是本發(fā)明提供的方位角傳遞裝置的光學(xué)系統(tǒng)簡圖；

圖中：

1-照明光源系統(tǒng)；2-信號(hào)光接收系統(tǒng)；210-ccd陣列；220-接收物鏡；3-自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)；310-窄帶濾波片；320-第一望遠(yuǎn)物鏡；330-分光棱鏡；340-第一調(diào)焦物鏡；350-第二望遠(yuǎn)物鏡；360-第一電控光闌；370-第二調(diào)焦物鏡；380-第三望遠(yuǎn)物鏡；390-第二電控光闌；4-第一方位直角棱鏡；5-第二方位直角棱鏡。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖1a和圖1b是ccd自準(zhǔn)直系統(tǒng)的檢測原理圖，ccd自準(zhǔn)直系統(tǒng)主焦點(diǎn)處光源o發(fā)出的光線經(jīng)過物鏡折射后形成一束平行光，如果反射鏡與ccd自準(zhǔn)直系統(tǒng)的主光軸垂直(參見圖1a)，則自準(zhǔn)直光束原路返回；當(dāng)反射鏡繞自準(zhǔn)直系統(tǒng)主光軸旋轉(zhuǎn)α角的大小不同，則會(huì)在ccd上的不同位置產(chǎn)生圖像，將此時(shí)圖像的位置o′與旋轉(zhuǎn)前ccd上所得到的圖像位置o之間的位移量設(shè)為x，則根據(jù)三角函數(shù)原理可知：

x＝f×tan2α

一般情況下，α角很小，可將上述數(shù)學(xué)關(guān)系式近似為：x≈2f×α。從而，α≈x/2f＝na/2f，式中a為ccd像元的尺寸，n為偏差覆蓋的像元數(shù)，f為ccd自準(zhǔn)直系統(tǒng)的焦距。故通過ccd測量圖像的變化即可得到被測反射鏡的偏轉(zhuǎn)角度α。

本發(fā)明正是根據(jù)上述ccd自準(zhǔn)直系統(tǒng)檢測原理提供了一種基于自準(zhǔn)直測角的方位角傳遞裝置。

如圖2所示，本發(fā)明提供的方位角傳遞裝置，其包括照明光源系統(tǒng)1、信號(hào)光接收系統(tǒng)2、自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)3、第一方位直角棱鏡4、第二方位直角棱鏡5。

本發(fā)明提供的照明光源系統(tǒng)1為近似點(diǎn)光源，位于自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)3的主焦點(diǎn)處。照明光源系統(tǒng)1出射光，經(jīng)自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)3處理得到的自準(zhǔn)直光束，并經(jīng)自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)3中的分光光學(xué)元件分為透射光以及反射光。反射光垂直照射在第一方位直角棱鏡4，并經(jīng)第一方位直角棱鏡4反射至自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)3，最終由信號(hào)光接收系統(tǒng)2接收；透射光垂直照射在第二方位直角棱鏡5，并經(jīng)第二方位直角棱鏡5反射至自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)3，最終由信號(hào)光接收系統(tǒng)2接收。

如圖3所示，本發(fā)明的信號(hào)光接收系統(tǒng)2包括ccd陣列210和接收物鏡220。ccd陣列210與數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)連接，實(shí)時(shí)處理和計(jì)算第一方位直角棱鏡4和第二方位直角棱鏡5之間的方位角度值。

如圖3所示，本發(fā)明的自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)3包括窄帶濾波片310、第一望遠(yuǎn)物鏡320、分光棱鏡330、第一調(diào)焦物鏡340、第二望遠(yuǎn)物鏡350、第一電控光闌360、第二調(diào)焦物鏡370、第三望遠(yuǎn)物鏡380、第二電控光闌390。

如圖3所示，照明光源系統(tǒng)1出射光經(jīng)過窄帶濾波片310和第一望遠(yuǎn)物鏡320，入射至分光棱鏡330。照明入射光束經(jīng)分光棱鏡330反射后，通過第一調(diào)焦物鏡340、第二望遠(yuǎn)物鏡350和第一電控光闌360，照射在被測的第一方位直角棱鏡4上，第一方位直角棱鏡4將入射光束反射并依次通過第一電控光闌360、第二望遠(yuǎn)物鏡350、第一調(diào)焦物鏡340和分光棱鏡330，由信號(hào)光接收系統(tǒng)2接收。照明入射光束經(jīng)分光棱鏡330透射后，通過第二調(diào)焦物鏡370、第三望遠(yuǎn)物鏡380和第二電控光闌390，照射在被測的第二方位直角棱鏡5上，第二方位直角棱鏡5將入射光束反射并依次通過第二電控光闌390、第三望遠(yuǎn)物鏡380、第二調(diào)焦物鏡370和分光棱鏡330，由信號(hào)光接收系統(tǒng)2接收。

本發(fā)明的分光棱鏡330鍍有特殊半透半反膜，可將各個(gè)方向入射光束分成透射光束和反射光束。

本發(fā)明的照明光源系統(tǒng)1、第一望遠(yuǎn)物鏡320、第一調(diào)焦物鏡340、第二望遠(yuǎn)物鏡350和信號(hào)光接收系統(tǒng)2的軸心在同一條光軸上，并組成第一方位直角棱鏡4的自準(zhǔn)直角度測量系統(tǒng)；照明光源系統(tǒng)1、第一望遠(yuǎn)物鏡320、第二調(diào)焦物鏡370、第三望遠(yuǎn)物鏡380和信號(hào)光接收系統(tǒng)2的軸心在同一條光軸上，并組成第二方位直角棱鏡5的自準(zhǔn)直角度測量系統(tǒng)。

本發(fā)明的第一電控光闌360和第二電控光闌390由同步電動(dòng)控制其開、關(guān)。為了提高測角的精度，該裝置采用的是分時(shí)測角方式，通過同步電動(dòng)控制兩個(gè)光闌的開、關(guān)，由于其切換時(shí)間為毫秒級(jí)，近似于同時(shí)測角。

本發(fā)明的第一調(diào)焦物鏡340和第二調(diào)焦物鏡370的作用是調(diào)節(jié)自準(zhǔn)直角度測量系統(tǒng)的焦距，使其控制在一定范圍內(nèi)，避免因焦距過大而引起裝置的體積變大。

對(duì)于基本垂直的兩個(gè)方位直角棱鏡，該方位角傳遞裝置可以通過測算出兩個(gè)方位角之間實(shí)際存在的關(guān)系，將所測得的實(shí)際值與理論值相比較，得出實(shí)際值與理論值之間所存在的誤差，然后可對(duì)該角度進(jìn)行分析和校正。具體實(shí)現(xiàn)過程是，使用該方位角傳遞裝置對(duì)方位角進(jìn)行測量，所測得的結(jié)果由ccd陣列接收并傳送至數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)，然后通過軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理，解算出所測得的方位角的角度值。

本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)方位角的垂直傳遞，該方法可以使空間兩個(gè)無機(jī)械連接的設(shè)備實(shí)現(xiàn)方位角的傳遞，如航天器對(duì)接、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)瞄準(zhǔn)等。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。