專利名稱：一種基于無衍射光的激光電子標靶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空間角度測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于無衍射光的激光電子標靶，用于對諸如盾構(gòu)機等大型裝備系統(tǒng)的定位、導向。
背景技術(shù)：
目前針對大型裝備系統(tǒng)作業(yè)時的姿態(tài)測量、導向，主要采用陀螺定向與激光定向技術(shù)。陀螺儀利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的角動量大小與方向在慣性空間保持不變的機理來實現(xiàn)對空間角度的測量，但其具有時滯較大和方位漂移等缺陷。而基于激光定向技術(shù)的德國ZED 與VMT激光導向系統(tǒng)，以不同的測量原理，都可很好實現(xiàn)對空間角度測量，實現(xiàn)對裝備的姿態(tài)測量、導向，但是光路系統(tǒng)較為復雜。國內(nèi)、外的專利文獻中部分基于激光測量的電子標靶系統(tǒng)中采用激光技術(shù)和傾角儀相結(jié)合，來實現(xiàn)對空間角度的測量。這種系統(tǒng)存在以下缺點一是因傾角儀測角精度的局限，而導致整個系統(tǒng)對空間角度測量精度的限制；二是傾角儀受環(huán)境溫度等因素影響產(chǎn)生的漂移較為嚴重；三是由于空間上的各個角度采用不同的測量途徑或方式，理論上各空間角度難以同時測量，當裝備姿態(tài)變化較快時，測量精度將影響嚴重；四是因光路系統(tǒng)中的相差、球差、環(huán)境光干擾等因素影響激光光斑中心坐標。這些都會導致標靶系統(tǒng)精度及工作穩(wěn)定性的降低，影響空間角度的精確測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于無衍射光的激光電子標靶，具有抗環(huán)境光干擾能力強、空間角度測量分辨率高和穩(wěn)定性好的特點。一種基于無衍射光的激光電子標靶，包括激光光源、立方角錐棱臺透鏡、分光光路、重力阻尼擺、圓錐透鏡、圖像傳感器和圖像信息處理系統(tǒng)，激光光源發(fā)出的光入射立方角錐棱臺透鏡，從立方角錐棱臺透鏡反射的光束供測距使用，從立方角錐棱臺透鏡透射出的激光進入分光光路，分光光路將入射的激光束分成水平方向光束和垂直方向光束，水平方向光束穿過圓錐透鏡形成無衍射光斑α ；垂直方向光束通過重力阻尼擺穩(wěn)定后穿過圓錐透鏡形成無衍射光斑O1 ；圖像傳感器捕獲無衍射光斑A和O1并傳送給圖像信息處理系統(tǒng)， 圖像信息處理系統(tǒng)依據(jù)無衍射光斑A計算得到標靶的水平航角和俯仰角，依據(jù)無衍射光斑 O1計算得到標靶的滾動角。所述分光光路包括分光片、第一平面反射鏡和第二平面反射鏡，第二平面反射鏡連接重力阻尼擺，所述立方角錐棱臺透射出的激光入射分光片，分光片將該激光分成水平方向光束和垂直方向光束，水平方向光束依次經(jīng)第一平面反射鏡反射、分光片反射后穿過圓錐透鏡形成無衍射光斑O1,垂直方向光束依次經(jīng)第二平面反射鏡反射、分光片透射后穿過圓錐透鏡形成無衍射光斑02。所述分光片的平面法向與第二平面鏡的平面法向成45度角。所述重力阻尼擺為帶電磁阻尼的重力擺。
本發(fā)明是在基于無衍射光具有優(yōu)良光斑中心定心性的基礎(chǔ)上，設(shè)計出的一種全光學空間角度測量裝置。本發(fā)買能夠依據(jù)圖像傳感器捕獲的無衍射圖像計算兩無衍射光斑中心，進而獲得被測目標物繞其滾動軸的滾動角、被測目標物相對于激光光軸的水平夾角與俯仰角。采用無衍射光斑尋找中心的特定算法，光斑中心坐標可達亞像素級。該空間測角裝置具有抗環(huán)境光干擾能力強，高的分辨率和較高的空間角度測量精度。本發(fā)明的優(yōu)點具體現(xiàn)在1將空間的三個角度的測量都采用了全光學的測量方式，保證了空間三個角度測量的精度。2無衍射光優(yōu)良的定心特性和強的抗環(huán)境光干擾能力，提高了光斑中心的定心精度，確保了較高的空間角度測量精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3將空間各個角度的測量，都通過CXD圖像傳感器上的計算獲得，確保了各角度測量的同時性。4傳感器上記錄了蘊含三個空間角度的兩個無衍射光斑中心信息，兩光斑找中心算法可重復利用，可減少軟件開發(fā)強度。5、整體結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，易于工程實現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的光學原理圖；圖3為立方角錐棱臺透鏡結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明較佳實施例作進一步的詳細說明。如圖1所示，實現(xiàn)本實例的所需具體器件透射率為50%的分光片4、2片平面反射鏡3與5、帶阻尼重力擺6、圓錐透鏡2與立方角錐棱臺透鏡7，立方角錐棱臺透鏡上下兩底面平行，采用CCD圖像傳感器捕獲無衍射光斑。CXD圖像傳感器1的光敏面與圓錐透鏡2的底平面相互平行且中心同軸，并與分光片4成45度角。平面反射鏡面5固定在帶阻尼的重力擺6上，在阻尼重力擺的作用下，其平面法線不隨標靶滾動而變化，始終保持在重力方向不變。平面反射鏡面5與立方角錐棱臺透鏡7的上下兩低面平行，且與分光片4成45度角。本發(fā)明光學原理如圖2所示。激光光源8，經(jīng)準直后入射到立方角錐棱臺透鏡7(參見圖幻，立方角錐棱臺透鏡7反射大部分平行激光，用于對標靶距離的測量，透射過角錐棱臺透鏡7小底面的激光束將進入標靶系統(tǒng)實現(xiàn)對空間角度的測量。透射過立方角錐棱臺透鏡7小底面的激光束經(jīng)由分光片4分成兩路，透射過分光片4的激光束通過平面反射鏡3的反射至分光片4，由分光片4的再次反射，入射至圓錐透鏡2，產(chǎn)生無衍射光斑02，由CXD圖像傳感器1記錄，通過對無衍射光斑中心的計算，便可得出入射的激光束相對于立方角錐棱臺透鏡軸線的水平夾角與相對于水平面得俯仰角。透射過立方角錐棱臺透鏡7并經(jīng)由分光鏡4反射的那一束平行光，至平面反射鏡 5后，當測量裝置繞其水平橫向的軸線有所滾動時，平面反射鏡5在帶阻尼的重力擺下瞬間恢復到原來的位置，而CCD圖像傳感器1光敏面的法線方向?qū)㈦S測量裝置做相應的改變，平面鏡鏡面5反射光線透射過分光片4，圓錐透鏡2，產(chǎn)生無衍射光斑O1,由CXD圖像傳感器1 采集，類似于第一束光束，通過對無衍射光斑中心O1的計算便可得出裝置繞其自身軸線滾動的角度。(其中光斑中心的計算方法可參考“基于圓環(huán)濾波的無衍射光定中算法”一文)。實施例中采用分光片和兩平面反射鏡構(gòu)成分光光路，該結(jié)構(gòu)簡單和緊湊，但本發(fā)明不限于此，采用現(xiàn)有其它形式的分光光路也可實現(xiàn)本發(fā)明?？臻g角度的測量諸如德國的ZED與VMT導向系統(tǒng)，大多需要在標靶系統(tǒng)中加如傾角儀類似的裝置，實現(xiàn)對空間的某一角度測量，再結(jié)合光學系統(tǒng)測量的另外兩個角度信息來實現(xiàn)對空間各角度的測量。傾角儀相對于光學測量精度底，受環(huán)境溫度影響大，穩(wěn)定性較差，采用這種方式往往浪費了光學的測量精度。鑒于光學系統(tǒng)的測角的精度高與無衍射光良好的定心性和強的抗環(huán)境光干擾能力，以及無衍射光找中心算法的能達到亞像素的精度。引入重力基準，設(shè)計出全光學的空間角度測量裝置，該測量系統(tǒng)即能很好保證每一個空間角度的測量精度，又具備強的抗環(huán)境光的干擾能力，而且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，易于工程化實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種基于無衍射光的激光電子標靶，包括激光光源、立方角錐棱臺透鏡、分光光路、 重力阻尼擺、圓錐透鏡、圖像傳感器和圖像信息處理系統(tǒng)，激光光源發(fā)出的光入射立方角錐棱臺透鏡，從立方角錐棱臺透鏡反射的光束供測距使用，從立方角錐棱臺透鏡透射出的激光進入分光光路，分光光路將入射的激光束分成水平方向光束和垂直方向光束，水平方向光束穿過圓錐透鏡形成無衍射光斑化；垂直方向光束通過重力阻尼擺穩(wěn)定后穿過圓錐透鏡形成無衍射光斑O1 ；圖像傳感器捕獲無衍射光斑A和O1并傳送給圖像信息處理系統(tǒng)，圖像信息處理系統(tǒng)依據(jù)無衍射光斑A計算得到標靶的水平航角和俯仰角，依據(jù)無衍射光斑O1計算得到標靶的滾動角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無衍射光的激光電子標靶，所述分光光路包括分光片、第一平面反射鏡和第二平面反射鏡，第二平面反射鏡連接重力阻尼擺，所述立方角錐棱臺透射出的激光入射分光片，分光片將該激光分成水平方向光束和垂直方向光束，水平方向光束依次經(jīng)第一平面反射鏡反射、分光片反射后穿過圓錐透鏡形成無衍射光斑O1，垂直方向光束依次經(jīng)第二平面反射鏡反射、分光片透射后穿過圓錐透鏡形成無衍射光斑02。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述分光片的平面法向與第二平面鏡的平面法向成45度角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述重力阻尼擺為帶電磁阻尼的重力擺。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于無衍射光的激光電子標靶，從立方角錐棱臺透鏡的透射出的激光進入分光電路后分成水平方向光束和垂直方向光束，水平方向光束經(jīng)平面反射鏡、分光片反射后入射圓錐透鏡形成無衍射光斑O2，圖像信息處理系統(tǒng)捕獲無衍射光斑O2，通過對無衍射光斑中心坐標的計算，可得到測量對像的水平航角與傾斜角，垂直方向光束通過帶阻尼的重力擺上的平面反射鏡的反射，投射過分光片入射圓錐透鏡形成無衍射光斑O1，圖像信息處理系統(tǒng)捕獲無衍射光，并根據(jù)無衍射光斑O1中心坐標的計算得到測量對像的滾動角。本發(fā)明實現(xiàn)了基于無衍射光的全光學空間角度測量，具有空間角度測量精度高，穩(wěn)定性好，抗環(huán)境光干擾能力強，結(jié)構(gòu)緊湊的特點。
文檔編號G01C1/00GK102252651SQ20111011529
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者趙斌, 馬國鷺 申請人:華中科技大學