具有方位角和倾角测量功能的激光测距望远镜的制作方法

本实用新型属于激光测距仪技术领域，具体涉及一种具有方位角测量及倾角测量功能的激光测距装置。

背景技术：
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现有技术的激光测距仪一般都有激光发射、激光接收、可见光瞄准三个独立的光学系统，激光发射系统发射一束激光至被测目标，散射后的激光回波被激光接收系统接收，利用光速和时间差等测量参数可确定被测目标和观察点之间的距离。但现有技术没有同时具有测方位角和测倾角的激光测距望远镜，尤其是没有能测算出任意两点被测目标之间的距离以及相互方位角和相互倾角。

例如申请号99227057，名称为“瞄准式半导体脉冲激光测距装置”的实用新型专利，该专利是单纯的激光测距装置，功能单一，用途局限性大。

又例如申请号 201410390973.0，名称为“具有激光测距仪的功能望远镜”的中国专利申请，该申请包括镜筒及镜片，镜筒上表面固定连接有激光测距仪，激光测距仪上表面固定连接有太阳能电池。本申请虽说在具有激光测距仪的功能望远镜上表面固定连接有激光测距仪并大大提升望远镜的功能性，其实也就是望远镜加激光测距再加太阳能电池，比起上述专利多了个太阳能电池。所说的应用功能性并无实质性增加。

上述现有技术都未涉及方位角和倾角的测量，更未涉及任意两个被测目标相互之间的距离、方位角及倾角的测量。

技术实现要素：
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本实用新型的目的是，克服现有技术激光测距装置存在的功能单一，尤其是没有方位角和倾角测量功能的缺陷，提供一种激光测距配合方位角和倾角测量，尤其是能测算和显示多个被测目标之间的相互距离、方位角和倾角的激光测距望远镜。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

一种具有方位角和倾角测量功能的激光测距望远镜，包括在望远镜壳体内设置有观察瞄准单元、激光发射单元、激光接收单元和显示投射单元，在望远镜壳体内装有信号转换单元、方位角测量单元、倾角测量单元以及数据处理单元，数据处理单元连接有按键单元和液晶显示单元；激光发射单元、方位角测量单元以及倾角测量单元都与数据处理单元连接；激光接收单元通过信号转换单元与数据处理单元连接。

信号转换单元将激光接收单元接收到的回波信号转换成数字信号并输入数据处理单元。

按键单元用于人工控制。

液晶显示单元与数据处理单元的输出口相连，用于显示数据单元处理后得出的结果。

优选方案，方位角测量单元包含在X、Y和Z三轴方向互相垂直地安装有三个磁阻传感器，三个磁阻传感器构成三维空间方位角测量的传感器，三个磁阻传感器与数据处理单元相连。

数据处理单元将三个磁阻传感器输出的电压信号进行运算以得出激光发射单元的方位角。

优选方案，倾角测量单元包含一个三轴倾角传感器，三轴倾角传感器与数据处理单元相连。

数据处理单元将三轴倾角传感器输出的电压信号进行运算以得出激光发射单元的倾角。

优选方案，所述磁阻传感器由装在薄板弹簧端头的悬梁、配重块、磁铁及配置在两磁铁间的磁阻元件组成；

传感器本体倾斜时，板簧发生挠曲，磁铁相对磁阻元件位移，从而引起输出电压变化。

优选方案，所述磁阻传感器包含磁阻元件，各个磁阻传感器包含有两个磁阻元件，两个磁阻元件各与一个作为补偿的热敏电阻并联，两组并联元件相串联，然后在该串联组件的两端各连接一个微调电阻，输入信号加在该串并联电路的两端，输出电压由两个串联的磁阻元件的串接点取出。

磁阻传感器在零角度时的温度特性可用两个热敏电阻及两个微调电阻进行补偿。通过微调电阻和热敏电阻的串并联，使热敏电阻部分的温度特性与传感器的温度特性相一致，可使磁阻传感器的输出电压对温度变化极为平坦。

优选方案，数据处理单元含有对空间任意两点间的距离进行运算的设置，具体设置是，根据激光接收单元接收到的模拟信号通过信号转换单元数字化处理后传入的数字信号进行处理所得出被测目标的距离，根据方位角测量单元输出的数据进行处理得出被测目标的方位角，根据倾角测量单元输出的数据进行处理得出被测目标的倾角；进而根据两个被测目标的各自的距离、方位角及倾角计算得出该两个被测目标相互之间的距离、方位角及倾角。

本实用新型的有益效果是：

1、将激光接收单元通过信号转换单元与数据处理单元连接，继而通过优化补偿数据提高测量精度；

2、设有方位角测量单元，并与数据处理单元连接测知被测目标的方位；

3、设有倾角测量单元，并与数据处理单元连接测知被测目标的倾角；

4、通过微调电阻和热敏电阻的串并联，使热敏电阻部分的温度特性与磁阻元件的温度特性相一致，可使磁阻传感器的输出电压对温度变化极为平坦，即磁阻传感器受环境温度变化影响极微；

5、通过运算设置，可测算空间任意两点间的距离、方位角及倾角；

6、体积小，携带方便，民用或军用即可，用途广泛。

附图说明：

附图1是本实用新型一种实施例的原理方框示意图；

附图2为一种实施例的磁阻传感器的连接示意图；

附图3为被测空间任意两点之间的距离及方位角测算原理示意图。

图中，观察瞄准单元1；激光发射单元2；激光接收单元3；显示投射单元4；信号转换单元5；方位角测量单元6；磁阻传感器61；磁阻元件62；热敏电阻63；微调电阻64；倾角测量单元7；数据处理单元8；液晶显示单元9；输入信号电压V₁；输出电压V₂。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方案对本实用新型作进一步描述。

实施例1：参见图1，一种具有方位角和倾角测量功能的激光测距望远镜，包括在望远镜壳体内设置有观察瞄准单元1、激光发射单元2、激光接收单元3和显示投射单元4，在望远镜壳体内装有信号转换单元5、方位角测量单元6、倾角测量单元7以及数据处理单元8，数据处理单元8连接有按键单元和液晶显示单元9；激光发射单元2、方位角测量单元6以及倾角测量单元7都与数据处理单元8连接；激光接收单元3通过信号转换单元5与数据处理单元8连接。

显示投射单元4包含设有十字分划板的瞄准光路机构，瞄准光路机构的主光轴与激光接收单元3的主光轴对正。

信号转换单元5将激光接收单元3接收到的回波信号转换成数字信号并输入数据处理单元8。

按键单元用于人工控制。

液晶显示单元9与数据处理单元8的输出口相连，用于显示数据单元处理后得出的结果。

方位角测量单元6在X、Y和Z三轴方向互相垂直地安装有三个磁阻传感器61，三个磁阻传感器61构成三维空间方位角测量的传感器，三个磁阻传感器61与数据处理单元8相连。

数据处理单元8将三个磁阻传感器61输出的电压信号进行运算以得出激光发射单元的方位角。

倾角测量单元7包含一个三轴倾角传感器，三轴倾角传感器与数据处理单元8相连。

数据处理单元8将三轴倾角传感器输出的电压信号进行运算以得出激光发射单元的倾角。

磁阻传感器61由装在薄板弹簧端头的悬梁、配重块、磁铁及配置在两磁铁间的磁阻元件组成；

传感器本体倾斜时，板簧发生挠曲，磁铁相对磁阻元件位移，从而引起输出电压变化。

所述磁阻传感器61为一组件，其中包含磁阻元件62，各个磁阻传感器61各包含有两个磁阻元件62，两个磁阻元件62各与一个作为补偿的热敏电阻63并联，再将两组并联元件相串联，然后在该串联组件的两端各连接一个微调电阻64，输入信号电压V₁加在该串并联电路的两端，输出电压V₂由两个串联的磁阻元件62的串接点取出，如附图2所示。

磁阻传感器61在零角度时的温度特性可用两个热敏电阻63及两个微调电阻64进行补偿。通过微调电阻64和热敏电阻63的串并联，使热敏电阻63部分的温度特性与传感器的温度特性相一致，可使磁阻传感器61的输出电压对温度变化极为平坦。

为了提高磁敏元件即磁敏电阻的电阻变化率，本实用新型所应用的磁敏电阻为利用巨磁敏效应制造的磁敏电阻，又为了提高磁敏电阻的零磁场电阻R₀，所以一方面采用一系列Ag-Co薄层的串联叠加结构，另一方面选用晶粒尺度达到纳米量级，实现了在相同的磁场下，利用巨磁敏效应制造的磁敏电阻比利用磁性金属或合金制造的磁敏电阻，其电阻变化率要高十几倍。

数据处理单元8含有对空间任意两点间的距离进行运算的设置，具体设置是，根据激光接收单元3接收到的模拟信号通过信号转换单元5数字化处理后传入的数字信号进行处理所得出被测目标的距离，根据方位角测量单元6输出的数据进行处理得出被测目标的方位角，根据倾角测量单元7输出的数据进行处理得出被测目标的倾角；进而根据两个被测目标的各自的距离、方位角及倾角计算得出该两个被测目标相互之间的距离、方位角及倾角。具体运算设置综述以下。

空间任意两点间的连接矢量，包括了距离和方向，比如说任意两点为点A和点B，那么矢量AB包括了AB之间的距离和A B的方向，即AB连线的方位角。

如图3所示 ，设A、B两点为待测的地点，A点在地平面上的投影为A₁，B点在地平面上的投影为B₁，△A₁OB₁所在的平面处于地平面上；规定方向以指北针所指的方向为零度。

假设O点为激光测距望远镜所在处，即测量者所在位置，那么对A点测量有如下结果：

A点距O点的距离记为OA，直线段OA的倾角记为∠A₁OA，直线段OA的方位角记为AZa；

同理对B点测量有如下结果：

B点距O点的距离记为OB，直线段OB的倾角记为∠B₁OB，直线段OB的方位角记为AZb。从而有

OA₁=OA*Cos∠A₁OA；AA₁=OA*Sin∠A₁OA； OB₁=OB*Cos∠B₁OB；BB₁=OB*Sin∠B₁OB；

记B点在AA₁ 上的投影为A₂，则AA₂=AA₁－BB₁； 图3中角α即∠A₁OB₁=AZb-AZa，进而根据余弦定理得

A₁B₁= (OA₁²+OB₁²－2*OA₁*OB₁*Conα)^1/2，

因为A₂B=A₁B₁，所以

AB=(A₂B²+AA₂²)^1/2=(A₁B₁²+AA₂²)^1/2。

最后求AB的方位角，AB的方位角就是AB投影在水平面上线段的方位角，即线段A₁B₁的方位角，记为AZA₁B₁；建立以O点为中心的方位角坐标系，设A₁点横坐标为XA₁，纵坐标为YA₁；B₁点横坐标为XB₁， B₁点纵坐标为YB₁，那么XA₁=OA₁* Sin (AZa)；YA₁=OB₁* Cos (AZa)；XB₁=OB₁*Sin (AZb)；YB₁=OB₁* Cos (AZb)；

AZA₁B₁=arctan()。

以上所述各项距离的单位为米。方位角和倾角的单位为度。

实施例2：激光接收单元3将接收到的从目标散反射的激光成像在显示投射单元4的全透式显示器上，其余结构同实施例1。

本实用新型具有方位角和倾角测量功能的激光测距望远镜，具有目标方位角和倾角测量功能，可测算任意两个目标相互之间的距离，通过微调电阻和热敏电阻的串并联，使热敏电阻部分的温度特性与磁阻传感器的温度特性相一致，可使磁阻传感器的输出电压对温度变化极为平坦，以及结构紧凑、体积小、用途广泛的优点。本领域的技术人员如果对上述发明内容作简单的修改或替换，这样的改变不能认为是脱离本实用新型的权利要求保护的范围，所有这样对所属领域的技术人员显而易见的修改将包括在本实用新型的权利要求的范围之内。