一种基于双面光楔的滚转角自准直测量方法

本发明属于精密测量，具体涉及一种基于双面光楔的滚转角自准直测量方法。

背景技术：

1、测量空间物体绕光轴旋转的滚转角在直线位移台的误差补偿、武器系统的精确瞄准、大型设施的状态监测等领域具有重要意义。在一系列角度测量方法中，自准直法具有结构简单、精度高、易于操作的优点因而得到广泛应用。自准直仪是根据自准直法设计制造的角度测量仪器，在测量时，自准直仪发射的准直光束照射到安装在待测目标上的平面反射镜，当平面反射镜随待测目标俯仰或偏摆(即绕垂直于光轴的两坐标轴旋转)时，自准直仪能够检测到反射光束的方向变化，并根据几何关系计算出俯仰角和偏摆角。

2、然而当平面反射镜随待测目标滚转(即绕光轴旋转)时，反射光束的方向不变，因此无法测量滚转角。如何根据自准直法实现滚转角测量是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于双面光楔的滚转角自准直测量方法，其目的在于利用自准直法实现滚转角测量。

2、为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种基于双面光楔的滚转角自准直测量方法，包括：

4、将双面光楔与待测目标固定连接，向所述双面光楔发射一束携带图案的准直光束，所述准直光束被所述双面光楔的前表面分离产生反射光束和第一透射光束，所述第一透射光束依次经过所述双面光楔的后表面反射和前表面透射后产生第二透射光束；

5、将所述反射光束和所述第二透射光束进行聚焦后，成像得到第一自准直像和第二自准直像，当所述待测目标绕所述准直光束的光轴旋转时，所述第一自准直像和所述第二自准直像绕旋转中心旋转，旋转后分别变为第三自准直像和第四自准直像；

6、根据所述第一自准直像、所述第二自准直像、所述第三自准直像和所述第四自准直像的位置坐标，计算所述待测目标的滚转角。

7、进一步地，所述根据所述第一自准直像、所述第二自准直像、所述第三自准直像和所述第四自准直像的位置坐标，计算所述待测目标的滚转角，具体为：

8、

9、式中，θ为滚转角；xf1和yf1为第一自准直像的横坐标和纵坐标；xr1和yr1为第二自准直像的横坐标和纵坐标；xf2和yf2为第三自准直像的横坐标和纵坐标；xr2和yr2为第四自准直像的横坐标和纵坐标。

10、进一步地，所述双面光楔的前表面上镀分束膜。

11、进一步地，对于波长在450nm～800nm范围内的可见光，所述分束膜的反射率为35％～40％。

12、进一步地，所述双面光楔的后表面上镀增反膜。

13、进一步地，对于波长在450nm～800nm范围内的可见光，所述增反膜的反射率为97％～98％。

14、进一步地，采用自准直系统向所述双面光楔发射一束携带图案的准直光束。

15、进一步地，所述双面光楔的前表面和后表面的楔角相等。

16、进一步地，采用光电探测器对所述第一自准直像、所述第二自准直像、所述第三自准直像和所述第四自准直像进行成像。

17、进一步地，所述第一自准直像和所述第二自准直像的旋转中心为光电探测器的几何中心。

18、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

19、本发明提供的一种基于双面光楔的滚转角自准直测量方法，将双面光楔与待测目标固定连接，采用双面光楔作为敏感元件以产生两束返回光束，即反射光束和第二透射光束，将反射光束和第二透射光束进行聚焦后，成像得到第一自准直像和第二自准直像，因为双面光楔与待测目标固定连接，所以当待测目标绕准直光束的光轴旋转时，双面光楔一起绕准直光束的光轴旋转，进而使得两束返回光束绕光轴旋转，这种特性使得第一自准直像和第二自准直像绕各自的旋转中心旋转得到第三自准直像和第四自准直像，最终将双面光楔的滚转角转化为第一自准直像和第二自准直像连线的旋转角，通过探测第一自准直像和第二自准直像的位置坐标变化，实现滚转角测量。本发明采用双面光楔产生的两束返回光束的方向对俯仰角和偏摆角同等程度敏感，在计算滚转角时能完全消除俯仰角和偏摆角对滚转角测量的干扰，提高了滚转角的测量精度。

20、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种基于双面光楔的滚转角自准直测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于双面光楔的滚转角自准直测量方法，其特征在于，所述根据所述第一自准直像(f1)、所述第二自准直像(r1)、所述第三自准直像(f2)和所述第四自准直像(r2)的位置坐标，计算所述待测目标的滚转角，具体为：

3.根据权利要求1所述的一种基于双面光楔的滚转角自准直测量方法，其特征在于，所述双面光楔(1)的前表面(10)上镀分束膜。

4.根据权利要求3所述的一种基于双面光楔的滚转角自准直测量方法，其特征在于，对于波长在450nm～800nm范围内的可见光，所述分束膜的反射率为35％～40％。

5.根据权利要求1所述的一种基于双面光楔的滚转角自准直测量方法，其特征在于，所述双面光楔(1)的后表面(11)上镀增反膜。

6.根据权利要求5所述的一种基于双面光楔的滚转角自准直测量方法，其特征在于，对于波长在450nm～800nm范围内的可见光，所述增反膜的反射率为97％～98％。

7.根据权利要求1所述的一种基于双面光楔的滚转角自准直测量方法，其特征在于，采用自准直系统(2)向所述双面光楔(1)发射一束携带图案的准直光束。

8.根据权利要求1所述的一种基于双面光楔的滚转角自准直测量方法，其特征在于，所述双面光楔(1)的前表面(10)和后表面(11)的楔角相等。

9.根据权利要求1所述的一种基于双面光楔的滚转角自准直测量方法，其特征在于，采用光电探测器对所述第一自准直像(f1)、所述第二自准直像(r1)、所述第三自准直像(f2)和所述第四自准直像(r2)进行成像。

10.根据权利要求9所述的一种基于双面光楔的滚转角自准直测量方法，其特征在于，所述第一自准直像(f1)和所述第二自准直像(r1)的旋转中心为光电探测器的几何中心。

技术总结
本发明公开了一种基于双面光楔的滚转角自准直测量方法，将双面光楔与待测目标固定连接，向双面光楔发射一束携带图案的准直光束，准直光束被双面光楔的前表面分离产生反射光束和第一透射光束，第一透射光束依次经过双面光楔的后表面反射和前表面透射后产生第二透射光束；将反射光束和第二透射光束进行聚焦后，成像得到第一自准直像和第二自准直像，当待测目标绕准直光束的光轴旋转时，第一自准直像和第二自准直像绕旋转中心旋转，旋转后分别变为第三自准直像和第四自准直像；根据第一自准直像、第二自准直像、第三自准直像和第四自准直像的位置坐标，计算待测目标的滚转角。本发明的目的在于利用自准直法实现滚转角测量。

技术研发人员：郭延,冀佳丽,华灯鑫,闫庆,狄慧鸽,汪丽
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15