空间测角装置及测角方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学测试技术领域，涉及一种基于自准直仪的测角装置及测角方法，尤其涉及一种基于双光谱自准直仪的空间测角装置及测角方法。
【背景技术】
[0002]在精密测试计量技术领域，自准直仪是一种常见的仪器，它主要用于进行小角度及角位移的测量。该仪器具有结构简单，精度高，使用方便、可靠、仪器体积小等优点，在大地测绘、精密机械加工、计量、科研、设备安装和军事工程中得到了广泛的应用。因此，近年来自准直仪的发展非常迅速，由最早的纯机械光学式发展到光电机械瞄准式，而后发展到光电数显式，以及发展到光机电算融为一体的自动测量和显示的自准直仪。目前来讲，光电自准直仪是比较常用的一种，由于它采用各种光电探测器作为接收器件，因而测量精度较高，具有一定的优越性。不过，市场上出现的自准直仪大多数只能测量单一的方位角，无法实现对于同一空间内不同平面上的两个方位角的同时测量。
【发明内容】
[0003]为了解决【背景技术】中存在的上述技术问题，本发明提供了一种能够方便、快速地对同一空间内不同平面上的两个方位角同时进行测量的空间测角装置及测角方法。
[0004]本发明的技术解决方案是:
[0005]本发明提供了一种空间测角装置，其特殊之处在于:包括双光谱自准直仪以及折转系统；所述折转系统包括分光光学元件以及折转镜片；分光光学元件表面涂有分光膜且设置在双光谱自准直仪的出射光路上；分光光学元件将双光谱自准直仪的出射光分为透射光以及反射光，被测第一方位棱镜设置在分光光学元件的透射光所在光路上，折转镜片设置在分光光学元件的反射光所在光路上；被测第二方位棱镜设置在经折转镜片反射后的反射光所在光路上。
[0006]上述双光谱自准直仪包括照明光源系统、自准直共用系统、信号光接收系统以及与信号光接收系统连接的数据处理系统；照明光源系统包括发射光波长为λ I的第一光源、发射光波长为λ 2的第二光源、光源切换控制电路以及表面涂有分光膜的第一分光棱镜；光源切换控制电路分别与第一光源和第二光源连接；第一光源的光出射方向与第二光源的光出射方向垂直；第一分光棱镜设置在第一光源以及第二光源的出射光路上；自准直共用系统设置在第一分光棱镜的出射光路上且与信号光处理系统共光轴；分光光学元件设置在自准直共用系统的出射光路上；经第一分光棱镜表面的分光膜处理，波长为λ I的光经第一分光棱镜透射以及波长为λ2的光经第一分光棱镜反射后沿同一方向传播，接着入射至自准直共用系统，经自准直共用系统处理得到的自准直光束入射至分光光学元件。
[0007]上述自准直共用系统包括第一望远物镜、第二望远物镜、调焦物镜以及表面涂有分光膜的第二分光棱镜；所述第二分光棱镜设置在第一分光棱镜的出射光路上；所述第二望远物镜、第一望远物镜、调焦物镜、第二分光棱镜以及信号光接收系统的轴心在同一直线上依次排列；所述分光光学元件设置在第二望远物镜的出射光路上。
[0008]上述信号光接收系统包括依次设置在第二分光棱镜透射光所在光路上的接收物镜和CXD阵列；(XD阵列与数据处理系统连接。
[0009]上述折转镜片与分光光学元件平行设置；或者，所述折转镜片与分光光学元件以平行于第二望远物镜出射光路的直线为对称轴成轴对称设置。
[0010]上述分光光学元件相对于第二望远物镜的出射光路倾斜45°设置。
[0011]上述分光光学元件与折转镜片为一体式结构；或者，所述分光光学元件与折转镜片为分体式结构。
[0012]上述分光光学元件是平行平板；所述折转镜片是平面反射镜。
[0013]一种基于如上所述的空间测角装置实现两个方位角同时测量的测角方法，其特殊之处在于:所述测角方法包括以下步骤:
[0014]I)通过光源切换控制电路点亮第一光源，使其发出波长为λ I的光束；波长为λ I的光束经自准直共用系统处理后成为波长为λ I的自准直光束；
[0015]2)步骤I)中的自准直光束入射至折转系统，分光光学元件表面的分光膜使波长为λI的自准直光束经分光光学元件透射后入射至被测第一方位棱镜；
[0016]3)被测第一方位棱镜将携带其方位角信息的波长为λ I的光束按原路返回至自准直共用系统，第二分光棱镜表面的分光膜使返回的波长为λ I的光束经第二分光棱镜透射后依次入射至接收物镜和CCD阵列，得到被测第一方位棱镜的方位角信息；CCD阵列将被测第一方位棱镜的方位角信息传输至数据处理系统；
[0017]4)通过光源切换控制电路点亮第二光源，使其发出波长为λ 2的光束；通过光源切换控制电路点亮第一光源和第二光源的时间差范围为毫秒级；波长为λ2的光束经自准直共用系统处理后成为波长为λ2的自准直光束；
[0018]5)步骤4)中的自准直光束入射至折转系统，分光光学元件表面的分光膜使波长为λ 2的自准直光束经分光光学元件反射后入射至折转镜片，经折转镜片反射后入射至被测第二方位棱镜；
[0019]6)被测第二方位棱镜将携带其方位角信息的波长为λ 2的光束按原路返回至自准直共用系统，第二分光棱镜表面的分光膜使返回的波长为λ2的光束经第二分光棱镜透射后依次入射至接收物镜和CCD阵列，得到被测第二方位棱镜的方位角信息；CCD阵列将被测第二方位棱镜的方位角信息传输至数据处理系统；
[0020]7)数据处理系统分别对被测第一方位棱镜和第二方位棱镜的方位角信息进行处理，得到被测第一方位棱镜的方位角a i以及第二方位棱镜的方位角α 2。
[0021]上述步骤I)的具体实现方式是:
[0022]1.1)波长为λ I的光束从第一光源入射至第一分光棱镜，第一分光棱镜表面的分光膜使波长为λI的光束经第一分光棱镜透射后入射至第二分光棱镜；
[0023]1.2)第二分光棱镜表面的分光膜使波长为λ I的光束反射后入射至调焦物镜，经调焦物镜折射后依次经过第一望远物镜和第二望远物镜，完成消色差处理，得到波长为入I的自准直光束；
[0024]所述步骤4)的具体实现方式是:
[0025]4.1)波长为λ 2的光束从第二光源入射至第一分光棱镜，第一分光棱镜表面的分光膜使波长为λ2的光束经第一分光棱镜反射后入射至第二分光棱镜；
[0026]4.2)第二分光棱镜表面的分光膜使波长为λ 2的光束反射后入射至调焦物镜，经调焦物镜折射后依次经过第一望远物镜和第二望远物镜，完成消色差处理，得到波长为入2的自准直光束。
[0027]本发明提供了一种空间测角装置及测角方法，其具有以下优点:
[0028]1、通过双光谱自准直仪提供两种不同波长的光束，折转系统的分光光学元件(斜面上镀有分光膜)将两种不同波长的光束分别发生透射和反射，其中，经分光光学元件透射后的透射光入射至被测第一方位棱镜；经分光光学元件反射后的反射光入射至折转镜片，经折转镜片的反射后入射至被测第二方位棱镜。因而，本发明能够方便、快速地对同一空间内不同平面上的两个方位角同时进行测量。
[0029]2、该空间测角装置中的折转系统也是本发明的一个亮点，它巧妙的将分光光学元件与折转镜片进行组合，使双光谱自准直仪中不同光源发射的光束在进入该系统后可以沿不同的路径进行传播，从而实现对两个不同方位角进行测量。
[0030]3、由于该空间测角装置可一次测量两个不同的方位角，只需在测试之前对整个装置进行一次调整即可；而传统的测角装置一次只能测量一个方位角，当需要测量不同的方位角时，需要对整个装置重新进行调整，容易引入测量误差，且操作繁琐；因此，利用本发明提供的空间测角装置所测数据比使用传统测角装置所测得的数据可靠。
[0031]4、该空间测角装置结构简单，操作方便，成本较低，可由光源切换控制电路对双光谱自准直仪内部的两个光源进行切换控制，从而能够方便、快速地实现两个方位角信息的高精度测量。此外，通过光源切换控制电路来控制两个光源的切换时间为毫秒级，近似于同时测角。
【附图说明】
[0032]图1a是CXD自准直仪的检测原理图(反射镜与自准直仪的主光轴垂直)；
[0033]图1b是CXD自准直仪的检测原理图(反射镜绕自准直仪主光轴旋转α角)；
[0034]图2是本发明提供的双光谱自准直仪的光学系统简图；
[0035]图3是双光谱自准直仪中照明光源系统的简图；
[0036]图4a是本发明中折转系统的一个实施例的结构示意图；
[0037]图4b是本发明中折转系统的另一实施例的结构示意图；
[0038]图4c是本发明中折转系统的又一实施例的结构示意图；
[0039]图4d是本发明中折转系统的再一实施例的结构示意图；