[0040]图5是本发明提供的空间测角装置的测量原理示意图；
[0041]其中:
[0042]1-双光谱自准直仪；110-照明光源系统；111-第一光源；112-第二光源；113_第一分光棱镜；120-自准直共用系统；121-第一望远物镜；122-第二望远物镜；123-调焦物镜；124_第二分光棱镜；130_信号光接收系统；131-接收物镜；132-CCD阵列；2_折转系统；210_分光光学元件；220_折转镜片；3_第一方位棱镜；4_第二方位棱镜。
【具体实施方式】
[0043]图1a和图1b是CXD自准直仪的检测原理图，CXD自准直仪主焦点处光源O发出的光线经过物镜折射后形成一束平行光，如果反射镜与CXD自准直仪的主光轴垂直(参见图1a)，则自准直光束原路返回；当反射镜绕自准直仪主光轴旋转α角时(参见图lb)，其反射光束就以与入射光束成2 α的角度返回。由于α角的大小不同，则会在CCD上的不同位置产生图像，将此时图像的位置O'与旋转前CCD上所得到的图像位置O之间的位移量设为X，，则根据三角函数原理可知:
[0044]X = f tan2 α
[0045]一般情况下，α角很小，可将上述数学关系式近似为:x ~ 2f α。从而，a ^ x/2f=na/2f，式中a为CXD像元的尺寸，η为偏差覆盖的像元数，f为CXD自准直仪的焦距。故通过CCD测量图像的变化即可得到被测反射镜的偏转角度α。
[0046]本发明正是根据上述CXD自准直仪检测原理提供了一种基于双光谱自准直仪设计的空间测角装置。
[0047]如图5所示，本发明提供的空间测角装置，其包括双光谱自准直仪I以及折转系统2 ;折转系统2包括分光光学元件210以及折转镜片220 ;分光光学元件210表面涂有分光膜且设置在双光谱自准直仪I的出射光路上；分光光学元件210将双光谱自准直仪I的出射光分为透射光以及反射光，被测第一方位棱镜3设置在分光光学元件210的透射光所在光路上，折转镜片220设置在分光光学元件210的反射光所在光路上；被测第二方位棱镜4设置在经折转镜片220反射后的反射光所在光路上。
[0048]本发明中，双光谱自准直仪I通过两种不同波长光分别测量被测第一方位棱镜3和第二方位棱镜4的方位角，设定从双光谱自准直仪I出射的两种不同波长光分别为波长为λ I的光和波长为λ 2的光，分光光学元件210将这两种不同波长光分别发生透射和反射，波长为λ I的光经分光光学元件210透射后入射至被测第一方位棱镜3 ;波长为λ 2的光经分光光学元件210反射后入射至折转镜片220，接着经折转镜片220反射后入射至被测第二方位棱镜4。
[0049]本发明中，折转镜片220与分光光学元件210可以平行设置(如图4a所示)，也可以与分光光学元件210以平行于双光谱自准直仪I出射光路的直线为对称轴成轴对称设置(如图4b所示)。
[0050]如图2和图3所示，本发明提供的双光谱自准直仪I包括照明光源系统110、自准直共用系统120、信号光接收系统130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110包括发射光波长为λ I的第一光源111、发射光波长为λ 2的第二光源112、光源切换控制电路以及表面涂有分光膜的第一分光棱镜113 ;光源切换控制电路分别与第一光源111和第二光源112连接；第一光源111和第二光源112均位于双光谱自准直仪的主焦点处；第一光源111的光出射方向与第二光源112的光出射方向垂直；第一分光棱镜113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120设置在第一分光棱镜113的出射光路上且与信号光处理系统130共光轴；分光光学元件210设置在自准直共用系统120的出射光路上。
[0051]经第一分光棱镜113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λ 2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120，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210，波长为λ I的光经分光光学元件透射后入射至被测第一方位棱镜3，波长为λ 2的光依次经分光光学元件210和折转镜片220反射后入射至被测第二方位棱镜4，波长为λ I的光和波长为λ 2的光分别经被测第一方位棱镜3和第二方位棱镜4反射后返回自准直共用系统120，经自准直共用系统120透射后入射至信号光接收系统130。为了提高测角的精度，该空间测角装置采用的是分时测角方式，通过光源切换控制电路来控制两个光源的切换，由于其切换时间为毫秒级，近似于同时测角。
[0052]如图2所示，双光谱自准直仪I中，自准直共用系统120包括第一望远物镜121、第二望远物镜122、调焦物镜123以及表面涂有分光膜的第二分光棱镜124 ;第二分光棱镜124设置在第一分光棱镜113的出射光路上；第二望远物镜122、第一望远物镜121、调焦物镜123、第二分光棱镜124以及信号光接收系统130的轴心在同一直线上依次排列；分光光学元件210设置在第二望远物镜122的出射光路上；折转镜片220与分光光学元件210可以平行设置，也可以与分光光学元件210以平行于第二望远物镜122出射光路的直线为对称轴成轴对称设置。
[0053]如图2所示，双光谱自准直仪I中，信号光接收系统130包括依次设置在第二分光棱镜124透射光所在光路上的接收物镜131和CCD阵列132 ；CCD阵列132与数据处理系统连接。波长为λ I的光和波长为λ 2的光由第一分光棱镜113入射至第二分光棱镜124，经反射后依次进入调焦物镜123、第一望远物镜121、第二望远物镜122以及分光光学元件210，经折转系统的透射和反射后，分别入射至被测第一方位棱镜3和第二方位棱镜4，接着按相反方向分别返回第二分光棱镜124，经第二分光棱镜透射后依次入射至接收物镜131和CCD阵列132。其中，调焦物镜123的作用是调节双光谱自准直仪的焦距，使其控制在一定的范围内，避免因焦距过大而引起双光谱自准直仪的体积变大。
[0054]较优地，分光光学元件210相对于第二望远物镜122的出射光路倾斜45°设置，则经分光光学元件反射后有一部分光束发生折转，其折转角度为90°，此时，折转系统中折转镜片的位置易于被确定，且该空间测角装置的组装工艺要求相对简单，结构稳定。
[0055]本发明中的分光光学元件210与折转镜片220可以为分体式结构(如图4a和图4b所示)，也可以为一体式结构(如图4c和图4d所示)。当两者为一体式结构时，由于分光光学元件与折转镜片组成的折转系统是一个整体，其稳定性较好，只需要对该整体镜片加上外框体，然后与双光谱自准直仪的箱体进行连接，使二者的相对位置固定，进而使整个空间测角装置的结构稳定，不过这种设计方法比较耗费材料，加工工艺相对也比较复杂；而且，当镜片设计得比较大时，容易损坏。因此，一般只在短距离高精度测量时才采用该种方案。
[0056]具体地，本发明中，折转系统的分光光学元件210可以选用平行平板；折转镜片220可以选用平面反射镜。这种组合是在能够同时实现分束和折转功能的基础上所选择的最简单、最经济的一种组合方式。
[0057]对于具有一定关系的不同方位角，该空间测角装置可通过测算出两方位角之间实际存在的关系，将所测得的实际值与理论值相比较，得出实际值与理论值之间所存在的误差，然后可对该角度进行分析和校正。具体实现过程是，使用该空间测角装置对方位角进行测量，所测得的结果由CCD阵列接收并传送至数据处理系统，然后通过软件实现对数据的处理，解算出所测得的方位角的角度值。
[0058]此外，本发明还提供了一种利用上述空间测角装置实现两个方位角同时测量的测角方法，其包括以下步骤:
[0059]I)通过光源切换控制电路点亮第一光源111，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120处理后成为波长为λ I的自准直光束；
[0060]1.1)波长为λ I的光束从第一光源111入射至第一分光棱镜113，第一分光棱镜113表面的分光膜使波长为λ I的光束经第一分光棱镜透射后入射至第二分光棱镜124 ；
[0061]1.2)第二分光棱镜124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123，经调焦物镜折射后依次经过第一望远物镜121和第二望远物镜122，完成消色差处理，得到波长为λI的自准直光束；
[0062]2)步骤I)中的自准直光束入射至折转系统2，分光光学元件210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3 ;
[0063]3)被测第一方位棱镜3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120，第二分光