棱镜表面124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131和CCD阵列132，得到被测第一方位棱镜3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；
[0064]4)通过光源切换控制电路点亮第二光源112，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111和第二光源112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120处理后成为波长为λ2的自准直光束；
[0065]4.1)波长为λ 2的光束从第二光源112入射至第一分光棱镜113，第一分光棱113镜表面的分光膜使波长为λ 2的光束经第一分光棱镜反射后入射至第二分光棱镜124 ；
[0066]4.2)第二分光棱镜124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λ2的自准直光束；
[0067]5)步骤4)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220，经折转镜片反射后入射至被测第二方位棱镜4 ；
[0068]6)被测第二方位棱镜4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120，第二分光棱镜124表面的分光膜使返回的波长为λ 2的光束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，得到被测第二方位棱镜4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；
[0069]7)数据处理系统分别对被测第一方位棱镜3和第二方位棱镜4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。
[0070]通过数据处理系统对所得到的两个方位角信息进行分析处理，该数据处理系统主要运用现有简单的算法程序对由CCD阵列得到的信息进行处理，解算出两方位角之间的关系。因为第一方位棱镜以及第二方位棱镜的方位角分别为α P α 2，故可得Δα = Q1-Q2,即实现了同一空间内不同平面上两个方位角的传递。
[0071]当两个方位棱镜位于同一垂直平面上时，也可以实现方位角的垂直传递，该方法可以使位于不同水平面上的上下两台无机械连接的设备实现水平方位同步，如航天器对接等。
【主权项】
1.一种空间测角装置，其特征在于: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。
2.根据权利要求1所述的空间测角装置，其特征在于:所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。
3.根据权利要求2所述的空间测角装置，其特征在于:所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。
4.根据权利要求3所述的空间测角装置，其特征在于:所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CCD阵列；CCD阵列与数据处理系统连接。
5.根据权利要求4所述的空间测角装置，其特征在于:所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。
6.根据权利要求5所述的空间测角装置，其特征在于:所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。
7.根据权利要求6所述的空间测角装置，其特征在于:所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。
8.根据权利要求7所述的空间测角装置，其特征在于:所述分光光学元件是平行平板；所述折转镜片是平面反射镜。
9.一种基于如权利要求8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，其特征在于:所述测角方法包括以下步骤: 1)通过光源切换控制电路点亮第一光源，使其发出波长为λI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λI的自准直光束； 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； 3)被测第一方位棱镜将携带其方位角信息的波长为λI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λI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； 4)通过光源切换控制电路点亮第二光源，使其发出波长为λ2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； 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λ2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； 6)被测第二方位棱镜将携带其方位角信息的波长为λ2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； 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。
10.根据权利要求9所述的测角方法，其特征在于: 所述步骤I)的具体实现方式是: . 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； . 1.2)第二分光棱镜表面的分光膜使波长为λI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λ?的自准直光束； 所述步骤4)的具体实现方式是: .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； . 4.2)第二分光棱镜表面的分光膜使波长为λ2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λ2的自准直光束。
【专利摘要】本发明涉及一种空间测角装置及测角方法，该空间测角装置包括双光谱自准直仪以及折转系统；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。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。
【IPC分类】G01C1-00
【公开号】CN104748720
【申请号】CN201510142143
【发明人】肖茂森, 陆卫国, 王海霞, 魏永静, 刘爱敏
【申请人】中国科学院西安光学精密机械研究所
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月27日