本發(fā)明屬于激光遙感，涉及一種無標(biāo)定雙光楔高精度指向調(diào)整裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、在激光遙感技術(shù)中，采用雙光楔進(jìn)行激光指向調(diào)整是一種常用的手段。在給定目標(biāo)方向后，雙光楔調(diào)整機構(gòu)需要各自調(diào)整一定的旋轉(zhuǎn)角度使合成的激光對準(zhǔn)目標(biāo)。

2、當(dāng)前使用雙光楔進(jìn)行調(diào)整往往需要對光楔旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行絕對定標(biāo)。在安裝好雙光楔后，通過絕對定標(biāo)在兩個光楔的結(jié)構(gòu)上標(biāo)識刻度，再根據(jù)目標(biāo)指向由標(biāo)定的刻度計算出旋轉(zhuǎn)的角度。這種使用方法雖然計算簡單，但是在許多指向精度要求較高且存在機械沖擊、振動等工況下對標(biāo)定精度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提出了很高的要求。當(dāng)由于沖擊、振動、重力條件變化等原因?qū)е鹿庑ㄓ布?shù)改變時，由絕對定標(biāo)參數(shù)計算的旋轉(zhuǎn)角度將存在較大誤差，甚至導(dǎo)致無法指向目標(biāo)方向。

3、此外，雙光楔的調(diào)整角分辨率與其頂角和旋轉(zhuǎn)角分辨率密切相關(guān)。高精度指向角調(diào)整往往需要高旋轉(zhuǎn)角分辨率和高精度旋轉(zhuǎn)角控制。高旋轉(zhuǎn)角控制精度對控制機構(gòu)的精度和成本要求極高，增加了方案實施的成本和可靠性要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種無標(biāo)定雙光楔高精度指向調(diào)整裝置及方法，無需對光楔進(jìn)行絕對標(biāo)定，提高環(huán)境適應(yīng)能力和可靠性。

2、本發(fā)明解決技術(shù)的方案是：一種無標(biāo)定雙光楔高精度指向調(diào)整裝置，由激光器發(fā)出單波長準(zhǔn)直激光，包括第一光楔調(diào)整機構(gòu)、第二光楔調(diào)整機構(gòu)、擴(kuò)束鏡、角反射導(dǎo)光棱鏡、衍射分束模塊、指向監(jiān)測鏡頭、指向監(jiān)測焦面和處理與控制模塊；

3、第一光楔調(diào)整機構(gòu)、第二光楔調(diào)整機構(gòu)結(jié)構(gòu)相同，通過折射和旋轉(zhuǎn)，使準(zhǔn)直激光的方向在三維空間繞激光器的出光光軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)；

4、擴(kuò)束鏡用于把激光光束變粗，并壓縮發(fā)散角；

5、角反射導(dǎo)光棱鏡用于把一束激光按照完全相反方向進(jìn)行翻轉(zhuǎn)；

6、衍射分束模塊用于把一束激光按照特定的夾角分布分成多個激光束；

7、指向監(jiān)測鏡頭用于將多個不同方向的激光束成像聚焦在指向監(jiān)測焦面上；

8、指向監(jiān)測焦面為安裝在指向監(jiān)測鏡頭的焦面上的面陣探測器，能夠探測與激光束對應(yīng)的激光光斑圖像；

9、處理與控制模塊根據(jù)指向監(jiān)測焦面上的激光光斑，進(jìn)行質(zhì)心提取，計算出從擴(kuò)束鏡出射的激光的指向數(shù)據(jù)，根據(jù)輸入給處理與控制模塊的指向調(diào)整目標(biāo)，計算指向數(shù)據(jù)與目標(biāo)的偏差，進(jìn)而計算第一光楔調(diào)整機構(gòu)、第二光楔調(diào)整機構(gòu)旋轉(zhuǎn)的調(diào)整量，控制第一光楔調(diào)整機構(gòu)、第二光楔調(diào)整機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，使激光的指向達(dá)到調(diào)整目標(biāo)值。

10、進(jìn)一步的，述角反射導(dǎo)光棱鏡支持全口徑取光或部分取光。

11、進(jìn)一步的，所述第一光楔調(diào)整機構(gòu)、第二光楔指向調(diào)整機構(gòu)均可替換為指向掃描鏡。

12、進(jìn)一步的，所述擴(kuò)束鏡為透射擴(kuò)束鏡或反射擴(kuò)束鏡。

13、進(jìn)一步的，所述角反射導(dǎo)光棱鏡為角反射或切除頂角的異形角反射鏡。

14、進(jìn)一步的，所述衍射分束模塊為doe元件、雙折射分光元件、超表面透鏡元件中的任一種。

15、一種無標(biāo)定雙光楔高精度指向調(diào)整方法，包括以下步驟：

16、處理與控制模塊(8)提取出在指向監(jiān)測焦面(7)上的激光光斑初始平均位置為a(xma,yma)，兩個光楔旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的主光軸在指向監(jiān)測焦面(7)上的對應(yīng)位置z(xz,yz)未知，在指向監(jiān)測焦面(7)上激光光斑的調(diào)整目標(biāo)為o(xo,yo)；

17、將第一光楔調(diào)整機構(gòu)(1)和第二光楔調(diào)整機構(gòu)(2)順時針旋轉(zhuǎn)180°，發(fā)射激光，此時，處理與控制模塊(8)提取出在指向監(jiān)測焦面(7)上的激光光斑平均位置為b(xmb,ymb)，根據(jù)a(xma,yma)和b(xmb,ymb)計算得到兩個光楔旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的主光軸在指向監(jiān)測焦面(7)上的對應(yīng)位置z(xz,yz)；

18、將第一光楔調(diào)整機構(gòu)(1)順時針旋轉(zhuǎn)同時第二光楔調(diào)整機構(gòu)(2)逆時針旋轉(zhuǎn)發(fā)射激光，此時，處理與控制模塊(8)提取出在指向監(jiān)測焦面(7)上的激光光斑平均位置為c(xmc,ymc)；

19、計算b調(diào)到z所需的旋轉(zhuǎn)角b到o所需的旋轉(zhuǎn)角z到o所需的旋轉(zhuǎn)角

20、計算如下判斷標(biāo)準(zhǔn)：

21、

22、xo′＝xo(ymb-yz)+yo(xz-xmb)+xmbyz-xzymb

23、計算第一光楔調(diào)整機構(gòu)(1)順時針旋轉(zhuǎn)角和第二光楔調(diào)整機構(gòu)(2)順時針旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)兩個光楔調(diào)整機構(gòu)，使指向監(jiān)測焦面(7)中的激光光斑中心移動至目標(biāo)位置o(xo,yo)：

24、

25、進(jìn)一步的，所述

26、進(jìn)一步的，z(xz,yz)計算公式為：

27、

28、進(jìn)一步的，旋轉(zhuǎn)角的計算方式如下：

29、

30、其中，n為光楔的折射率，α為光楔的頂角，k為擴(kuò)束倍數(shù)，f為指向監(jiān)測鏡頭(6)的焦距，lab、loz、lbz、lob為指向監(jiān)測焦面(7)中的光斑中心間的直線距離，分別表示為：

31、

32、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

33、(1)本發(fā)明無需對光楔進(jìn)行絕對標(biāo)定，無須標(biāo)定刻度，提高了環(huán)境適應(yīng)能力和可靠性；

34、(2)本發(fā)明通過衍射分束成倍提升指向監(jiān)測精度，將指向記錄誤差縮小倍，m為衍射分束模塊對激光的分束數(shù)，從而降低監(jiān)測相機的難度和成本；

35、(3)本發(fā)明以低旋轉(zhuǎn)分辨率成倍提高指向精度，從而降低高精度指向調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研制難度和機構(gòu)成本。

技術(shù)特征：

1.一種無標(biāo)定雙光楔高精度指向調(diào)整裝置，由激光器發(fā)出單波長準(zhǔn)直激光，其特征在于，包括第一光楔調(diào)整機構(gòu)(1)、第二光楔調(diào)整機構(gòu)(2)、擴(kuò)束鏡(3)、角反射導(dǎo)光棱鏡(4)、衍射分束模塊(5)、指向監(jiān)測鏡頭(6)、指向監(jiān)測焦面(7)和處理與控制模塊(8)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無標(biāo)定雙光楔高精度指向調(diào)整裝置，其特征在于，所述角反射導(dǎo)光棱鏡(4)支持全口徑取光或部分取光。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無標(biāo)定雙光楔高精度指向調(diào)整裝置，其特征在于，所述第一光楔調(diào)整機構(gòu)(1)、第二光楔指向調(diào)整機構(gòu)(2)均可替換為指向掃描鏡。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無標(biāo)定雙光楔高精度指向調(diào)整裝置，其特征在于，所述擴(kuò)束鏡(3)為透射擴(kuò)束鏡或反射擴(kuò)束鏡。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無標(biāo)定雙光楔高精度指向調(diào)整裝置，其特征在于，所述角反射導(dǎo)光棱鏡(4)為角反射或切除頂角的異形角反射鏡。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無標(biāo)定雙光楔高精度指向調(diào)整裝置，其特征在于，所述衍射分束模塊(5)為doe元件、雙折射分光元件、超表面透鏡元件中的任一種。

7.基于權(quán)利要求1～6任一項所述裝置的一種無標(biāo)定雙光楔高精度指向調(diào)整方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無標(biāo)定雙光楔高精度指向調(diào)整方法，其特征在于，所述

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無標(biāo)定雙光楔高精度指向調(diào)整方法，其特征在于，z(xz,yz)計算公式為：

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無標(biāo)定雙光楔高精度指向調(diào)整方法，其特征在于，旋轉(zhuǎn)角的計算方式如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種無標(biāo)定雙光楔高精度指向調(diào)整裝置及方法，包括第一光楔調(diào)整機構(gòu)、第二光楔調(diào)整機構(gòu)、擴(kuò)束鏡、角反射導(dǎo)光棱鏡、衍射分束模塊、指向監(jiān)測鏡頭、指向監(jiān)測焦面和處理與控制模塊，激光依次進(jìn)入第一光楔調(diào)整機構(gòu)、第二光楔調(diào)整機構(gòu)、擴(kuò)束鏡、角反射導(dǎo)光棱鏡、衍射分束模塊、指向監(jiān)測鏡頭、指向監(jiān)測焦面，指向監(jiān)測焦面的探測器記錄下焦面光斑信息，最后由處理與控制模塊根據(jù)焦面光斑計算出激光指向信息，控制兩個光楔調(diào)整機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，使激光的指向達(dá)到調(diào)整目標(biāo)值。本發(fā)明無需對光楔進(jìn)行絕對標(biāo)定，無須標(biāo)定刻度，通過衍射分束成倍提升指向監(jiān)測精度，提高了環(huán)境適應(yīng)能力和可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：王玉詔,彭歡,羅萍萍,安超,齊明,孫海青,穆生博,楊居奎,陶宇亮,郭元榮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京空間機電研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6