專利名稱：高精度便攜式?；す鉁y深方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于激光技術領域，涉及一種對激光三角法測量海水深度的方法及裝置的改進。
海水深度測量工作是建設港口碼頭、開展近海養(yǎng)殖和保障海洋航運等活動的基礎。目前主要的方案為激光三角法。在利用激光測量海水深度等?；鶞y量時，存在的問題有1、測量船在海水波浪作用下產(chǎn)生搖擺；2、海水表面起伏變化對激光入射角的改變，兩者導致激光測量三角形關系發(fā)生較大的變化，甚至完全被破壞。既使是建立了測量三角形關系，如圖1所示激光三角法測量方案的誤差，因測量船的搖擺和激光入射角的變大，測量結果隨機性較大，有時無法進行海水深度的測量。激光測量海水深度時，激光在海水表面產(chǎn)生反射光和折射光，通常折射光到達海底產(chǎn)生散射光，由接收探測器接收后，形成測量三角關系。傳統(tǒng)的激光三角法測量只是利用了透射光，沒有利用反射光的作用。
本發(fā)明的目的是1、解決上述兩個?；鶞y量條件帶來的困難；2、實現(xiàn)對海水深度測量，保證測量精度，提供一種高精度便攜式?；す鉁y深方法及裝置。
本發(fā)明方法的詳細內容如圖2所示，就是利用激光A在海面D點產(chǎn)生反射光E的變化反映海面的姿態(tài)信息。首先在相對平靜的海水中，標定入射激光A產(chǎn)生的反射光E處于基準水平的狀態(tài)、以及基線L的長度、相對海面的距離H0；當海水表面發(fā)生無規(guī)變化或起伏時，從反射光E得到海面的姿態(tài)參數(shù)，確定測量瞬間的激光入射角θ和激光反射角φ及構成的三角關系；使激光在位置C的反射光到達處于基線L上的位置點B，構成ABC測量三角形，反射光E對測量海面姿態(tài)進行監(jiān)視，在海水表面動態(tài)條件下固定激光和海面的入射角度，反射光產(chǎn)生測試數(shù)據(jù)有效的控制脈沖信號，再選通水平儀信號使激光A入射海水表面，當基準水平保持在與鉛垂線垂直的方向時，進行測量數(shù)據(jù)采樣。再結合基線長度L和三角形的θ、φ角度參數(shù)，計算得到海水深度數(shù)值Hs。
本發(fā)明裝置的詳細內容如圖3所示，包括有激光器1、光電軸角編碼器2、數(shù)字信號處理系統(tǒng)3、光電探測器4、姿態(tài)光電探測器5、基板6、激光電源導線7、機箱8、屏蔽電纜9，激光器1和姿態(tài)光電探測器5和光電探測器4安裝在一個基板6上，數(shù)字信號處理系統(tǒng)3安置在機箱8中，激光器1的電源與數(shù)字信號處理系統(tǒng)3中的激光電源導線7連接，姿態(tài)光電探測器5和光電探測器4由信號屏蔽電纜9分別與數(shù)字信號處理系統(tǒng)3的接口直接連接，光電軸角編碼器2與數(shù)字信號處理系統(tǒng)3的接口直接連接，光電軸角編碼器2的聯(lián)軸器與光電探測器4的轉軸共軸連接。
本發(fā)明的工作過程如圖4所示激光器由數(shù)字處理系統(tǒng)中的激光電源供電產(chǎn)生激光。激光器發(fā)出的激光在海面發(fā)生反射和折射，姿態(tài)光電探測器對激光器的反射光進行監(jiān)控并產(chǎn)生海水同步采樣信號去觸發(fā)數(shù)字信號處理系統(tǒng)。折射光在海底產(chǎn)生的漫反射光由光電探測器接收，同時轉動光電探測器產(chǎn)生角度變化及角度位置并且由光電軸角編碼器給出角度數(shù)值。光電軸角編碼器匯總姿態(tài)探測器的姿態(tài)脈沖信號、光電探測器的光電信號和光電軸角編碼器的角度數(shù)值，并且按著圖2的幾何測繪三角關系， Hs=H-H0]]>通過數(shù)字信號處理系統(tǒng)的計算機計算得到海水深度的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明積極效果是利用激光的反射光變化反映海水的姿態(tài)信息，解決了測量船由于海水表面起伏變化對激光入射角的改變，導致激光測量三角形關系發(fā)生較大的變化，測量船無法進行海水深度測量的問題，本發(fā)明使得測量結果的隨機性大大減少。由于采用高精度編碼器保證了測量的精度和分辨力，采用綠激光器和信號處理系統(tǒng)保證了測量靈敏度。利用激光的調制信號降低回波信號的帶寬，提高了信噪比，減小了海水的散射對回波信號的衰減。實現(xiàn)了對海水深度的測量并且保證測量精度。本發(fā)明采用姿態(tài)光電探測器及相對應的姿態(tài)光電探測器基線長度。從根本上代替了昂貴和笨重的陀螺穩(wěn)定平臺，由此為研究便攜式?；{綠激光測深裝置提供了保障。
本發(fā)明


圖1是已有技術激光三角法測量示意2是本發(fā)明的激光三角法測量海水深度示意3是本發(fā)明的激光測深裝置靜態(tài)示意4是本發(fā)明的激光測深裝置動態(tài)示意圖附表是圖1與圖2中的標記字母代表的意義和對比本發(fā)明的實施例如圖2、3、和4所示激光器1采用藍綠激光器，高重復頻率YAG倍頻激光器(包括激光電源)。光電軸角編碼器2采用19位數(shù)的高精度絕對式光電軸角編碼器。數(shù)字信號處理系統(tǒng)3采用配有AD/DA轉換的MCS-51單片機系統(tǒng)。光電探測器4和姿態(tài)光電探測器5均采用北京濱松光子技術有限公司生產(chǎn)的IP21型光電探測器?；?采用硬鋁LY12材質，激光電源導線7、機箱8和屏蔽電纜9為電器標準件。光電探測器4和姿態(tài)光電探測器5中的光學鏡頭是商品化的，可采用廣播級鏡頭型號JS17-10×5.8、變倍比10倍，相對孔徑F1.9/F2.9，其余機械部分可以根據(jù)實際要求設計加工。
附表

權利要求
1.一種高精度便攜式?；す鉁y深方法，其特征在于首先在相對平靜的海水中，標定入射激光A產(chǎn)生的反射光E處于基準水平的狀態(tài)、基線L和海面的距離H0；當海水表面發(fā)生無規(guī)變化或起伏時，從反射光E得到海面的姿態(tài)參數(shù)，確定測量瞬間的激光入射角θ和激光反射角φ構成的三角關系；使激光在位置點C的反射光到達處于基線L上的位置點B，構成ABC測量三角形，反射光E對測量海面姿態(tài)進行監(jiān)視，在海水表面動態(tài)條件下固定激光和海面的入射角度，反射光產(chǎn)生測試數(shù)據(jù)有效的控制脈沖信號，再選通水平信號使激光A入射海水表面，當基準水平保持在與鉛垂線垂直的方向時，進行測量數(shù)據(jù)采樣，再結合基線長度L和三角形的θ、φ角度參數(shù)，計算得到海水深度數(shù)值。
2.一種高精度便攜式海基激光測深裝置，包括有激光器1、光電軸角編碼器2、數(shù)字信號處理系統(tǒng)3、光電探測器4、基板6、激光電源導線7、機箱8、屏蔽電纜9、其特征在于激光器1和姿態(tài)光電探測器5和光電探測器4安裝在一個基板6上，姿態(tài)光電探測器5和光電探測器4由信號屏蔽電纜9分別與數(shù)字信號處理系統(tǒng)3的接口直接連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及對測量海水深度方法及裝置的改進。在動態(tài)海水表面固定激光入射角度,產(chǎn)生測試數(shù)據(jù)的控制信號;動態(tài)平均及固定測量水平基準與海平面的距離;對激光入射點海水表面和測量基準水平保持在與鉛垂線垂直的方向時進行數(shù)據(jù)采樣。裝置包括激光器、編碼器、信號處理系統(tǒng)、探測器等,本發(fā)明代替了的陀螺穩(wěn)定平臺。測量結果的隨機性少。信噪比高,減小了海水散射對回波信號的衰減,實現(xiàn)了對海水深度的測量并且保證測量精度。
文檔編號G01C3/10GK1307228SQ0010135
公開日2001年8月8日 申請日期2000年1月27日 優(yōu)先權日2000年1月27日
發(fā)明者王希軍, 曹健林 申請人:中國科學院長春光學精密機械研究所