CN102353353B - 无基线光环成像被动光学测距方法及装置 - Google Patents

Abstract

无基线光环成像被动光学测距方法及装置属于无源被动光学测距技术领域。现有光环成像被动光学测距技术其不足在于当被测目标为陌生目标、测距方不掌握所观测到的被测目标上某两点间的距离时，无法实现测距。本发明之测距装置其特征在于在光环成像系统中采用变焦接物镜，变焦接物镜位于漏斗反射镜反射方。本发明之测距方法其特征在于，在测距点O的被测目标一侧与测距点O相距S处确定辅助测距点O′，调整望远系统再次瞄准被测目标，调整光环成像系统中的光棒、变焦接物镜，使所述A、B两点再次位于所述虚像光环直径的两个端点上，此时测距光环半径为r₂，变焦接物镜的像方焦距为f₂；测距点O到被测目标的距离D由公式

求得。

Description

无基线光环成像被动光学测距方法及装置

技术领域

本发明涉及一种无基线光环成像被动光学测距方法及装置，无需已知被测目标纵向或者横向尺寸即基线尺寸，即可利用光环成像对被测目标进行被动光学测距，属于无源被动光学测距技术领域。

背景技术

为了能够有效地避开敌方的电磁干扰，并且不被敌方察觉，高隐蔽性地将被测目标距离精确测量出来，在现有技术中有多种无源被动光学测距方法，如光环成像被动光学测距方法，实现测距的前提条件之一是已知被测目标上某一纵向或者横向尺寸L，将该尺寸L作为测距基线，见2006年7月Vol 136，No4.《航空计算技术》刊登的一篇作者为鞠传文等、题为“光学测距传感器的工程计算”的文章。测距装置为，望远系统1与分光镜2位于一个水平光轴上，光环成像系统3位于过分光镜2、与所述水平光轴相交的垂直光轴上，见图1所示，在光环成像系统3中，光棒4、漏斗反射镜5、透镜6光学同轴，光棒4自漏斗反射镜5中孔穿过，透镜6位于漏斗反射镜5反射方，见图2所示。测距方法为，自测距点O经望远系统1瞄准被测目标，将被测目标上A、B两点的连线作为基线，基线长度L已知；来自光源的平行光依次经光棒4、漏斗反射镜5两次反射后产生光环；该光环经透镜6后由分光镜2反射到望远系统1，同时由分光镜2折射，在无穷远处形成光环的虚像，被测目标上的基线位于该光环的虚像中，此时通过望远系统1观测被测目标，同时看到所述光环虚像，通过调整光环成像系统3中的光棒4来调整光环虚像的大小，使得其直径等于基线长度L，此时光环直径为2r，透镜6的物方设计焦距为f，测距张角θ≤5°，测距点O至被测目标上的基线的距离为待测距离D，D＞＞L，近似有：

$\mathrm{tg\θ}=\frac{L}{D}---\left(1\right)$

由于D＞＞L，于是(1)式简化为：

$\mathrm{\θ}=\frac{L}{D}---\left(2\right)$

由几何光学得到：

$\mathrm{\θ}=\frac{2r}{f}---\left(3\right)$

(3)式中f、2r均为已知量；

将(3)式、(2)式联立，经整理后得到：

$D=\frac{f}{2r}L---\left(4\right)$

从(4)式得到测距结果。

发明内容

现有技术其不足在于，当被测目标为陌生目标，测距方不掌握所观测到的被测目标上某两点间的距离，则无法实现测距，为了解决这一问题，我们发明了一种无基线光环成像被动光学测距方法及装置。

本发明之测距装置为，望远系统1与分光镜2位于一个水平光轴上，光环成像系统3位于过分光镜2、与所述水平光轴相交的垂直光轴上，其特征在于，在光环成像系统3中，光棒4、漏斗反射镜5、变焦接物镜7光学同轴，光棒4自漏斗反射镜5中孔穿过，变焦接物镜7位于漏斗反射镜5反射方，见图3所示。

本发明之测距方法属于一种光环成像被动光学测距方法，自测距点O经望远系统1瞄准被测目标，在被测目标上确定A、B两点；由光环成像系统3产生半径为r的测距光环，该测距光环成像于测距点O，并在被测目标方向无穷远处形成虚像光环；所述A、B两点位于所述虚像光环直径的两个端点上，此时测距光环半径为r₁，变焦接物镜7的像方焦距为f₁；其特征在于，在测距点O的被测目标一侧与测距点O相距S处确定辅助测距点O′，调整望远系统1再次瞄准被测目标，调整光环成像系统3中的光棒4、变焦接物镜7，使所述A、B两点再次位于所述虚像光环直径的两个端点上，此时测距光环半径为r₂，变焦接物镜7的像方焦距为f₂，见图3、图4、图5所示；测距点O到被测目标的距离D由下式求得：

$D=\frac{f_1{r}_{2}S}{f_1{r}_2-f_2{r}_1}---\left(5\right)$

本发明其技术效果在于，自测距点O经望远系统1瞄准被测目标，在被测目标上确定A、B两点，两点相距L。由光环成像系统3产生半径为r的测距光环，该测距光环成像于测距点O，并在被测目标方向无穷远处形成虚像光环。所述A、B两点位于所述虚像光环直径的两个端点上，此时测距光环半径为r₁，变焦接物镜7的像方焦距为f₁，测距张角为θ。设测距点O到被测目标的距离为D。根据(3)式有：

$\mathrm{\θ}=\frac{{2r}_1}{f_1}---\left(6\right)$

将(2)式、(6)式联立得到：

$\frac{L}{D}=\frac{{2r}_1}{f_1}---\left(7\right)$

在测距点O的被测目标一侧与测距点O相距S处确定辅助测距点O′，调整望远系统1再次瞄准被测目标。调整光环成像系统3中的光棒4、变焦接物镜7，使所述A、B两点再次位于所述虚像光环直径的两个端点上，此时测距光环半径为r₂，变焦接物镜7的像方焦距为f₂，测距张角为θ′，辅助测距点O′到被测目标的距离为(D-S)。根据(2)式有：

${\mathrm{\θ}}^{\′}=\frac{L}{D-S}---\left(8\right)$

根据(3)式有：

${\mathrm{\θ}}^{\′}=\frac{{2r}_2}{f_2}---\left(9\right)$

将(8)式、(9)式联立得到：

$\frac{L}{D-S}=\frac{{2r}_2}{f_2}---\left(10\right)$

将(7)式、(10)式联立，消去L，得到(5)式。由(5)式可知，根据本发明之方法进行光环成像被动光学测距，无需已知被测目标纵向或者横向尺寸即基线尺寸L就能完成测距，即使被测目标为陌生目标，测距方不掌握所观测到的被测目标上某两点间的距离时，也能够实现测距，因而，本发明更具有通用性。

附图说明

图1是现有光环成像被动光学测距装置及方法示意图。图2是现有光环成像被动光学测距装置中的光环成像系统结构及光环成像过程示意图。图3是本发明之无基线光环成像被动光学测距装置中的光环成像系统结构及光环成像过程示意图。图4是本发明之无基线光环成像被动光学测距装置及方法示意图，该图兼作为摘要附图。图5是本发明之无基线光环成像被动光学测距装置及方法局部放大示意图。

具体实施方式

本发明之测距装置为，望远系统1与分光镜2位于一个水平光轴上，光环成像系统3位于过分光镜2、与所述水平光轴相交的垂直光轴上，在光环成像系统3中，光棒4、漏斗反射镜5、变焦接物镜7光学同轴，光棒4自漏斗反射镜5中孔穿过，变焦接物镜7位于漏斗反射镜5反射方，见图3所示。

本发明之测距方法属于一种光环成像被动光学测距方法，自测距点O经望远系统1瞄准被测目标，在被测目标上确定A、B两点；由光环成像系统3产生半径为r的测距光环，该测距光环成像于测距点O，并在被测目标方向无穷远处形成虚像光环；所述A、B两点位于所述虚像光环直径的两个端点上，此时测距光环半径为r₁，变焦接物镜7的像方焦距为f₁；在测距点O的被测目标一侧与测距点O相距S处确定辅助测距点O′，调整望远系统1再次瞄准被测目标，调整光环成像系统3中的光棒4、变焦接物镜7，使所述A、B两点再次位于所述虚像光环直径的两个端点上，此时测距光环半径为r₂，变焦接物镜7的像方焦距为f₂，见图3、图4、图5所示；测距点O到被测目标的距离D由下式求得：

$D=\frac{f_1{r}_{s}S}{f_1{r}_2-f_2{r}_1}.$

多次改变测距点O与辅助测距点O′的距离S，结合与该距离S对应的测距光环半径r、变焦接物镜7的像方焦距f，由上式计算出多个测距点O到被测目标的距离D，取其平均值作为最终测距点O到被测目标的距离，去除随机误差，提高测量精度。

Claims (2)

1.一种无基线光环成像被动光学测距方法，属于一种光环成像被动光学测距方法，自测距点O经望远系统（1）瞄准被测目标，在被测目标上确定A、B两点；由光环成像系统（3）产生半径为r的测距光环，该测距光环成像于测距点O，并在被测目标方向无穷远处形成虚像光环；所述A、B两点位于所述虚像光环直径的两个端点上，此时测距光环半径为r₁，变焦接物镜（7）的像方焦距为f₁；其特征在于，在测距点O的被测目标一侧与测距点O相距S处确定辅助测距点O'，调整望远系统（1）再次瞄准被测目标，调整光环成像系统（3）中的光棒（4）、变焦接物镜（7），使所述A、B两点再次位于所述虚像光环直径的两个端点上，此时测距光环半径为r₂，变焦接物镜（7）的像方焦距为f₂；测距点O到被测目标的距离D由下式求得：

$D=\frac{f_1{r}_{2}S}{f_1{r}_2-f_2{r}_1}.$

2.根据权利要求2所述的无基线光环成像被动光学测距方法，其特征在于，多次改变测距点O与辅助测距点O'的距离S，结合与该距离S对应的测距光环半径r、变焦接物镜（7）的像方焦距f，由所述公式计算出多个测距点O到被测目标的距离D，取其平均值作为最终测距点O到被测目标的距离。

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