CN110471073A - 一种光量子测角望远镜及测角方法 - Google Patents

一种光量子测角望远镜及测角方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光量子测角望远镜，其特征在于，包括光子束发射模块、光子束接收模块、光电转换模块、信号解析模块、显示模块；还提供了光量子测角望远镜测角方法。本发明的有益效果为：采用单光子光束进行目标角度测量，其相干性及方向性等物理参数较普通光更具优势，在发射单光子激光、反射回波的过程中，减少了大气环境对光束的漫反射和折射，所用算法使测角精度更高，速度更快，弥补了普通测角望远镜误差较大的缺陷。

Description

一种光量子测角望远镜及测角方法
技术领域
本发明涉及单光子测角领域，具体涉及一种光量子测角望远镜及测角方法。
背景技术
激光被广泛运用于各类激光望远镜，在军工、工业和民用都有广泛的应用市场，但现有的激光望远镜一般通过发射激光脉冲信号，接收激光脉冲反射信号，进行镜组反射来测定目标角度，需要足够大的回波能量来确保测量精度；由于其相干性、方向性受自身光学性质及大气环境影响，到达目标后反射的回波信号会发生漫反射和折射，极大地影响了测量精度和测量速度，特别是雨雪雾等极端天气环境下，测量误差更大，与真实角度有较大的偏差。
光量子测角望远镜利用单光子光速恒定的原理，通过内置预设算法来计算出光量子测角望远镜与目标之间的角度，完成测角的功能，本发明提出光量子测角望远镜及测角方法，采用单光子光束进行目标角度测量，主要是利用单光子具有的独特物理性质，其相干性及方向性等物理参数较普通光更具优势，在发射单光子激光、反射回波的过程中，减少了大气环境对光束的漫反射和折射，所用算法使测角精度更高，速度更快，弥补了普通测角望远镜误差较大的缺陷，是一种新型的光学测量工具及测角方法。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种光量子测角望远镜及测角方法。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
本发明提供了一种光量子测角望远镜，包括光子束发射模块、光子束接收模块、光电转换模块、信号解析模块、显示模块；
所述光子束发射模块用于向目标发射测角光子束；
所述光子束接收模块用于接收经目标反射的测角光子束反射波；
所述光电转换模块用于将测角光子束反射波的光信号转换为测角电信号；
所述信号解析模块用于将测角电信号进行信号解析处理，得到目标仰角或俯角；
所述显示模块用于将目标仰角或俯角显示，以供使用者查看。
本发明还提供了光量子测角望远镜测角方法，包括：
S1使用者使用所述光量子测角望远镜对目标进行测角时，所述光量子测角望远镜中的光子束发射模块向目标发射测角光子束；
S2测角光子束发射至目标后，被目标反射，形成测角光子束反射波，被所述光子束接收模块接收；
S3所述光子束接收模块接收到测角光子束反射波后，利用处理镜组进行折射、透射处理，对测角光子束反射波进行光学滤波后,得到测角光子束反射波的光信号传递至所述光电转换模块；
S4所述光电转换模块接收到测角光子束反射波的光信号后利用光电转换器及信号发射器将测角光子束反射波的光信号转换为测角电信号并发送至所述信号解析模块；
S5所述信号解析模块接收到测角电信号后利用预设算法对测角电信号进行信号解析，得出目标的仰角或俯角，并发送至所述显示模块；
S6所述显示模块将计算所得的目标的仰角或俯角显示在OLED密度分划板上。
本发明的有益效果是：通过一种光量子测角望远镜及测角方法采用单光子光束进行目标角度测量，其相干性及方向性等物理参数较普通光更具优势，在发射单光子激光、反射回波的过程中，减少了大气环境对光束的漫反射和折射，所用算法使测角精度更高，速度更快，弥补了普通测角望远镜误差较大的缺陷。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的装置结构示意图；图2是本发明的方法示意图；图3是坐标动态位移数字计算方法原理图；
附图标记：
光量子测角望远镜1、光子束发射模块101、光子束接收模块102、光电转换模块103、信号解析模块104、显示模块105；S1、S2、S3、S4、S5、S6。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例的一种光量子测角望远镜1，包括光子束发射模块101、光子束接收模块102、光电转换模块103、信号解析模块104、显示模块105；
所述光子束发射模块101用于向目标发射测角光子束；
所述光子束接收模块102用于接收经目标反射的测角光子束反射波；
所述光电转换模块103用于将测角光子束反射波的光信号转换为测角电信号；
所述信号解析模块104用于将测角电信号进行信号解析处理，得到目标仰角或俯角；
所述显示模块105用于将目标仰角或俯角显示，以供使用者查看。
参见图2，本实施例还提供了光量子测角望远镜测角方法，包括：
S1使用者使用所述光量子测角望远镜1对目标进行测角时，所述光量子测角望远镜1中的光子束发射模块101向目标发射测角光子束；
S2测角光子束发射至目标后，被目标反射，形成测角光子束反射波，被所述光子束接收模块102接收；
S3所述光子束接收模块102接收到测角光子束反射波后，利用处理镜组进行折射、透射处理，对测角光子束反射波进行光学滤波后,得到测角光子束反射波的光信号传递至所述光电转换模块103；
S4所述光电转换模块103接收到测角光子束反射波后利用光电转换器及信号发射器将测角光子束反射波的光信号转换为测角电信号并发送至所述信号解析模块104；
S5所述信号解析模块104接收到测角电信号后利用预设算法对测角电信号进行信号解析，得出目标的仰角或俯角，并发送至所述显示模块105；
S6所述显示模块105将计算所得的目标的仰角或俯角显示在OLED密度分划板上。
本实施例通过一种光量子测角望远镜及测角方法采用单光子光束进行目标角度测量，其相干性及方向性等物理参数较普通光更具优势，在发射单光子激光、反射回波的过程中，减少了大气环境对光束的漫反射和折射，所用算法使测角精度更高，速度更快，弥补了普通测角望远镜误差较大的缺陷。
优选的，所述光子束发射模块101包括光子束发射器、光子束监测器；
所述光子束发射器用于向目标发射单光子光子束作为测角光子束；
所述光子束监测器用于监测所述光子束发射器是否正常发射测角光子束，当监测到所述光子束发射器没有正常发射测角光子束时，发射报警信号至所述显示模块105。
本优选实施例中所述光量子测角望远镜1测角过程中使用的单光子具有特殊的物理性质，其相干性及方向性等物理参数较普通光更具优势，所述光子束发射器发射单光子光子束，能够减少发射过程中的误差，受外界环境的温度天气等的影响较小，能够保证较远的测量范围。
优选的，所述光子束接收模块102接收测角光子束反射波，并进行折射、透射处理，包括光子束接收器、处理镜组；
所述光子束接收器用于接收经目标反射的单光子光子束，即为测角光子束反射波；
所述处理镜组用于利用多个镜组对接收到的测角光子束反射波进行折射及透射，进行光学滤波，得到测角光子束反射波的光信号；
所述处理镜组包括第一透镜组、第二透镜组，根据目标情况按一定规律排列，对测角光子束反射波进行折射及透射；
经所述处理镜组处理的测角光子束反射波的光信号进入所述光电转换模块103。
本优选实施例中所述光子束接收模块102用于接收测角光子束反射波，并进行折射、透射处理，对测角光子束反射波进行光学滤波，一定程度上滤除外界杂光，减少对测量结果的影响，利用所述光学镜组根据目标情况按一定规律排列，对测角光子束反射波进行折射及透射，能够在不同环境中改变光学镜组的排列规律，使所述光量子测角望远镜1适用于不同的测角场合。
单光子独特的物理特性相较于普通光，受到的外界环境温度天气等的影响较小，但仍需进行一定的噪声滤波，去除部分较明显的噪声，保证结果的高精度，并且对于较远距离下的精确测角，所述光量子测角望远镜1能够稳定识别测角，操作简单，速度快，误差小。
优选的，所述光电转换模块103包括光电转换器、信号发射器；
所述光电转换器用于将测角光子束反射波的光信号转换为测角电信号；
所述信号发射器用于将测角电信号发射至所述信号解析模块104。
本优选实施例中所述光电转换模块103通过光电二极管等器件将测角光子束反射波的光信号转换为测角电信号，使测角电信号用于信号解析，通过光电转换能够使所述光量子测角望远镜1精确测角，简单快速的得到测角结果。
优选的，所述信号解析模块104包括信号接收器、算法解析器；
所述信号接收器用于接收所述光电转换模块103发送的测角电信号；
所述显示模块105为OLED密度分划板，用于显示所述信号解析模块104计算得出的目标的仰角或俯角；
所述显示模块105接收到所述光子束监测器发射的报警信号时，显示报警红灯标识。
所述算法解析器用于利用预设算法对测角电信号进行信号解析，得出目标的仰角或俯角；
优选的，对于反射回来的测角电信号，我们采用坐标动态位移数字计算方法，它通过基本的加减和位移运算代替复杂的乘法运算，简化运算过程和时间，计算出目标的三角函数。坐标动态位移数字计算方法是一种矢量模式算法，可以旋转360°进行角度测量计算。
所述算法解析器中预设算法包括：
采用坐标动态位移数字计算方法，假设向量(x，y)进行平面旋转，移动到(x’，y’)，它们之间的夹角是原来的向量与变化后的向量关系，用三角函数表示为：
对公式(1)进行化简，得到一般的旋转角度公式(2)
将旋转的角度进行小份分解，引进变量每一个形成旋转角度的一部分，令则公式(2)变形为：
引入一个常数rn＝±1，表示旋转的方向；顺时针方向为1，逆时针方向为-1，坐标动态位移数字计算方法使用迭代方程表示：
选择符号函数g(x，y)，让rn＝g(x2n,y2n)，当使用光量子测角望远镜测量目标的角度时，以地面水平线作为基准0°，即x2n＝0，此时向量旋转的角度是具体的方位与x轴的夹角上，迭代方程(4)变形为：
将公式(5)进行求解，编制成程序算法，计算得出目标的仰角或俯角
本优选实施例中所述信号解析模块104用于对利用预设算法对测角电信号进行信号解析，得出目标的仰角或俯角，保证结果的高精度，并且对于较远距离下的精确测角，所述光量子测角望远镜能够稳定识别测角，操作简单，速度快，误差小。
一种光量子测角望远镜测角方法，其特征在于，包括：
S1使用者使用所述光量子测角望远镜1对目标进行测角时，所述光量子测角望远镜1中的光子束发射模块101向目标发射测角光子束；
S2测角光子束发射至目标后，被目标反射，形成测角光子束反射波，被所述光子束接收模块102接收；
S3所述光子束接收模块102接收到测角光子束反射波后，利用处理镜组进行折射、透射处理，对测角光子束反射波进行光学滤波后,得到测角光子束反射波的光信号传递至所述光电转换模块103；
S4所述光电转换模块103接收到测角光子束反射波后利用光电转换器及信号发射器将测角光子束反射波的光信号转换为测角电信号并发送至所述信号解析模块104；
S5所述信号解析模块104接收到测角电信号后利用预设算法对测角电信号进行信号解析，得出目标的仰角或俯角，并发送至所述显示模块105；
S6所述显示模块105将计算所得的目标的仰角或俯角显示在OLED密度分划板上。
本优选实施例中所述光量子测角望远镜采用单光子光束进行目标角度测量，主要是利用单光子具有的独特物理性质，其相干性及方向性等物理参数较普通光更具优势，在发射单光子激光、反射回波的过程中，减少了大气环境对光束的漫反射和折射，所用算法使测角精度更高，速度更快，弥补了普通光测角望远镜误差较大的缺陷，操作简单，反应速度快，节约时间，精度高，受外界环境温度天气等的影响小，作用距离远，对烟雾尘埃等穿透性好，适用于远距离精确测角，较远距离情况下能够稳定识别测角。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种光量子测角望远镜，其特征在于，包括光子束发射模块、光子束接收模块、光电转换模块、信号解析模块、显示模块；
所述光子束发射模块用于向目标发射测角光子束；
所述光子束接收模块用于接收经目标反射的测角光子束反射波；
所述光电转换模块用于将测角光子束反射波的光信号转换为测角电信号；
所述信号解析模块用于将测角电信号进行信号解析处理，得到目标仰角或俯角；
所述显示模块用于将目标仰角或俯角显示，以供使用者查看。
2.根据权利要求1所述的一种光量子测角望远镜，其特征在于，所述光子束发射模块包括光子束发射器、光子束监测器；
所述光子束发射器用于向目标发射单光子光子束作为测角光子束；
所述光子束监测器用于监测所述光子束发射器是否正常发射测角光子束，当监测到所述光子束发射器没有正常发射测角光子束时，发射报警信号至所述显示模块。
3.根据权利要求1所述的一种光量子测角望远镜，其特征在于，所述光子束接收模块接收测角光子束反射波，并对其进行折射、透射处理，包括光子束接收器、处理镜组；
所述光子束接收器用于接收经目标反射的单光子光子束，即为测角光子束反射波；
所述处理镜组用于利用多个镜组对接收到的测角光子束反射波进行折射及透射，进行光学滤波，得到测角光子束反射波的光信号；
所述处理镜组包括第一透镜组、第二透镜组，根据目标情况按一定规律排列，对测角光子束反射波进行折射及透射；
经所述处理镜组处理的测角光子束反射波的光信号进入所述光电转换模块。
4.根据权利要求1所述的一种光量子测角望远镜，其特征在于，所述光电转换模块包括光电转换器、信号发射器；
所述光电转换器用于将测角光子束反射波的光信号转换为测角电信号；
所述信号发射器用于将测角电信号发射至所述信号解析模块。
5.根据权利要求1所述的一种光量子测角望远镜，其特征在于，所述信号解析模块包括信号接收器、算法解析器；
所述信号接收器用于接收所述光电转换模块发送的测角电信号；
所述算法解析器用于利用预设算法对测角电信号进行信号解析，得出目标的仰角或俯角；
所述算法解析器中预设算法包括：
采用坐标动态位移数字计算方法，假设向量(x，y)进行平面旋转，移动到(x’，y’)，它们之间的夹角是原来的向量与变化后的向量关系，用三角函数表示为：
对公式(1)进行化简，得到一般的旋转角度公式(2)
将旋转的角度进行小份分解，引进变量每一个形成旋转角度的一部分，令则公式(2)变形为：
引入一个常数rn＝±1，表示旋转的方向；顺时针方向为1，逆时针方向为-1，坐标动态位移数字计算方法使用迭代方程表示：
选择符号函数g(x，y)，让rn＝g(x2n，y2n)，当使用光量子测角望远镜测量目标的角度时，以地面水平线作为基准0°，即x2n＝0，此时向量旋转的角度是具体的方位与x轴的夹角上，迭代方程(4)变形为：
将公式(5)进行求解，编制成程序算法，计算得出目标的仰角或俯角
6.根据权利要求1所述的一种光量子测角望远镜，其特征在于，所述显示模块为OLED密度分划板，用于显示所述信号解析模块计算得出的目标的仰角或俯角；
所述显示模块接收到所述光子束监测器发射的报警信号时，显示报警红灯标识。
7.一种光量子测角望远镜测角方法，其特征在于，包括：
S1 使用者使用所述光量子测角望远镜对目标进行测角时，所述光量子测角望远镜中的光子束发射模块向目标发射测角光子束；
S2 测角光子束发射至目标后，被目标反射，形成测角光子束反射波，被所述光子束接收模块接收；
S3 所述光子束接收模块接收到测角光子束反射波后，利用处理镜组进行折射、透射处理，对测角光子束反射波进行光学滤波后，得到测角光子束反射波的光信号传递至所述光电转换模块；
S4 所述光电转换模块接收到测角光子束反射波的光信号后利用光电转换器及信号发射器将测角光子束反射波的光信号转换为测角电信号并发送至所述信号解析模块；
S5 所述信号解析模块接收到测角电信号后利用预设算法对测角电信号进行信号解析，得出目标的仰角或俯角，并发送至所述显示模块；
S6 所述显示模块将计算所得的目标的仰角或俯角显示在OLED密度分划板上。
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