CN118033609A - 基于非共轴收发式激光测距系统的光轴标校方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光测距技术领域，尤其涉及一种基于非共轴收发式激光测距系统的光轴标校方法。包括：S1：在发射望远镜的一端安装有成像相机，并在另一端设有小口径平行光管；S2：利用小口径平行光管确定发射望远镜的光轴基准；S3：利用大口径平行光管向发射望远镜和接收望远镜发射平行光束；S4；调整发射望远镜和接收望远镜的倾斜角和俯仰角，使发射望远镜和接收望远镜同轴；S5：将成像相机固定于激光器的安装位置，成像相机对自然星进行成像；S6：根据自然星在成像相机的靶面上的成像偏移量，对库德光路模块进行装调；S7：将激光器发射的脉冲激光耦合至库德光路模块，完成光轴标校。本发明采用基准传递的方法实现角秒级的装调精度。

Description

基于非共轴收发式激光测距系统的光轴标校方法

技术领域

本发明涉及激光测距技术领域，尤其涉及一种基于非共轴收发式激光测距系统的光轴标校方法。

背景技术

随着高精度激光测卫、激光测月等需求的增加，激光测距光学望远镜的制造要求也越来越高。目前，激光测距系统包括共轴收发式和非共轴收发式，共轴收发式激光测距系统为发射望远镜和接收望远镜共用一套激光光学系统，其优点是光轴一致性好，其缺点是在进行激光测距时共光路中的激光散射噪声会成为影响测距数据提取的重要因素，而非共轴收发式激光测距系统为发射望远镜和接收望远镜的功能分别在不同的光学系统中得以实现，在空间上即可实现噪声的隔离，但由于激光测距系统的作用距离一般为300km~300000km，因此，发射望远镜和接收望远镜的光轴平行标校精度是激光测距系统的重要指标。现有的激光测距系统的光轴平行标校一般以机械加工精度为基准，并配合激光光束的后向散射进行发射望远镜和接收望远镜的光轴平行标校，且在进行激光测距工作时，往往需要进行大量的偏差修正，如果不经过后期激光光束的调整，很难达到激光测距的指标要求。因此，目前的激光测距系统需要更高的装调精度来保证激光测距系统的收发同轴度。

发明内容

本发明为解决目前的激光测距系统的装调精度低，且在进行激光测距工作时，往往需要进行大量的偏差修正的缺点，提供一种基于非共轴收发式激光测距系统的光轴标校方法，采用基准传递的方法实现了角秒级的装调精度，极大的提高了发射望远镜和接收望远镜的光轴平行度。

本发明提出的基于非共轴收发式激光测距系统的光轴标校方法，非共轴收发式激光测距系统包括激光器、库德光路模块、发射望远镜和接收望远镜，激光器发射的脉冲激光依次经库德光路模块和发射望远镜入射至接收望远镜，光轴标校方法具体包括如下步骤：

S1：在发射望远镜靠近库德光路模块的一端安装有成像相机，并在发射望远镜的另一端设有小口径平行光管，小口径平行光管的出光口与发射望远镜的通光孔相对设置；

S2：打开小口径平行光管，小口径平行光管出射的平行光束经发射望远镜会聚在成像相机的靶面上，将成像相机的成像光点位置作为发射望远镜的光轴基准；

S3：将小口径平行光管更换为大口径平行光管，且利用大口径平行光管同时向发射望远镜和接收望远镜发射平行光束；

S4：根据成像相机接收大口径平行光管发射的平行光束所获得的成像光点位置，接收望远镜的光子探测器接收大口径平行光管发射的平行光束所反馈的能量值，调整发射望远镜和接收望远镜的倾斜角和俯仰角，使发射望远镜和接收望远镜同轴；

S5：拆除大口径平行光管和激光器，并将成像相机固定于激光器的安装位置，成像相机通过库德光路模块、发射望远镜和接收望远镜对自然星进行成像；

S6：根据自然星在成像相机的靶面上的成像偏移量，对库德光路模块的方位轴和俯仰轴进行装调；

S7：将成像相机更换为激光器，并将激光器发射的脉冲激光耦合至库德光路模块，完成非共轴收发式激光测距系统的光轴标校。

优选地，步骤S4具体包括如下步骤：

S41：调整发射望远镜的倾斜角和俯仰角，使成像相机接收大口径平行光管发射的平行光束所获得的成像光点位置与发射望远镜的光轴基准重合；

S42：调整接收望远镜的倾斜角和俯仰角，使光子探测器接收大口径平行光管发射的平行光束所反馈的能量值为能量最大值。

优选地，步骤S42具体包括如下步骤：

S421：调整接收望远镜的倾斜角，直至光子探测器反馈的能量值不再递增；

S422：调整接收望远镜的俯仰角，直至光子探测器反馈的能量值不再递增。

优选地，步骤S6具体包括如下步骤：

S61：调整库德光路模块的俯仰轴，直至不同俯仰轴的自然星在成像相机的成像偏移量在2个像元以内；

S62：调整库德光路模块的方位轴，直至不同方位轴的自然星在成像相机的成像偏移量在2个像元以内。

优选地，第二平行光管的口径同时覆盖发射望远镜和接收望远镜的口径。

优选地，发射望远镜和接收望远镜均置于二维调整平台上，且通过调整发射望远镜和接收望远镜所在的二维调整平台，对应调整发射望远镜和接收望远镜的倾斜角和俯仰角。

与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

本发明采用基准传递的方式对于基于非共轴收发式激光测距系统的发射望远镜和接收望远镜进行同轴标校，相较于传统的同轴标校技术，本发明在标校精度上具有较大的提升，传统的激光测距系统的收发同轴标校方法的装调标校精度约为0.5′~2°左右，而本发明的装调标校精度主要由成像相机的单像元分辨力决定，成像相机的单像元分辨力越高则本发明的标校精度越高，若成像相机的单元分辨力为0.5″，则最终光轴的标校精度可在2″以内，且无需二次的偏差修正。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的非共轴收发式激光测距系统的光路示意图；

图2是根据本发明实施例提供的非共轴收发式激光测距系统的光轴标校方法的流程示意图；

图3是根据本发明实施例提供的发射望远镜的光轴标校示意图；

图4是根据本发明实施例提供的发射望远镜和接收望远镜的光轴标校示意图；

图5是根据本发明实施例提供的库德光路模块的光轴标校示意图。

附图标记：激光器1、库德光路模块2、发射望远镜3、接收望远镜4、光子探测器41、成像相机5、小口径平行光管6和大口径平行光管7。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

图1示出了根据本发明实施例提供的非共轴收发式激光测距系统的光路。

如图1所示，非共轴收发式激光测距系统包括激光器1、库德光路模块2、发射望远镜3和接收望远镜4，激光器1发射的脉冲激光依次经库德光路模块2和发射望远镜3入射至接收望远镜4，其中，激光器1用于发射激光光束，库德光路模块2用于接收激光光束，并将激光光束发射至发射望远镜3，发射望远镜3用于根据接收的激光光束发射激光脉冲，接收望远镜4用于接收激光脉冲。

图2示出了根据本发明实施例提供的基于非共轴收发式激光测距系统的光轴标校方法的流程；图3示出了根据本发明实施例提供的发射望远镜的光轴标校；图4示出了根据本发明实施例提供的发射望远镜和接收望远镜的光轴标校；图5示出了根据本发明实施例提供的库德光路模块的光轴标校。

如图2-图5所示，本发明提出的基于非共轴收发式激光测距系统的光轴标校方法，具体包括如下步骤：

S1：在发射望远镜3靠近库德光路模块2的一端安装有成像相机5，并在发射望远镜3的另一端设有小口径平行光管6，小口径平行光管6的出光口与发射望远镜3的通光孔相对设置。

S2：打开小口径平行光管6，小口径平行光管6出射的平行光束经发射望远镜3会聚在成像相机5的靶面上，将成像相机5的成像光点位置作为发射望远镜3的光轴基准。

S3：将小口径平行光管6更换为大口径平行光管7，且利用大口径平行光管7同时向发射望远镜3和接收望远镜4发射平行光束。

第二平行光管的口径同时覆盖发射望远镜3和接收望远镜4的口径。

S4：根据成像相机5接收大口径平行光管7发射的平行光束所获得的成像光点位置，接收望远镜4的光子探测器41接收大口径平行光管7发射的平行光束所反馈的能量值，调整发射望远镜3和接收望远镜4的倾斜角和俯仰角，使发射望远镜3和接收望远镜4同轴。

步骤S4具体包括如下步骤：

S41：调整发射望远镜3的倾斜角和俯仰角，使成像相机5接收大口径平行光管7发射的平行光束所获得的成像光点位置与发射望远镜3的光轴基准重合。

S42：调整接收望远镜4的倾斜角和俯仰角，使光子探测器41接收大口径平行光管7发射的平行光束所反馈的能量值为能量最大值。

步骤S42具体包括如下步骤：

S421：调整接收望远镜4的倾斜角，直至光子探测器41反馈的能量值不再递增。

S422：调整接收望远镜4的俯仰角，直至光子探测器41反馈的能量值不再递增。

S5：拆除大口径平行光管7和激光器1，并将成像相机5固定于激光器1的安装位置，成像相机5通过库德光路模块2、发射望远镜3和接收望远镜4对自然星进行成像。

S6：根据自然星在成像相机5的靶面上的成像偏移量，对库德光路模块2的方位轴和俯仰轴进行装调。

步骤S6具体包括如下步骤：

S61：调整库德光路模块2的俯仰轴，直至不同俯仰轴的自然星在成像相机5的成像偏移量在2个像元以内。

库德光路模块2贯穿整个望远镜，能够将发射望远镜3的机下光束传导接收望远镜4的机上。

S62：调整库德光路模块2的方位轴，直至不同方位轴的自然星在成像相机5的成像偏移量在2个像元以内。

S7：将成像相机5更换为激光器1，并将激光器1发射的脉冲激光耦合至库德光路模块2，完成非共轴收发式激光测距系统的光轴标校。发射望远镜3和接收望远镜4均置于二维调整平台上，且通过调整发射望远镜3和接收望远镜4所在的二维调整平台，对应调整发射望远镜3和接收望远镜4的倾斜角和俯仰角。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于非共轴收发式激光测距系统的光轴标校方法，所述非共轴收发式激光测距系统包括激光器、库德光路模块、发射望远镜和接收望远镜，所述激光器发射的脉冲激光依次经所述库德光路模块和所述发射望远镜入射至所述接收望远镜，其特征在于，所述光轴标校方法具体包括如下步骤：

S1：在所述发射望远镜靠近所述库德光路模块的一端安装有成像相机，并在所述发射望远镜的另一端设有小口径平行光管，所述小口径平行光管的出光口与所述发射望远镜的通光孔相对设置；

S2：打开所述小口径平行光管，所述小口径平行光管出射的平行光束经所述发射望远镜会聚在所述成像相机的靶面上，将所述成像相机的成像光点位置作为所述发射望远镜的光轴基准；

S3：将所述小口径平行光管更换为大口径平行光管，且利用所述大口径平行光管同时向所述发射望远镜和所述接收望远镜发射平行光束；

S4：根据所述成像相机接收所述大口径平行光管发射的平行光束所获得的成像光点位置，所述接收望远镜的光子探测器接收所述大口径平行光管发射的平行光束所反馈的能量值，调整所述发射望远镜和所述接收望远镜的倾斜角和俯仰角，使所述发射望远镜和所述接收望远镜同轴；

S5：拆除所述大口径平行光管和所述激光器，并将所述成像相机固定于所述激光器的安装位置，所述成像相机通过所述库德光路模块、所述发射望远镜和所述接收望远镜对自然星进行成像；

S6：根据所述自然星在所述成像相机的靶面上的成像偏移量，对所述库德光路模块的方位轴和俯仰轴进行装调；

S7：将所述成像相机更换为所述激光器，并将所述激光器发射的脉冲激光耦合至所述库德光路模块，完成所述非共轴收发式激光测距系统的光轴标校。

2.根据权利要求1所述的基于非共轴收发式激光测距系统的光轴标校方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括如下步骤：

S41：调整所述发射望远镜的倾斜角和俯仰角，使所述成像相机接收所述大口径平行光管发射的平行光束所获得的成像光点位置与所述发射望远镜的光轴基准重合；

S42：调整所述接收望远镜的倾斜角和俯仰角，使所述光子探测器接收所述大口径平行光管发射的平行光束所反馈的能量值为能量最大值。

3.根据权利要求2所述的基于非共轴收发式激光测距系统的光轴标校方法，其特征在于，所述步骤S42具体包括如下步骤：

S421：调整所述接收望远镜的倾斜角，直至所述光子探测器反馈的能量值不再递增；

S422：调整所述接收望远镜的俯仰角，直至所述光子探测器反馈的能量值不再递增。

4.根据权利要求1所述的基于非共轴收发式激光测距系统的光轴标校方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括如下步骤：

S61：调整所述库德光路模块的俯仰轴，直至不同俯仰轴的自然星在所述成像相机的成像偏移量在2个像元以内；

S62：调整所述库德光路模块的方位轴，直至不同方位轴的自然星在所述成像相机的成像偏移量在2个像元以内。

5.根据权利要求1所述的基于非共轴收发式激光测距系统的光轴标校方法，其特征在于，所述第二平行光管的口径同时覆盖所述发射望远镜和所述接收望远镜的口径。

6.根据权利要求1所述的基于非共轴收发式激光测距系统的光轴标校方法，其特征在于，所述发射望远镜和所述接收望远镜均置于二维调整平台上，且通过调整所述发射望远镜和所述接收望远镜所在的二维调整平台，对应调整所述发射望远镜和所述接收望远镜的倾斜角和俯仰角。