CN118565385A - 一种带有水平基准或主动调平功能的高精度自准直装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种带有水平基准或主动调平功能的高精度自准直装置及测量方法，属于精密小角度测量领域。解决现有传统结构光电自准直仪缺少外部水平参考、无法感知环境扰动、导致角度测量结果存在余弦误差的问题。还解决易受到环境扰动，造成角度测量误差增加的问题。装置包括测量光束产生部件和参考光束产生部件，通过自准直装置的参考光束实时测量光轴与基准方向的夹角，使自准直装置具备自身姿态测量能力，可实现相对水平基准的角度测量功能和误差补偿功能，并驱动可动支撑调节自准直装置姿态使光轴始终对准基准方向，使自准直装置具备以水平基准为参考的姿态感知和调节能力，本发明适用于车载、舰载导航定位等的角度测量。

Description

一种带有水平基准或主动调平功能的高精度自准直装置及测 量方法

技术领域

本发明属于精密小角度测量技术领域，具体属于一种带有水平基准或主动调平功能的高精度自准直装置及测量方法。

背景技术

光电自准直仪是基于光学自准直原理的超精密小角度测量仪器，是角度测量领域的重要仪器之一。光电自准直仪具有精度高、分辨力高、速度快、非接触、体积小等优势，在超精密加工制造、精密运动控制、半导体制造、大科学装置如天文望远镜安装等领域具有广泛的应用。

在车载、舰载导航定位等角度测量任务中，天文导航是综合导航体系的重要组成部分，在舰艇、导弹、飞机等导航方面发挥着重要作用。为了完成对目标的高精度测量，需要光电自准直仪实时监测测控设备的基座姿态，以实现设备测量坐标系和载具导航坐标系的统一。然而，其水平基准实时测量技术发展相对滞后，实时测量精度不够高，自准直仪往往需要依赖于惯性导航提供水平基准，导致测量误差也随之传递。

现有自准直仪普遍没有能够指示水平基准的装置。部分仪器会在外壳上集成气泡式水平仪，如德国穆勒ELCOMAT HR自准直仪集成了一个一维气泡式水平仪。该方式仅能通过肉眼进行水平调节安装，其水平基准测量精度有限，无法满足自准直仪的实时测量精度要求。因此在自准直角度测量技术上发展高精度自主水平基准测量技术是十分有必要的

目前，传统结构光电自准直仪如图1所示，该装置包括光源1、准直物镜2、被测反射镜3、分光棱镜4、第一光电传感器5、外壳6、底座及支撑7。其工作原理为：光源1发出的光，经过分光棱镜4、准直物镜2透射准直成平行光束后，入射到被测反射镜3；经被测反射镜3反射的光束为测量光束，经准直物镜2透射、分光棱镜4反射后，汇聚成像在第一光电传感器5的感光平面上；第一光电传感器5采集光斑光强数据，可由软件算法处理得到光斑的位置信息，根据自准直原理得到被测反射镜3相对于自准直光轴的偏航角与俯仰角大小。为了保证仪器放置稳定，底座及支撑7一般采用三点支撑结构，如图2所示。

自准直仪角度测量结果直接取决于第一光电传感器5感光平面上的光斑位置，即光斑在第一光电传感器5所在平面XOY坐标系下的位置，如图3所示。自准直仪的测量结果仅表明被测反射镜3相对于仪器自身光学系统坐标系的偏航角与俯仰角。

综上所述，传统结构光电自准直仪存在以下问题：

1.传统结构光电自准直仪没有外部测量基准，高精度测量精度受仪器自身姿态变化影响。自准直仪测量结果为被测对象相对于自准直仪自身坐标系下的角度变化，若因加工误差和安装误差，造成自准直仪器光学系统坐标轴与被测对象角度转动轴之间存在空间夹角，导致角度测量结果存在余弦误差，该误差会在角度测量或仪器校准中分别传递给被测对象或处于校准过程中的自准直仪。

2.传统结构光电自准直仪自身测量基准容易受到环境扰动。自准直测量结果以自身坐标系为测量基准，当自准直仪受到外部环境扰动如振动、基座受热变形等影响时，仪器姿态发生变化，测量基准发生改变，但是自准直仪本身无法感知到变化，由此产生的测量误差会传递给被测对象，造成角度测量误差增加。

发明内容

本发明解决现有传统结构光电自准直仪缺少外部水平参考、无法感知环境扰动、导致角度测量结果存在余弦误差的问题。同时，本发明还解决现有传统结构光电自准直仪容易受到环境扰动，造成角度测量误差增加的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种带有水平基准的高精度自准直装置，所述装置包括光源、准直物镜、被测反射镜、分光棱镜、第一光电传感器和水平基准结构；

所述水平基准结构包括第一偏振分光镜、水平反射部件、第二偏振分光镜和第二光电探测器；

所述光源发出的光，经过分光棱镜和准直物镜透射准直成平行光束后，经过第一偏振分光镜分束为测量光束和参考光束；

所述测量光束经被测反射镜反射、第一偏振分光镜透射、准直物镜透射、分光棱镜反射和第二偏振分光镜透射后，汇聚成像在第一光电传感器的感光平面上；

所述第一光电传感器用于采集测量光束会聚成像光斑的位置；

所述参考光束经水平反射部件反射、第一偏振分光镜反射、准直物镜透射、分光棱镜反射和第二偏振分光镜反射后，汇聚成像在第二光电探测器的感光平面上；

所述第二光电探测器用于采集参考光束会聚成像光斑的位置。

进一步，还有一种优选实施例，上述水平反射部件采用高反射液面实现；

所述水平反射部件还可采用角锥棱镜和液体容器实现；

所述角锥棱镜设置在所述液面容器上。

进一步，还有一种优选实施例，上述水平反射部件还可采用第一平面反射镜、柔性细线、金属重物和基准框架实现；

所述第一平面反射镜通过所述柔性细线固定在基准框架上；

所述第一平面反射镜的下方悬挂金属重物。

进一步，还有一种优选实施例，上述水平反射部件还可采用半球台和可移动反射结构实现；

所述可移动反射结构设置所述半球台上。

进一步，还有一种优选实施例，上述水平反射部件还可采用柔性细线和第三平面反射镜实现；

所述第三平面反射镜通过柔性细线悬挂在自准直装置上。

进一步地，还有一种优选实施例，上述装置还包括外壳和底座及支撑；

所述外壳设置在所述底座及支撑上。

本发明还提供一种带有主动调平功能的高精度自准直装置，所述装置是基于上述任意一项所述的一种带有水平基准的高精度自准直装置实现的，所述装置还包括姿态调整模块；

所述底座及支撑包括固定支撑、第一可动支撑、第二可动支撑和底座平板；

所述姿态调整模块设置在所述底座平板上；

所述固定支撑、第一可动支撑和第二可动支撑均设置在底座平板的底部，且固定支撑和第一可动支撑、第二可动支撑呈三角分布，

所述姿态调整模块用于接收第二光电探测器的光斑位置信号，并根据所述光斑位置信号分别驱动第一可动支撑、第二可动支撑的高度，实现底座平板的高度变化和姿态调整。

进一步地，还有一种优选实施例，上述装置还包括扇形轨道；

所述第一可动支撑和第二可动支撑设置在所述扇形轨道内。

本发明还提供一种带有水平基准的高精度自准直测量方法，所述方法是基于上述任意一项所述的一种带有水平基准的高精度自准直装置实现的，所述测量方法为：

S1、完成对自准直装置的准备工作；

S2、根据参考光束在第二光电探测器上会聚成像的光斑偏离感光区域中心的距离Δx21和Δy21，得到自准直装置以水平基准为参考的偏航角α21与俯仰角β21；

S3、根据测量光束在第一光电传感器上会聚成像的光斑偏离感光区域中心的距离Δx11个Δy11，得到被测反射镜以自准直自身基准为参考的初始偏航角α11与俯仰角β11；

S4、根据所述偏航角α11、俯仰角β11、偏航角α21和俯仰角β21，计算并补偿由自准直装置姿态变化引起的角度测量误差，得到被测反射镜相对水平基准的偏航角α31与俯仰角β31；

S5、被测目标姿态发生变化，测量光束重新在第一光电传感器上会聚成像的光斑偏离感光区域中心的距离Δx12和Δy12，得到被测反射镜以自准直自身基准为参考的偏航角α12与俯仰角β12；

S6、根据偏航角α12、俯仰角β12、偏航角α21和俯仰角β21，利用算法补偿自准直装置基准变化产生的误差，计算被测反射镜姿态变化后相对水平基准的偏航角α32与俯仰角β32；

S7、根据偏航角α31、俯仰角β31、偏航角α32和俯仰角β32，得到被测反射镜相对水平基准的偏航角变化Δα＝α31-α32和俯仰角角度变化Δβ＝β31-β32。

本发明还提供一种带有主动调平功能的高精度自准直测量方法，所述测量方法是基于上述任意一项所述的一种带有主动调平功能的高精度自准直测量装置实现的，所述测量方法为：

S1、完成对自准直装置的准备工作；

S2、姿态调整模块驱动第一可动支撑和第二可动支撑，使高反射液面相对自准直光轴发生变化，参考光束经高反射液面反射后入射第二光电探测器中心位置，成像光斑偏离感光区域中心的距离Δx21＝0和Δy21＝0，此时自准直装置姿态与水平基准重合；

S3、测量光束经被测反射镜反射后，会聚成像在第一光电传感器，得到成像光斑偏离感光区域中心的距离为Δx11和Δy11，得到被测反射镜以水平基准为参考的初始偏航角α11与俯仰角β11；

S4、被测目标姿态发生变化，测量光束重新会聚成像在第一光电传感器上的光斑偏离感光区域中心的距离Δx12和Δy12；

若第二光电探测器显示参考光束会聚的光斑偏离感光区域中心的距离始终为Δx21＝0，Δy21＝0，则得到此时被测反射镜以水平基准为参考的偏航角α12与俯仰角β12，进入步骤S5；

若第二光电探测器显示参考光束会聚的光斑偏离感光区域中心的距离为Δx22，Δy22，则自准直装置姿态与水平基准之间存在沿自准直装置光轴方向的俯仰角β22和滚转角γ22，进入步骤S6；

S5、证明自准直装置测量期间位置姿态没有发生变化，被测反射镜的角度测量结果始终以水平基准为参考，可进行下一轮测量；

S6、根据俯仰角β22和滚转角γ22，姿态调整模块驱动第一可动支撑、第二可动支撑伸缩长度变化，自准直装置姿态发生变化直至参考光束成像光斑位于第二光电探测器的感光区域中心位置，此时测量光束经被测反射镜反射后，会聚成像在第一光电传感器，得到成像光斑偏离感光区域中心的距离Δx13，Δy13；

S7、根据偏离距离Δx13，Δy13，得到此时被测反射镜以水平基准为参考的偏航角α13与俯仰角β13；

S8、根据初始偏航角α11和俯仰角β11与偏航角α13与俯仰角β13，得到被测反射镜相对水平基准的偏航角变化Δα＝f7(α11，α13)与俯仰角角度变化Δβ＝f8(α11，α13)。

本发明的有益效果为：

1、本发明提供的一种带有水平基准的高精度自准直测量装置，在装置内部设置水平基准结构，即通过增加参考光束经高反射液面反射到第二光电探测器上的光斑位置，得到自准直装置以水平为基准的偏航角与俯仰角，从而实现对被测反射镜以自准直自身基准为参考的初始偏航角与俯仰角的角度测量误差补偿，得到被测反射镜以水平为基准的偏航角与俯仰角。

进一步地，本发明与现有技术相比较，通过自准直参考光束测量水平面角度变化实现对自准直光轴和水平基准夹角的测量，补偿因自准直装置测量基准方向偏转而引入的角度测量误差，进而实现被测目标相对水平基准的角度测量，解决现有自准直装置加工和安装偏差导致被测目标角度偏转测量结果存在误差的问题。

2、本发明提供的一种带有主动调平功能的高精度自准直装置，通过在装置内部增加姿态调整模块同时加入可动支撑底座结构，使得自准直装置具备三维姿态调节的能力，实现具有主动调平功能的高精度自准直装置。

进一步地，本发明与现有技术相比较，通过驱动可动支撑结构调节自准直装置的偏航、俯仰与滚转姿态变化，补偿因外界振动、冲击等干扰引起自准直测量零位改变而带来的角度测量误差，使自准直装置具备了对外界振动干扰的隔离与抑制功能。

3、本发明提供的一种带有水平基准的高精度自准直测量方法，通过将姿态变化前的被测反射镜以水平为基准的偏航角和仰俯角与姿态变化后的测反射镜以水平为基准的偏航角和仰俯角的差异，得到被测反射镜相对于水平基准的偏航角和仰俯角变化，即被测系统相对于水平基准的偏航角和仰俯角变化。

进一步，被测反射镜以水平为基准的偏航角和仰俯角，是通过参考光束测量得到的偏航角和仰俯角补偿测量光束测量得到的偏航角和仰俯角。

进一步，通过自准直参考光束测量自准直光轴相对水平基准的角度变化，计算得到因角度测量基准改变引入的角度测量误差，并通过补偿函数的形式剔除该误差，提高了自准直仪的测量精度，解决现有自准直装置角度测量基准变化的问题。

4、本发明提供的一种主动调平功能的自准直测量方法，首先得到姿态未发生变化时的被测反射镜以水平为基准的初始偏航角和仰俯角，然后得到姿态发生变化后被测反射镜以自身为基准的偏航角和仰俯角，此时由于姿态变化，偏航角和仰俯角不是以水平为基准的，通过姿态调整机构驱动自准直装置姿态在俯仰和滚转角度上的变化，得到测反射镜以水平为基准的偏航角和仰俯角，最后通过被测反射镜以水平为基准的初始偏航角和仰俯角和姿态变化后测反射镜以水平为基准的偏航角和仰俯角，得到被测反射镜相对于水平基准的偏航角和仰俯角变化。

进一步，通过姿态变化后的光斑位置，得到自准直姿态与水平基准之间存在的俯仰角和滚转角，根据俯仰角和滚转角，姿态调整模块驱动自准直姿态发生变化，直至成像光斑位于光电传感器的感光区域中心，此时，得到的偏航角和仰俯角，即是姿态变化后被测反射镜以水平为基准的偏航角和仰俯角。

本发明适用于车载、舰载导航定位等的角度测量。

附图说明

图1是背景技术中提到的传统结构光电自准直仪的结构示意图；

图2是背景技术中提到的传统结构光电自准直仪的底座及支撑的结构示意图；

图3是背景技术中提到的光电传感器成像与光斑位置示意图；

图4是实施方式一所述的一种带有水平基准的高精度自准直装置的侧视图；

图5是实施方式二所述的将高反射液面替换为角锥棱镜和液体容器的结构示意图；

图6是实施方式三所述的将高反射液面替换为平面反射镜、柔性细线、金属重物和基准框架的结构示意图；

图7是实施方式四所述的将高反射液面替换为半球台、全向轮、平面反射镜和载物台的结构示意图；

图8是实施方式五所述的将高反射液面替换为柔性细线和平面反射镜的结构示意图；

图9是实施方式五所述的将高反射液面替换为柔性细线和平面反射镜的带有水平基准的高精度自准直装置的侧视图；

图10是实施方式七所述的增加姿态调整模块的高精度自准直装置的侧视图；

图11是实施方式七所述的姿态调整模块设置在底座及支撑上的俯视图；

图12是实施方式七所述的可动支撑的结构示意图；

图13是实施方式七所述的固定支撑替换为可动支脚，第一可动支撑和第二可动支撑分别替换为第一普通支脚和第二普通支脚的结构示意图；

图14是实施方式八所述的增加扇形轨道的结构示意图；

图15是实施方式九所述的一种带有水平基准的高精度自准直测量方法的流程图；

图16是实施方式十所述的一种带有主动调平功能的高精度自准直测量方法的流程图。

其中，1－光源，2－准直物镜，21－半球台、22-全向轮、23－第二平面反射镜、24－载物台、3－被测反射镜，31－柔性细线、32－第三平面反射镜、4－分光棱镜，5－第一光电传感器，6－外壳，7－底座及支撑，71－固定支撑，72－第一可动支撑，73－第二可动支撑，74－姿态调整装置，75－底座平板，76－扇形轨道，8－第一偏振分光镜，81－可动支脚，82－第一普通支脚，83－第二普通支脚，9－高反射液面，91－角锥棱镜，92－液体容器，93－第一平面反射镜、94－柔性细线94、95－金属重物、96－基准框架、10－第二偏振分光镜，11－第二光电探测器。

具体实施方式

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明的保护范围。

实施方式一、参见图4说明本实施方式，本实施方式提供一种带有水平基准的高精度自准直装置，所述装置包括光源1、准直物镜2、被测反射镜3、分光棱镜4、第一光电传感器5和水平基准结构；

所述水平基准结构包括第一偏振分光镜8、水平反射部件、第二偏振分光镜10和第二光电探测器11；

所述光源1发出的光，经过分光棱镜4和准直物镜2透射准直成平行光束后，经过第一偏振分光镜8分束为测量光束和参考光束；

所述测量光束经被测反射镜3反射、第一偏振分光镜8透射、准直物镜2透射、分光棱镜4反射和第二偏振分光镜10透射后，汇聚成像在第一光电传感器5的感光平面上；

所述第一光电传感器5用于采集测量光束会聚成像光斑的位置；

所述参考光束经水平反射部件反射、第一偏振分光镜8反射、准直物镜2透射、分光棱镜4反射和第二偏振分光镜10反射后，汇聚成像在第二光电探测器11的感光平面上；

所述第二光电探测器11用于采集参考光束会聚成像光斑的位置。

本实施方式在实际应用时，如图4所示，高精度自准直装置包括光源1、准直物镜2、被测反射镜3、分光棱镜4、第一光电传感器5和水平基准结构；

其中，水平基准结构包括第一偏振分光镜8、水平反射部件、第二偏振分光镜10和第二光电探测器11；在实际应用时，水平反射部件采用高反射液面9实现。

其中，光源1、分光棱镜4、准直物镜2、第一偏振分光镜8和被测反射镜3按照图4所示依次摆放在同一轴线上，该轴线为本实施方式所述的自准直装置光学系统的光轴；

光源1位于准直物镜2的焦平面上；分光棱镜4、第一偏振分光镜8、第二偏振分光镜10的反射面与所述光轴呈45°角摆放，沿光轴传播的光束经反射面反射后，光束传输方向改变90°；

第一光电传感器5、第二光电探测器11位于准直物镜2的焦平面上，且中心与光学系统的光轴重合，沿光轴传输的平行光经准直物镜2透射后恰好会聚成像在传感器中心位置；

高反射液面9位于第一偏振分光镜8的正下方，中心与光学系统的光轴重合；高反射液面9上表面法向量始终沿重力方向。

使得光源1发出的光，经过分光棱镜4、准直物镜2透射准直成平行光束后，经过第一偏振分光镜8分束为测量光束和参考光束；

经第一偏振分光镜8透射的光束为测量光束，经被测反射镜3反射、第一偏振分光镜8透射、准直物镜2透射、分光棱镜4反射、第二偏振分光镜10透射后，汇聚成像在第一光电传感器5的感光平面上；第一光电传感器5采集光斑光强数据，可由软件算法处理得到光斑的位置信息(x₁,y₁)，根据自准直原理得到被测反射镜3相对于自准直光轴的偏航角α₁与俯仰角β₁，其中f为准直物镜2的焦距；

经第一偏振分光镜8反射的光束为参考光束，经高反射液面9反射、第一偏振分光镜8反射、准直物镜2透射、分光棱镜4反射、第二偏振分光镜10反射，汇聚成像在第二光电探测器11的感光平面上；第二光电探测器11采集参考光束会聚成像光斑的位置(x₂,y₂)，根据自准直原理得到当前自准直仪光轴相对于高反射液面9水平面基准法向量的偏航角α₂与俯仰角β₂；

在自准直角度测量过程中，根据第二光电探测器11输出的参考光束会聚成像光斑的位置(x₂,y₂)是否位于第二传感器11中心位置，可判断自准直仪姿态是否发生变化：若自准直仪姿态发生变化，则第二光电探测器11输出的参考光束会聚成像光斑的位置(x₂,y₂)将偏离第二传感器11中心位置。

此时，自准直装置始终以水平液面法向量作为基准，实时测量装置光学系统光轴与水平基准液面法向量的夹角，被测反射镜3的角度变化测量结果则以水平基准为参考，减小了因自准直装置姿态变化引起的测量误差，提高了角度测量的准确性和稳定性。

实施方式二、参见图5说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种带有水平基准的高精度自准直装置中的水平反射部件作举例说明；

所述水平反射部件采用高反射液面9实现；

所述水平反射部件还可采用角锥棱镜91和液体容器92实现；

所述角锥棱镜91设置在所述液面容器92上。

本实施方式在实际应用时，如图5所示，水平反射部件可采用高反射液面9实现，也可以将高反射液面9替换为角锥棱镜91和液体容器92实现。角锥棱镜91设置在液体容器92上，使得原本由液面反射参考光束替换为由角锥棱镜91反射参考光束，克服了因外界振动造成的液面变形、参考光束成像光斑被破坏的问题，进一步提高了参考光束成像的质量和稳定性。

实施方式三、参见图6说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种带有水平基准的高精度自准直装置中的水平反射部件作举例说明；

所述水平反射部件还可采用第一平面反射镜93、柔性细线94、金属重物95和基准框架96实现；

所述第一平面反射镜93通过所述柔性细线94固定在基准框架96上；

所述第一平面反射镜93的下方悬挂金属重物95。

本实施方式在实际应用时，如图6所示，还可以将高反射液面9替换为第一平面反射镜93、柔性细线94、金属重物95和基准框架96；所述第一平面反射镜93设置在所述基准框架96的柔性细线94上，且第一平面反射镜93下方垂挂所述金属重物95；使得原本由液面反射参考光束替换为由第一平面反射镜93反射参考光束，第一平面反射镜93通过柔性细线94悬吊在基准框架中心96上，通过垂直相连的金属重物95保证重心稳定，以及第一平面反射镜93的反射面与水平基准面平行。该结构克服了液面水平参考基准结构不易存贮与使用、液体容易泄露挥发的问题，进一步提高了装置使用稳定性。

实施方式四、参见图7说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种带有水平基准的高精度自准直装置中的水平反射部件作举例说明；

所述水平反射部件还可采用半球台21和可移动反射结构实现；

所述可移动反射结构设置所述半球台21上。

本实施方式在实际应用时，如图7所示，还可以将高反射液面9替换为半球台21和可移动反射结构，可移动反射结构设置所述半球台21上；其中，可移动反射结构包括全向轮22、第二平面反射镜23和载物台24；使得原本由液面反射参考光束替换为由第二平面反射镜23反射参考光束，第二平面反射镜23固定于载物台24的中心上，在载物台24的边缘等距离处安装四个全向轮，可以使载物台24向所有方向进行自由移动。当仪器基准变化时，载物台24可以进行移动从而确保第二平面反射镜23始终处于水平位置。该结构克服了液面水平参考基准结构不易存贮与使用，细线悬挂易受扰动，不易达到平衡的问题，进一步提高了装置使用稳定性。

实施方式五、参见图8和图9说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种带有水平基准的高精度自准直装置中的水平反射部件作举例说明；

所述水平反射部件还可采用柔性细线31和第三平面反射镜32实现；

所述第三平面反射镜32通过柔性细线31悬挂在自准直装置上。

本实施方式在实际应用时，如图8所示，还可以将高反射液面9替换为柔性细线31和第三平面反射镜32；如图9所示，使得原本由液面反射参考光束替换为由第三平面反射镜32反射参考光束，使用多根柔性细线31均匀地悬吊起第三平面反射镜32，光束改为射向仪器上方。当仪器基准变化时，第三平面反射镜32通过自身重力保持水平状态。该结构易于装配，克服了液面水平参考基准结构不易存贮与使用的问题，减少了复杂水平基准装置本身的误差，进一步提高了装置使用稳定性。

实施方式六、参见图1说明本实施方式，本实施方式是在实施方式一所述的一种带有水平基准的高精度自准直装置中的基础上增加外壳6和底座及支撑7；

所述外壳6设置在所述底座及支撑7上。

实施方式七、参见图10说明本实施方式，本实施方式是在实施方式一至实施方式六任意一项所述的一种带有水平基准的高精度自准直装置的基础上增加姿态调整模块74；且对底座及支撑7作进一步说明，形成一种带有主动调平功能的高精度自准直装置；

所述底座及支撑7包括固定支撑71、第一可动支撑72、第二可动支撑73和底座平板75；

所述姿态调整模块74设置在所述底座平板75上；

所述固定支撑71设置在所述底座平板75的前端；

所述第一可动支撑72和第二可动支撑73分别设置在所述底座平板75后端的两侧；

所述姿态调整模块74用于接收第二光电探测器11的光斑位置信号，并根据所述光斑位置信号分别驱动第一可动支撑72、第二可动支撑73的高度，实现底座平板75的高度变化和姿态调整。

本实施方式在实际应用时，如图10和图11所示，底座及支撑7包括固定支撑71、第一可动支撑72、第二可动支撑73、底座平板75；固定支撑71和第一可动支撑72、第二可动支撑73呈三角分布，自准直装置重心落在三角几何中心位置；如图12所示，第一可动支撑72和第二可动支撑73均为双层圆柱结构，且所述第一可动支撑72和第二可动支撑73的底部均为半球形。姿态调整装置74固定在底座平板75上，具有接收第二光电探测器11的光斑位置信号和驱动第一可动支撑72、第二可动支撑73的功能。

使得光源1发出的光，经过分光棱镜4、准直物镜2透射准直成平行光束后，经过第一偏振分光镜8分束为测量光束和参考光束；

经第一偏振分光镜8透射的光束为测量光束，经被测反射镜3反射、第一偏振分光镜8透射、准直物镜2透射、分光棱镜4反射、第二偏振分光镜10透射后，汇聚成像在第一光电传感器5的感光平面上；第一光电传感器5采集光斑光强数据，可由软件算法处理得到光斑的位置信息(x₁,y₁)，根据自准直原理得到被测反射镜3相对于自准直光轴的偏航角α₁与俯仰角β₁，其中f为准直物镜2的焦距；

经第一偏振分光镜8反射的光束为参考光束，经高反射液面9反射、第一偏振分光镜8反射、准直物镜2透射、分光棱镜4反射、第二偏振分光镜10反射，汇聚成像在第二光电探测器11的感光平面上；第二光电探测器11采集参考光束会聚成像光斑的位置(x₂,y₂)，根据自准直原理得到当前自准直仪光轴相对于高反射液面9水平面基准法向量的偏航角α₂与俯仰角β₂；

如果以自准直装置光轴为参考，因为参考系坐标变换，偏航角α₂则变为自准直装置沿光轴的滚转角γ2。

在自准直角度测量过程中，姿态调整模块74接收第二光电探测器11输出的参考光束会聚成像光斑的位置(x₂,y₂)，驱动第一可动支撑72、第二可动支撑73高度发生变化，调整自准直仪底座的姿态，使参考光束成像光斑位置移动至第二光电探测器11的中心位置，使(x₂＝0,y₂＝0)，形成闭环反馈。

此时，本实施方式所述的自准直装置始终以水平液面法向量作为基准，实时测量装置光学系统光轴与水平基准液面法向量的夹角，通过姿态调整模块使装置光轴对准水平基准，实现了自准直装置的主动调平功能，被测反射镜的角度变化测量结果则以水平基准为参考，减小因自准直装置姿态变化引起的测量误差，提高角度测量的准确性和稳定性。

在实际应用时，如图13所示，还可以将固定支撑71替换为可动支脚81；第一可动支撑72和第二可动支撑73分别替换为第一普通支脚82和第二普通支脚83，姿态调整模块74与可动支脚81连接。

使得可动支脚81在接收到姿态调整模块74发送的信号时将在俯仰方向上调节自准直仪的姿态，从而保证了自准直仪姿态的水平。

实施方式八、本实施方式是在实施方式七所述的一种带有水平基准的高精度自准直装置的基础上增加扇形轨道76；

所述底座及支撑7还包括扇形轨道76；

所述第一可动支撑72和第二可动支撑73设置在所述扇形轨道76内。

本实施方式在实际应用时，如图14所示，增加扇形轨道76，添加扇形轨道76后，第一可动支撑72、第二可动支撑73两支脚能够在接收到姿态调整模块74发送的信号后，在扇形轨道76范围内以固定支撑71为圆心进行偏航方向上的调整以及俯仰方向上的调整，从而实现了自准直仪在偏航方向和俯仰方向上的调平。

实施方式九、参见图10说明本实施方式，本实施方式提供一种带有水平基准的高精度自准直测量方法，所述测量方法是基于实施方式一至实施方式六任意一项所述的一种带有水平基准的高精度自准直装置实现的，所述测量方法为：

步骤一、将被测反射镜固定在被测目标上，将自准直装置对准被测反射镜的反射面；

步骤二、调节自准直装置位置及姿态，使得自准直装置显示被测反射镜和高反射液面的角度测量结果；

步骤三、参考光束经高反射液面反射后，在第二光电探测器上会聚成像，根据成像的光斑偏离感光区域中心的距离为Δx21，Δy21，计算得到此时自准直装置以水平基准为参考的偏航角α21与俯仰角β21；

步骤四、测量光束经被测发射器反射后，在第一光电传感器上会聚成像，根据成像的光斑偏离感光区域中心的距离为Δx11，Δy11，计算得到此时被测反射镜以自准直自身基准为参考的初始偏航角α11与俯仰角β11；

步骤五、根据所述偏航角α11、俯仰角β11、偏航角α21和俯仰角β21，计算并补偿由自准直装置姿态变化引起的角度测量误差，得到被测反射镜相对水平基准的偏航角α31与俯仰角β31；

步骤六、当被测目标的姿态发生变化，被测反射镜的偏航角与俯仰角发生变化，测量光束重新会聚成像在第一光电传感器，得到成像光斑偏离感光区域中心的距离Δx12，Δy12，计算得到此时被测反射镜以自准直自身基准为参考的偏航角α12与俯仰角β12；

步骤七、根据偏航角α12、俯仰角β12、偏航角α21和俯仰角β21，利用算法补偿自准直装置基准变化产生的误差，计算被测反射镜姿态变化后相对水平基准的偏航角α32与俯仰角β32；

步骤八、根据偏航角α31、俯仰角β31、偏航角α32和俯仰角β32，得到被测反射镜相对水平基准的偏航角与俯仰角角度变化，得到被测反射镜相对水平基准的偏航角变化Δα＝α31-α32和俯仰角角度变化Δβ＝β31-β32。

本实施方式在实际应用时，如图10所示，测量方法具体为：

步骤a、将被测反射镜3固定在被测目标上，将自准直装置对准被测反射镜3反射面；

步骤b、开机，自准直装置工作，如果：

1、自准直装置不显示被测反射镜3和高反射液面9的角度测量结果，则光束成像在光电传感器感光区域外，手动调节自准直装置位置及姿态，使自准直装置显示角度测量结果，进入步骤c；

2、自准直装置显示被测反射镜3和高反射液面9的角度测量结果，则光束成像在光电传感器感光区域内，被测反射镜3和高反射液面7角度变化均在自准直装置量程内，进入步骤c；

步骤c、自准直装置静置一段时间并进行充分预热，参考光束经高反射液面9反射后，会聚成像在第二光电探测器11，成像光斑偏离感光区域中心的距离Δx21，Δy21，计算得到此时自准直装置以水平基准为参考的偏航角与俯仰角，α21＝f1(Δx21)，β21＝f2(Δy21)，其中f1、f2表示两个函数；

步骤d、自准直装置的测量光束经被测反射镜3反射后，会聚成像在第一光电传感器5，得到成像光斑偏离感光区域中心的距离Δx11，Δy11，计算得到此时被测反射镜3以自准直自身基准为参考的初始偏航角与俯仰角，α11＝f1(Δx11)，β11＝f2(Δy11)，其中f1、f2表示两个函数；同样是f1，f2，因为测量原理相同

步骤e、根据α11、β11、α21、β21，通过软件算法计算并补偿由自准直装置姿态变化引起的角度测量误差，得到被测反射镜3相对水平基准的偏航角与俯仰角，α31＝f3(α11、α21)，β31＝f4(β11、β21)，其中f3、f4表示两个函数；

步骤f、当被测目标的姿态发生变化，被测反射镜3的偏航角与俯仰角发生变化，测量光束重新会聚成像在第一光电传感器5，得到成像光斑偏离感光区域中心的距离Δx12，Δy12，计算得到此时被测反射镜3以自准直自身基准为参考的偏航角与俯仰角，α12＝f1(Δx12)，β12＝f2(Δy12)；

步骤g、根据α12、β12、α21、β21，利用算法补偿自准直装置基准变化产生的误差，计算被测反射镜3姿态变化后相对水平基准的偏航角与俯仰角，α32＝f3(α12、α21)，β32＝f4(β12、β21)；

步骤h、根据α31、β31、α32、β32，计算得到被测反射镜3相对水平基准的偏航角与俯仰角角度变化，Δα＝α31-α32，Δβ＝β31-β32。

本实施方式通过参考光束经高反射液面反射到第二光电探测器上计算得到的自准直装置以水平基准为参考的偏航角与俯仰角，实现对被测反射镜以自准直自身基准为参考的初始偏航角与俯仰角的角度测量误差补偿，从而得到被测反射镜以水平为基准的偏航角与俯仰角，解决现有自准直装置因加工和安装偏差导致被测目标角度偏转测量结果存在误差的问题。

同时，当姿态发生变化，根据参考光束经高反射液面反射到第二光电探测器上的光斑位置与被测反射镜反射光重新会聚成像在第一光电传感器上的光斑位置，获得被测反射镜姿态变化后相对水平基准的偏航角与俯仰角，再根据被测反射镜相对水平基准的偏航角与俯仰角，得到被测反射镜相对水平基准的偏航角与俯仰角角度变化，该偏航角与俯仰角角度变化为角度测量误差，可通过补偿函数的形式剔除该误差，提高了自准直装置的测量精度，解决现有自准直装置角度测量基准变化的问题。

实施方式十、本实施方式提供一种带有主动调平功能的高精度自准直测量方法，所述测量方法是基于实施方式七或实施方式八所述的一种带有主动调平功能的高精度自准直测量装置实现的，所述测量方法为：

S1、完成对自准直装置的准备工作；

S2、姿态调整模块驱动第一可动支撑和第二可动支撑，使高反射液面相对自准直光轴发生变化，参考光束经高反射液面反射后入射第二光电探测器中心位置，成像光斑偏离感光区域中心的距离Δx21＝0和Δy21＝0，此时自准直装置姿态与水平基准重合；

S3、测量光束经被测反射镜反射后，会聚成像在第一光电传感器，得到成像光斑偏离感光区域中心的距离为Δx11和Δy11，得到被测反射镜以水平基准为参考的初始偏航角α11与俯仰角β11；

S4、被测目标姿态发生变化，测量光束重新会聚成像在第一光电传感器上的光斑偏离感光区域中心的距离Δx12和Δy12；

若第二光电探测器显示参考光束会聚的光斑偏离感光区域中心的距离始终为Δx21＝0，Δy21＝0，则得到此时被测反射镜以水平基准为参考的偏航角α12与俯仰角β12，进入步骤S5；

若第二光电探测器显示参考光束会聚的光斑偏离感光区域中心的距离为Δx22，Δy22，则自准直装置姿态与水平基准之间存在沿自准直装置光轴方向的俯仰角β22和滚转角γ22，进入步骤S6；

S5、证明自准直装置测量期间位置姿态没有发生变化，被测反射镜的角度测量结果始终以水平基准为参考，可进行下一轮测量；

S6、根据俯仰角β22和滚转角γ22，姿态调整模块驱动第一可动支撑、第二可动支撑伸缩长度变化，自准直装置姿态发生变化直至参考光束成像光斑位于第二光电探测器的感光区域中心位置，此时测量光束经被测反射镜反射后，会聚成像在第一光电传感器，得到成像光斑偏离感光区域中心的距离Δx13，Δy13；

S7、根据偏离距离Δx13，Δy13，得到此时被测反射镜以水平基准为参考的偏航角α13与俯仰角β13；

S8、根据初始偏航角α11和俯仰角β11与偏航角α13与俯仰角β13，得到被测反射镜相对水平基准的偏航角变化Δα＝f7(α11，α13)与俯仰角角度变化Δβ＝f8(α11，α13)。

本实施方式在实际应用时，如图16所示，具体测量方法为：

步骤a、将被测反射镜3固定在被测目标上，将自准直装置对准被测反射镜3反射面；

步骤b、开机，自准直装置工作，调节可动支撑结构处于伸缩范围中间位置并锁定，如果：

1、自准直装置不显示被测反射镜3和高反射液面9的角度测量结果，则光束成像在光电传感器感光区域外，手动调节自准直装置位置及姿态，使自准直装置显示角度测量结果，进入步骤c；

2、自准直装置显示被测反射镜3和高反射液面9的角度测量结果，则光束成像在光电传感器感光区域内，被测反射镜3和高反射液面7角度变化均在自准直装置量程内，进入步骤c；

步骤c、自准直装置静置一段时间并进行充分预热，姿态调整模块74驱动第一可动支撑72、第二可动支撑73，使高反射液面9相对自准直光轴发生微小变化，参考光束经高反射液面9反射后入射第二光电探测器11中心位置，成像光斑偏离感光区域中心的距离Δx21＝0，Δy21＝0，此时自准直装置姿态与水平基准重合；

步骤d、自准直装置的测量光束经被测反射镜3反射后，会聚成像在第一光电传感器5，得到成像光斑偏离感光区域中心的距离Δx11，Δy11，计算得到此时被测反射镜3以水平基准为参考的初始偏航角与俯仰角，α11＝f1(Δx11)，β11＝f2(Δy11)，其中f1、f2表示两个函数；

步骤e、当被测目标的姿态发生变化，被测反射镜3的偏航角与俯仰角发生变化，测量光束重新会聚成像在第一光电传感器5，得到成像光斑偏离感光区域中心的距离Δx12，Δy12，如果：

1、在自准直装置测量期间，第二光电探测器11显示参考光束会聚的光斑偏离感光区域中心的距离始终为Δx2＝0，Δy2＝0，则计算得到此时被测反射镜3以水平基准为参考的偏航角与俯仰角，α12＝f1(Δx12)，β12＝f2(Δy12)，其中f1、f2表示两个函数；进入步骤f；

2、在自准直装置测量期间，第二光电探测器11显示参考光束会聚的光斑偏离感光区域中心，距离为Δx22，Δy22，则自准直装置姿态与水平基准之间存在沿自准直装置光轴方向的俯仰角与滚转角变化，β22＝f3(Δy22)，γ22＝f4(Δx22)，其中f3、f4表示两个函数；进入步骤g；

步骤f、自准直装置在测量期间，位置姿态没有发生变化，被测反射镜3的角度测量结果始终以水平基准为参考，可进行下一轮测量；

步骤g、根据β22、γ22，通过姿态调整模块74驱动第一可动支撑72、第二可动支撑73伸缩一定长度，使自准直装置姿态发生变化，直至参考光束成像光斑位于第二光电探测器11的感光区域中心位置，此时测量光束经被测反射镜3反射后，会聚成像在第一光电传感器5，得到成像光斑偏离感光区域中心的距离Δx13，Δy13；

步骤h、根据Δx13，Δy13，计算得到此时被测反射镜3以水平基准为参考的偏航角与俯仰角，α13＝f5(Δx13)，β13＝f6(Δy13)，其中f5、f6表示两个函数；

步骤i、根据α11、β11、α13、β13，计算得到被测反射镜3相对水平基准的偏航角与俯仰角角度变化，Δα＝f7(α11，α13)，Δβ＝f8(α11，α13)，其中f7、f8表示两个函数。

本实施方式首先得到姿态未发生变化时的被测反射镜以水平为基准的初始偏航角和仰俯角，然后得到姿态发生变化后被测反射镜以自身为基准的偏航角和仰俯角，此时由于姿态变化，偏航角和仰俯角不是以水平为基准的，通过姿态调整机构驱动自准直装置姿态在俯仰和滚转角度上的变化，得到测反射镜以水平为基准的偏航角和仰俯角，最后通过被测反射镜以水平为基准的初始偏航角和仰俯角和姿态变化后测反射镜以水平为基准的偏航角和仰俯角，得到被测反射镜相对于水平基准的偏航角和仰俯角变化。

进一步，通过姿态变化后的光斑位置，得到自准直姿态与水平基准之间存在的俯仰角和滚转角，根据俯仰角和滚转角，姿态调整模块驱动自准直姿态发生变化，直至成像光斑位于光电传感器的感光区域中心，此时，得到的偏航角和仰俯角，即是姿态变化后被测反射镜以水平为基准的偏航角和仰俯角。

本实施方式通过驱动可动支撑结构调节自准直装置的偏航、俯仰与滚转姿态变化，补偿因外界振动、冲击等干扰引起自准直测量零位改变而带来的角度测量误差，使自准直装置测量的角度消除了外界振动干扰带来的误差问题。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不限制于本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种带有水平基准的高精度自准直装置，其特征在于，所述装置包括光源(1)、准直物镜(2)、被测反射镜(3)、分光棱镜(4)、第一光电传感器(5)和水平基准结构；

所述水平基准结构包括第一偏振分光镜(8)、水平反射部件、第二偏振分光镜(10)和第二光电探测器(11)；

所述光源(1)发出的光，经过分光棱镜(4)和准直物镜(2)透射准直成平行光束后，经过第一偏振分光镜(8)分束为测量光束和参考光束；

所述测量光束经被测反射镜(3)反射、第一偏振分光镜(8)透射、准直物镜(2)透射、分光棱镜(4)反射和第二偏振分光镜(10)透射后，汇聚成像在第一光电传感器(5)的感光平面上；

所述第一光电传感器(5)用于采集测量光束会聚成像光斑的位置；

所述参考光束经水平反射部件反射、第一偏振分光镜(8)反射、准直物镜(2)透射、分光棱镜(4)反射和第二偏振分光镜(10)反射后，汇聚成像在第二光电探测器(11)的感光平面上；

所述第二光电探测器(11)用于采集参考光束会聚成像光斑的位置。

2.根据权利要求1所述的一种带有水平基准的高精度自准直装置，其特征在于，所述水平反射部件采用高反射液面(9)实现；

所述水平反射部件还可采用角锥棱镜(91)和液体容器(92)实现；

所述角锥棱镜(91)设置在所述液面容器(92)上。

3.根据权利要求1所述的一种带有水平基准的高精度自准直装置，其特征在于，所述水平反射部件还可采用第一平面反射镜(93)、柔性细线(94)、金属重物(95)和基准框架(96)实现；

所述第一平面反射镜(93)通过所述柔性细线(94)固定在基准框架(96)上；

所述第一平面反射镜(93)的下方悬挂金属重物(95)。

4.根据权利要求1所述的一种带有水平基准的高精度自准直装置，其特征在于，所述水平反射部件还可采用半球台(21)和可移动反射结构实现；

所述可移动反射结构设置所述半球台(21)上。

5.根据权利要求1所述的一种带有水平基准的高精度自准直装置，其特征在于，所述水平反射部件还可采用柔性细线(31)和第三平面反射镜(32)实现；

所述第三平面反射镜(32)通过柔性细线(31)悬挂在自准直装置上。

6.根据权利要求1所述的一种带有水平基准的高精度自准直装置，其特征在于，所述装置还包括外壳(6)和底座及支撑(7)；

所述外壳(6)设置在所述底座及支撑(7)上。

7.一种带有主动调平功能的高精度自准直装置，其特征在于，所述装置是基于权利要求1-6任意一项所述的一种带有水平基准的高精度自准直装置实现的，所述装置还包括姿态调整模块(74)；

所述底座及支撑(7)包括固定支撑(71)、第一可动支撑(72)、第二可动支撑(73)和底座平板(75)；

所述姿态调整模块(74)设置在所述底座平板(75)上；

所述固定支撑(71)、第一可动支撑(72)和第二可动支撑(73)均设置在底座平板(75)的底部，且固定支撑71和第一可动支撑72、第二可动支撑73呈三角分布，

所述姿态调整模块(74)用于接收第二光电探测器(11)的光斑位置信号，并根据所述光斑位置信号分别驱动第一可动支撑(72)、第二可动支撑(73)的高度，实现底座平板(75)的高度变化和姿态调整。

8.根据权利要求7所述的一种带有水平基准的高精度自准直装置，其特征在于，所述底座及支撑(7)还包括扇形轨道(76)；

所述第一可动支撑(72)和第二可动支撑(73)设置在所述扇形轨道(76)内。

9.一种带有水平基准的高精度自准直测量方法，其特征在于，所述方法是基于权利要求1-6任意一项所述的一种带有水平基准的高精度自准直装置实现的，所述测量方法为：

S1、完成对自准直装置的准备工作；

S2、根据参考光束在第二光电探测器上会聚成像的光斑偏离感光区域中心的距离Δx21和Δy21，得到自准直装置以水平基准为参考的偏航角α21与俯仰角β21；

S3、根据测量光束在第一光电传感器上会聚成像的光斑偏离感光区域中心的距离Δx11个Δy11，得到被测反射镜以自准直自身基准为参考的初始偏航角α11与俯仰角β11；

S4、根据所述偏航角α11、俯仰角β11、偏航角α21和俯仰角β21，计算并补偿由自准直装置姿态变化引起的角度测量误差，得到被测反射镜相对水平基准的偏航角α31与俯仰角β31；

S5、被测目标姿态发生变化，测量光束重新在第一光电传感器上会聚成像的光斑偏离感光区域中心的距离Δx12和Δy12，得到被测反射镜以自准直自身基准为参考的偏航角α12与俯仰角β12；

S6、根据偏航角α12、俯仰角β12、偏航角α21和俯仰角β21，利用算法补偿自准直装置基准变化产生的误差，计算被测反射镜姿态变化后相对水平基准的偏航角α32与俯仰角β32；

S7、根据偏航角α31、俯仰角β31、偏航角α32和俯仰角β32，得到被测反射镜相对水平基准的偏航角变化Δα＝α31-α32和俯仰角角度变化Δβ＝β31-β32。

10.一种带有主动调平功能的高精度自准直测量方法，其特征在于，所述测量方法是基于权利要求7或8所述的一种带有主动调平功能的高精度自准直测量装置实现的，所述测量方法为：

S1、完成对自准直装置的准备工作；

S2、姿态调整模块驱动第一可动支撑和第二可动支撑，使高反射液面相对自准直光轴发生变化，参考光束经高反射液面反射后入射第二光电探测器中心位置，成像光斑偏离感光区域中心的距离Δx21＝0和Δy21＝0，此时自准直装置姿态与水平基准重合；

S3、测量光束经被测反射镜反射后，会聚成像在第一光电传感器，得到成像光斑偏离感光区域中心的距离为Δx11和Δy11，得到被测反射镜以水平基准为参考的初始偏航角α11与俯仰角β11；

S4、被测目标姿态发生变化，测量光束重新会聚成像在第一光电传感器上的光斑偏离感光区域中心的距离Δx12和Δy12；

若第二光电探测器显示参考光束会聚的光斑偏离感光区域中心的距离始终为Δx21＝0，Δy21＝0，则得到此时被测反射镜以水平基准为参考的偏航角α12与俯仰角β12，进入步骤S5；

若第二光电探测器显示参考光束会聚的光斑偏离感光区域中心的距离为Δx22，Δy22，则自准直装置姿态与水平基准之间存在沿自准直装置光轴方向的俯仰角β22和滚转角γ22，进入步骤S6；

S5、证明自准直装置测量期间位置姿态没有发生变化，被测反射镜的角度测量结果始终以水平基准为参考，可进行下一轮测量；

S6、根据俯仰角β22和滚转角γ22，姿态调整模块驱动第一可动支撑、第二可动支撑伸缩长度变化，自准直装置姿态发生变化直至参考光束成像光斑位于第二光电探测器的感光区域中心位置，此时测量光束经被测反射镜反射后，会聚成像在第一光电传感器，得到成像光斑偏离感光区域中心的距离Δx13，Δy13；

S7、根据偏离距离Δx13，Δy13，得到此时被测反射镜以水平基准为参考的偏航角α13与俯仰角β13；

S8、根据初始偏航角α11和俯仰角β11与偏航角α13与俯仰角β13，得到被测反射镜相对水平基准的偏航角变化Δα＝f7(α11，α13)与俯仰角角度变化Δβ＝f8(α11，α13)。