[發明專利]一種提高消色差旋轉棱鏡組指向精度的方法

有效

• 申請號: 201510933490.5
• 申請日: 2015-12-15
• 公開（公告）號: CN105353781B
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 李錦英;彭起;陳科;付承毓;杜升平;曾翰
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種提高消色差旋轉棱鏡組指向精度的方法，所述消色差旋轉棱鏡組包括第一棱鏡組(1)、第二棱鏡組(2)、第一電機(3)、第二電機(4)、第一位置傳感器(5)、第二位置傳感器(6)、探測器(7)和控制器(8)；第一棱鏡組(1)由第一棱鏡(101)和第二棱鏡(102)組成，第二棱鏡組(2)由第三棱鏡(201)和第四棱鏡(202)組成；該方法首先建立消色差棱鏡組的數學模型，并提出精確的解算算法，完成理論上光束的高精度指向；其次通過優化算法對棱鏡組參數進行優化，減小加工、安裝和測量誤差的影響，大幅提高實際系統的指向精度。

技術領域

本發明屬于光電跟蹤和光束控制領域，具體涉及一種提高消色差旋轉棱鏡組指向精度的方法。

背景技術

在光電跟蹤領域，通常采用萬向架形式的跟蹤裝置，將探測器安裝在多軸萬向架上，通過控制萬向架回轉運動來控制視軸的方向，此類機構體積較大、對振動敏感。另一種結構為擺鏡結構，此類結構對機械誤差敏感，一般用于小口徑的光束偏轉。

旋轉雙棱鏡結構(Risley棱鏡)可通過旋轉共軸的兩個楔形棱鏡達到控制光束偏轉的目的，具有結構緊湊、轉動慣量低、響應迅速的特點。在先技術(參見云茂金、祖繼峰等的專利：CN1256609C與專利：CN2655268)中提出采用該結構進行光束掃描，對基于旋轉雙棱鏡的掃描裝置和掃描算法進行了研究，但所提方法只適用于兩個棱鏡組成的旋轉雙棱鏡結構，對消色差旋轉棱鏡組并不適用。李錦英等人在專利CN103631276A提出了一種旋轉雙棱鏡用于目標跟蹤的技術方法。解決了旋轉雙棱鏡用于目標跟蹤的問題。

在先技術中的旋轉雙棱鏡結構對不同波長的光波存在色散現象，而對消色差旋轉棱鏡組的解算方法并未涉及。另外在先技術中，均需要棱鏡精確的參數，但棱鏡系統的實際參數在加工、安裝和測量時不可避免地存在誤差，將會對指向精度造成直接的影響。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提出一種可以提高消色差旋轉棱鏡組指向精度的方法。

本發明采用的技術方案為：一種提高消色差旋轉棱鏡組指向精度的方法，包括第一棱鏡組、第二棱鏡組、第一電機、第二電機、第一位置傳感器、第二位置傳感器、探測器和控制器；第一棱鏡組由第一棱鏡和第二棱鏡組成，第二棱鏡組由第三棱鏡和第四棱鏡組成；其中，第一棱鏡組、第二棱鏡組、第一電機、第二電機和探測器均為同軸安裝，第一棱鏡和第三棱鏡具有相同的理論設計參數，第二棱鏡和第四棱鏡具有相同的理論設計參數；第一電機和第二電機均為環形力矩電機，二者的轉子分別與第一棱鏡組和第二棱鏡組直接相連，省卻了中間傳動環節，具有響應快、剛度高的特點；第一位置傳感器測量第一棱鏡組繞轉軸的旋轉角度θ₁，并將θ₁送到控制器；第二位置傳感器測量第二棱鏡組繞轉軸的旋轉角度θ₂，并將θ₂送到控制器；探測器可以測量得到目標在探測器上所成像點的方位角Θ和俯仰角Φ；坐標系為直角坐標系0xyz，矢量與x軸正向的夾角為方位角Θ，與z軸正向的夾角為俯仰角Φ；控制器接收第一棱鏡組的位置θ₁、第二棱鏡組的位置θ₂、探測器上所成像點的方位角Θ和俯仰角Φ；輸出電壓信號V₁至第一電機，輸出電壓信號V₂至第二電機。

該方法包括以下步驟：

步驟1)首先建立棱鏡組對光束偏轉的數學模型：

實際光束由目標經過四個棱鏡到達探測器，由光路可逆性，由探測器出射的光束經過四個棱鏡折射后的出射光線將到達目標點，此過程可以通過8次折射得到，如公式(1)所示：