[發明專利]一種雙光梳精密測角方法及測角系統

有效

• 申請號: 201710523092.5
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107192355B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 吳冠豪;曾理江;朱澤斌;熊士林;倪凱;周倩
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;劉美麗

1.一種雙光梳精密測角方法，其特征在于包括以下內容：

設置具有一定重復頻率差的第一光頻梳和第二光頻梳；

第一光頻梳發出的光脈沖分成兩束分別經由設置在測量臂和參考臂的基于光柵的空間姿態無源測頭衍射返回合成一束光；

合成的此束光與第二光頻梳發出的光脈沖發生干涉得到多外差干涉信號，將多外差干涉信號進行處理得到第一光頻梳經測量臂返回光脈沖的光譜相位信息，解算出設置在測量臂的基于光柵的空間姿態無源測頭的姿態角度；

所述基于光柵的空間姿態無源測頭包括角錐棱鏡和透射二維光柵，所述透射二維光柵的出光面與所述角錐棱鏡的底面固定連接；入射光以接近垂直的角度入射到所述透射二維光柵，經所述透射二維光柵產生的第一次衍射光分別由所述角錐棱鏡反射三次，所述角錐棱鏡的出射光與第一次衍射光分別平行，所述角錐棱鏡的出射光經所述透射二維光柵發生第二次衍射，經所述透射二維光柵出射的第二次衍射光與原始入射光相互平行。

2.一種雙光梳精密測角方法，其特征在于包括以下內容：設置具有一定重復頻率差的第一光頻梳和第二光頻梳；

第一光頻梳發出的光脈沖分成兩束分別經由設置在測量臂和參考臂的基于光柵的空間姿態無源測頭衍射返回合成一束光；

合成的此束光與第二光頻梳發出的光脈沖發生干涉得到多外差干涉信號，將多外差干涉信號進行處理得到第一光頻梳經測量臂返回光脈沖的光譜相位信息，解算出設置在測量臂的基于光柵的空間姿態無源測頭的姿態角度；

所述基于光柵的空間姿態無源測頭包括參數相同的透射二維光柵和反射二維光柵，所述透射二維光柵和反射二維光柵平行設置，且所述透射二維光柵與所述反射二維光柵之間有一定的間距；入射光以接近垂直的角度入射到所述透射二維光柵，經所述透射二維光柵產生的第一次衍射光發射到所述反射二維光柵，經所述反射二維光柵出射的第二次衍射光與原始入射光相互平行。

3.如權利要求1或2所述的一種雙光梳精密測角方法，其特征在于，姿態角度為俯仰角和/或偏擺角。

4.如權利要求3所述的一種雙光梳精密測角方法，其特征在于，俯仰角或偏擺角為：

其中，

式中，“[]”表示取整運算，A為粗測絕對值，F為放大因子，S為多外差干涉光譜范圍內單個譜線相位值進行非模糊角度范圍內的小角度。

5.一種雙光梳精密測角系統，其特征在于，該測角系統包括兩光頻梳、兩基于光柵的空間姿態無源測頭、光電探測器和信號處理系統；

第一光頻梳發出的光脈沖分成兩束，其中一束光脈沖入射到設置在參考臂的所述基于光柵的空間姿態無源測頭，另一束光脈沖入射到設置在測量臂的所述基于光柵的空間姿態無源測頭，兩所述基于光柵的空間姿態無源測頭的衍射光平行于入射光返回合成一束光；

第二光頻梳發出的光脈沖與合成光束發生干涉得到多外差干涉信號，多外差干涉信號濾波后被所述光電探測器探測，所述光電探測器將探測的干涉信號進行光電轉換后發送到所述信號處理系統；

所述信號處理系統通過傅里葉變換得到參考臂返回光脈沖、測量臂返回光脈沖分別與所述第二光頻梳干涉信號的相位頻譜，并通過二者之差得到設置在測量臂的所述基于光柵的空間姿態無源測頭返回光脈沖的光譜相位，進而得到其姿態角度；

所述基于光柵的空間姿態無源測頭包括角錐棱鏡和透射二維光柵，所述透射二維光柵的出光面與所述角錐棱鏡的底面固定連接；入射光以接近垂直的角度入射到所述透射二維光柵，經所述透射二維光柵產生的第一次衍射光分別由所述角錐棱鏡反射三次，所述角錐棱鏡的出射光與第一次衍射光分別平行，所述角錐棱鏡的出射光經所述透射二維光柵發生第二次衍射，經所述透射二維光柵出射的第二次衍射光與原始入射光相互平行。

6.一種雙光梳精密測角系統，其特征在于，該測角系統包括兩光頻梳、兩基于光柵的空間姿態無源測頭、光電探測器和信號處理系統；

第一光頻梳發出的光脈沖分成兩束，其中一束光脈沖入射到設置在參考臂的所述基于光柵的空間姿態無源測頭，另一束光脈沖入射到設置在測量臂的所述基于光柵的空間姿態無源測頭，兩所述基于光柵的空間姿態無源測頭的衍射光平行于入射光返回合成一束光；

第二光頻梳發出的光脈沖與合成光束發生干涉得到多外差干涉信號，多外差干涉信號濾波后被所述光電探測器探測，所述光電探測器將探測的干涉信號進行光電轉換后發送到所述信號處理系統；

所述信號處理系統通過傅里葉變換得到參考臂返回光脈沖、測量臂返回光脈沖分別與所述第二光頻梳干涉信號的相位頻譜，并通過二者之差得到設置在測量臂的所述基于光柵的空間姿態無源測頭返回光脈沖的光譜相位，進而得到其姿態角度；

所述基于光柵的空間姿態無源測頭包括參數相同的透射二維光柵和反射二維光柵，所述透射二維光柵和反射二維光柵平行設置，且所述透射二維光柵與所述反射二維光柵之間有一定的間距；入射光以接近垂直的角度入射到所述透射二維光柵，經所述透射二維光柵產生的第一次衍射光發射到所述反射二維光柵，經所述反射二維光柵出射的第二次衍射光與原始入射光相互平行。