技术领域
[0001] 本实用新型涉及激光测距技术领域，尤其是一种激光测距系统收发光轴平行性检校系统。
背景技术
[0002] 利用激光测距系统实现的空间探测技术是由激光、光电探测、自动控制、
电子通信、天文测量、卫星轨道等技术结合而成的多学科综合技术。与其他大地空间测量技术不同，激光测距系统采用高重频、高
峰值功率、窄脉冲
激光器，解决了传统雷达系统测距
精度低、测程短、
稳定性差、设备庞大等一系列难题，突破了
超声波测距及其他光学测距技术的局限，提供了一种具有全天候、高精度、抗干扰、小型化等先进的空间探测手段。近年来，高性能激光测距系统的研究逐渐从实验室走向现场试验，在空间探测和航天航空等工程领域中得到了广泛的应用，展现出诱人的实用化前景。
[0003] 在远距离激光测距过程中，地面观测站根据观测目标预报引导望远镜
跟踪目标后，激光器发射激光脉冲至观测目标，并由观测目标表面反射回波
光子至地面观测站，同时利用接收望远镜将回波
信号输送至时间测量分系统，最后通过测出激光脉冲往返地球与观测目标间的时间Δt，获得地球与观测目标间的距离R。根据观测目标的不同，激光测距系统分为卫星激光测距系统(SLR)、空间碎片激光测距系统(DLR)，月球激光测距系统(LLR)等。
[0004] 常规的激光测距系统主要包括：
[0005] (1)激光器及发射系统。激光器产生激光脉冲，脉冲经过折轴发射系统的反射和
准直。
[0006] (2)望远镜伺服跟踪系统，主要包括发射镜、接收镜和CCD三部分，分别完成发射激光、接收激光和监视卫星跟踪状态等功能。
[0007] (3)光子探测系统，主要由接收望远镜、可变接收光阑、窄带干涉滤波片、光电接收器件、
鉴别器、时间间隔测量等装置组成。激光脉冲回波被接收望远镜聚焦后，经过接收光阑、干涉滤光片、进入光电接收器件。经光电器件产生电脉冲，通过鉴别器输出矩形脉冲，最后进入时间间隔计数器。
[0008] (4)时间
频率系统，提供系统运转的绝对时间坐标，其功能之一是接收GPS 卫
星系统的秒脉冲和UTC时间，将其输入到控制计算机中；其功能之二是提供给一个高稳定的10MHz信号。
[0009] (5)计算机控制系统，主要功能如下：根据预报计算观测目标的实时
位置；通过点火信号控制激光器发射脉冲；通过开/关
门信号精确控制
距离门；通过轴
角编码器和伺服控制
机架和望远镜运转；通过计算机结构采集观测数据；进行仪器指向误差修正、系统延时的校准、观测资料的预处理和形成标准点数据文件。
[0010] 激光测距的光学系统主要采用收发分离光路和共光路两种方式。相比于收发分离光路的激光测距系统，采用共光路的系统对激光发射频率具有一定限制，并对系统中采用的光学元件，如光学转镜等性能提出了更高的要求。目前，国际上大多数测站采用收发分离光学系统，一般利用小于300mm小口径望远镜作为发射激光望远镜，使用另一台较大口径的望远镜作为接收回波望远镜。
[0011] 对于发射和接收光路分离的激光测距系统，激光收发光轴的平行性对系统测距性能的发挥和测距精度的实现具有重要影响。为了保证系统收发光轴具有较高的平行性，每隔一段时间将对系统进行调校与维护。然而随着时间的推移，系统的收发光轴将受到
温度、重
力、
风扰动等各种因素影响而发生不同程度的变化。特别对于白天激光测距来说，由于昼夜温差较大，库德光路和激光光束将发生严重偏移，系统收发光轴的平行性超出系统光轴平行性的允许范围，导致激光测距系统测量范围和测距精度急剧下降。
[0012] 在激光测距系统的日常维护中，系统收发光轴平行性的检校方法主要包括投影靶法，大口径平行光管法、小口径平行光管法、激光光轴仪法、五棱镜法，以及分光路投射法等。尽管上述实验方法较为成熟，但实际操作十分困难复杂，无法在测距过程中实现，不能适应外场测量时的各种环境变化，无法满足常规测距过程中测试与检验的需要。
发明内容
[0013] 本实用新型的发明目的在于：提供一种激光测距系统收发光轴平行性检校系统，引入导星系统，扩大系统监测视场。结合激光衰减技术、距离门技术，利用光学逆向反射装置在发射光截取极少部分光作为参考光对望远镜接收视场中心位置进行调校，同时利用目标跟踪闭环法实现系统收发光轴平行性的实时自动检校。在单次激光测距过程中兼顾了自动调校系统的收发光轴功能，有效改善了激光测距系统的指向精度，提高了系统回波率及工作效率，对激光测距技术迈向全自动时代具有重要意义。
[0014] 本实用新型采用的技术方案如下：
[0015] 一种激光测距系统收发光轴平行性检校系统，所述系统包括激光测距系统和设置于所述激光测距系统上的导星系统及光学逆向装置。
[0016] 进一步的，所述激光测距系统包括：激光器；所述激光器产生激光脉冲；发射望远镜，用于发射激光脉冲；接收望远镜，用于接收反射激光脉冲；微光
电视摄像机，用于对观测目标进行
图像采集；主波取样
电路，用于将激光脉冲进行处理，形成二路电脉冲，其中一路为主波脉冲，用来启动事件计时器；另一路用来从时间频率标准中取样，记录激光发射时刻Tmain-pulse；光电探测器，用于接收反射回来的回波光子；时间频率系统，用于提供系统运转的绝对时间坐标，将接收GPS卫星系统的秒脉冲和UTC时间输入至控制计算机中，并提供一个 10MHz信号；控制计算机，用于根据预报计算观测目标的实时位置，产生点火信号控制激光器发射脉冲，产生开门信号精确控制距离门，控制轴角编码器和伺服控制机架保证望远镜正常运转，采集观测数据，完成仪器指向误差修正、系统延时的校准、观测资料的预处理，并形成标准点数据文件。
[0017] 进一步的，所述光学逆向反射装置可以通过打通、加入横梁、粘贴和/或悬架任一的方式连接发射望远镜和接收望远镜。
[0018] 进一步的，所述激光测距系统可以是：卫星激光测距系统、空间碎片激光测距系统或月球激光测距系统。
[0019] 进一步的，所述系统还包括：平行光管；所述平行光管由物镜及置于物镜焦平面上的分划板，
光源以及为使分划板被均匀照亮而设置的毛玻璃组成。
[0020] 进一步的，所述光学逆向装置设置于发射望远镜与接收望远镜之间，连通发射望远镜和接收望远镜；通过设置横梁，在发射望远镜镜筒和接收望远镜镜筒内各放置一角锥，在发射光中截取极少光作为参考光返回至接收系统，采用激光衰减技术对其进行衰减，结合距离门技术精确控制距离门，避免对系统内高灵敏度的光电器件造成损坏。
[0021] 进一步的，所述光学逆向反射装置，用于从发射光中截取极少部分光进入接收系统；可以是角锥、光纤和/或转镜中的一种或几种。
[0022] 进一步的，所述激光器可以是1064nm固体或
半导体激光器、1550nm固体或半导体激光器、532nm固体或半导体激光器和/或其他
波长激光器；其重复
频率范围为几Hz到上千Hz；
能量大小的范围为几mJ到上百mJ。
[0023] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：通过光学、电子、机械的设计，引入了导星望远镜，结合激光衰减技术、距离门技术，提出了一种具有收发光轴平行性实时自动检校功能的大视场激光测距系统。通过引入导星系统，增加了系统的接收视场，提高观测目标的搜索和捕获速度，降低了收发光轴平行性调校难度。利用光学逆向装置，在发射光中截取极少部分光作为参考光返回至SLR接收系统中的ICCD，代替了
现有技术中的
恒星监视。通过实时获取参考光成像位置的偏差量对接收视场中心位置进行调整，保证接收视场中心位置不变。同时，结合激光衰减技术、高精度距离门技术，对参考光进行衰减，防止SPAD对参考光先行响应，规避了由此引起的系统虚警率高等问题。另外，采用目标闭环跟踪方法，使观测目标、激光光尖、视场中心位置在测距过程中保持高度重合，进而实现系统收发光轴实时、自动地检校。
附图说明
[0024] 本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0025] 图1是本发明
实施例提供的具有收发光轴平行性实时自动检校功能的大视场激光测距系统结构示意图；
[0026] 图2是本发明实施例提供的激光测距系统的结构示意图。
具体实施方式
[0027] 本
说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0028] 本说明书(包括任何附加
权利要求、
摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0029] 实施例1
[0030] 一种激光测距系统收发光轴平行性检校系统，所述系统包括激光测距系统和设置于所述激光测距系统上的导星系统及光学逆向装置。
[0031] 具体的，增加光学逆向装置，对系统视场中心进行实时调控。由于受系统误差及观测环境的影响，接收视场中心将在一定程度上发生漂移。本发明利用光学逆向反射装置从发射激光截取极少部分光作为参考光，通过激光衰减技术对参考光进行衰减，并沿接收光路返回至接收望远镜，最后传输到微光电视摄像机中成像。利用计算机对参考光成像位置(A，E)实时采集，与参考光每一时刻T的理想位置(A'，T')进行照准差计算。若该位置与理想位置重合，则接收视场中心位置未发生偏移；若上述位置不重合，则控制计算机计算参考光位置偏移量(△ A，△E)。根据微光电视摄像机成像的相对位置关系可知，视场中心位置的偏移量即为上述(△A，△E)。同时，本发明采用距离门技术，根据参考光与激光回波飞行时间不同，精确控制距离门开门/关门时刻，避免参考光被探测器接收，规避了由此引起的系统虚警率高等问题，并且保护了系统内具有高灵敏度的光电器件。
[0032] 另外，采用目标闭环跟踪方法，提高系统的自动性及瞄准精度。计算机将上述视场中心的位置偏差(△A，△E)反馈给控制计算机，转换成测站实际脱靶量(即经纬仪的方位、高度)送到伺服系统，完成视场中心位置的自动修正，确保视场中心位置相对不变。同时，通过导星系统捕获观测目标，重复上述目标闭环跟踪方法，精确求取激光光尖位置、观测目标位置与视场中心的偏差量，通过发送上述偏差量至伺服系统，使观测目标、激光光尖、视场中心位置在测距过程中保持高度重合，实现接收光束与发射光束光轴平行性的自动检校。
[0033] 此外，增加导星系统，扩大系统监测视场。由于观测目标轨道精度低、系统误差大、观测环境复杂等原因，观测目标有时不能进入望远镜接收灵敏区，系统无法获取有效观测数据。为了解决上述问题，本发明在与镜筒平行的方向上，接收望远镜的镜筒外安装了一个导星镜。进而扩大系统的监测视场，提高了搜寻观测目标速度，减小了目标搜索时间，增加了目标观测时间，提高了系统工作效率，对获取更多的观测数据十分有利。
[0034] 实施例2
[0035] 在上一实施例的
基础上，所述激光测距系统包括：激光器；所述激光器产生激光脉冲；发射望远镜，用于发射激光脉冲；接收望远镜，用于接收反射激光脉冲；微光电视摄像机，用于对观测目标进行图像采集；主波取样电路，用于将激光脉冲进行处理，形成二路电脉冲，其中一路为主波脉冲，用来启动事件计时器；另一路用来从时间频率标准中取样，记录激光发射时刻Tmain-pulse；光电探测器，用于接收反射回来的回波光子；时间频率系统，用于提供系统运转的绝对时间坐标，是接收GPS卫星系统的秒脉冲和UTC时间，将其输入至控制计算机中，同时，提供给一个10MHz信号；控制计算机，用于根据预报计算观测目标的实时位置，产生点火信号控制激光器发射脉冲，产生开门信号精确控制距离门，控制轴角编码器和伺服控制机架，采集观测数据，完成仪器指向误差修正、系统延时的校准、观测资料的预处理，并形成标准点数据文件。
[0036] 实施例3
[0037] 在上一实施例的基础上，所述光学逆向反射装置可以通过打通、加入横梁、粘贴和/或悬架任一的方式连接发射望远镜和接收望远镜。
[0038] 实施例4
[0039] 在上一实施例的基础上，所述激光测距系统可以是：卫星激光测距系统、空间碎片激光测距系统或月球激光测距系统。
[0040] 实施例5
[0041] 在上一实施例的基础上，所述系统还包括：平行光管；所述平行光管由物镜及置于物镜焦平面上的分划板，光源以及为使分划板被均匀照亮而设置的毛玻璃组成。
[0042] 具体的，具体的，平行光管是准直仪的一种，主要用于光学仪器的安装和调校，它射出的平行光束用以代替远距离的目标，由物镜及置于物镜焦平面上的分划板，光源以及为使分划板被均匀照亮而设置的毛玻璃组成。根据几何光学原理，由于分划板置于物镜的焦平面上，当光源照亮分划板时，分划板每一点发出的光经过透过经后，都成为一束平行光。
[0043] 平行光管校准接收视场中心位置的主要方法：将平行光管置于接收望远镜筒内，发射平行光，通过调整SPAD调整架位置，确保置于SPAD前的小孔光阑中心与SPAD灵敏区位置重合，即保证接收视场中心位置不变。
[0044] 系统误差和偶然误差：对于一台地平式望远镜而言，存在两大类误差：系统误差和偶然误差。在偶然误差中有风对
水平轴的影响，轴系无规则的晃动，环境及温度变化引起的误差等，偶然误差具有随机性，不能修正，只能通过测量数据的平滑处理，使其影响减小。系统误差中有垂直差、水平差、重力作用下的机械
变形带来的误差等，系统误差绝大多数可进行调整或修正，但经调整或修正后仍留有残差。由于以上误差的存在导致望远镜标定的指向位置与天空中的实际位置之间的偏离，产生了指向误差。
[0045] 光学仪器在生产和装配过程中，对仪器光轴之间的平行性有严格要求，目标信息的获取与探测准确度很大程度上由光轴的一致性决定的，但是受到仪器加工和安装条件的限制以及仪器使用和运输过程中，受到周围各种环境条件的影响，仪器各个光轴之间的平行性将会发生不同给程度上的变化，同时为了光电系统在日常使用过程中进行维护，需要对整个系统的光轴平行性进行快速测试以便进行校准。目前，常用的光轴平行性检测方法主要由野外测量与实验室测量两类，主要包括投影靶法，大口径平行光管法、小口径平行光管法、激光光轴仪法、五棱镜法，以及分光路投射法等，其中实验室方法较为成熟，但其难以适应外场测量中各种环境变化，以满足测试与检验的需要。
[0046] 实施例6
[0047] 在上一实施例的基础上，所述光学逆向装置设置于发射望远镜与接收望远镜之间，连通发射望远镜和接收望远镜；通过设置横梁，在发射望远镜镜筒和接收望远镜镜筒内各放置一角锥，在发射光中截取极少光作为参考光返回至接收系统，采用激光衰减技术对其进行衰减，结合距离门技术精确控制距离门，避免对系统内高灵敏度的光电器件造成损坏。
[0048] 实施例7
[0049] 在上一实施例的基础上，所述光学逆向反射装置，用于从发射光中截取极少部分光进入接收系统；可以是角锥、光纤和/或转镜中的一种或几种。
[0050] 实施例8
[0051] 在上一实施例的基础上，所述激光器可以是1064nm固体或半导体激光器、 1550nm固体或半导体激光器、532nm固体或半导体激光器和/或其他波长激光器；其重复频率范围为几Hz到上千Hz；能量大小的范围为几mJ到上百mJ。
[0052] 本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
