车载平台变形的激光自准直测量方法研究

　　现代靶场中应用的经纬仪主要有两种工作状态，一种是固定站式，一种是活动站式，在活动站工作时，车载平台随机停在不同的地面上，地面的工况不同，经纬仪工作速度和加速度不同，车载平台会发生变形，这就使经纬仪工作时产生误差，如何测量车载平台变形，减小误差是活动站能够高精度工作的关键。目前测量角度变形的方法较多，但是有的测量方法精度较低，有的测量方法适于测量小体积的被测对象，适于测量车载平台变形的方法是光电自准直法，它的测量精度高，能够测量车载平台两个方向的变形。因此本文采用一种激光自准直测量系统〔’〕来测量车载平台的变形，并对变形与经纬仪速度和加速度之间的关系进行分析。

　　1自准直测角原理

　　如图1所示的光电自准直测量原理图，激光器发出的光透过位于物镜组前焦面上的十字丝分划板，经过分光棱镜的折转，再经过物镜组后，成一与光轴平行的光束射向反射镜。

　　当反射镜法线与光轴平行时，光线仍按原路返回，自准分划板的十字丝像与瞄准分划板的十字丝重合。当反射镜法线绕y轴旋转a角时，根据反射定律和几何光学原理，光线经过反射镜后其偏转是反射镜倾角的2倍，则光线以与光轴成2。角返回，反射回的十字丝像就相应的产生一个偏移量S，S与a角的关系如式(l)所示，其中S为十字丝偏移量;f为物镜组焦距;a为反射镜倾斜角。自准光路的物镜组焦距f知，S可以由面阵CCD探测器7测得，这些参数满足的关系如式(1):

　　平面镜的偏转角。可以由式(2)求得

　　若。很小，则满足:

　　探测器为面阵CCD，便能测量二维角变形，如图1所示，同理，当反射镜绕:轴旋转一倾角时，也可通过式(1), (2)和(3)求得绕:轴的旋转角，但是不能测量绕x轴的转角。根据上述原理，可以测量车载平台的变形。

　　2变形测量方法

　　为了准确地获得车载平台变形的数据，采用非接触测量的方法，设计一套高精度非接触测量系统，采用光电自准直测量系统进行实时测量。该测量系统主要由发射光学系统和ccD接收系统〔’，s1组成。发射光学系统由激光器、准直光学系统、分光棱镜等组成，发射光学系统[#]提供准直光束，激光器发出可见光，经准直光学系统后，成为平行光束，并射向平面反射镜，CCD接收系统摄取返程光斑，进行光电测角，求出返程光束与光轴的夹角。

　　光学系统如图2所示，在发射光学系统中，激光器发出的光经聚光镜和前组物镜组成的准直光学系统形成平行光射出，照在平面反射镜上返回，若平面反射镜与光轴垂直，则平行光按原路返回，经前组物镜及成像负透镜在CCD光敏面上成像，以此作为原点，代表光束自准直后的像点位置。当平面反射镜与光轴不垂直，假设夹角为a，则返程光线与光轴有2。夹角，成像在CCD光敏面上，其光斑中心距原点距离为Zox厂(f是CCD成像物镜焦距)，通过cCD像元计数，可以求出这一距离，进而解出a角。在进行CCD光电自准直的同时，通过目镜可以在分划板上看到光像点，因此，可同时由人眼进行监视。