激光陀螺动态测角仪瞄准指示装置的研究

　　1　引　言

　　角度测量技术[1]可以分为静态测量[2]和动态测量两种,利用激光陀螺进行整周角度的动态测量技术[3]在20世纪70年代国外便已经提出,但我国在这方面一直没有取得突破性的进展,一方面是由于激光陀螺技术难点重重,另一方面则是由于动态角度测量中需要进行精确瞄准从而建立一可靠基准点。因此瞄准指示装置的精度和稳定度对整个动态测角起到了关键作用。本文讨论的瞄准指示装置[4]主要是应用于激光陀螺测角系统中,由于速率偏频陀螺[5]的转速相对较快,这就对瞄准指示装置在高速情况下的响应能力同样提出了很高的要求。

　　2　瞄准指示装置的光路设计

　　该瞄准装置采用激光干涉原理,结合了分光技术和自准直技术[6]。其基本原理基于泰曼-格林型双光束干涉仪[7]。如图1所示,从光源S发出的红光(λ=632.8 nm)经由聚光镜C、光阑D1上、透镜O1、光阑D2组成的扩束准直系统形成一束平行光,该光束照射到由两个道威棱镜胶合而成的分光镜的表面,被分成两束平行光投射到被检测物的表面。这两束光从被测物返回时将产生一个由被测物的转角α确定的相移。两束光从相反方向通过分光镜在分光镜的涂层处相遇产生干涉,通过由直角棱镜M1,M2、透镜O2和光阑D3组成的接收系统后投射到光电接收器上。通过光电接收器接收到的干涉信号可以确定测量镜的位置。

　　如果被检测物表面的法线与光束的光轴有较大的夹角,经被检测物表面反射的光就无法返回,瞄准指示装置就没有信号输出,当被检测物体表面的法线与光束的光轴平行时,即α=0时,被检测物体表面所反射的光就会沿原路返回,两路光会合,就会发生干涉,形成的干涉条纹落到光电接收器件上,经转换输出一很强的光电信号。

　　3　瞄准指示装置的瞄准原理与误差分析

　　图1所示,假定初始时反射镜与瞄准位置的夹角为α,两光束的中心距为h,并且在光电探测器的接收面上可以观察到干涉条纹,则两束光的光程差Δ可以表示为:

　　Δ=2hα(1)

　　转动反射镜使得α逐渐减小,则光程差Δ也随之减小,干涉条纹宽度逐渐变大;当α减小为零,即反射镜处于瞄准位置时,光程差Δ变为零,此时发生零光程干涉,在光电探测器的接收面上可得到零级亮条纹。所以,通过检测零级亮条纹来判断被测反射镜是否处于瞄准位置,这就是指零仪进行瞄准测量的简单判断依据。

　　当被测面从瞄准位置转过一个小角度α时,两束反射光线与入射光线将会分别产生大小为2α的夹角。通过计算可以得到从分光镜最后出射的两束光线的夹角: