提高CCD激光自准直测量系统精度的一种方法

　　0　引言

　　光电经纬仪车载平台变形引起的误差对光电经纬仪测量和跟踪精度有很大影响,利用CCD激光自准直[1]非接触测量系统对光电经纬仪车载平台变形 进行实时测量,研究如何对变形误差进行实时补偿,对提高光电经纬仪的测量和跟踪精度具有重大意义。CCD激光自准直系统的测量精度取决于CCD的精度,因 此对CCD的精度进行分析,采用相关双取样技术对CCD图像的噪声进行处理,减小CCD的测量误差,提高CCD激光自准直系统的测量精度。

　　1　CCD激光自准直系统

　　CCD激光自准直系统主要由发射光学系统和CCD接收系统[2]组成。光学系统提供望远镜视轴(也是CCD摄像系统及光束光轴)指向的方位角, 光源提供可见光波段的准直光源,CCD摄像系统摄取返程光束,进行光电测角,求出返程光束与光轴的夹角。光学系统如图1所示,在光源发射系统中,光源发出 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,照在直角反射镜上返回,若直角反射镜与光轴垂直,则平行光按原路返回,经前组物镜及成像负透镜 在CCD靶面上成像,以此作为原点,代表光束自准后的像点位置。当直角反射镜与光轴不垂直,假设夹角为α,则返程光线与经纬仪光轴有2α夹角,成像在 CCD靶面上,其光点中心距原点距离为2α×f′(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α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,可同时进行光学目视自准直。

　　测量系统的特点:

　　1)此系统在光学上采用复杂准直光路,很好地消除杂光和鬼像对测量系统的影响。

　　2)此系统中加入补偿镜组,以确保光通过系统后发射光质量好。

　　3)采用面阵CCD处理系统提高了系统的测量精度。

　　2　CCD激光自准直系统精度分析

　　CCD激光自准直系统精度由光机系统精度和电子学系统精度两部分组成。光机系统精度主要受机械件加工、光学件加工及装配精度的影响。电子学系统精度主要受CCD精度的影响。

　　1)光机系统误差:光机系统在制造和装调时会产生综合的误差Δ1,可视为正态分布。

　　式中:σ₁为光机系统误差的均方差。

　　2)电子学系统误差:主要是CCD的测量误差,可视为均匀分布。

　　CCD的几何尺寸造成的测量误差Δ₂,表示为

　　式中:Δ_l=0.01 mm,CCD探测器尺寸制造误差:ρ″=206 265,为孤度转化为角度时的转化系数;f″4=1 000,为CCD物镜焦距。