[发明专利]一种基于分离腔的跟踪定位系统

说明书

本发明涉及一种基于分离腔的跟踪定位系统，包括跟踪主机和跟踪目标，跟踪主机包括全反射镜、增益模块、第一回复反射结构、光瞳投射单元、谐振适配单元、主控系统和分别与主控系统连接的转动电机、泵浦模块、位置敏感探测器、干涉测距单元、第一通信装置，转动电机控制整个跟踪主机转动，增益模块设置在全反射镜处并由泵浦模块提供泵浦能量；跟踪目标包括第二回复反射结构、第二通信装置，第二通信装置与第一通信装置连接。与现有技术相比，本发明采用带谐振适配单元的分离谐振腔长腔激光器结构，实现了0‑50米距离的激光跟踪定位，共振光束的来回反射过程中总能保持重合，可提供跟踪目标的距离和相对位置信息，适用于智能穿戴设备应用。

技术领域

本发明涉及激光跟踪定位领域，尤其是涉及一种基于分离腔的跟踪定位系统。

背景技术

国际上激光跟踪仪供应商主要有瑞士Leica、德国PI miCos、美国API和FARO等几家，其市场需求巨大，已广泛应用于航空航天、汽车船舶、轨道交通、智能制造、科学工程等领域。近年来随着消费电子技术的快速发展，激光跟踪技术又开始渗透到智能穿戴设备领域，如虚拟现实眼镜。激光跟踪仪是一种高端通用的光学精密测量仪器，不仅可测量静止目标的高精度三维坐标测量，还可以对运动目标实现跟踪，其技术发展可最早追溯到上世纪八十年代，由美国国家标准局研究人员R.Hocken和K.Lan提出，按原理通常分为单站式球坐标法、多站式多边法和两站式三角法等三种激光跟踪仪。

国内也有相关科研机构对激光跟踪测量系统从事研究，但是目前主要还是处于原理性实验和试制阶段。比如，1997年天津大学的付继友等采用两路悬丝转镜干涉仪组成了平面坐标测量系统；2001年清华大学刘永东等设计了三站激光跟踪测量系统，在1米的距离范围内实现了一维平面内合作目标的跟踪测量实验；2003年天津大学的张国雄等基于多边法测量原理建立了四路激光跟踪干涉柔性测量系统，并在1000mm×1200mm×800mm范围内完成了跟踪测量实验；2010年隋修武等改进研究了单站式激光跟踪测量系统；2012年张亚娟进一步研究了单站式激光跟踪测量系统；2012年四川大学的杨艳等提出了粗精结合的两级双轴联动控制系统，开展了三维空间的目标跟踪实验；2016年中科院光电研究所、中科院线光机所等多家单位在国家重大仪器设备开发专项“新型飞秒激光跟踪仪研发”的基础上，公开了最远跟踪距离不低于41.7m，最大跟踪速度不低于2.0m/s的便携式、多功能精密激光跟踪测量系统。

综上所述，首先，传统的激光跟踪测量系统均是采用谐振腔外的激光光束作为待测信号，由于安全原因(尤其在民用领域)，通常难以提高待测信号功率，从而对测量仪器的分辨能力提出了较高要求，并通常需要设计多个半导体激光器光源提高了系统成本。其次，传统的激光跟踪测量系统通常采用半导体激光器光源作为待测信号，其光束准直性较差，严重限制激光跟踪仪的跟踪测量范围和精度，通过准直光学组镜系统可以改善该问题，但是增加了系统复杂度。再次，传统的激光跟踪测量系统通常用角锥棱镜作为合作目标，当动态跟踪时待测光束与参考光束不易重合，会影响干涉法测距设备的位移测距性能。

目前还没有基于分离谐振腔长腔激光器的激光跟踪系统研究。分离谐振腔的长腔激光器结构可以提供高功率密度的谐振腔内共振光束作为待测信号。该共振光束准直性高，共振光束的来回反射过程中总能保持重合，易于在光学元件上形成干涉光斑。它作为待测信号既可提供跟踪目标相对位置信息，也可通过干涉法或光斑测量法提供跟踪目标的距离信息，还可为跟踪目标传输能量，其优点能很好的适用于当前的智能穿戴设备应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于分离腔的跟踪定位系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：