[发明专利]一种三自由度角度同时测量的方法与装置

权利要求书

1.一种三自由度角度同时测量的方法，其特征在于包括如下步骤：

在被测目标上固定安装用于发射光的测量靶镜，所述的测量靶镜分布与两个相互垂直的平面；

同时向上述两个相互垂直平面内的测量靶镜发射两束相互垂直的激光，由测量靶镜将激光进行反射；其中，一束激光由三路相同波长的激光组成，用于测量俯仰、偏摆角度；另一路激光由两路相同波长的激光组成，用于测量滚转角度；

同时对两束反射光按照激光外差干涉测量原理或者激光准直测量原理进行处理，得到两束干涉光信号；

同时对两路干涉光信号进行采集并光电转换，得到两路电信号；将得到的两路电信号经过数据处理解算后得到被测目标的俯仰、偏摆和滚转角数值；

将实时测量的环境参数计算得到气体折射率数值，利用气体折射率数值实时对上述得到俯仰角、偏摆角和滚转角数值进行补偿与修正。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的测量靶镜为五个角锥棱镜，其中位于同一平面记为正面内的三个角锥棱镜参与俯仰角与偏摆角测量传输光的反射，其位置构型为直角三角形或等腰三角形或等边三角形；位于另外一个平面记为侧面的另外两个角锥棱镜参与滚转角测量传输光的反射；其中，正面的两个角锥棱镜与侧面的一个角锥棱镜位于与大地平行的一个平面上，剩余两个角锥棱镜相对该平面高度相同。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：正面上的三个角锥棱镜中两两之间的角锥中心距、以及测量的两个角锥棱镜的角锥中心距需经过精确标定，标定精度达到微米量级。

4.一种三自由度角度同时测量装置，其特征在于包括：俯仰角与偏摆角测量单元、滚转角测量单元、测量靶镜单元、环境传感器、数据采集与处理单元以及显示模块；

所述测量靶镜单元固定安装在被测目标上，作为姿态变化敏感单元实现对俯仰角与偏摆角测量单元与滚转角测量单元传输光的反射；

俯仰角与偏摆角测量单元、滚转角测量单元同时向所述测量靶镜单元发射激光，两束激光相互垂直；二者均根据反射光获得干涉光信号，并发送至数据采集与处理单元；

环境传感器将实时测量得到环境参数后发送至数据采集与处理单元；

数据采集与处理单元，并行对接收的两路干涉光信号进行采集并光电转换，得到两路电信号；电信号经数据处理解算后获得俯仰角、偏摆角和滚转角数据；并根据由环境参数计算得到的气体折射率对上述数据进行补偿修正后，将获得的角度测量数据发送至显示模块进行显示。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述的测量靶镜单元总共包括五个角锥棱镜，其中正面包括三个角锥棱镜，侧面包括两个角锥棱镜，所有角锥棱镜固定安装在金属底座上；其中正面为参与俯仰角与偏摆角测量单元传输光的反射面；侧面为参与滚转角测量单元传输光的反射面。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：正面的三个角锥棱镜位置构型为直角三角形或等腰三角形或等边三角形，其中，正面的两个角锥棱镜与侧面的一个角锥棱镜位于与大地平行的一个平面上，剩余两个角锥棱镜相对该平面高度相同。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：正面上的三个角锥棱镜中两两之间的角锥中心距、以及侧面的两个角锥棱镜的角锥中心距需经过精确标定，标定精度达到微米量级。