专利名称：一种基于磁光调制的空间大范围方位自动对准方法
技术领域：
本发明属于角度测量技术领域，涉及一种空间大范围方位失调角测量方法，尤其涉及一种基于正弦波磁光调制后的光强信号实现空间大范围高精度方位失调角测量方法。
背景技术：
基于正弦波磁光调制的空间方位失调角传递技术是指利用光的偏振和法拉第磁致旋光效应实现不同水平面上的上下两台无机械连接的设备之间水平方位失调角的传递，此项技术的发展成长将大大促进航空航天及生物医药等多技术领域的发展。在本发明以前的现有技术中，关于正弦波磁光调制的空间方位失调角传递的研究主要是中国科学院西安光学精密机械研究所的高立民、陈良益、马彩文等教授发表在2001年11月第30卷第11期的《光子学报》中的《利用磁光调制实现方位角垂直传递》、2001年7月第30卷第7期的《光子学报》中的《一种无机械连接的方位测量同步系统》等文章，其空间方位失调角测量原理(如

图1所示)是:激光器发出的激光经过起偏器成为线偏振光，当通过调制器中磁致旋光玻璃时，在正弦激励信号产生的同频交变磁场作用下，产生法拉第磁致旋光效应，实现了偏振光信号调制，信号检测与处理系统对经光电转换后的信号检测处理、提取与失调角相关的电压信号，并将输出的控制信号送往控制系统，控制系统控制步进电机带动下仪器转动，完成方位同步过程。在该测量方法中，空间方位失调角的测量依据式(I)、(2);先将调制后的光信号经光电转换、放大后，得到u = ku0sin2 ( 0 + a )(I)其中，k是电压信号的放大倍数；U(I是激光器发出的激光经过起偏器后的出射光强光电转化后的电压信号，9是光波偏振面的旋转角度，a为上、下仪器之间的方位失调角。用低通滤波器滤掉u中不同失调角情况下的直流分量，再利用取样积分电路分别得到信号中两个横坐标不变的极值点U1和U2的值，代入关系式，得失调角a /:
权利要求
1.种基于磁光调制的空间大范围方位自动对准方法，其特征在于:首先通过下仪器的转动解算出精确的Utl，利用调制信号与调制后采集的信号经高通滤波处理后获得的交流信号的相位对比判断失调角的正负；根据失调角a与调制后采集的信号低通滤波处理后的信号Utltl的关系，建立大角度范围内粗略失调角的测量模型，下仪器在解算出的粗略失调角信号的控制下转动至小角度范围内；利用磁光调制后采集的信号经高通滤波处理后获得的交流信号中的极值点％、U2，直接解算出失调角信号，下仪器在此信号的控制下继续转动至预先设定的阈值范围内，达到与上仪器方位同步。
2.据权利要求1所述的一种基于磁光调制的空间大范围方位自动对准方法，其特征在于:方法的具体实施步骤首先要确定上、下仪器之间的距离是否固定不变，若是，按方案I步骤进行；若否，按方案2步骤进行: 方案1:当上下仪器之间的距离固定不变时，由于仪器出厂前由厂家已经提供粗略的Utl，所以可以根据厂家提供的粗略的Utl简单计算出粗略失调角，具体步骤如下: 方案I步骤1:判别-90° 90°范围内失调角方向； 方案I步骤2:建立大角度范围内粗略失调角的模糊计算模型:
3.据权利要求1 2任一所述的一种基于磁光调制的空间大范围方位自动对准方法，其特征在于:方案I步骤I中所述的判别-90° 90°范围内失调角方向的具体方法为:在上下仪器前后基本对正的基础上，将下仪器架设在已经预先标识好的-90° 90°范围的任意初始位置a处，将磁光调制后采集的式(I)的信号进行高通滤波处理，通过调制信号与高通滤波后获得的交流信号的对比发现:当失调角为正值时，二者相位相同；当失调角为负值时，二者相位相差180°，由此可以根据调制信号与高通滤波后的交流信号的相位对比判断失调角a的正负。
4.据权利要求1 2任一所述的一种基于磁光调制的空间大范围方位自动对准方法，其特征在于:方案I步骤2中所述的建立大角度范围内粗略失调角的模糊计算模型的具体步骤为: 方案I步骤2.1:对式(I)中的信号进行低通滤波处理，得到信号的表达式 U00 = ku0sin2 a(4) 方案I步骤2.2:结合厂家提供的粗略Utl可得大角度范围内粗略失调角的计算模型:
5.据权利要求1 2任一所述的一种基于磁光调制的空间大范围方位自动对准方法，其特征在于:方案I步骤3中所述的建立大角度范围内粗略失调角模型的具体步骤为: 方案1步骤3.1:下仪器在式(3)得到的信号的控制下向失调角减小的方向转动，在转动过程中随意选取位置Q1，获得Ci1对应的磁光调制后采集的信号经低通滤波处理得到的Utll,得到表达式U01 = ku0sin2 a x (6) 方案I步骤3.2:下仪器在式(3)得到的信号的控制下继续向失调角减小的方向转动，在转动过程中随意选取第二个位置a2，获得Ci2对应的磁光调制后采集的信号经低通滤波处理得到的Utl2，通过与下仪器固联的光栅盘准确测量a1、Ci2之间的角度P，得到表达式
6.据权利要求1 2任一所述的一种基于磁光调制的空间大范围方位自动对准方法，其特征在于:方案I步骤4中所述的建立大角度范围内粗略失调角的精确计算模型为:
7.据权利要求1 2任一所述的一种基于磁光调制的空间大范围方位自动对准方法，其特征在于:方案2的步骤I中所述的建Utl的精确计算模型的具体步骤为: 方案2步骤1.1:对式(I)中的信号进行低通滤波处理，得到信号的表达式 U00 = ku0sin2 a(4) 方案2步骤1.2:在上下仪器前后基本对正的基础上，设下仪器转动的角度P G (0°，60° )，当上下仪器之间的任意初始失角度Ci1 G (-90°，90° -￠)时，将下仪器架设在已经预先标定好的0° 180°范围内ai+90°的初始位置处，并测量得到该处磁光调制后采集的信号经低通滤波处理后的信号Utll，根据式⑷建立a i与Utll的关系式11^ = 10108:1112((^+90° ) =Iai0Cos2Ct1 (14) 方案2步骤1.3:建立下仪器转动P后与其对应的位置a !+￠+90°处测量得到的低通滤波后信号Utl2的关系，下仪器在￠^+90°的基础上转动角度P至￠^+￠+90°，利用与下仪器固联的光栅盘准确测量实际转动的角度，并获取O1+￠+90°处的直流信号Utl2，根据式 (3)建立a:与uQ2的关系式 U02 = ku0sin2 ( a j++90° ) = ku0cos2 ( a )(15) 方案2步骤1.4:建立U。的模型
8.据权利要求1 2任一所述的一种基于磁光调制的空间大范围方位自动对准方法，其特征在于:方案2的步骤2中所述的判别-90° 90°范围内任意失调角方向的具体方法为:将磁光调制后采集的信号进行高通滤波处理，通过调制信号与高通滤波后获得交流信号的相位对比发现:当失调角为正值时，二者相位相同；当失调角为负值时，二者相位相差180°，由此可以根据调制信号与高通滤波后的交流信号的相位对比判断失调角的正负。
9.据权利要求1 2任一所述的一种基于磁光调制的空间大范围方位自动对准方法，其特征在于:方案2的步骤3中所述的建立大角度范围内粗略失调角模型为:
全文摘要
本发明涉及一种基于正弦波磁光调制后的光强信号实现空间大范围高精度方位失调角测量方法，首先通过下仪器解算出精确的u0，利用调制信号与高通滤波获的交流信号的相位对比，判断失调角正负；根据失调角与低通滤波处理后的信号的关系，建立大角度范围内粗略失调角的测量模型，下仪器在解算出的粗略失调角信号的控制下转动至小角度范围内；利用磁光调制后信号经高通滤波获得的交流信号中的极值点，直接解算出失调角信号，下仪器继续转动至预先设定的阈值范围内，达到与上仪器方位同步。同现有技术相比的优势在于首次解决了u0的精确计算以及大角度范围内粗略失调角的测量问题，提出了-90°～90°范围内失调角正负方向的判断方法，扩大了失调角的传递范围。
文档编号G01C1/00GK103090844SQ20111034867
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月7日 优先权日2011年11月7日
发明者周召发, 黄先祥, 杨志勇, 张志利, 孙立江, 赵军阳 申请人:中国人民解放军第二炮兵工程学院