空间角度测量系统及磁光调制器旋光漂移补偿方法技术方案

本发明专利技术属于偏振光测角系统技术领域，具体涉及一种空间角度测量系统及磁光调制器旋光漂移补偿的方法，其中系统包括第一偏振光发生单元、第一偏振光接收及测量单元、调制度测量单元和方位角测量及控制单元；第一偏振光发生单元用于发出线偏振光；第一偏振光接收及测量单元用于接收第一偏振光发生单元发出的线偏振光；调制度测量单元用于测量第一偏振光发生单元中的第一磁光调制器和第二磁光调制器的磁光调制度，方位角测量及控制单元用于接收第一偏振光接收及测量单元和调制度测量单元的测量结果并控制第一偏振光接收及测量单元中的分度台转动。通过本申请提供的装置和方法，消除了方位角测量时旋光漂移的影响，提高了系统测量的结果的准确度。

【技术实现步骤摘要】
空间角度测量系统及磁光调制器旋光漂移补偿方法
本专利技术属于偏振光测角系统
，具体涉及一种空间角度测量系统及磁光调制器旋光漂移补偿的方法。
技术介绍
由于偏振光携带固有的振动方向信息，因此被广泛地应用于角度精密测量及传递系统中，在采用探测器来接收这一有用信号时，为提高信号辨析能力，提高系统测量精度，常采用对偏振信号进行调制，将有用信号变成周期性重复电信号，然后通过采用锁定放大和取样积分来改善信噪比，抑制并筛除噪声，恢复噪声中周期性重复的有用信号波形，来提高角度定位精度，实现精密测量。目前常用的偏振调制方式主要有电光调制及磁光调制，电光调制所需的调制电压较高，安全性差，而基于法拉第效应的磁光调制技术目前经过深入研究已有了进一步的发展，如西安精密光学机械研究所吴易明等人提出的基于偏振光和磁光调制的空间角度精密测量及传递技术目前已在火箭与导弹发射、航天器对接、玻璃内应力测量等装置中广泛应用。现有技术中，吴易明等人提出的空间角度测量系统的基本原理如图1所示。将带有扩束镜的光源L发出的光束通过透振方向在x轴方向的起偏器P1形成线偏振光，线偏振光通过外加磁场方向和光轴一致的正弦交变调制磁场的磁光玻璃M时，线偏振光的偏振方向发生了偏转角为θ的偏转摆动，成为调制偏振光；调制信号光通过透振方向与x轴方向夹角为α的检偏器P2到达光电探测器D，利用后续信号处理电路对光电探测器接收到的信号进行处理，即可解算出方位角α。其中，激光光源L、起偏器P1、磁光调制器M组成偏振光信号发生单元，检偏器P2、光电探测器D和后端信号处理电路组成偏振光信号接收及测量单元。具体的方位角α是根据以下运算原理解算出来的，设θ＝θ0sinωt为线偏振光经过磁光调制器M后振动方向的旋转角度，θ0为磁光调制角幅度，ω为调制频率，调制度mf＝2VBl＝2θ0，V为磁光玻璃的维尔德常数，B为磁场强度，l为磁光玻璃的通光长度，则光电探测器D接收到的光强I为：I0为入射光强，光电探测器对接收到的光信号进行光电转换，并通过后端信号处理电路对信号进行处理，对以上信号采用贝塞尔函数展开，忽略二阶以上贝塞尔函数，并对调制后探测到的光信号进行隔直放大得到：I＝I0[J1(mf)sin2αsinωt+J2(mf)cos2αcos2ωt](2)通过上式，方位角α可利用探测信号的基频和二倍频分量获得，设定判定因子K如下：并设置判定标准K0≈0，通过旋转偏振光信息接收及处理单元，即调整方位角α，当K≤K0时，判定此时系统处于消光状态α≈0°，根据旋转量Δα即可实现原方位角α＝Δα的测量。该角度传递及测量方法相比机械和其他几何光学方法，由于具有不需要刚性连接、方位传递距离远、测量精度高等特点。而实际系统测量过程中发现，在采用(3)式进行角度α定位时，保持测量状态不变，随着时间的变化，角度α的测量值发生改变，3小时内α的测量值可达50″的漂移量，综合分析系统状态，可知α测量值的漂移是由磁光调制器M的温度变化引起的。磁光调制器由调制线圈和磁光玻璃组成，其结构特点决定了它自身的性能，调制线圈会产生不均匀的温度场，使得调制线圈的阻抗发生变化，影响调制电流产生的磁场的稳定性；磁光玻璃在交变磁场中也会发热，产生热膨胀不一致及压力、振动等外界干扰而引起的线性双折射，再加上其固有线性双折射，会造成维尔德常数V的变化，进而影响磁光调制的调制度mf，即在温度分别为T1、T2时刻，而磁光调制器的调制度mf不同，分别为mf1、mf2，而系统到达定位状态时的判定标准不变均为K0，于是根据(3)式判定得出的达到定位状态时的方位角不同分别为α01、α02，使测量系统产生旋光漂移现象，而旋光漂移的存在必然会引起测量灵敏度的下降和结果的不准确。通过以上分析可知，磁光调制器在测量系统中发挥着重要的作用，其特性直接影响着测量结果的准确性和有效性，但磁光调制器本身的结构又限制了无法通过改进磁光调制器来消除旋光漂移。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种空间角度测量系统，能够实现空间角度测量并补偿磁光调制器的旋光漂移问题，进而使系统实现精密测量。本专利技术的另一个目的是提供上述测量系统磁光调制器旋光漂移的补偿方法。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现。一种空间角度测量系统，包括第一偏振光发生单元、第一偏振光接收及测量单元、调制度测量单元和方位角测量及控制单元；所述第一偏振光发生单元包括第一光源、第一偏振器和第一磁光调制器、第二偏振器、第二磁光调制器；所述第一光源用于发出光束，所述第一光源包括扩束镜；所述第一偏振器、第一磁光调制器、第二偏振器和第二磁光调制器依次设置在第一光源的光束出射光路上；所述第一偏振器用于将第一光源发出的光束分为沿所述光路的测量信号光束I0和与该光路垂直的参考光束I'0；所述第一磁光调制器用于对所述测量信号光束I0测进行磁光调制输出调制偏振光；所述第二偏振器用于将所述调制偏振光分为沿所述光路的测量信号光束I1和与该光路垂直的参考光束I'1；所述第一磁光调制器和第一磁光调制器输入的调制信号相同；所述第一偏振光接收及测量单元设置在第一偏振光发生单元出射光的光路上，用于接收第一偏振光发生单元发出的线偏振光；所述第一偏振光接收及测量单元包括第一检偏器、第三光电探测器和分度台；所述第三光电探测器用于接收通过第一检偏器的偏振光；所述第一检偏器和第三光电探测器位于所述分度台上；所述调制度测量单元包括磁光调制器驱动电路、第一光电探测器、第一信号处理器、第二光电探测器和第二信号处理器，所述第一光电探测器位于所述参考光束I'0的光路上，用于接收该参考光束I'0并转换为电信号后发送给所述第一信号处理器；所述第一信号处理器用于根据所述电信号计算得到I'0对应的电信号值U0并将该U0发送给所述第二信号处理器；所述第二光电探测器位于所述参考光束I'1的光路上，用于接收该参考光束I'1并转换为电信号后发送给第二信号处理器；所述磁光调制器驱动电路与分别与所述第一磁光调制器和第二磁光调制器电连接向其输入相同的调制信号，并将该调制信号发送给所述第二信号处理器和所述方位角测量及控制单元；所述第二信号处理器用于对第一信号处理器发送的电信号值U0、第二光电探测器发送的电信号以及磁光调制器驱动电路发送的调制信号进行处理，并将处理结果信号发送给所述方位角测量及控制单元；所述方位角测量及控制单元包括第三信号处理器和分度台控制器；所述第三信号处理器用于对所述第三光电探测器接收到的信号和第二信号处理器发出的处理结果信号以及磁光调制器驱动电路发出的调制信号进行处理并将结果发送至所述分度台控制器；所述分度台控制器用于接收所述第三信号处理器发送的处理结果并根据该处理结果控制所述分度台的转动。其中，所述第一磁光调制器和第二磁光调制器均包括磁旋光玻璃以及环绕设置在所述磁旋光玻璃周围的调制线圈。其中，所述第二信号处理器用于根据所述电信号值U0的值以及第一偏振器的分光特性测量出所述信号光强I0的值。其中，所述第二信号处理器还用于根据所述第二光电探测器发送的电信号得到调制度mf的值。一种基于上述测量系统的测量系统来补偿磁光调制器旋光漂移的方法，包括：步骤1：带有扩束镜的第一光源发出光束，入射至透振方向在x方向的第一偏振器分成测量信号光束I0与参考光束本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间角度测量系统，其特征在于，包括第一偏振光发生单元、第一偏振光接收及测量单元、调制度测量单元和方位角测量及控制单元；所述第一偏振光发生单元包括第一光源、第一偏振器和第一磁光调制器、第二偏振器、第二磁光调制器；所述第一光源用于发出光束，所述第一光源包括扩束镜；所述第一偏振器、第一磁光调制器、第二偏振器和第二磁光调制器依次设置在第一光源的光束出射光路上；所述第一偏振器用于将第一光源发出的光束分为沿所述光路的测量信号光束I0和与该光路垂直的参考光束I'0；所述第一磁光调制器用于对所述测量信号光束I0测进行磁光调制输出调制偏振光；所述第二偏振器用于将所述调制偏振光分为沿所述光路的测量信号光束I1和与该光路垂直的参考光束I'1；所述第一磁光调制器和第一磁光调制器输入的调制信号相同；所述第一偏振光接收及测量单元设置在第一偏振光发生单元出射光的光路上，用于接收第一偏振光发生单元发出的线偏振光；所述第一偏振光接收及测量单元包括第一检偏器、第三光电探测器和分度台；所述第三光电探测器用于接收通过第一检偏器的偏振光；所述第一检偏器和第三光电探测器位于所述分度台上；所述调制度测量单元包括磁光调制器驱动电路、第一光电探测器、第一信号处理器、第二光电探测器和第二信号处理器，所述第一光电探测器位于所述参考光束I'0的光路上，用于接收该参考光束I'0并转换为电信号后发送给所述第一信号处理器；所述第一信号处理器用于根据所述电信号计算得到I'0对应的电信号值U0并将该U0发送给所述第二信号处理器；所述第二光电探测器位于所述参考光束I'1的光路上，用于接收该参考光束I'1并转换为电信号后发送给第二信号处理器；所述磁光调制器驱动电路与分别与所述第一磁光调制器和第二磁光调制器电连接向其输入相同的调制信号，并将该调制信号发送给所述第二信号处理器和所述方位角测量及控制单元；所述第二信号处理器用于对第一信号处理器发送的电信号值U0、第二光电探测器发送的电信号以及磁光调制器驱动电路发送的调制信号进行处理，并将处理结果信号发送给所述方位角测量及控制单元；所述方位角测量及控制单元包括第三信号处理器和分度台控制器；所述第三信号处理器用于对所述第三光电探测器接收到的信号和第二信号处理器发出的处理结果信号以及磁光调制器驱动电路发出的调制信号进行处理并将结果发送至所述分度台控制器；所述分度台控制器用于接收所述第三信号处理器发送的处理结果并根据该处理结果控制所述分度台的转动。...

【技术特征摘要】
1.一种空间角度测量系统，其特征在于，包括第一偏振光发生单元、第一偏振光接收及测量单元、调制度测量单元和方位角测量及控制单元；所述第一偏振光发生单元包括第一光源、第一偏振器和第一磁光调制器、第二偏振器、第二磁光调制器；所述第一光源用于发出光束，所述第一光源包括扩束镜；所述第一偏振器、第一磁光调制器、第二偏振器和第二磁光调制器依次设置在第一光源的光束出射光路上；所述第一偏振器用于将第一光源发出的光束分为沿所述光路的测量信号光束I0和与该光路垂直的参考光束I'0；所述第一磁光调制器用于对所述测量信号光束I0测进行磁光调制输出调制偏振光；所述第二偏振器用于将所述调制偏振光分为沿所述光路的测量信号光束I1和与该光路垂直的参考光束I'1；所述第一磁光调制器和第一磁光调制器输入的调制信号相同；所述第一偏振光接收及测量单元设置在第一偏振光发生单元出射光的光路上，用于接收第一偏振光发生单元发出的线偏振光；所述第一偏振光接收及测量单元包括第一检偏器、第三光电探测器和分度台；所述第三光电探测器用于接收通过第一检偏器的偏振光；所述第一检偏器和第三光电探测器位于所述分度台上；所述调制度测量单元包括磁光调制器驱动电路、第一光电探测器、第一信号处理器、第二光电探测器和第二信号处理器，所述第一光电探测器位于所述参考光束I'0的光路上，用于接收该参考光束I'0并转换为电信号后发送给所述第一信号处理器；所述第一信号处理器用于根据所述电信号计算得到I'0对应的电信号值U0并将该U0发送给所述第二信号处理器；所述第二光电探测器位于所述参考光束I'1的光路上，用于接收该参考光束I'1并转换为电信号后发送给第二信号处理器；所述磁光调制器驱动电路与分别与所述第一磁光调制器和第二磁光调制器电连接向其输入相同的调制信号，并将该调制信号发送给所述第二信号处理器和所述方位角测量及控制单元；所述第二信号处理器用于对第一信号处理器发送的电信号值U0、第二光电探测器发送的电信号以及磁光调制器驱动电路发送的调制信号进行处理，并将处理结果信号发送给所述方位角测量及控制单元；所述方位角测量及控制单元包括第三信号处理器和分度台控制器；所述第三信号处理器用于对所述第三光电探测器接收到的信号和第二信号处理器发出的处理结果信号以及磁光调制器驱动电路发出的调制信号进行处理并将结果发送至所述分度台控制器；所述分度台控制器用于接收所述第三信号处理器发送的处理结果并根据该处理结果控制所述分度台的转动。2.如权利要求1所述的空间角度测量系统，其特征在于，所述第一磁光调制器和第二磁光调制器均包括磁旋光玻璃以及环绕设置在所述磁旋光玻璃周围的调制线圈。3.如权利要求1所述的空间角度测量系统，其特征在于，所述第二信号处理器用于根据所述电信号值U0的值以及第一偏振器的分光特性测量出所述信号光强I0的值。4.如权利要求1所述的空间角度测量系统，其特征在于，所述第二信号处理器还用于根据所述第二光电探测器发送的电信号得到调制度mf的值。5.一种基于权利要求1-4任一项所述的测量系统来补偿磁光调制器旋光漂移的方法，其特征在于，包括：步骤1：带有扩束镜的第一光源发出光束，入射至透振方向在x方向的第一偏振器分成测量信号光束I0与参考光束I'0，其中测量信号光束I0为偏振方向沿x轴方向的线偏振光；步骤2：第一光电探测器接收该参考光束I'0并转换为电信号后发送给第一信号处理器，第一信号处理器根据该参考光束I'0得到电信号值U0并将其发送给第二信号处理器，第二信号处理器根据该电信号值U0得到信号光强I0的值，并将该信号光强I0发送给第三信号处理器；步骤3：第一磁光调制器对入射的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春艳，乔琳，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61