一种多波长激光空间定位系统及方法技术方案

本发明专利技术属于光学相对定位测量技术，具体涉及一种多波长激光空间定位系统及方法。本发明专利技术通过发射多波长的激光信号，在空间中建立起定位区域，光学接收子系统根据不同波长的强度信息计算出方位角和俯仰角；在发射的激光信号中编码入时间信息，由光学接收子系统接收后与接收时间基准对比，可计算出距离，进而解算出精确3D位置信息，实现对多波长激光空间的精确定位。同时由于本发明专利技术系统采用激光作为信号载体，传输距离远，同时，不需要接收反馈信号，因此信号强度较强，能够实现20公里以上的远距离精确定位。

【技术实现步骤摘要】
一种多波长激光空间定位系统及方法
本专利技术属于光学相对定位测量技术，具体涉及一种多波长激光空间定位系统及方法。
技术介绍
当前，利用光学方法进行相对定位测量的技术主要有光学成像定位技术、激光雷达技术、双目视觉定位技术等。其中，光学成像定位技术通过光学成像的方法将合作目标发出的紫外/可见/红外光收集至光电探测器阵列中，再利用图像处理、模式识别、特征提取等技术得到相对清晰的目标像，最后通过特定算法推算出目标的位置和距离信息。这种方法的优点在于系统结构简单、价格低、使用方便，缺点是作用距离近、定位精度较低。因此光学成像定位技术主要在近距以及低精度场合使用。激光雷达技术是近些年来发展迅速的光学定位测量方法。其利用高速稳定的扫描机构将激光透射到一定空间范围内，使用望远型光学天线收集回波信号，能够得到该空间范围内目标的精确3D位置信息和图像，已经应用于多种军民设备中。激光雷达技术具有许多优点，其定位精度较高、距离分辨率高、作用距离较远、兼具定位与成像功能等，但是，其定位精度与距离成反比，距离越远精度越低，比较适合中、近程使用，而且数据刷新率较低、价格昂贵、使用寿命受扫描机构制约等缺点也制约了其使用范围。双目视觉定位技术是将仿生学融入光学成像技术后产生的空间定位方法。仅利用一套光电成像系统进行探测的方法称为单目视觉技术，单目视觉技术只能探测目标的平面信息。使用两套具有一定间距的光电成像系统同时对目标探测，便能够额外获取目标的距离信息，这种技术便是双目视觉定位技术。该技术优点是定位精度较高、价格较低，缺点是作用距离近，并且定位精度受双目间距影响，往往需要分布式系统。综上所述，当前光学相对定位测量技术主要用于近距离的目标定位测量，尚无能够在远距离进行高精度3D定位的技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种多波长激光空间定位系统及方法，以解决采用光学方法在远距离对目标进行高精度3D定位的难题。本专利技术的技术方案：一种多波长激光空间定位系统，其包括由激光多波长发射子系统1和光学接收子系统2组成，所述激光多波长发射子系统1包括发射时间基准3、带尾纤激光器组、组合发射模块8组成，其中，发射时间基准3连接带尾纤激光器组，带尾纤激光器组连接到组合发射模块8，由组合发射模块8将带尾纤激光器组内的各带尾纤激光器发出的激光输出9以具有一中心重叠，同时在方位和俯仰形成相互偏移的平面投影形式为光学接收子系统2所接收，由所述光学接收子系统2分别解读激光输出9的平面偏离信息和纵向位置信息实现对多波长激光空间定位。所述光学接收子系统2包括光学天线10、准直镜11、分光镜12、色散元件13、会聚镜14、光电探测器组、接收时间基准19、综合处理模块20、会聚镜21、信息接收探测器22，其中，所述光学天线10接收激光多波长发射子系统1的激光输出9，准直镜11、分光镜12、色散元件13、会聚镜14、光电探测器组顺次设置在光学天线10输出光路上，会聚镜21、信息接收探测器22设置在分光镜的分光路上，且光电探测器组和信息接收探测器22的输出端分别连接到综合处理模块20，同时，综合处理模块20连接有用于计算多波长纵向位置的接收时间基准19。所述带尾纤激光器组和光电探测器组的内部器件数目相互对应。所述带尾纤激光器组内含有四组带尾纤激光器，光电探测器组内含有四组光电探测器。所述激光输出9形成高斯光束一23、高斯光束二24、高斯光束三25、高斯光束四26，其中，高斯光束一23和高斯光束二24、高斯光束三25和高斯光束四26分别在方位上形成一偏移角，高斯光束一23和高斯光束三25、高斯光束二24和高斯光束四26分别在俯仰上形成一偏移角。一种基于所述多波长激光空间定位系统的空间定位方法，其发射时间基准3向带尾纤激光器组提供本地时间，并调制编码到各带尾纤激光器上，各带尾纤激光器发射出具有不同波长的激光，并通过尾纤将激光传至组合发射模块8，组合发射模块8向空间中发射出激光输出9；光学天线10收集激光输出9的激光，投射到准直镜11上，经准直后的光信号发射至分光镜12，一部分光透射到色散元件13后，向不同方向分散出不同波长的激光，经由会聚镜14分别投射到各光电探测器上，各光电探测器经过光电转换后将激光强度信息发送至综合处理模块20，综合处理模块20根据这些强度信息便计算出光学接收子系统2相对于激光多波长发射子系统1的方位和俯仰角度；由分光镜12反射的另一部分光经过会聚镜21会聚后由信息接收探测器22接收，并将接收到的编码信息传至综合处理模块20，综合处理模块20从该编码信息中译出发射时间，并与来自于接收时间基准19的本地时间相比较，计算出光学接收子系统2相对于激光多波长发射子系统1的距离，从而光学接收子系统2便测出了与激光多波长发射子系统1的精确相对位置。所述激光多波长发射子系统1方位和俯仰位置可调整，其激光输出9包含激光多波长发射子系统1方位和俯仰位置信息。本专利技术的有益效果：本专利技术利用激光束的定向特性、调制编码性和高斯强度特性，通过发射不同波长的激光信号并编码入时间信息，可以在远达几十千米的距离内建立起空间定位区域，待定位载体只需安装光学接收子系统，光学接收子系统便可根据不同波长的强度信息计算出方位角和俯仰角；在发射的激光信号中编码入时间信息，由光学接收子系统接收后与接收时间基准对比，可计算出距离，进而解算出精确3D位置信息。本专利技术系统易于推广应用，能够实现远距离精确3D定位，具有较大的军事和民用应用实用价值。附图说明图1是本专利技术多波长激光空间定位系统结构框图；图2是激光输出平面示意图；图3是偏移解算示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明：请参阅图1，本专利技术多波长激光空间定位系统包括由激光多波长发射子系统1和光学接收子系统2组成。其中，激光多波长发射子系统1包括发射时间基准3、带尾纤激光器4～7、组合发射模块8组成，并提供激光多波长发射子系统1的激光输出9。所述光学接收子系统2包括光学天线10、准直镜11、分光镜12、色散元件13、会聚镜14、光电探测器15～18、接收时间基准19、综合处理模块20、会聚镜21、信息接收探测器22。请参阅图2，本专利技术多波长激光空间定位系统，所述激光输出9形成高斯光束一23、高斯光束二24、高斯光束三25、高斯光束四26，其中，高斯光束一23和高斯光束二24、高斯光束三25和高斯光束四26分别在方位上形成一偏移角，高斯光束一23和高斯光束三25、高斯光束二24和高斯光束四26分别在俯仰上形成一偏移角。本专利技术多波长激光空间定位系统的空间定位方法，具体过程如下：发射时间基准3向带尾纤激光器4～7提供本地时间，并调制编码到带尾纤激光器4～7上，带尾纤激光器4～7发射出具有不同的波长的激光，并通过尾纤将激光传至组合发射模块8，组合发射模块8向空间中发射出激光输出9。光学天线10收集激光输出9的激光，投射到准直镜11上，经准直后的光信号发射至分光镜12，一部分光透射到色散元件13后，向不同方向分散出不同波长的激光，经由会聚镜14分别投射到光电探测器15～18上，光电探测器15～18经过光电转换后将激光强度信息发送至综合处理模块20，综合处理模块20根据这些强度信息便可计算出光学接收子系统2相对于激光多波长发射子系统1的方位和俯仰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多波长激光空间定位系统，其特征在于，包括由激光多波长发射子系统(1)和光学接收子系统(2)组成，所述激光多波长发射子系统(1)包括发射时间基准(3)、带尾纤激光器组、组合发射模块(8)组成，其中，发射时间基准(3)连接带尾纤激光器组，带尾纤激光器组连接到组合发射模块(8)，由组合发射模块(8)将带尾纤激光器组内的各带尾纤激光器发出的激光输出(9)以具有一中心重叠，同时在方位和俯仰形成相互偏移的平面投影形式为光学接收子系统(2)所接收，由所述光学接收子系统(2)分别解读激光输出(9)的平面偏移信息和纵向位置信息实现对多波长激光空间定位。

【技术特征摘要】
1.一种多波长激光空间定位系统，其特征在于，包括由激光多波长发射子系统(1)和光学接收子系统(2)组成，所述激光多波长发射子系统(1)包括发射时间基准(3)、带尾纤激光器组、组合发射模块(8)组成，其中，发射时间基准(3)连接带尾纤激光器组，带尾纤激光器组连接到组合发射模块(8)，由组合发射模块(8)将带尾纤激光器组内的各带尾纤激光器发出的激光输出(9)以具有一中心重叠，同时在方位和俯仰形成相互偏移的平面投影形式为光学接收子系统(2)所接收，由所述光学接收子系统(2)分别解读激光输出(9)的平面偏移信息和纵向位置信息实现对多波长激光空间定位。2.根据权利要求1所述的多波长激光空间定位系统，其特征在于，所述光学接收子系统(2)包括光学天线(10)、准直镜(11)、分光镜(12)、色散元件(13)、会聚镜(14)、光电探测器组、接收时间基准(19)、综合处理模块(20)、会聚镜(21)、信息接收探测器(22)，其中，所述光学天线(10)接收激光多波长发射子系统(1)的激光输出(9)，准直镜(11)、分光镜(12)、色散元件(13)、会聚镜(14)、光电探测器组顺次设置在光学天线(10)输出光路上，会聚镜(21)、信息接收探测器(22)设置在分光镜的分光路上，且光电探测器组和信息接收探测器(22)的输出端分别连接到综合处理模块(20)，同时，综合处理模块(20)连接有用于计算多波长纵向位置的接收时间基准(19)。3.根据权利要求2所述的多波长激光空间定位系统，其特征在于，所述带尾纤激光器组和光电探测器组的内部器件数目相互对应。4.根据权利要求3所述的多波长激光空间定位系统，其特征在于，所述带尾纤激光器组内含有四组带尾纤激光器，光电探测器组内含有四组光电探测器。5.根据权利要求4所述的多波长激光空间定位系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁小昆，魏青，胡晓东，王维科，李攀，胡强，王继良，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61