一种用于航海船舶的位置参照传感器包括光学组件，该光学组件包括脉冲激光设备、透镜装置和光电二极管(32)，该脉冲激光设备用于发射激光，该透镜装置包括用于生成该脉冲激光设备所发射的激光的垂直扇形光束(18)的透镜镜头，该光电二极管(32)包括多个光电探测器Rx、Ry和Rz，这些光电探测器Rx、Ry和Rz用于探测该脉冲激光设备发射的且被逆向反射目标(22)朝向该光电二极管(32)反射的激光(28)。入射在每个光电探测器上的反射激光的水平是可被单独探测的，并且该位置参照传感器还包括用于改变光学组件的倾斜角的致动器。该致动器是基于入射在每个光电探测器Rx、Ry和Rz上的反射激光的水平可自动控制的。一种用于航海船舶的位置参照传感器包括光学组件，该光学组件包括脉冲激光设备、透镜装置和光电二极管(32)，该脉冲激光设备用于发射激光，该透镜装置包括用于生成该脉冲激光设备所发射的激光的垂直扇形光束(18)的透镜镜头，该光电二极管(32)包括多个光电探测器Rx、Ry和Rz，这些光电探测器Rx、Ry和Rz用于探测该脉冲激光设备发射的且被逆向反射目标(22)朝向该光电二极管(32)反射的激光(28)。入射在每个光电探测器上的反射激光的水平是可被单独探测的，并且该位置参照传感器还包括用于改变光学组件的倾斜角的致动器。该致动器是基于入射在每个光电探测器Rx、Ry和Rz上的反射激光的水平可自动控制的。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总地涉及ー种位置參照传感器和/或用于操作位置參照传感器的方法。更具体地，本专利技术的实施方案涉及ー种位置參照传感器，其朝向固定到一个或更多个对象的一个或更多个逆向反射(retro-reflective)目标引导来自航海船舶的脉冲激光的垂直扇形光束，并且探測被所述ー个或更多个逆向反射目标反射的激光。该位置參照传感器形成这样的动态定位系统的一部分，该动态定位系统通过分析被该位置參照传感器探測到的反射激光来确定航海船舶相对于所述ー个或更多个对象的位置。
技术介绍
希望能够连续地确定航海船舶相对于ー个或更多个其他对象(诸如另一航海船舶或固定平台)的位置，动态定位系统可以用于该目的。一种动态定位系统包括安装在航海船舶上的位置參照传感器，图I和图2分别是位置參照传感器10在水平平面和垂直平面的操作的示意图。位置參照传感器10包括光学组件12，其封装在安装于航海船舶14上的壳体中。光学组件12包括生成激光的垂直扇形光束18的脉冲激光设备16及相关联的光学器件。壳体和封装的光学组件12围绕大致垂直轴20连续地旋转,如旋转线24图示地所示的,或者可替换地，围绕大致垂直轴振荡，以顺序地、重复地朝向逆向反射目标22引导激光的垂直扇形光束18，逆向反射目标22在水平方向上间隔开并且被固定到一个或更多个对象。光学组件12还包括被安放为与脉冲激光设备16及其相关联的光学器件相邻的光电探测器26及相关联的光学器件。光电探测器26及相关联的光学器件随脉冲激光设备16旋转，并且光电探测器26探測被所述ー个或更多个逆向反射目标22反射的激光28。 在操作中，该动态定位系统基于所发射的并且被反射的激光的飞行时间来从光学组件12(因此，从航海船舶14)确定每个逆向反射目标22的范围。该动态定位系统还可以基于当反射激光28被光电探测器26探测到时光学组件12的旋转位置来确定相对于每个逆向反射目标22的方位(bearing)。该范围和方位数据都用于确定航海船舶14相对于逆向反射目标22 (因此，一个或更多个对象)的位置。航海船舶14经受由主要海况引起的纵摇、横摇和垂荡运动(heave motion)。因为激光光束18在垂直方向上成扇形散开(B卩，发散)，所以很可能的是，如果发生纵摇、横摇和垂荡，则垂直扇形光束18将射入(strike) —个或更多个逆向反射目标22。然而，光束发散通常限于光束中心线CL以上和以下大约±8° (图2)。基于回转仪的运动传感器和受监视的倾斜机构因此用于改变光学组件12 (因此，激光的垂直扇形光束18)的垂直傾斜角，以进ー步补偿航海船舶14的纵摇和横摇运动。受监视的倾斜机构通常能够在水平面以上和以下倾斜±20°。即使具有上述位置參照传感器10，也很可能的是，如果存在航海船舶14的大的纵摇、横摇或垂荡运动，则逆向反射目标22中的ー个或更多个可能移出激光的垂直扇形光束18的照射场。因此，很可能的是，位置參照传感器可能被致使不能操作，即使只是暂时性地。因此，存在对用于航海船舶的、补偿航海船舶的纵摇、横摇或垂荡运动的改进的位置參照传感器的需求。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供ー种包括光学组件的位置參照传感器，所述光学组件包括脉冲激光设备，所述脉冲激光设备用于发射激光；透镜装置，所述透镜装置包括透镜镜头，所述透镜镜头用于生成所述脉冲激光设备所发射的激光的垂直扇形光束(vertically fanned beam);以及 光电ニ极管，所述光电ニ极管包括用于探测被逆向反射目标反射的激光的多个光电探测器，入射在每个光电探测器上的反射激光的水平是可被单独探测的；所述位置參照传感器还包括用于改变所述光学组件的倾斜角的致动器，所述致动器是基于入射在每个光电探测器上的反射激光的水平可自动控制的。逆向反射目标的理想位置是在激光的垂直扇形光束的垂直中心处，以使得在包括所述位置參照传感器的航海船舶的纵摇、横摇或垂荡运动的情况下，该逆向反射目标将保持在垂直扇形光束的照射场中。入射在每个光电探测器上的反射激光的水平可以用于确定逆向反射目标相对于垂直扇形光束的中心线的垂直位置，并且可以如此控制致动器来改变光学组件的倾斜角，以使得逆向反射目标基本上被定位在垂直扇形光束的中心处，并且使得反射激光可以被光电ニ极管探測到。透镜镜头有利地使垂直扇形光束的输出信号幅度的一致性最大，从而进一步改进致动器所提供的自动倾斜角控制。本说明书中所使用的术语“脉冲激光设备”意图包括被以任何合适的方式操作以使得其输出幅度随时间改变的激光设备。本文所使用的术语“脉冲激光设备”因此可以包括其输出强度被以任何合适的方式调制的激光设备。所述调制可以例如为交替“开”和“关”时间段的形式或者符合合适的空号比，诸如50 50空号比。所述光学组件可操作来将入射在每个光电探测器上的反射激光转换为对应的模拟电压信号，并且该对应的模拟电压信号的幅值通常指示入射在该特定光电探测器上的反射激光的水平。各个模拟电压信号可以被处理来提供位置反馈控制信号。例如，所述位置參照传感器可以形成动态定位系统的一部分，并且各个模拟电压信号因此可以被该动态定位系统处理。用于使所述光学组件倾斜的致动器因此可以是基于位置反馈控制信号可自动控制的。分立的光电探测器可以为垂直布置阵列的形式。一个或更多个光电探测器通常位于该垂直布置阵列的中心处，并且致动器可以可自动控制来改变光学组件的倾斜角，以使得最大水平的反射激光入射在位于垂直布置阵列的中心处的ー个或更多个分立的光电探测器上。如以上所说明的，这提高了在航海船舶的纵摇、横摇或垂荡运动的情况下所述ー个或更多个逆向反射目标将保持在激光的垂直扇形光束的照射场内的可能性。至少三个光电探测器通常提供在所述垂直布置阵列中。至少三个光电探测器的提供使得逆向反射目标在垂直扇形光束的照射场中的位置可以被更精确地确定，因此，使得致动器能够更精确地控制所述光学组件以保持逆向反射目标朝向激光的垂直扇形光束的照射场的垂直中心。所述透镜镜头可以是柱面透镜镜头，并且可以包括其各个光学输出被叠加来生成激光的垂直扇形光束的柱面透镜的阵列。所述透镜装置可以包括第一透镜，其扩展脉冲激光设备所生成的激光的相对窄的光束，从而提供在垂直方向上跨透镜镜头延伸的激光光束。透镜镜头通常被安放为与第一透镜相邻，以使得来自第一透镜的激光光束可以朝向透镜镜头透射并且透射通过透镜镜头，以生成激光的垂直扇形光束。所述致动器可以是伺服电机。所述光学组件可以被封装在壳体中，该壳体在使用时可以安装在航海船舶上。该壳体通常围绕大致垂直轴旋转，以使得脉冲激光的垂直扇形光束可以顺序地、重复地照射一系列水平间隔的逆向反射目标或者实际上单个逆向反射目标。该壳体可以连续地旋转，或者可以围绕垂直轴振荡。根据本专利技术的第二方面，提供一种用于航海船舶的动态定位系统，该动态定位系、统包括根据本专利技术的第一方面的位置參照传感器，该位置參照传感器安装在航海船舶上，并且可操作来确定该航海船舶相对于ー个或更多个对象的位置。通常，该动态定位系统包括处理器，其可操作来通过分析被安放在所述ー个或更多个对象上的一个或更多个逆向反射目标反射到光电探测器上的激光来确定航海船舶的位置。该动态定位系统可以可操作来确定范围，并且还可以确定航海船舶与其上安放一个或更多个逆本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：I·伯赫林，
申请(专利权)人：盖当斯IP有限公司，
类型：发明
国别省市：
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