申请/专利权人：北京天科微测科技有限公司

申请日：2022-07-22

公开（公告）日：2023-03-17

公开（公告）号：CN115079185B

主分类号：G01S17/06

分类号：G01S17/06;G01S7/481;G01S17/08;G01S17/66;G01C3/00;G01C3/02;G01C15/00;G05D3/12

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.03.17#授权;2022.10.11#实质审查的生效;2022.09.20#公开

摘要：本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种单站激光跟踪测量设备和方法。设备包括：光机结构；安装设于光机结构上的转台部；安装设于转台部上的第一反射元件；设于光机结构内的粗测距模块，用于测量目标物的粗距离值；设于转台部上的粗瞄准模块，用于基于目标物反射的第一光源的第一脱靶量驱动转台部进行第一旋转；设于光机结构内的精跟踪模块，用于基于第一反射元件反射的目标物的第二光源的第二脱靶量和粗距离值驱动转台部进行第二旋转，以及设于光机结构内的精测距模块，用于在第二旋转使得粗测距模块发射的光源经第一反射元件瞄准至目标物的目标区域时，测量目标物的精距离值。本发明用以提高对运动目标进行目标跟踪测量的测量效率和测距精度。

主权项：1.一种单站激光跟踪测量设备，其特征在于，包括：光机结构；转台部，安装设于所述光机结构上；所述转台部至少具有两个转动方向；第一反射元件，安装设于所述转台部上；粗测距模块，设于光机结构内；用于测量目标物的粗距离值；所述粗测距模块采用相位式测距仪进行粗测距，所述相位式测距仪发射激光至所述第一反射元件，所述第一反射元件反射激光至目标物，目标物将激光经所述第一反射件原路返回至所述相位式测距仪，所述相位式测距仪基于返回的激光测量目标物的粗距离值；所述粗测距模块除了用于测量目标物的粗距离值之外，同时所述粗测距模块发出的激光作为跟踪和指示激光对目标物进行粗追踪；粗瞄准模块，设于转台部上，用于基于所述目标物反射的第一光源的第一脱靶量驱动所述转台部进行第一旋转，使得粗测距模块发射的光源经第一反射元件照射至目标物，完成粗瞄准；所述粗瞄准模块包括：单色搜索光源，设于所述转台部上，用于向目标物发射所述第一光源；可见光相机，设于所述转台部上，用于接收目标物反射的所述第一光源，并基于所述第一光源的第一脱靶量计算第一旋转量；单色搜索光源经目标物反射光束后，由可见光相机接收返回光束，通过在所述可见光相机中的单色滤光片过滤掉单色搜索光源外的干扰光，由此可获得目标物在可见光相机中的相对位置；以及第一驱动电机，与所述可见光相机电连接，用于驱动所述转台部进行所述第一旋转量的第一旋转，使得所述粗测距模块发射的光源经所述第一反射元件照射至目标物；精跟踪模块，设于光机结构内，用于基于第一反射元件反射的目标物的第二光源的第二脱靶量和所述粗距离值驱动所述转台部进行第二旋转；所述第二光源是所述粗测距模块的激光照射到目标物并反射形成的；所述精跟踪模块，包括：位置探测器，设于所述光机结构内，用于基于所述第一反射元件反射的所述第二光源的第二脱靶量与所述粗距离值相除计算所述转台部的第二旋转量；第二驱动电机，与所述位置探测器电连接，用于并驱动所述转台部进行所述第二旋转量的旋转，使得所述粗测距模块发射的光源经所述第一反射元件瞄准至目标物的目标区域，完成精跟踪；所述跟踪分为识别、粗瞄准和精确瞄准几个步骤；系统瞄准的目标物为跟踪靶球或猫眼反射镜，跟踪靶球主要有两种，球形角锥棱镜和反射片；两种跟踪靶球都能够对照明光进行原路返回；利用跟踪靶球的这一特性，目标的识别采用单色搜索激光照明，可见光相机接收的方式，当可见光相机接收到亮斑，即认为是系统需要测量的目标；然后对单色搜索的亮斑进行中心提取，获取图像坐标，计算出亮斑与图像中心的第一脱靶量，将第一脱靶量作为反馈数据驱动转台部转动，直到亮斑位于图像中心；此时，启动激光粗测距，对跟踪靶球进行距离粗测；启动位置探测器进行精跟踪，获取第二脱靶量，再驱动转台部，确保粗测距模块的激光束照射到跟踪靶球的中心，再次进行精确提取；以及精测距模块，设于光机结构内，用于在所述第二旋转使得粗测距模块发射的光源经第一反射元件瞄准至目标物的目标区域的情况下，测量目标物的精距离值；所述精测距模块选用干涉测距仪或飞秒激光频率梳测距仪；所述干涉测距仪或飞秒激光频率梳测距仪发出非可见激光光束，所述激光光束通过第一反射元件反射至瞄准至目标物的目标区域，目标物将所述激光光束原路返回至所述干涉测距仪或飞秒激光频率梳测距仪，所述干涉测距仪或飞秒激光频率梳测距仪基于返回的激光光束测量目标物的精距离值；所述相位式测距仪实现大量程粗测距，所述飞秒激光频率梳测距实现小量程精测距；采用组合式测距，采用所述干涉测距仪或飞秒激光频率梳测距仪作为精测距仪，采用基于相位式测距原理的相位式测距作为粗测距仪，同时粗测距仪的激光作为跟踪和指示激光；当采用相位式测距仪与干涉测距仪相组合时，可由相位式测距仪作为绝对粗测距，干涉测距仪作为增量高精度测量，从而实现高精度绝对测距；当采用相位式测距仪与飞秒激光频率梳测距仪相组合，相位式测距仪实现大量程粗测距，飞秒激光频率梳测距仪实现小量程精测距，从而实现大量程高精度的测距；所述单站激光跟踪测量设备还包括：设于第一旋转轴上，用于对所述转台部的转动进行水平角度测量的第一角度传感器；以及设于第二选择轴上，用于对所述转台部的转动进行垂直角度测量的第二角度传感器；更具体的，所述粗测距模块包括粗测距仪和与所述粗测距仪的收发光束呈角度设置的第二反射元件，所述精测距模块包括精测距仪和与所述精测距仪的收发光束呈角度设置的第一分光元件；所述精跟踪模块还包括用于对所述目标物的反射光源进行分光的第二分光元件，所述第二分光元件与所述位置探测器的接收光束呈角度设置；所述第一分光元件、所述第二分光元件及所述第二反射元件沿着所述第一反射元件反射目标物光束的方向依次设置，所述第一分光元件靠近所述第一反射元件设置，所述第二反射元件远离所述第一反射元件设置，所述第二分光元件设于所述第二反射元件与所述第一分光元件之间；所述单站激光跟踪测量设备还包括设于所述第一分光元件和所述第二分光元件之间，用于调节进入所述精测距仪的光束和进入所述粗测距仪的光束的重合度的第一双光楔；所述单站激光跟踪测量设备还包括设于所述第一反射元件和所述第一分光元件之间，用于调节所述精测距仪和所述粗测距仪形成的复合光束与所述转台部旋转轴的重合度的第二双光楔；通过进行精测距和粗测距的具体光路过程如下：所述精测距仪的激光通过光纤接头接到精测距光路中，再出射到达所述第一分光元件；所述粗测距仪发射出激光光束照射到所述第二反射元件上，由所述第二反射元件反射至所述第二分光元件继续出射到达所述第一分光元件，此时与精测距激光束合为一束光，合束光经过所述第二双光楔后到达所述第一反射元件，经由所述第一反射元件到达目标物，目标物将复合光束反射回来，复合光束经过所述第一反射元件、所述第二双光楔后到达所述第一分光元件，其中所述精测距仪的激光由所述第一分光元件反射回到所述精测距仪，完成精测距；另一路光束透过所述第一分光元件经过所述第一双光楔后到达所述第二分光元件，将所述光束分为两路，一路光反射至所述位置探测器，完成精跟踪脱靶量探测，另一路经过所述第二反射元件后到达所述粗测距仪，完成粗测距。

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