專利名稱：激光雷達光路自動準直方法及準直儀的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種激光技術，具體是一種激光雷達光路的自動準直方法與儀器。
背景技術：
隨著激光器、光電子技術及信號探測技術的發展，激光雷達越來越廣泛應用到環境監測及大氣科學研究等領域。激光雷達逐漸成為一種常規觀測工具，而作為常規觀測工具對激光雷達的穩定性和自動化程度要求也愈來愈高。
在激光雷達系統中，要求接收視場角與發射激光的發散角嚴格匹配。但由于溫度變化、光學平臺震動、激光器模式變化或波長更換等原因常常導致激光雷達接收和發射系統光軸偏離，因此在激光雷達每次測量前必須要做的工作是收發光路的對準，也就是使接收視場角與發射激光的發散角嚴格匹配，因為收發系統光軸發生偏離會使測量信號產生誤差，而這種誤差只能在測量數據被計算處理時才能發現，因此會導致大量測量信號無效。對于非同軸激光雷達接收和發射分的比較遠，光束質量差，及水平發射等情況會使光路對準困難；而針對拉曼、偏振及對平流層中間層等高層探測的激光雷達系統為減少天空背景光的干擾往往需要減小接收視場角，這使得收發光路的對準難度更高。
此項工作過去一直是人工操作，繁瑣費時，誤差大，而且需要有專業訓練的高技術人員借助精密光學調整支架和水平儀器進行精細的工作。
發明內容
本發明的目的是提供一種激光雷達光路自動準直方法及準直儀，通過計算機控制，計算確定反射鏡的最佳位置，減少了人為操作的誤差，保證每次光路調節的有效性，節省用于調整光路的時間，提高激光雷達的工作效率。
本發明的技術方案如下激光雷達光路自動準直方法，其特征在于
激光雷達光路自動準直方法，其特征在于(1)、設置一個鏡架，鏡架上安裝有固定板，固定板上通過彈簧連接有活動板，活動板上安裝有反射鏡，鏡架內安裝有二組滑塊/測微頭滑動機構及其驅動步進電機，滑塊頂部有頂桿，所述的頂桿和彈簧在活動板下表面呈X-Y軸垂直分布，在X-Y軸的交點處有鋼球安裝在固定板和活動板之間，驅動步進電機通過驅動測微頭帶動滑塊在導桿上作上、下移動，進而帶動頂桿上、下移動，使得活動板上安裝的反射鏡沿X軸和Y軸轉動；(2)、通過激光器發射激光經反射鏡向天空發射，由接收望遠鏡接收回波信號，進行光電轉換，傳輸到計算機進行數據處理，并向驅動步進電機提供驅動指令；(3)、激光雷達接收的回波信號是隨高度分布的大氣回波強度，選擇用于大氣回波計算分析的回波信號的高度范圍；(4)、通過計算機先后對兩組驅動步進電機發出驅動指令，其中一個驅動步進電機逐步轉動，帶動活動板上的反射鏡轉動，不斷改變激光發射指向，記錄大氣回波信號，計算特定高度范圍的回波值，將發射光從接收望遠鏡的接收視場外逐步導入視場，再從視場中逐步移出，這樣特定高度范圍的大氣回波值和步進電機的步數在坐標上形成一個完整梯形，找到梯形中心點，即可將此驅動步進電機移至此中心點對應的目標步數位置；(5)、換另一驅動步進電機重復過程(4)，并確定另一驅動步進電機的目標步數位置，即得到反射鏡的目標位置；(6)、如果大氣回波值與步進電機的步數在坐標上形成的梯形不規則，則采用下面方法確定中心點W=ΣiPiWiΣiPiPi>Pb]]>公式中，i為循環變量以步進電機的步進值遞進。Pi為步進電機位置Wi所對應在特定高度的回波強度值，Pb為當時條件下的系統背景值，可以是不出光時累積一定脈沖數的天空背景回波信號的平均值，也可以使用任何一組回波中一定高度后不包含任何有效信號的回波信號平均值；W為最終步進電機位置也是中心位置；Pi的選擇范圍為大于背景值的兩倍。
激光雷達光路自動準直儀，包括有反射鏡、激光器、信號探測單元、接收望遠鏡和計算機，其特征在于包括有鏡架，鏡架上安裝有固定板，固定板上安裝有活動板，活動板和固定板之間通過彈簧連接，活動板上安裝反射鏡，鏡架內安裝有兩組滑塊/測微頭機構及其驅動步進電機，所述的測微頭和驅動步進電機之間通過聯軸器聯接，測微頭頂部和滑塊聯接，滑塊套裝在導桿上，所述的兩個滑塊上端有頂桿，從鏡架和固定板上的開孔伸出到活動板下方。
所述的準直儀，其特征在于所述的頂桿和彈簧在活動板下表面呈X-Y軸垂直分布，在X-Y軸的交點處有鋼球安裝在固定板和活動板之間。
每個滑塊/測微頭機構包括安裝在鏡架內的左、右各二根導軌，滑塊套裝在二根導軌上，滑塊頂部有頂桿，滑塊下端和測微頭聯接，測微頭和驅動步進電機之間通過聯軸器連接，頂桿伸出鏡架和固定板上的開孔位于活動板的下方，頂桿向上移動時，活動板一側向上轉動。
當兩個步進電機交替轉動時，活動板就可以繞著X和Y軸轉動。
本發明的主要優點1.機械結構先進、新穎2.光機電結合，整體結構簡單、實用3.測量方法操作簡單，有效應用前景大氣科學實驗測量儀器及測量方法，應用于各種激光雷達系統中。
圖1為本發明結構示意圖。
圖2為本發明鏡架結構示意圖。
圖3為本發明鏡架上固定板俯視圖。
圖4為本發明驅動電機定位流程框圖。
圖5為本發明滑塊/測微頭機構示意圖。
具體實施例方式
激光雷達光路自動準直儀，包括有反射鏡、激光器、信號探測單元、接收望遠鏡和計算機，其特征在于包括有鏡架1，鏡架上安裝有固定板2，固定板2上安裝有活動板3，活動板3和固定板2之間通過彈簧4連接，活動板3上安裝反射鏡5，鏡架1內安裝有兩組滑塊/測微頭機構及其驅動步進電機，所述的兩個滑塊6上端有頂桿7，從鏡架1和固定板2上的開孔伸出到活動板3下方。所述的頂桿7和彈簧4在活動板下表面呈X-Y軸垂直分布，在X-Y軸的交點處有鋼球8安裝在固定板2和活動板3之間。
滑塊/測微頭機構為包括安裝在鏡架內的左、右側各二根導桿9，滑塊套裝在二根導桿9上，滑塊下端和測微頭10聯接，測微頭和驅動步進電機11之間通過聯軸器12聯接。
激光雷達光路自動準直方法，其特征在于(1)、設置一個鏡架，鏡架上安裝有固定板，固定板上通過彈簧連接有活動板，活動板上安裝有反射鏡，鏡架內安裝有二組滑塊/絲桿機構及其驅動步進電機，滑塊頂部有頂桿，所述的頂桿和彈簧在活動板下表面呈X-Y軸垂直分布，在X-Y軸的交點處有鋼球安裝在固定板和活動板之間，驅動步進電機通過絲桿帶動滑塊上、下移動，進而可以帶動頂桿上、下移動，使得活動板上安裝的反射鏡沿X軸和Y軸轉動；(2)、通過激光器發射激光經反射鏡向天空發射，由接收望遠鏡接收回波信號，進行光電轉換，傳輸到計算機進行數據處理，并向驅動步進電機提供驅動指令；(3)、激光雷達接收的的回波信號是大氣隨高度分布的回波強度，選擇用于大氣回波計算分析的回波信號的高度范圍；(2)通過計算機先后對兩組驅動步進電機發出驅動指令，其中一個驅動步進電機逐步轉動，帶動活動板上的反射鏡轉動，不斷改變激光發射指向，記錄大氣回波信號，計算特定高度范圍的回波值，將發射光從接收望遠鏡的接收視場外逐步導入視場，再從視場中逐步移出，這樣特定高度范圍的大氣回波值和步進電機的步數在坐標上形成一個完整梯形，找到梯形中心點，即可將此驅動步進電機移至此中心點對應步數位置；(3)換另一驅動步進電機重復過程(2)，并確定另一驅動步進電機的對應步數位置，即得到反射鏡的目標位置；(4)如果大氣回波值與步進電機的步數在坐標上形成的梯形不規則，則采用下面方法確定中心位置
W=ΣiPiWiΣiPiPi>2Pb]]>公式中，i為循環變量以步進電機的步進值遞進。Pi為步進電機位置Wi所對應在特定高度的回波強度值，Pb為當時條件下的系統背景值，可以是不出光時累積一定脈沖數的天空背景回波信號的平均值，也可以使用任何一組回波中一定高度后不包含任何有效信號的回波信號平均值；W為最終步進電機位置也是中心位置；Pi的選擇范圍為大于背景值的兩倍。
權利要求
1.激光雷達光路自動準直方法，其特征在于(1)、設置一個鏡架，鏡架上安裝有固定板，固定板上通過彈簧連接有活動板，活動板上安裝有反射鏡，鏡架內安裝有二組滑塊/測微頭滑動機構及其驅動步進電機，滑塊頂部有頂桿，所述的頂桿和彈簧在活動板下表面呈X-Y軸垂直分布，在X-Y軸的交點處有鋼球安裝在固定板和活動板之間，驅動步進電機通過驅動測微頭帶動滑塊在導桿上作上、下移動，進而帶動頂桿上、下移動，使得活動板上安裝的反射鏡沿X軸和Y軸轉動；(2)、通過激光器發射激光經反射鏡向天空發射，由接收望遠鏡接收回波信號，進行光電轉換，傳輸到計算機進行數據處理，并向驅動步進電機提供驅動指令；(3)、激光雷達接收的回波信號是隨高度分布的大氣回波強度，選擇用于大氣回波計算分析的回波信號的高度范圍；(4)、通過計算機先后對兩組驅動步進電機發出驅動指令，其中一個驅動步進電機逐步轉動，帶動活動板上的反射鏡轉動，不斷改變激光發射指向，記錄大氣回波信號，計算特定高度范圍的回波值，將發射光從接收望遠鏡的接收視場外逐步導入視場，再從視場中逐步移出，這樣特定高度范圍的大氣回波值和步進電機的步數在坐標上形成一個完整梯形，找到梯形中心點，即可將此驅動步進電機移至此中心點對應的目標步數位置；(5)、換另一驅動步進電機重復過程(4)，并確定另一驅動步進電機的目標步數位置，即得到反射鏡的目標位置；(6)、如果大氣回波值與步進電機的步數在坐標上形成的梯形不規則，則采用下面方法確定中心點W=ΣiPiWiΣiPiPi>2Pb]]>公式中，i為循環變量以步進電機的步進值遞進。Pi為步進電機位置Wi所對應在特定高度的回波強度值，Pb為當時條件下的系統背景值，可以是不出光時累積一定脈沖數的天空背景回波信號的平均值，也可以使用任何一組回波中一定高度后不包含任何有效信號的回波信號平均值；W為最終步進電機位置也是中心位置；Pi的選擇范圍為大于背景值的兩倍。
2.激光雷達光路自動準直儀，包括有反射鏡、激光器、信號探測單元、接收望遠鏡和計算機，其特征在于包括有鏡架，鏡架上安裝有固定板，固定板上安裝有活動板，活動板和固定板之間通過彈簧連接，活動板上安裝反射鏡，鏡架內安裝有兩組滑塊/測微頭機構及其驅動步進電機，所述的測微頭和驅動步進電機之間通過聯軸器聯接，測微頭頂部和滑塊聯接，滑塊套裝在導桿上，所述的兩個滑塊上端有頂桿，從鏡架和固定板上的開孔伸出到活動板下方。
3.根據權利要求1所述的準直儀，其特征在于所述的頂桿和彈簧在活動板下表面呈X-Y軸垂直分布，在X-Y軸的交點處有鋼球安裝在固定板和活動板之間。
全文摘要
本發明公開了一種激光雷達光路自動準直方法及準直儀，包括有反射鏡、激光器、信號探測單元、接收望遠鏡和計算機，其特征在于包括有鏡架，鏡架上安裝有固定板，固定板上安裝有活動板，活動板和固定板之間通過彈簧連接，活動板上安裝反射鏡，鏡架內安裝有兩組滑塊/測微頭機構及其驅動步進電機，滑塊上端有頂桿，從鏡架和固定板上的開孔伸出到活動板下方。通過驅動步進電機轉動，帶動滑塊和其頂桿向上移動，調整活動板在X、Y軸轉動，最終確定反射鏡的目標位置，準確度高。應用前景大氣科學實驗測量儀器及測量方法，應用于各種激光雷達系統中。
文檔編號G01S7/493GK1952687SQ20061009752
公開日2007年4月25日 申請日期2006年11月2日 優先權日2006年11月2日
發明者李琛, 劉小勤, 胡順星, 薛輝, 胡歡陵 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所