[发明专利]空间角度测量系统及磁光调制器旋光漂移补偿方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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m_f＝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(m_f)sin2αsinωt+J₂(m_f)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。