[发明专利]一种大量程光电自准直仪的三维测角方法

权利要求书

1.一种大量程光电自准直仪的三维测角方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)运用空间坐标向量解析方法，并结合欧拉空间旋转关系，使得异型隅角镜的各反射面有效的结构角度满足以下关系：δ₃＝-δ,δ₂＝δ,δ_12a＝δ²,δ_12b＝δ，其中δ₂、δ₃分别为异型隅角镜的第二反射面绕其OX轴旋转的角度、第一反射面绕第一反射面和第三反射面的交线旋转的角度，δ表示为隅角镜各反射面的有效结构角，反射面1a与反射面1b为第一反射面内折不同的角度形成的新的反射面，δ_12a、δ_12b分别为反射面1a和反射面1b绕OZ轴旋转的角度；

2)分析异型隅角镜内光束的反射情况，得到各反射光束的矢量变化信息，确定有效光学孔径的大小，利用几何光学计算出不同反射顺序下第一反射面的有效面积；

3)根据入射光沿隅角镜三个反射镜面反射顺序的不同分为6束光，将反射顺序相反数的两束光标记为一对，确定测量俯仰角Θ₁、偏航角Θ₂与横滚角Θ₃反射光顺序推导出相应的反射矩阵M及反射光向量B，建立旋转物体坐标系统X₀Y₀Z₀与自准直仪坐标系统X₁Y₁Z₁，推导出两个坐标系的坐标变换矩阵R_t，进而得到俯仰角、偏航角的角灵敏度与横滚角的角灵敏度

4)通过推导反射光束矢量信息B与反射光斑位移之间的数学关系模型，建立反射光斑位移信息与隅角镜角度变化的关系：其中X₃₂₁、Y₃₂₁、X₁₃₂分别表示顺序为3-2-1与1-3-2的反射光束光斑在CMOS板上的位移分量，f为自准直仪的物镜焦距，从而实现对旋转角度的三维测量。

2.根据权利要求1所述的一种大量程光电自准直仪的三维测角方法，其特征在于，所述步骤1)将隅角镜第一反射面内折不同的角度得到反射面1a与反射面1b，其中，隅角镜的各反射面满足以下关系：∠2_3＝90°-δ₂，∠1_3＝90°-δ₃，∠1a_2＝90°-δ_1a，∠1b_2＝90°-δ_1b，有效结构角满足δ₃＝-δ,δ₂＝δ,δ_12a＝δ²,δ_12b＝δ。

3.根据权利要求1所述的一种大量程光电自准直仪的三维测角方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：将隅角镜旋转180°，与得到的图形相互叠加，形成有效孔径，该有效孔径6个四边形部分对称于入射光瞳，反射镜中各光束的进、出点相对于进瞳或出瞳中心对称分布，当入射光首先被第一反射面反射和最终被第三反射面反射时，隅角镜的孔径是都由OQUP组成的四边形，其大小表示为：

其中，OA为隅角镜的边长，OQ、OP、UP为不同反射面上有效孔径的边长，AP为第一反射面AC边的一段长度；

采用几何光学的计算方法，求出不同反射顺序下的第一反射面的有效反射面积，通过分析有效反射面积得出，用于测量横滚角的反射顺序1-2-3或3-2-1，和测量俯仰角与偏航角的反射顺序1-3-2或2-3-1，分别占用第一反射面的两个等面积部分，且相互对称。