[发明专利]一种基于对称误差拟合的旋转双棱镜快速高精度解算方法

说明书

本发明公开了一种基于对称误差拟合的旋转双棱镜快速高精度解算方法，分别采用一阶近似方法与矢量光学迭代优化方法，得到两组光束偏转方位角与俯仰角曲线，采用误差拟合的方法，以矢量光学迭代优化方法得到的方位俯仰角曲线为基准，对一阶近似方法解算模型进行误差修正。基于修正后的高精度解算模型，通过二分法和两步法联合快速解算出高精度的棱镜旋转角度。该算法基于误差拟合的优化方式，在确定棱镜参数之后，只需调整拟合的输入量棱镜夹角与拟合的输出量方位角或和俯仰角误差重新进行一次误差拟合修正，即可快速得到高精度的棱镜旋转角度。该方法结构简单，避免了传统精确解算中使用的大量迭代过程，极大的简化了计算过程，提高了解算的速度。

技术领域

本发明属于光电系统跟踪控制领域，具体涉及一种基于对称误差拟合的旋转双棱镜快速高精度解算方法，主要用于在进行光束快速扫描跟踪控制中，快速解算出满足高精度要求的双棱镜旋转角度，进一步提升扫描跟踪平台的实时性。

背景技术

大范围、快速、高精度扫描是光电探测、激光雷达等领域的一项关键技术，目前传统的扫描方式很难兼顾这些指标，旋转双棱镜通过两个棱镜同轴独立旋转，即可实现光束的大角度偏转控制，具有结构紧凑、刚度高、响应迅速等特点。关于目标点的方位、俯仰角度与棱镜旋转角度之间的解算方法，可以分为两大类：一类是近似解算，具有极快的解算速度，但存在精度不足的问题，代表算法有一阶近似方法；另一类是精确解算，具有极高的解算精度，但存在高精度和迭代耗时长的矛盾，代表性的算法有矢量光学迭代优化方法(参见李锦英等的专利：CN103631276A)。

扫描属于正向解算过程，算法简单。但在对目标快速扫描并跟踪时，同时需要正向解算与反向解算，目前文献中的算法复杂，解算效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：本发明提出一种基于对称误差拟合的旋转双棱镜快速高精度解算方法。首先，分别采用一阶近似方法和矢量光学迭代优化方法，得到两组光束偏转方位角与俯仰角正向解算模型曲线；其次，将矢量光学迭代优化方法解算得到的方位角曲线减去一阶近似方法的方位角曲线得到方位角误差曲线，以相同的方式获得俯仰角误差曲线；然后，以矢量光学迭代优化方法的高精度正向解算模型曲线为基准，采用误差拟合的方法，对一阶近似方法正向解算模型曲线进行误差修正；最后，由二分迭代方法获得满足精度需求的棱镜夹角Δθ，结合两步法获得双棱镜的旋转角度(θ₁，θ₂)。修正之后的一阶近似方法的方位角、俯仰角模型，具有更为精确的解析公式。反向解算的迭代结果由优化后的解析公式直接计算得到，整个解算过程耗时短，优化方法兼顾高精度与快速解算的指标。

本发明采用的技术方案为：一种基于对称误差拟合的旋转双棱镜快速高精度解算方法，该方法包括如下步骤：

步骤(1)：建立一阶近似方法数学模型，具体方法为：保持一块棱镜不动，将另一块棱镜旋转360°后，得到正向解算的第一组光束偏转的方位与俯仰角模型曲线，曲线横坐标为两棱镜之间夹角，纵坐标为方位或俯仰角度；

步骤(2)：建立矢量光学迭代优化方法数学模型，具体方法为：保持一块棱镜不动，将另一块棱镜旋转360°后，得到正向解算的第二组光束偏转的方位与俯仰角模型曲线，曲线横坐标为两棱镜之间夹角，纵坐标为方位或俯仰角度；

步骤(3)：将矢量光学迭代优化方法的方位角模型曲线减去一阶近似方法的方位角模型曲线，得到方位角误差曲线；将矢量光学迭代优化方法的俯仰角模型曲线与一阶近似方法的俯仰角模型曲线相减，得到方位角误差曲线；

步骤(4)：通过Fourier拟合方法即可得到高精度方位角误差拟合曲线Θ_Fourier(Δθ)；利用对称的特性，通过Fourier拟合方法得到[0°,180°]或[180°，360°]区间的高精度俯仰角误差拟合曲线Φ_Fourier(Δθ)。将得到的方位、俯仰拟合曲线，对一阶近似方法的解算模型进行修正，得到高精度的正向解算模型曲线。