[发明专利]一种基于相控阵的角度测量系统及其测量方法

权利要求书

1.一种基于相控阵的角度测量系统，包括激光器、准直器、分光镜、反射镜和电荷耦合器探测器，其特征在于，所述角度测量系统还包括旋转台和空间光调制器，所述准直器正对所述激光器，所述准直器和电荷耦合器探测器分别位于所述分光镜一对相对的两侧，所述反射镜和空间光调制器分别位于所述分光镜另一对相对的两侧，所述空间光调制器安装在旋转台上；

所述激光器用于发射激光；

所述准直器正对所述激光器，用于将发散的激光转变为平行光输出至分光器；

所述分光器用于将激光分离为透射光和反射光；

所述反射镜用于对入射到反射镜的激光进行反射，然后依次经过分光镜和空间光调制器；

所述空间光调制器用于通过光学相控阵对传输至空间光调制器的激光进行相位调制，从而挪动电荷耦合器探测器上的光斑，使得电荷耦合器探测器上的多个光斑重新重合；

所述电荷耦合器探测器用于获取光斑图像，激光通过分光镜在电荷耦合器探测器上形成多个光斑，通过所述电荷耦合器探测器测量光斑间的距离；

根据所述空间光调制器的相位调制量和电荷耦合器探测器中多个光斑间的距离，计算所述角度测量系统的旋转角度。

2.根据权利要求1所述的一种基于相控阵的角度测量系统，其特征在于，所述反射镜和空间光调制器均为反射体，激光在所述反射镜和空间光调制器间多次反射后出射。

3.根据权利要求1所述的一种基于相控阵的角度测量系统，其特征在于，所述旋转台用于通过手动调节千分尺改变空间光调制器左右偏转的角度。

4.根据权利要求1所述的一种基于相控阵的角度测量系统，其特征在于，所述角度测量系统的最大角度测量范围的获取过程包括：

激光器射出的激光在电荷耦合器探测器上形成多个光斑；

调节位于空间光调制器下的旋转台使得电荷耦合器探测器最底端的两个光斑分离到电荷耦合器探测器的最大位置处；当电荷耦合器探测器显示两光斑分离距离最大时，调整基于空间光调制器的光学相控阵使得光斑重新重合；多次转动旋转台和加载相控阵，直到相控阵没法控制光斑移动为止；最终角度测量系统的最大角度测量范围为相控阵偏转最大距离和电荷耦合器探测器探测面的距离的总和。

5.根据权利要求1所述的一种基于相控阵的角度测量系统，其特征在于，所述分光镜设有45度直角棱镜斜面。

6.根据权利要求1所述的一种基于相控阵的角度测量系统，其特征在于，所述电荷耦合器探测器和空间光调制器还连接有电脑。

7.一种采用如权利要求1所述的一种基于相控阵的角度测量系统的角度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

激光器射出的激光在电荷耦合器探测器上形成多个光斑；

初始状态时，电荷耦合器探测器最底端的两个光斑重合；

当所述旋转台发生偏转后，电荷耦合器探测器最底端的两个光斑分离，此时通过空间光调制器进行相位调制，使得电荷耦合器探测器最底端的两个光斑重新重合，根据空间光调制器的相位调制量，计算偏转角度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述空间光调制器将相位调制量调整到最大值后，电荷耦合器探测器最底端的两个光斑仍未重新重合，则进一步根据所述电荷耦合器探测器中最底端的两个光斑间的距离计算偏转角度。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过调节空间光调制器中光学相控阵的俯仰角，进行相位调制。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述相位调制量的计算表达式为：

式中，Phase为相位调制量，为加载到空间光调制器上，控制激光从空间光调制器单元出射时的转向，d_x为x轴上阵元间距，d_y为y轴上阵元间距，k为波数，k＝2*π/λ，λ为波长，θ₀为俯仰角，φ₀为水平角，±为偏转方向。