[发明专利]位置参照传感器

说明书

技术领域

本发明总地涉及一种位置参照传感器和/或用于操作位置参照传感器的方法。更具体地，本发明的实施方案涉及一种位置参照传感器，其朝向固定到一个或更多个对象的一个或更多个逆向反射(retro-reflective)目标引导来自航海船舶的脉冲激光的垂直扇形光束，并且探测被所述一个或更多个逆向反射目标反射的激光。该位置参照传感器形成这样的动态定位系统的一部分，该动态定位系统通过分析被该位置参照传感器探测到的反射激光来确定航海船舶相对于所述一个或更多个对象的位置。

背景技术

希望能够连续地确定航海船舶相对于一个或更多个其他对象(诸如另一航海船舶或固定平台)的位置，动态定位系统可以用于该目的。

一种动态定位系统包括安装在航海船舶上的位置参照传感器，图1和图2分别是位置参照传感器10在水平平面和垂直平面的操作的示意图。位置参照传感器10包括光学组件12，其封装在安装于航海船舶14上的壳体中。光学组件12包括生成激光的垂直扇形光束18的脉冲激光设备16及相关联的光学器件。壳体和封装的光学组件12围绕大致垂直轴20连续地旋转，如旋转线24图示地所示的，或者可替换地，围绕大致垂直轴振荡，以顺序地、重复地朝向逆向反射目标22引导激光的垂直扇形光束18，逆向反射目标22在水平方向上间隔开并且被固定到一个或更多个对象。光学组件12还包括被安放为与脉冲激光设备16及其相关联的光学器件相邻的光电探测器26及相关联的光学器件。光电探测器26及相关联的光学器件随脉冲激光设备16旋转，并且光电探测器26探测被所述一个或更多个逆向反射目标22反射的激光28。

在操作中，该动态定位系统基于所发射的并且被反射的激光的飞行时间来从光学组件12(因此，从航海船舶14)确定每个逆向反射目标22的范围。该动态定位系统还可以基于当反射激光28被光电探测器26探测到时光学组件12的旋转位置来确定相对于每个逆向反射目标22的方位(bearing)。该范围和方位数据都用于确定航海船舶14相对于逆向反射目标22(因此，一个或更多个对象)的位置。

航海船舶14经受由主要海况引起的纵摇、横摇和垂荡运动(heave motion)。因为激光光束18在垂直方向上成扇形散开(即，发散)，所以很可能的是，如果发生纵摇、横摇和垂荡，则垂直扇形光束18将射入(strike)一个或更多个逆向反射目标22。然而，光束发散通常限于光束中心线CL以上和以下大约±8°(图2)。基于回转仪的运动传感器和受监视的倾斜机构因此用于改变光学组件12(因此，激光的垂直扇形光束18)的垂直倾斜角，以进一步补偿航海船舶14的纵摇和横摇运动。受监视的倾斜机构通常能够在水平面以上和以下倾斜±20°。

即使具有上述位置参照传感器10，也很可能的是，如果存在航海船舶14的大的纵摇、横摇或垂荡运动，则逆向反射目标22中的一个或更多个可能移出激光的垂直扇形光束18的照射场。因此，很可能的是，位置参照传感器可能被致使不能操作，即使只是暂时性地。因此，存在对用于航海船舶的、补偿航海船舶的纵摇、横摇或垂荡运动的改进的位置参照传感器的需求。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种包括光学组件的位置参照传感器，所述光学组件包括：

脉冲激光设备，所述脉冲激光设备用于发射激光；

透镜装置，所述透镜装置包括透镜镜头，所述透镜镜头用于生成所述脉冲激光设备所发射的激光的垂直扇形光束(vertically fanned beam)；以及

光电二极管，所述光电二极管包括用于探测被逆向反射目标反射的激光的多个光电探测器，入射在每个光电探测器上的反射激光的水平是可被单独探测的；

所述位置参照传感器还包括用于改变所述光学组件的倾斜角的致动器，所述致动器是基于入射在每个光电探测器上的反射激光的水平可自动控制的。

逆向反射目标的理想位置是在激光的垂直扇形光束的垂直中心处，以使得在包括所述位置参照传感器的航海船舶的纵摇、横摇或垂荡运动的情况下，该逆向反射目标将保持在垂直扇形光束的照射场中。入射在每个光电探测器上的反射激光的水平可以用于确定逆向反射目标相对于垂直扇形光束的中心线的垂直位置，并且可以如此控制致动器来改变光学组件的倾斜角，以使得逆向反射目标基本上被定位在垂直扇形光束的中心处，并且使得反射激光可以被光电二极管探测到。透镜镜头有利地使垂直扇形光束的输出信号幅度的一致性最大，从而进一步改进致动器所提供的自动倾斜角控制。