[发明专利]一种双光梳精密测角方法及测角系统

权利要求书

1.一种双光梳精密测角方法，其特征在于包括以下内容：

设置具有一定重复频率差的第一光频梳和第二光频梳；

第一光频梳发出的光脉冲分成两束分别经由设置在测量臂和参考臂的基于光栅的空间姿态无源测头衍射返回合成一束光；

合成的此束光与第二光频梳发出的光脉冲发生干涉得到多外差干涉信号，将多外差干涉信号进行处理得到第一光频梳经测量臂返回光脉冲的光谱相位信息，解算出设置在测量臂的基于光栅的空间姿态无源测头的姿态角度；

所述基于光栅的空间姿态无源测头包括角锥棱镜和透射二维光栅，所述透射二维光栅的出光面与所述角锥棱镜的底面固定连接；入射光以接近垂直的角度入射到所述透射二维光栅，经所述透射二维光栅产生的第一次衍射光分别由所述角锥棱镜反射三次，所述角锥棱镜的出射光与第一次衍射光分别平行，所述角锥棱镜的出射光经所述透射二维光栅发生第二次衍射，经所述透射二维光栅出射的第二次衍射光与原始入射光相互平行。

2.一种双光梳精密测角方法，其特征在于包括以下内容：设置具有一定重复频率差的第一光频梳和第二光频梳；

第一光频梳发出的光脉冲分成两束分别经由设置在测量臂和参考臂的基于光栅的空间姿态无源测头衍射返回合成一束光；

合成的此束光与第二光频梳发出的光脉冲发生干涉得到多外差干涉信号，将多外差干涉信号进行处理得到第一光频梳经测量臂返回光脉冲的光谱相位信息，解算出设置在测量臂的基于光栅的空间姿态无源测头的姿态角度；

所述基于光栅的空间姿态无源测头包括参数相同的透射二维光栅和反射二维光栅，所述透射二维光栅和反射二维光栅平行设置，且所述透射二维光栅与所述反射二维光栅之间有一定的间距；入射光以接近垂直的角度入射到所述透射二维光栅，经所述透射二维光栅产生的第一次衍射光发射到所述反射二维光栅，经所述反射二维光栅出射的第二次衍射光与原始入射光相互平行。

3.如权利要求1或2所述的一种双光梳精密测角方法，其特征在于，姿态角度为俯仰角和/或偏摆角。

4.如权利要求3所述的一种双光梳精密测角方法，其特征在于，俯仰角或偏摆角为：

其中，

式中，“[]”表示取整运算，A为粗测绝对值，F为放大因子，S为多外差干涉光谱范围内单个谱线相位值进行非模糊角度范围内的小角度。

5.一种双光梳精密测角系统，其特征在于，该测角系统包括两光频梳、两基于光栅的空间姿态无源测头、光电探测器和信号处理系统；

第一光频梳发出的光脉冲分成两束，其中一束光脉冲入射到设置在参考臂的所述基于光栅的空间姿态无源测头，另一束光脉冲入射到设置在测量臂的所述基于光栅的空间姿态无源测头，两所述基于光栅的空间姿态无源测头的衍射光平行于入射光返回合成一束光；

第二光频梳发出的光脉冲与合成光束发生干涉得到多外差干涉信号，多外差干涉信号滤波后被所述光电探测器探测，所述光电探测器将探测的干涉信号进行光电转换后发送到所述信号处理系统；

所述信号处理系统通过傅里叶变换得到参考臂返回光脉冲、测量臂返回光脉冲分别与所述第二光频梳干涉信号的相位频谱，并通过二者之差得到设置在测量臂的所述基于光栅的空间姿态无源测头返回光脉冲的光谱相位，进而得到其姿态角度；

所述基于光栅的空间姿态无源测头包括角锥棱镜和透射二维光栅，所述透射二维光栅的出光面与所述角锥棱镜的底面固定连接；入射光以接近垂直的角度入射到所述透射二维光栅，经所述透射二维光栅产生的第一次衍射光分别由所述角锥棱镜反射三次，所述角锥棱镜的出射光与第一次衍射光分别平行，所述角锥棱镜的出射光经所述透射二维光栅发生第二次衍射，经所述透射二维光栅出射的第二次衍射光与原始入射光相互平行。

6.一种双光梳精密测角系统，其特征在于，该测角系统包括两光频梳、两基于光栅的空间姿态无源测头、光电探测器和信号处理系统；

第一光频梳发出的光脉冲分成两束，其中一束光脉冲入射到设置在参考臂的所述基于光栅的空间姿态无源测头，另一束光脉冲入射到设置在测量臂的所述基于光栅的空间姿态无源测头，两所述基于光栅的空间姿态无源测头的衍射光平行于入射光返回合成一束光；

第二光频梳发出的光脉冲与合成光束发生干涉得到多外差干涉信号，多外差干涉信号滤波后被所述光电探测器探测，所述光电探测器将探测的干涉信号进行光电转换后发送到所述信号处理系统；

所述信号处理系统通过傅里叶变换得到参考臂返回光脉冲、测量臂返回光脉冲分别与所述第二光频梳干涉信号的相位频谱，并通过二者之差得到设置在测量臂的所述基于光栅的空间姿态无源测头返回光脉冲的光谱相位，进而得到其姿态角度；

所述基于光栅的空间姿态无源测头包括参数相同的透射二维光栅和反射二维光栅，所述透射二维光栅和反射二维光栅平行设置，且所述透射二维光栅与所述反射二维光栅之间有一定的间距；入射光以接近垂直的角度入射到所述透射二维光栅，经所述透射二维光栅产生的第一次衍射光发射到所述反射二维光栅，经所述反射二维光栅出射的第二次衍射光与原始入射光相互平行。