一种外置式光学定向设备及其测向方法

摘要

本发明公开了一种外置式光学定向设备，包括：天线基板可旋转安装于转盘上，所述天线基板与所述转盘中心同轴；第一标识杆固定安装于所述天线基板上，所述第一标识杆与所述天线基板和所述转盘中心同轴；第二标识杆固定安装于所述天线基板上，与所述第一标识杆之间的距离大于第一设定距离阈值；测向装置固定安装于所述天线基板上，所述测向装置的中心点位于所述第一标识杆和所述第二标识杆的连线上，所述测向装置用于测量所述第一标识杆和所述第二标识杆的连线的方位角。本发明提供的外置式光学定向设备独立于待测向光学设备存在，从而可以实现多次利用；并且采用光学对准，可以保证对准的精度。本发明还提供了相应的测向方法。

权利要求

1.一种基于外置式光学定向设备的测向方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将所述外置式光学定向设备放置在离待测向光学设备一定距离处，且使所述待测向光学设备高于天线基板；

(2)调整所述外置式光学定向设备使第一标识杆对准所述待测向光学设备的中心线；

(3)旋转所述外置式光学定向设备的转盘，使第二标识杆、第一标识杆以及所述待测向光学设备的中心线位于同一连线上；

(4)通过所述测向装置测量所述第一标识杆和所述第二标识杆的连线的方位角，从而得到所述待测向光学设备的方位角；其中，所述外置式光学定向设备包括转盘、天线基板、第一标识杆、第二标识杆以及测向装置，其中：所述天线基板可旋转安装于所述转盘上，所述天线基板与所述转盘中心同轴；

所述第一标识杆固定安装于所述天线基板上，所述第一标识杆与所述天线基板和所述转盘中心同轴；

所述第二标识杆固定安装于所述天线基板上，与所述第一标识杆之间的距离大于第一设定距离阈值；

所述测向装置固定安装于所述天线基板上，所述测向装置的中心点位于所述第一标识杆和所述第二标识杆的连线上，所述测向装置用于测量所述第一标识杆和所述第二标识杆的连线的方位角。

2.如权利要求1所述的基于外置式光学定向设备的测向方法，其特征在于，所述测向装置包括第一GPS天线、第二GPS天线和GPS测向解算单元，所述第一GPS天线和第二GPS天线均位于所述第一标识杆和所述第二标识杆的连线上，所述第一GPS天线和第二GPS天线之间的距离大于第二设定距离阈值，所述GPS测向解算模块与所述第一GPS天线和第二GPS天线通信相连。

3.如权利要求1所述的基于外置式光学定向设备的测向方法，其特征在于，所述测向装置为电子罗盘或者光纤陀螺仪。

4.如权利要求1至3任一项所述的基于外置式光学定向设备的测向方法，其特征在于，所述第一标识杆和所述第二标识杆的连线为所述天线基板的中心轴线。

5.如权利要求2所述的基于外置式光学定向设备的测向方法，其特征在于，所述第一GPS天线位于所述天线基板的一端，所述第二GPS天线位于所述天线基板的另一端。

6.如权利要求2所述的基于外置式光学定向设备的测向方法，其特征在于，所述第二标识杆位于所述第一标识杆与所述第一GPS天线之间。

7.如权利要求1至3任一项所述的基于外置式光学定向设备的测向方法，其特征在于，所述第一标识杆和第二标识杆的高度高于所述测向装置。

8.如权利要求1至3任一项所述的基于外置式光学定向设备的测向方法，其特征在于，所述第一标识杆上部开有一个通光孔，所述第二标识杆上与所述第一标识杆的通光孔相应的位置处安装有第一光接收单元，所述转盘由旋转电机驱动旋转，所述第一光接收单元与所述旋转电机通信连接；当所述第一光接收单元检测到光信号时，所述旋转电机停止旋转。

9.如权利要求1至3任一项所述的基于外置式光学定向设备的测向方法，其特征在于，所述天线基板为长方形或椭圆形。

说明书

一种外置式光学定向设备及其测向方法

技术领域

[0001] 本发明属于光学定向技术领域，更具体地，涉及一种外置式光学定向设备及其测向方法。

背景技术

[0002] 一般情况下，光学仪器设备的定向方案通常是将包含电子罗盘或者光纤陀螺仪等测向装置的定向设备与光学仪器固连。由于定向设备价格昂贵，很多光学仪器设备在设计时并未加装定向设备。而在后期应用需要时，再加装定向设备一般比较困难，并且定向设备的仪器性能检测和更换也比较麻烦。

[0003] 再者，目前采用的固连方案通常是将测向装置与光学仪器设备外壳的轴心基线对准。由于加工和安装精度可能不足，定向仪器设备测量的方位角与待测向光学设备成像系统光轴所在方位角可能存在差异，导致测角的结果会存在一定误差。

发明内容

[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种外置式光学定向设备及测向方法，其目的在于通过外置分离式的光学定向方案，实现光学仪器设备方位角的测量，由此解决现有技术中后期加装困难以及测量精度不足的技术问题。

[0005] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种外置式光学定向设备，包括转盘、天线基板、第一标识杆、第二标识杆以及测向装置，其中：

[0006] 所述天线基板可旋转安装于所述转盘上，所述天线基板与所述转盘中心同轴；

[0007] 所述第一标识杆固定安装于所述天线基板上，所述第一标识杆与所述天线基板和所述转盘中心同轴；

[0008] 所述第二标识杆固定安装于所述天线基板上，与所述第一标识杆之间的距离大于第一设定距离阈值；

[0009] 所述测向装置固定安装于所述天线基板上，所述测向装置的中心点位于所述第一标识杆和所述第二标识杆的连线上，所述测向装置用于测量所述第一标识杆和所述第二标识杆的连线的方位角。

[0010] 本发明的一个实施例中，所述测向装置包括第一GPS天线、第二GPS天线和GPS测向解算单元，所述第一GPS天线和第二GPS天线均位于所述第一标识杆和所述第二标识杆的连线上，所述第一GPS天线和第二GPS天线之间的距离大于第二设定距离阈值，所述GPS测向解算模块与所述第一GPS天线和第二GPS天线通信相连。

[0011] 本发明的一个实施例中，所述测向装置为电子罗盘或者光纤陀螺仪。

[0012] 本发明的一个实施例中，所述第一标识杆和所述第二标识杆的连线为所述天线基板的中心轴线。

[0013] 本发明的一个实施例中，所述第一GPS天线位于所述天线基板的一端，所述第二GPS天线位于所述天线基板的另一端。

[0014] 本发明的一个实施例中，所述第二标识杆位于所述第一标识杆与所述第一GPS天线之间。

[0015] 本发明的一个实施例中，所述第一标识杆和第二标识杆的高度高于所述测向装置。

[0016] 本发明的一个实施例中，所述第一标识杆上部开有一个通光孔，所述第二标识杆上与所述第一标识杆的通光孔相应的位置处安装有第一光接收单元，所述转盘由旋转电机驱动旋转，所述第一光接收单元与所述旋转电机通信连接；当所述第一光接收单元检测到光信号时，所述旋转电机停止旋转。

[0017] 本发明的一个实施例中，所述天线基板为长方形或椭圆形。

[0018] 按照本发明的另一方面，还提供了一种基于上述外置式光学定向设备的测向方法，包括如下步骤：

[0019] (1)将所述外置式光学定向设备放置在离待测向光学设备一定距离处，且使所述待测向光学设备高于所述天线基板；

[0020] (2)调整所述外置式光学定向设备使所述第一标识杆对准所述待测向光学设备的中心线；

[0021] (3)旋转所述外置式光学定向设备的转盘，使所述第二标识杆、第一标识杆以及所述待测向光学设备的中心线位于同一连线上；

[0022] (4)通过所述测向装置测量所述第一标识杆和所述第二标识杆的连线的方位角，从而得到所述待测向光学设备的方位角。

[0023] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：

[0024] (1)本发明提供的外置式光学定向设备，采用外置分离式的光学定向方案，该光学定向设备无需固定在待测向光学设备上，可以独立于待测向光学设备存在，从而可以应用在到不同的待测向光学设备，实现多次利用；并且，外置分离式的方案使得光学定向设备的调试、对准和测量可以灵活操作；另外，外置分离式的方案针对不同的测向场景可以灵活对光学定向设备进行有针对性的配置，增强了测向应用的灵活性和多样性；

[0025] (2)本发明提供的外置式光学定向设备，利用待测向光学设备的中心线以及标识杆进行光学对准，而非现有技术中的将测向装置与光学仪器设备外壳的轴心基线对准，从而实现对待测向光学设备的光轴方位角的测量；该方案采用光学对准，从而可以保证对准的精度，克服了现有技术固连方案中因加工和安装精度不足造成的测向误差；

[0026] (3)本发明提供的外置式光学定向设备，可以利用双GPS天线、或者电子罗盘或者光纤陀螺仪实现对待测向光学设备的光轴方位角的测量，测向方法也可以针对不同的测向场景灵活调整，增强了测向应用的灵活性和多样性；

[0027] (4)本发明提供的外置式光学定向设备，可以通过第二标识杆的光接收单元和旋转电机实现两个标识杆与待测向光学设备的中心线的自动对准，既可以实现对准的自动化，同时也可以保证对准的高精确性，提高了测向结果的准确性；

[0028] (5)本发明提供的外置式光学定向设备，可以通过第一标识杆的光接收单元和安装于支架上的自动行走装置实现第一标识杆与待测向光学设备的中心线的自动对准，从而实现了测向之前的初始对准，既可以实现对准的自动化，同时也可以保证对准的高精确性，提高了测向结果的准确性；

[0029] (6)本发明提供的外置式光学定向设备，通过外置分离式的方案不仅可以对未安装测向机构的光学设备进行定向测量，还可以对已内置测向机构的待测向光学设备进行测向装置性能检测和校准，从而提供了一种简易准确的检测标准方案；

[0030] (7)本发明提供的基于上述外置式光学定向设备的测向方法，通过外置分离式的方案不仅可以提供灵活简便的测量过程，而且可以保证精确实时的测量结果，减小了测量的人力成本，提高了测量结果的准确性。

附图说明

[0031] 图1是本发明实施例中一种外置式光学定向设备的结构示意图；

[0032] 图2是本发明实施例中另一种外置式光学定向设备的结构示意图；

[0033] 图3是本发明实施例中一种标识杆与双GPS天线的结构示意图；

[0034] 图4是本发明实施例中一种基于上述外置式光学定向设备的测向方法的流程示意图；

[0035] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

[0036] 1-转盘 2-天线基板 3-第一标识杆 4-第二标识杆 5-第一GPS天线 6-第二GPS天线 7-待测向光学设备。

具体实施方式

[0037] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0038] 本发明基于测向装置对待测向光学设备的中心线的方位角的测量，设计了一套外置式转动的机械装置，解决了对光轴快速精确对准。可用三脚架或车架等架设于室外空地，用于对待测向光学设备进行方位角测量，以及对已内置测向机构的待测向光学设备进行测向装置性能检测和校准。

[0039] 如图1所示，本发明提供了一种外置式光学定向设备，包括转盘1、天线基板2、第一标识杆3、第二标识杆4以及测向装置，其中：

[0040] 所述天线基板2可旋转安装于所述转盘1上，所述天线基板2与所述转盘1中心同轴；

[0041] 所述第一标识杆3固定安装于所述天线基板2上，所述第一标识杆3与所述天线基板2和所述转盘1中心同轴；

[0042] 所述第二标识杆4固定安装于所述天线基板2上，与所述第一标识杆3之间的距离大于第一设定距离阈值；

[0043] 所述测向装置固定安装于所述天线基板2上，所述测向装置的中心点位于所述第一标识杆3和所述第二标识杆4的连线上，所述测向装置用于测量所述第一标识杆3和所述第二标识杆4的连线的方位角。

[0044] 通常地，所述转盘1可旋转地安装在三角架或其他类型的支架上。所述天线基板2、所述第一标识杆3、第二标识杆4以及测向装置之间的位置关系相对固定。

[0045] 所述天线基板2一般为长方形或椭圆形，标识杆和测向装置一般沿长轴方向放置。

[0046] 在测向之前进行初始定向时，需要对第一标识杆3进行对准，另外测向时利用的原理是两个标识杆的连线与待测向光学设备7的中心线对准时，来测量两个标识杆的连线的方位角。所以优选地，所述第一标识杆3和所述第二标识杆4的连线与所述天线基板2的中心轴线重合。

[0047] 为了保证初始定向的精确性及测向结果的准确性，两个标识杆之间一般要间隔一定的距离。这个距离一般和测向时定向设备与待测向光学设备7的距离也相关，如果两者的距离较远，则两个标识杆之间也应该相距较远，如果两者的距离较近，则两个标识杆之间也可以相距较近一些。另外由于天线基板2的尺寸也有一定的要求，太小会无法保证对准的精度，太大会使用不便成本过高。一般的天线基板2的长度在1-3米左右。

[0048] 具体地，基于上述结构进行测向时，可以利用双GPS测向，也可以利用电子罗盘或者光纤陀螺仪进行测向。

[0049] 进一步地，如图2和图3所示，所述测向装置包括第一GPS天线5、第二GPS天线6和GPS测向解算单元，所述第一GPS天线5和第二GPS天线6均位于所述第一标识杆3和所述第二标识杆4的连线上，所述第一GPS天线5和第二GPS天线6之间的距离大于第二设定距离阈值，所述GPS测向解算模块与所述第一GPS天线5和第二GPS天线6通信相连。

[0050] 由于GPS天线为圆盘形且体积较大，本发明实施例可先对准中心标识杆(第一标识杆3)，然后通过转动转盘1，待测向光学设备7的中心线、两个GPS天线连线平行，从而实现快速、准确测量。

[0051] 当所述第一标识杆3和第二标识杆4的连线与待测向光学设备7的中心线对准时，所述第一GPS天线5和第二GPS天线6也位于该连线上，此时利用两个GPS天线基于双GPS定位算法进行方位角的测算即可。为了保证双GPS定位算法的准确性，两个GPS天线之间应达到一定的距离，一般在1m至2m左右。

[0052] 优选地，如图3所示，所述第一GPS天线5位于所述天线基板2的一端，所述第二GPS天线6位于所述天线基板2的另一端。在图3中，所述第二标识杆4位于所述第一标识杆3与所述第一GPS天线5之间。第二GPS天线6位于天线基板2的另一端。

[0053] 为了防止测向装置的干扰或遮挡(例如GPS天线为圆盘状，可能会遮挡对准视线或光线)，一般地，所述第一标识杆3和第二标识杆4的高度高于所述测向装置。

[0054] 在具体实际应用中，对于判断测向装置与光学仪器的中心线是否对准，可以有两种操作方式：

[0055] (1)对于合作光学设备(即可以利用光学设备的图像进行观察)，可通过在待测光学设备显示图像并人工观察，转动使第一根标志杆和第二根标识杆重合，完成对光学设备的对准。

[0056] (2)对于非合作光学设备(即无法利用光学设备的图像进行观察)，在待测光学设备外加装平行激光器，转动转盘使激光穿过第一标识杆到达第二标示杆，完成对光学设备的对准。

[0057] 对于第二种方式，为了实现光学自动对准，可以使待测向光学设备7带有发光单元(例如平行激光器)，能够出射与待测向光学设备7的中心线相平行或重合的有色激光。在第一标识杆3上部开有一个通光孔，同时在所述第二标识杆4上与所述第一标识杆3的通光孔相应的位置处安装有第一光接收单元，所述转盘1由旋转电机驱动旋转，所述第一光接收单元与所述旋转电机通信连接；当所述第一光接收单元检测到光信号时，所述旋转电机停止旋转。这样，进行对准的时候，旋转电机驱动转盘1旋转，从而带动天线基板2和标识杆旋转，当第一标识杆3和第二标识杆4的连线与待测向光学设备7的中心线对准时，待测向光学设备7的发光单元出射的激光通过第一标识杆3的通光孔到达第二标识杆4的第一光接收单元，此时第二标识杆4的第一光接收单元检测到光信号，从而控制所述旋转电机停止旋转。保持当前方位不变，利用测向装置测量方位角。

[0058] 然而上述外置式光学定向设备的初始对准(即将第一标识杆3与待测向光学设备7的中心线对准)仍需要人工对准，而为了实现自动初始对准，可以在第一标识杆3的通光孔位置处也安装第二光接收单元，并且在支架底部安装自动行走装置(例如通过电机驱动的滑轮)，所述第二光接收单元与所述自动行走装置通信连接。所述自动行走装置带动支架行走(一般地可沿与待测向光学设备7的中心线相垂直的方向行走)，当第一标识杆3的第二光接收单元检测到光信号时，表明此时第一标识杆3已与待测向光学设备7的中心线重合，完成了初始对准。此时控制所述自动行走装置停止运动。

[0059] 进一步地，为了保证对准的精确性，还可以在所述第一标识杆3上安装有发光单元，所述发光单元能够出射与第一标识杆3和第二标识杆4的连线相平行或重合的有色激光，在所述待测向光学设备7的中心线处安装有第三光接收单元，当对准时所述待测向光学设备7上的第三光接收单元可以接收到所述第一标识杆3上的发光单元出射的激光。

[0060] 进一步地，所述天线基板为可折叠设计，当需要进行测向时，所述天线基板展开；当测向完成后，所述天线基板折叠。

[0061] 进一步地，所述外置式光学定向设备的各部件可用铝材制作，轻便可靠且成本低廉，便于加工、运输以及操作。另外所述外置式光学定向设备的各个可拆卸部件均可采用螺纹孔的方式相连接，便于运输和拆卸。

[0062] 进一步地，为了方便运输和移动，所述第一标识杆和第二标识杆可以设计成可伸缩天线式结构，在需要进行测向时，所述第一标识杆和第二标识杆伸长出来成为伸直状态，当测向完成后，所述第一标识杆和第二标识杆收缩回去成为缩回状态。

[0063] 进一步地，为了增加测向的准确性，还可以在所述外置式光学定向设备中同时安装多种测向装置，例如同时安装有双GPS天线、电子罗盘以及光纤陀螺仪中的两种或多种，在测向时对各不同测向装置测得的方位角进行平均值计算得到方位角；或者通过多次测向，滤除偏差较大的结果，将其他结果进行求取平均值得到方位角。

[0064] 进一步地，如图4所示，本发明提供了一种基于上述外置式光学定向设备的测向方法，包括如下步骤：

[0065] (1)将所述外置式光学定向设备放置在离待测向光学设备7一定距离处，且使所述待测向光学设备7高于所述天线基板2；

[0066] (2)调整所述外置式光学定向设备使所述第一标识杆3对准所述待测向光学设备7的中心线；

[0067] (3)旋转所述外置式光学定向设备的转盘1，使所述第二标识杆4、第一标识杆3以及所述待测向光学设备7的中心线位于同一连线上；

[0068] (4)通过所述测向装置测量所述第一标识杆3和所述第二标识杆4的连线的方位角，从而得到所述待测向光学设备7的方位角。

[0069] 进一步地，还可以通过多次测量得到多个测向结果，对多个测向结果求取平均值得到方位角；另外，还可以对多个测向结果进行筛选，滤除偏差较大的结果，将其他结果进行求取平均值得到待测向光学设备的方位角；

[0070] 进一步地，还可以同时利用两个或多个不同测向装置测得多个方位角，对多个方位角进行平均值计算得到待测向光学设备的方位角。

[0071] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。