分光棱镜位置变化对自准直测角光管角度测量误差的影响

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1、2017年第1期导弹与航天运载技术No.12017总第351期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.351文章编号：1004-7182(2017)01-0022-04DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20170106分光棱镜位置变化对自准直测角光管角度测量误差的影响王学根，孙煜，贺永喜（北京航天发射技术研究所，北京，100076）摘要：采用矢量分析的方法从理论上推导出分光棱镜位置变化对目标返回光线的影响，进而分析出其对自准直测角光管中目标像点位置的影响，并给出位置变化对角度测量误差的影响关系式，对自准直测角光管等精密仪

2、器中分光棱镜安装座设计提出建议。关键词：分光棱镜；位置变化；矢量法；角度测量；误差中图分类号：TH741文献标识码：AInfluenceonAutocollimationAngleMeasuringCausedbyMotionofBeamSplittingPrismWangXue-gen,SunYu,HeYong-xi(BeijingInstituteofSpaceLaunchTechnology,Beijing,100076)Abstract：Theinfluenceonreflectionbeamfromthetargetcausedbythemotionof

3、beamsplittingprismistheoreticallydeduced,withvectoranalyzingmethod.Theaffectiononthepostionofthetargetimageforautocollimationmeasuringisanalysedfurther.Therelationbetweentheanglemeasuringerrorandthemotionofthetargetimageisgiven.Someadvicesforthedesignofprismseataregiven,whichisusedint

4、heprecisionequmentaswellastheautocollimation.Keywords:Beamsplittingprism;Motion;Vectormethod;Anglemeasuring;Error[2]0引言对测量精度的影响，仅关注其安装稳定性误差给测量分光棱镜是自准直测角光管光路设计中的关键部精度带来的可能影响。根据光线的反射定律及转动定件，其主要作用是通过内反射的方式改变被测目标的理，结合分光棱镜安装的误差源形式，本文采用矢量反射光线，使其偏离光学系统光轴方向一定角度（一分析的方法从理论上推导出安装位置变化对目标返回般为90°），

5、在空间上方便安装电荷耦合元件光线成像位置变化的影响关系，进而分析出其对测量（Charge-coupledDevice，CCD）等光电器件以实现光误差的影响，并对分光棱镜安装座的设计提出建议。[1]电测量，自准直测角光管光路原理如图1所示。作为一种精密的角度测量设备，自准直测角光管的测角精度比较高，通常试验室内能达到0.5~0.1″。对于军用高精度的自准直测角光管，测角精度绝对值的高低不是其唯一考核的指标；其在全温域（温度环境一般为-40~60℃）范围内，测角精度的稳定性则更重要。在上述宽温范围内，分析自准直测角光管误差源，分光棱镜的制造和安装稳定性误差不可小视。因

6、为经分光图1自准直测角光管光路原理棱镜反射的目标光线是测量被测目标方位信息的载由图1可知，分光棱镜的分光面是一个平面镜，体，分光棱镜本身的制造误差及其安装稳定性误差将利用平面镜反射实现测量光束偏转90°，为安装CCD直接影响测量精度。本文不讨论分光棱镜的制造误差器件提供空间并实现光电测量。收稿日期：2016-05-24；修回日期：2016-10-08作者简介：王学根（1976-），男，高级工程师，主要研究方向为光电测量及精密仪器第1期王学根等分光棱镜位置变化对自准直测角光管角度测量误差的影响2321平面镜反射定律的矢量法表示⎧A′XX=−(12NANNANNA)X

7、−2XYY−2XZZ⎪2平面镜反射矢量示意如图2所示。⎨AYX′=−2(NNAYX+−12NAY)Y−2NNAYZZ（2）⎪2A′=−22(NNA−NNA+−12NA)⎩ZXZXYZYZZ将式（2）写成矩阵形式：AR′＝A式中R为平面镜的反射作用矩阵，其中：⎡2⎤12---N2NN2NNxxyxz⎢2⎥R=--21NNNN22-N（3）⎢xyyyz⎥图2平面镜反射矢量示意⎢---221NNNN2N2⎥⎣xzyzz⎦图2中，A为入射光线单位矢量，N为反射面法线的单位矢量，A′为A的反射光线单位矢量，由矢量2转动矢量公式[3]矢量A绕转轴单位矢量P转动一角度θ而成为矢

8、三角形O1