【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及角度测量方法及装置，具体涉及一种基于多元探测器的角度测量方法及装置。
技术介绍
1、多元式探测器是由多个参数完全相同的光电二极管按照直角坐标排列组成的光电探测器，具有响应速度快、灵敏度高、使用便捷等特点，广泛应用于跟踪、定位、准直等光学系统，相比于传统四像限探测器，多元式探测器由于像元数量的增加，具有更大的视场范围，能够为光学系统提供更大的作用区域。因此研究具有高精度的多元探测器测角方法，对于提升光学测量系统的性能，具有非常重要的意义。
2、在传统光学测量系统中，光学系统将目标光源成像为单个像元大小的光斑进行测量，但是由于圆形光斑中心坐标计算方式线性度差且像元之间存在隔离区，如果光斑覆盖单个像元，即光斑中心与单个像元中心重合，则光斑向临近像元移动经过隔离区时，多元探测器输出的电压信息将不发生变化，那么利用此过程采集的电压数据计算目标光源角度，结果也不会发生改变，导致产生测量误差，影响目标光源的角度测量精度。
技术实现思路
1、本专利技术目的是提供一种基于多元探测器的角度测量方法及装置，以解决现有光学系统由于光斑只覆盖单个像元且线性度差的问题，导致光斑移动经过相邻像元之间的隔离区时，探测器输出的电压信息无变化，从而产生测量误差，影响目标光源角度测量精度的技术问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于多元探测器的角度测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
4、步骤1、通过光学系统将目标光源汇聚
5、步骤2、多元探测器将光信号转换为电压信号，获取多元探测器输出的所有行电压信号ui和列电压信号vj；
6、步骤3、获取所有行电压信号ui中的最大行电压信号ui和所有列电压信号vj中的最大列电压信号vj，则二者对应的位置为探测到的光斑中心所处像元位置，记光斑中心所处像元位置为第i行、第j列；
7、步骤4、计算光斑中心坐标：
8、若行电压信号ui中只有第i-1、i行的电压值为非默认电压值(默认电压值为没有光斑情况下行、列输出的电压值)，列电压信号vj中只有第j-1、j列的电压值为非默认电压值，则光斑中心坐标(x，y)为：
9、
10、若行电压信号ui中只有第i+1、i行的电压值为非默认电压值，列电压信号vj中只有第j+1、j列的电压值为非默认电压值，则光斑中心坐标(x，y)为：
11、
12、若行电压信号ui中只有第i-1、i、i+1行的电压值为非默认电压值，列电压信号vj中只有第j-1、j、j+1列的电压值为非默认电压值，则光斑中心坐标(x，y)为：
13、x＝(x1+x2)/2+j*d；
14、y＝(y1+y2)/2+i*d；
15、其中，
16、步骤5、计算目标光源与多元探测器光敏面在水平方向的夹角α与垂直方向夹角β：
17、
18、其中，f为所述多元探测器光敏面到光学系统成像面的距离。
19、进一步地，还包括：步骤6、通过分段曲线拟合法对测量角度α、β与真实角度进行标定，获取测量角度与真实角度之间关系函数，基于所述关系函数以及测量角度实时获取目标光源的真实角度。
20、进一步地，步骤1中：i＝8，j＝8。
21、一种基于多元探测器的角度测量装置，用于实现上述的一种基于多元探测器的角度测量方法，其特殊之处在于：包括光学系统、多元探测器、信号采集单元以及信号处理单元；
22、所述光学系统设置在多元探测器的探测端，用于将目标光源汇聚至多元探测器，使其在所述多元探测器的光敏面上形成圆形光斑，所述圆形光斑的直径d与像元的边长a满足：a＜d＜2a；
23、所述多元探测器包括i行×j列探测单元，用于将光信号转换为电压信号，i≥3，j≥3；
24、所述信号采集单元的采集端与多元探测器的输出端连接，用于接受所述电压信号并发送至信号处理单元；
25、所述信号处理单元与信号采集单元的输出端连接，用于根据收到的电压信号计算目标光源与多元探测器光敏面间的角度。
26、进一步地，所述多元探测器中包括8×8个探测单元。
27、本专利技术的有益效果：
28、本专利技术利用多元探测器进行角度测量，具有测量视场范围大的特点，其次采用大光斑的方式，避免了小光斑经过相邻像元之间隔离区时，探测器输出信号不变的问题，提升了圆形光斑中心坐标计算的线性度，降低了曲线拟合算法的复杂度，同时对光斑边缘处于隔离区时，采用取平均值的方式，提升光斑坐标测量精度，为目标光源的角度标定提供了有力支撑。本专利技术能够为水下无人航行器的导引回收、机器人路径规划管理等提供有力保障。
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1.一种基于多元探测器的角度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多元探测器的角度测量方法，其特征在于，还包括：
3.根据权利要求1或2所述的基于多元探测器的角度测量方法，其特征在于，步骤1中：i＝8，j＝8。
4.一种基于多元探测器的角度测量装置，用于实现权利要求1-3任一所述的一种基于多元探测器的角度测量方法，其特征在于：包括光学系统(2)、多元探测器(3)、信号采集单元(4)以及信号处理单元(5)；
5.根据权利要求4所述的基于多元探测器的角度测量装置，其特征在于：所述多元探测器(3)中包括8×8个探测单元。
【技术特征摘要】
1.一种基于多元探测器的角度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多元探测器的角度测量方法，其特征在于，还包括：
3.根据权利要求1或2所述的基于多元探测器的角度测量方法，其特征在于，步骤1中：i＝8，j＝8。
4.一种基于多元探测器...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕小鹏，吴亚风，吴国俊，邵建锋，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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