高精度三维小角度测量：单直角棱镜方法

"该文提出了一种基于单个直角棱镜的三维小角度同时测量技术，利用激光准直和四象限探测器，实现了对俯仰角、偏摆角和滚转角的高精度测量。这种方法通过光束在直角棱镜上的反射和透射，获取角度变化的信息，通过四象限探测器的差分测量，有效地避免了误差串扰，提高了抗干扰性能。实验结果显示，该方法的测角分辨率分别达到了约0.1"和0.3"，测角精度约为1"和2"。" 本文主要探讨的是三维小角度测量技术，具体是一种利用单个直角棱镜作为敏感元件的高精度测量方法。在光学系统中，准直的激光束垂直照射到直角棱镜的斜边，经过分束膜处理的斜边将反射和透射光束分开。反射光束在经历两次反射后，其偏向角度是俯仰和偏摆角的两倍，被四象限探测器QD1接收，用于俯仰和偏摆角的测量。而透射光束经过直角棱镜的反向折射，不仅方向产生2倍于俯仰角的偏离，还伴随着包含滚转角信息的平移，这一部分光束由另一个四象限探测器QD2接收，通过两个探测器的差分测量，可以独立地获得滚转角信息，避免了不同角度测量间的误差相互影响。 四象限探测器在该系统中起着关键作用，它们能够精确地检测光束位置的变化，从而转化为角度信息。这种设计提高了系统的抗干扰能力和稳定性，对于需要高精度三维角度测量的领域，如航天、军事、精密机械等领域具有重要意义。 实验数据表明，该方法在特定条件下，对偏摆角和俯仰角的测角分辨率可以达到0.1"，对滚转角的分辨率为0.3"，而测角精度分别约为1"和2"，这些数值代表了高精度的测量水平。这样的成果对于提升各种设备的姿态控制和定位精度，特别是在微小角度变化的监测中，具有显著的技术优势。 该文提出的三维小角度同时测量方法通过巧妙的光学设计和四象限探测器的应用，成功地解决了三维角度测量的精度问题，为相关领域的研究和应用提供了新的技术途径。这种方法的实用性和创新性在于其高精度、抗干扰能力和简洁的系统结构，有望在未来的精密测量技术中得到广泛应用。