CN102661743B - 瞄准惯性系统子午线定向方法 - Google Patents

Abstract

本发明是瞄准惯性系统子午线定向方法，该方法基于包括棱镜组件(2)、垂直轴系(5)、瞄准望远镜(1)、水准器(2)、微调机构(4)、锁定机构(3)、方位制动机构(6)、调平底座(8)、调平螺旋(9)、箱体(10)的瞄准惯性系统子午线定向装置，该装置是瞄准惯性系统方位棱镜的等效器，用于建立试验室内的基准定向，并对光瞄准系统进行功能及精度自检。该方法通过测定棱镜组件的法线方向作为子午线定向基准，依据棱镜组件的法线方向对棱镜的棱脊倾斜进行精密测量，并保证棱脊自准直方位误差在允许范围之内。具备棱镜棱脊方向不水平度的调整功能、棱镜弦面不垂直度的调整功能、方位旋转调节功能，具有耐冲击力及控制局部应力变形的功能。

Description

瞄准惯性系统子午线定向方法

■技术领域

本发明涉及一种定向方法，特别是一种瞄准惯性系统子午线定向方法。

■背景技术

对现有的几种定向方法介绍如下。

GPS雷达子午线定向可以精确确定点位坐标以及直线方位，用于测定陀螺仪常数、雷达标校目标的位置及标定有关设备的真北方向等。利用GPS载波相位观测技术获取基线的方位角，可建立方位定向场。精度分析和实际应用表明该方位定向场可以满足精度需要，但是系统复杂，造价较高。

电子罗盘也是一种定向方法。在使用者静止不动或低速行进时，可以利用电子罗盘得到所面对或行进的子午线角度，类似指北针功能。但是由于电子罗盘易受外部电磁场的干扰而影响准确度，故需与GPS配合使用。若使用者的移动速度一旦超过所设定的速度界限值，就会立即切换成以GPS所计算出来的子午线角度为准。当使用者的移动速度低于预设的速度界限值、且时间持续超过预设的时间界限值后，才会将GPS的子午线角计算功能切换成由电子罗盘来指引。另外，当GPS讯号中断后，也会切换至电子罗盘。

时角法和高度法等测量方法也具有子午线测量功能，提供子午线定向测量校准等定向子午线标定，该方法基本满足工程施工的子午线定向需求，但定向精度较低。

综上所述，传统的定向方法能够一定程度上提供定向功能，但每个方法都有其自身的不足，系统结构较大，易受电磁干扰，对定向系统的工作环境要求较高，且成本较高。

■发明内容：

本发明提供一种瞄准惯性系统子午线定向方法，作为瞄准惯性系统子午线棱镜的等效器，用于建立试验室内瞄准惯性系统子午线的定向，并对光瞄准系统进行功能及精度自检。

瞄准惯性系统子午线定向方法，基于包括垂直轴系、瞄准望远镜、水准器、微调机构、锁定机构，还包括棱镜组件、调平螺旋、方位制动机构、调平底座、箱体的瞄准惯性系统子午线定向装置。

本发明是由以下技术方案来实现：①子午线定向方法中的棱镜组件采用二次反射直角棱镜。只要入射光线处于与两反射面交棱垂直的主截面内，经二次反射后的反射光线将与入射光线在空间相互平行；当入射光线在主截面内高低方向上改变位置时，将不会改变出射光线与入射光线的平行性；当入射光线和棱镜在子午线上相互改变位置时，出射光线仍保持在入射光线和交棱定义的平面内。通过该方法可以将一个空间问题改变为一个在入射光线与棱镜组件交棱所定义的平面内的平面问题来处理，这一点在实际使用中会带来许多便利之处。②垂直轴系的精度直接影响该方法的定向测量精度，设计了半运动学式结构，半运动式精密轴系在相同参数条件下比标准式精密轴系容易得到更高的置中精度。半运动式精密轴系属于低速精密滑动轴承轴系，它的特点如下：用小面积或线接触代替点接触的结构，该结构适用于小负荷，相对运动速度低，工作精度要求高的结构中；轴承套固定不动，轴旋转、轴套的锥形表面和轴的外圆与平面之间有一圈精密滚珠，锥面滚珠支承既具有支承重量的作用，又具有自动定中心的作用；由于采用十几个精密钢珠支承，支承点是滚动摩擦，因此转动时摩擦力矩小，启动灵活，磨损小，寿命长，同时对温度不敏感，低温时不致发生卡死现象。

本发明的目的是通过测定棱镜组件的法线方向作为子午线定向，依据棱镜组件的法线方向对棱镜的棱脊倾斜进行精密测量，并保证棱脊自准直方位误差在允许范围之内。具备棱镜棱脊方向不水平度的调整功能、棱镜弦面不垂直度的调整功能、方位旋转调节功能，具有耐冲击力及控制局部应力变形的功能。

有益效果

本发明所述瞄准惯性系统子午线定向方法，可起到瞄准惯性系统方位棱镜等效器的作用，并用于对光瞄准设备进行功能及精度测试与标定。该方法能够克服以往子午线定向方法的不足，系统结构紧凑，调节方便灵活，不易受电磁干扰，对定向系统的工作环境要求较低，且成本较低。

■附图说明

图1为瞄准惯性系统子午线定向方法外形图

图2为基于本发明的方位棱镜角反射原理示意图

1-瞄准望远镜 2-水准器 3-锁定机构 4-微调机构 5-垂直轴系 6-方位制动机构7-棱镜组件 8-调平底座 9-调平螺旋 10-箱体

■具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

如图1所示，瞄准惯性系统子午线定向方法，基于包括垂直轴系5、瞄准望远镜1、水准器2、微调机构4、锁定机构3，还包括棱镜组件7、调平螺旋9、方位制动机构6、调平底座8和箱体10的瞄准惯性系统子午线定向装置。瞄准望远镜1安装在棱镜组件7的法线方向上，其视轴与棱镜的棱脊成正交，其功能是在远距离光电准直测试时便于视场相对粗瞄。棱镜组件7固定在可绕竖轴旋转的棱镜座上，垂直轴系5采用强制定心球面导轨滚珠支承的半运动式轴系，定向及置中精度高，对温度不敏感，不易卡死，可实现棱镜组件7的360°范围的方位回转，并设计具有±1.5°的方位微调功能。设有方位制动机构6、微调机构4及任意位置锁定机构3，方位制动机构6的功能是防止垂直轴系5转动，实现方位定位，微调机构4的功能是微调棱镜的方位，锁定机构3的功能是防止棱镜方位走动。调平底座8和调平螺旋9用于支承和调平，调平的目的使垂直轴系5位于铅垂面内。调平底座8上有三个脚螺旋，用于整平仪器。调平底座8上固连一个竖轴轴套及调平螺旋9。水准器2显示该方法的精密调平精度，调平误差不大于1/2格值。箱体10对整个装置起保护作用。该装置底座安装在实验室内规格为250C的槽钢立柱外侧面上，可调节到立柱上需要的位置，具有稳定可靠的连接固定方式。在室外可固定在专用三角架上使用。

使用时，首先将瞄准惯性系统子午线定向装置架设在一个位置稳定可靠的固定基座上，依据水准器的指示通过调平螺旋将装置整体调平；然后用瞄准望远镜与准直经纬仪进行对瞄，通过方位制动机构及微调机构进行锁紧和微调，使得准直经纬仪能够与棱镜组件准直；通过准直经纬仪的角度传递，将子午线基准信息传递到瞄准惯性系统子午线定向装置上并采用锁紧机构进行锁紧，由此，瞄准惯性系统子午线定向装置中就保存了子午线定向信息，该定向信息作为稳定的北向基准信息。

该装置的核心部分是棱镜组件7，棱镜组件7采用二次反射直角棱镜。为不使棱镜的反射层暴露在空气中，对入射光线采用内反射面反射的形式，如图2所示：ABCD为反射面，x、y、z为直角坐标系，o为坐标原点。根据反射成像性质，光线经棱镜的二反射面依次反射后，反射光线相对于入射光线偏转的角度为二反射面夹角的二倍，当二反射面夹角为90°时，反射光线相对于入射光线偏转180°的角度。正是依据这个特性，棱镜采用二次反射直角棱镜，其工作面为二个折射面和一个反射面，垂直于棱的截面为主截面。棱镜组件接收并反射入射光束，通过测定棱镜组件弦面的垂直度可确定棱镜的棱脊倾斜。只要入射光线处于与二个反射面交棱垂直的主截面内，经二次反射后的光线将与入射光线在空间相互平行；当入射光线在主截面内高低方向改变位置时，将不改变出射光线的平行性；当入射光线和棱镜在入射光线和交棱定义的平面即主截面内相互改变位置时，出射光线仍保持在同一平面内，在方位方向上遵守反射定律；当入射光线相对于定向平面有一倾斜角λ时，出射光线也会偏离入射光线而产生子午线误差角λ′。

在棱镜组件的法线方向上，调节瞄准望远镜的视轴与棱镜的直角棱线成正交，在远距离光电准直测试时粗瞄视场。调节棱镜组件的棱脊倾斜，当棱脊自准直方位误差在允许范围之内时，可确定棱镜组件的法线方向，依据棱镜组件的法线方向作为瞄准惯性系统的子午线定向基准。

Claims (8)

1.瞄准惯性系统子午线定向方法，其特征在于：该方法为基于瞄准惯性系统子午线定向装置的一种定向方法，所述瞄准惯性系统子午线定向装置包括垂直轴系、瞄准望远镜、水准器、微调机构、锁定机构，还包括棱镜组件、调平螺旋、方位制动机构、调平底座和箱体；瞄准望远镜安装在棱镜组件的法线方向上，其视轴与棱镜的棱脊成正交，棱镜组件固定在可绕竖轴旋转的棱镜座上，垂直轴系采用强制定心球面导轨滚珠支承的半运动式轴系，调平底座上固连一个竖轴轴套及调平螺旋；使用时，首先将瞄准惯性系统子午线定向装置架设在一个位置稳定可靠的固定基座上，依据水准器的指示通过调平螺旋将装置整体调平；然后用瞄准望远镜与准直经纬仪进行对瞄，通过方位制动机构及微调机构进行锁紧和微调，使得准直经纬仪能够与棱镜组件准直；通过准直经纬仪的角度传递，将子午线基准信息传递到瞄准惯性系统子午线定向装置上并采用锁紧机构进行锁紧，由此，瞄准惯性系统子午线定向装置中就保存了子午线定向信息，该定向信息作为稳定的北向基准信息。

2.如权利要求1所述的瞄准惯性系统子午线定向方法，其特征在于：棱镜组件接收并反射入射光束，通过测定棱镜组件弦面的垂直度可确定棱镜的棱脊倾斜。

3.如权利要求2所述的瞄准惯性系统子午线定向方法，其特征在于：当入射光线处于棱镜二个反射面交棱垂直的主截面内，经二次反射后的光线将与入射光线在空间相互平行。

4.如权利要求3所述的瞄准惯性系统子午线定向方法，其特征在于：当入射光线在主截面内高低方向改变位置时，将不改变出射光线的平行性。

5.如权利要求4所述的瞄准惯性系统子午线定向方法，其特征在于：当入射光线和棱镜在入射光线和交棱所定义的平面即主截面内相互改变位置时，出射光线仍保持在同一平面内，在方位方向上遵守反射定律。

6.如权利要求5所述的瞄准惯性系统子午线定向方法，其特征在于：当入射光线相对于定向平面有一倾斜角λ时，出射光线也会偏离入射光线而产生子午线误差角λ′。

7.如权利要求1所述的瞄准惯性系统子午线定向方法，其特征在于：在棱镜组件的法线方向上，调节瞄准望远镜的视轴与棱镜的直角棱线成正交，在远距离光电准直测试时粗瞄视场。

8.如权利要求3所述的瞄准惯性系统子午线定向方法，其特征在于：调节棱镜组件的棱脊倾斜，当棱脊自准直方位误差在允许范围之内时，可确定棱镜组件的法线方向，依据棱镜组件的法线方向作为瞄准惯性系统的子午线定向基准。