CN101696880A - 运动载体动态实时精密水平测量方法 - Google Patents

Abstract

运动载体动态实时精密水平测量方法。所属领域为：运动载体水平参数测量技术；惯性导航水平精度鉴定技术；运动载体结构变形测量技术。为了解决运动载体(如车辆、船舶、飞机等)实时精密水平测量基准问题，提供运动载体关键点位实时精密水平信息。提出了基于“实时精密测角装置+惯性导航姿态信息+惯性同步复式平台+精密伺服跟踪系统+水平误差检测工具”的系统主体设计方案，在时间同步和主控微机的控制下实现了运动载体水平信息精确测量。作为一种通用的运动载体水平信息监测手段，它易于实现分布式多点位水平测量，可以用于运动载体实时精密水平测量、惯性导航设备水平精度鉴定、运动载体水平结构变形测量等。

Description

运动载体动态实时精密水平测量方法

技术领域

光学自准精密水平测量技术；

运动载体水平误差监测技术；

运动载体(如车辆、船舶、飞机等)水平参数(如纵向摇摆、横向摇摆等)测量技术；

动态实时结构变形测量技术；

惯导设备水平精度鉴定技术。

背景技术

为了解决运动载体(如车辆、船舶、飞机、火箭、导弹等)实时精密水平测量的基准问题，提高远望号航天测量船在动态环境下测控设备的实际测量控制精度，在对远望号航天测量船现有光测船姿测量系统深刻理解和综合分析的基础上，提出了动态实时光学精密水平测量基准研究的问题。

作为一种普遍适用的运动载体精密水平姿态监测手段，它易于实现分布式多点位水平测量，能够为运动载体(如运动机座测控设备、军用武器发射平台等)实时提供高精度水平基准信息，并用于运动载体水平结构变形测量、惯性导航设备水平精度鉴定等，简化现有船体变形测量系统结构。

发明内容

针对运动载体实时精密水平测量的实际需求，在对常规水平测量方法分析研究的基础上，提出了基于“实时精密测角装置+惯性导航姿态信息+惯性同步复示平台+精密伺服跟踪系统+水平误差检测工具”的系统主体设计方案。以载体惯性导航姿态信息作为支撑引导信息，以实时精密测角装置作为精密测角部件，由精密伺服跟踪系统驱动惯性同步复示平台跟踪惯导地平坐标系统，以当地大地地理水平作为绝对水平参考基准，通过水平误差检测工具跟踪测量当地大地地理坐标系，在时间同步和主控微机的同步控制下实现载体水平信息精密测量。

动态实时光学精密水平测量基准的总体组成主要包括：探测装置(水平监测)、控制机柜(跟踪测量)、主控制台(显示控制)等三个部分。对外接口主要包括：惯性导航(姿态角度)、时码终端(时间同步)、综合信息网络平台(结果输出)等三个部分。

探测装置主要用于实时监测跟踪安装基座基准平面相对大地水平参考平面的变化情况。它的组成主要包括：安装基座、惯性同步复示平台(采用内环、外环结构)、驱动电机(纵向、横向)、光学码盘(纵向、横向)、水平误差检测工具(纵向、横向)。

控制机柜主要用于实时测量信息接收、处理、发送，实时大地水平引导、捕获、跟踪，是系统内部信息交换、数据处理、状态控制的中心环节。它的组成主要包括：工控微机1(平台位置信息处理、平台对地误差处理)、工控微机2(纵摇伺服跟踪控制、横摇伺服跟踪控制)、平台位置角度测量(纵向编码测角电路、横向编码测角电路)、辅助电路(如电源、时统、辅助等)。

主监控台主要用于实时内外信息交换处理，对内主要完成实时测量信息的输入和实时引导信息的输出，对外主要完成中心时统同步信息、惯性导航船姿数据的输入和对综合信息网络平台的精密水平信息输出。它的组成主要包括：主控微机(硬件、软件)。

若我们假设：实时精密测角装置测得的复示平台相对检测基面角度数据(较大数值)为Ψ_MP(纵向)、θ_MP(横向)，水平误差检测工具测得的复示平台相对大地水平角度误差(较小数值)为Ψ_Δ(纵向)、θ_Δ(横向)，则载体a点检测基面相对大地水平的合成角度为：

被检基面纵向倾斜Ψa＝Ψ_MP+Ψ_Δ

被检基面横向倾斜θa＝θ_MP+θ_Δ

利用相对惯导地平坐标相对稳定的复示平台作为过渡基准，通过进行两级精密测量，实现运动载体被检基面相对大地水平的实时跟踪和精密测量，较大角度的运动载体的姿态旋转主要是由实时精密测角装置(更加适合动态大角度值测量：范围≥±180°，误差≤1.0″)完成，较小角度的惯导水平姿态误差、运动载体结构变形、伺服系统跟踪误差等主要由水平误差检测工具(更加适合静态小角度值测量：范围≥±10.0′，误差≤1.0″，并且能够自动跟踪大地水平)完成，这一设计方案充分发挥了不同类型测角元件的最大优点。

系统主要参考指标如下：

纵摇角度测量误差：≤3.0″(均方根值)

横摇角度测量误差：≤3.0″(均方根值)

纵摇角度测量范围：≥±45.0°(相对真实的大地水平)

横摇角度测量范围：≥±45.0°(相对真实的大地水平)

测量数据采样频率：≥5Hz-20Hz(具体依据需要确定)

附图说明

图的说明

图1动态实时光学精密水平测量基准总体组成原理

图2基于数字式电子水平仪的水平误差检测工具与惯性同步复示平台(侧向视图)

图3基于数字式电子水平仪的水平误差检测工具与惯性同步复示平台(俯向视图)

图4基于动态稳定反射镜自准式光电测量的水平误差检测工具与惯性同步复示平台(侧向视图)

图5基于动态稳定反射镜自准式光电测量的水平误差检测工具与惯性同步复示平台(俯向视图)

实施方式

该测量基准的工作方式是：系统通过时码终端接收中心时统的同步控制，主控微机接收惯性导航系统的运动载体姿态信息，主控微机发送引导信息给伺服跟踪控制系统，伺服跟踪控制系统控制驱动电机运转，使复示平台在纵摇方向和横摇方向精密跟踪惯性平台，复示平台参考基面相对安装基座检测基面的角度数据由光学编码测角系统完成，复示平台参考基面相对大地水平的角度误差由水平误差检测工具完成，探测装置输出的角度数据和角度误差经控制机柜由主监控台接收，主控微机对纵摇方向和横摇方向测量数据进行实时合成处理，最终得到测量结果数据：安装基座检测基面相对大地水平参考平面的夹角，在探测装置安装基座与惯性平台安装基座刚性连接的情况下，该结果数据就是运动载体的精密的纵摇角度和横摇角度，可由综合信息网络平台提供各个相关用户使用。

Claims (3)

1.动态实时水平测量总体方案

针对运动载体水平相关技术要素进行实时精密测量的，基于“实时精密测角装置+惯性导航姿态信息+惯性同步复示平台+精密伺服跟踪系统+水平误差检测工具”的系统主体设计方案。以载体惯性导航姿态信息作为支撑引导信息，以实时精密测角装置作为精密测角部件，由精密伺服跟踪系统驱动惯性同步复示平台跟踪惯导地平坐标系统，以当地大地地理水平作为绝对水平参考基准，通过水平误差检测工具跟踪测量当地大地地理坐标系，在时间同步和主控微机的同步控制下实现载体水平相关信息的精密测量。

2.水平误差检测工具实现方法

(1)采用基于动态稳定反射镜自准式光电测量方法实现水平误差检测

(2)采用基于准动态环境实时输出数据电子水平仪实现水平误差检测。

3.惯性同步复示平台设计方案

利用惯导设备姿态信息作为同步引导支撑信息，实现复示平台实时跟踪惯导地平坐标系统。

惯性同步复示平台采用正交二轴旋转结构，是光机电有机结合的统一整体，设备组成主要包括：检测基面、安装基座、平台台体、驱动电机(纵向驱动、横向驱动)、测角装置(纵向测角、横向测角)、控制机柜(实时控制、信息处理)等。

对外接口设备组成主要包括：惯导设备、时统设备等。

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