CN104634249A - 推进剂加注过程中运载火箭运动信号探测定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种推进剂加注过程中运载火箭运动信号探测方法，包括设置凸起标志，2D激光位移传感器的定位，2D激光位移传感器采集数据和确定运动位移并根据位移定位等步骤；本发明探测精度高、采样频率快、实时性好。

Description

推进剂加注过程中运载火箭运动信号探测定位方法
技术领域
本发明属于信号探测技术领域，特别是一种推进剂加注过程中运载火箭运动信号探测定位方法。
背景技术
运载火箭发射前需要加注各种推进剂，但在推进剂加注过程中塔架打开百叶窗，箭体受风载影响会发生微小摆动。为了保证推进剂加注的可靠性，连接器需跟随箭体一起运动，因此需要实时探测箭体在空间中的运动信息。若采用摄像头视觉定位，则至少需要使用两个摄像头来组成立体视觉探测系统，但是立体视觉的视场大小与其目标定位精度之间难以平衡，而且控制器需要进行大量的图像数据处理，从而导致系统采样频率低，不利于跟踪的实时性，同时，箭体圆弧面会对摄像头视觉定位造成干扰，产生较大误差。
由两个2D激光位移传感器构成的箭体运动信号探测装置可解决上述问题，首先，2D激光位移传感器可以测得被测物体表面任一点的二维坐标信息，箭体的圆弧面不会对其产生影响，其探测精度高；其次，2D激光位移传感器的采样频率最高可达10K，所测得的坐标信息以数字信号的形式与主控制器通信，无需通过复杂的信息处理，有利于提高信号探测的实时性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种探测精度高、采样频率快、实时性好的推进剂加注过程中运载火箭运动信号探测定位方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种推进剂加注过程中运载火箭运动信号探测定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：在箭体的表面设置两个相互垂直的凸起标志，其中一个凸起标志与箭体的轴向相平行，且其延长线穿过箭体加注活门中心线，为竖直凸起标志，另一个为水平凸起标志；
步骤二：在凸起标志对应的位置设置有2D激光位移传感器，2D激光位移传感器的激光扇面与箭体凸起标志相垂直，并保证2D激光位移传感器的视场中心线与凸起标志相交，2D激光位移传感器与凸起标志的距离为d，并保证箭体发生位移后凸起标志与2D激光位移传感器的激光扇面有交点；
步骤三：当箭体发生运动后，竖直凸起标志与相对应的2D激光位移传感器激光扇面的交点为A，A到视场中心线的距离为x1，A到2D激光位移传感器的距离为y1；水平凸起标志与相对应的2D激光位移传感器激光扇面的交点为B，B到视场中心线的距离为x2，B到2D激光位移传感器的距离为y2；
步骤四：根据测得的数据可得箭体相对于初始位置的空间坐标变化为(x1，(y1+y2)/2-d，x2)，并根据空间坐标的变化适应调整执行机构的空间坐标，使得加注活门面板与加注活门位置保持一致。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
(1)本发明的推进剂加注过程中运载火箭运动信号探测定位方法可以避免箭体圆弧面造成的探测误差，有利于提高探测精度。
(2)本发明采用的2D激光位移传感器的采样频率快，所测得的坐标信息无需通过复杂的信息处理，有利于提高信号探测的实时性。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明推进剂加注过程中运载火箭运动信号探测定位方法箭体横、纵坐标变化探测原理示意图。
图2是本发明推进剂加注过程中运载火箭运动信号探测定位方法箭体纵、轴坐标变化探测原理示意图。
具体实施方式
结合图1和图2：
本发明一种推进剂加注过程中运载火箭运动信号探测定位方法，包括以下步骤：
步骤一：在箭体的表面设置两个相互垂直的凸起标志，其中一个凸起标志与箭体的轴向相平行，且其延长线穿过箭体加注活门中心线，为竖直凸起标志，另一个为水平凸起标志；
步骤二：在凸起标志对应的位置设置有2D激光位移传感器，2D激光位移传感器的激光扇面与箭体凸起标志相垂直，并保证2D激光位移传感器的视场中心线与凸起标志相交，2D激光位移传感器与凸起标志的距离为d，并保证箭体发生位移后凸起标志与2D激光位移传感器的激光扇面有交点；
步骤三：当箭体发生运动后，竖直凸起标志与相对应的2D激光位移传感器激光扇面的交点为A，A到视场中心线的距离为x1，A到2D激光位移传感器的距离为y1；水平凸起标志与相对应的2D激光位移传感器激光扇面的交点为B，B到视场中心线的距离为x2，B到2D激光位移传感器的距离为y2；
步骤四：根据测得的数据可得箭体相对于初始位置的空间坐标变化为(x1，(y1+y2)/2-d，x2)，并根据空间坐标的变化适应调整执行机构的空间坐标，使得加注活门面板与加注活门位置保持一致。
所述的步骤三中采集数据时，设凸起标志的高为h、宽为b，由于凸起标志有宽度，则2D激光位移传感器所测得的凸起标志的到2D激光位移传感器的距离y所对应的凸起标志在激光扇面上的点到视场中心线的距离x的集合，集合中最小值为xmin、最大值为xmax，则箭体凸起标志到2D激光位移传感器的距离的实际y0为y+h，凸起标志在激光扇面上的点到视场中心线的实际距离x0为(xmin+xmax)/2；将(xmax-xmin)与b进行比较，若(xmax-xmin)与b相等，则说明所测数据为箭体凸起标志坐标；若(xmax-xmin)与b不相等，则说明所测数据为干扰点坐标。
竖直凸起标志和水平凸起标志分布于箭体加注活门上下两侧。
实施例：
结合图1和图2：
一种推进剂加注过程中运载火箭运动信号探测方法，包括以下步骤：
步骤一：在箭体1的表面设置两个相互垂直的凸起标志，其中一个凸起标志与箭体1的轴向相平行，且其延长线穿过箭体加注活门2中心线，为竖直凸起标志3，另一个为水平凸起标志4；
步骤二：在凸起标志对应的位置设置有2D激光位移传感器5，2D激光位移传感器5的激光扇面6与箭体凸起标志相垂直，并保证2D激光位移传感器5的视场中心线7与凸起标志相交，2D激光位移传感器5与凸起标志的距离为d，并保证箭体1发生位移后凸起标志与2D激光位移传感器5的激光扇面6有交点；
步骤三：当箭体发生运动后，竖直凸起标志3与相对应的2D激光位移传感器5的激光扇面6交点为A，A到视场中心线7的距离为x1，A到2D激光位移传感器5的距离为y1；水平凸起标志4与相对应的2D激光位移传感器5的激光扇面6交点为B，B到视场中心线7的距离为x2，B到2D激光位移传感器5的距离为y2；
步骤四：根据测得的数据可得箭体1相对于初始位置的空间坐标变化为(x1，(y1+y2)/2-d，x2)，并根据空间坐标的变化适应调整执行机构的空间坐标，使得连接器面板与活门面板位置保持一致。
本装置的2D激光位移传感器工作原理如下：
2D激光位移传感器5所发射出的激光呈一个扇面，激光扇面6射到箭体1上后与箭体1相交产生一条交线，激光交线由若干激光数据点组成。2D激光位移传感器5可测出箭体1在激光交线上的任一特征点到传感器的纵向距离y，以及到视场中心线7的横向距离x。
为了将箭体1的特征点与其它的点区分开，需要在箭体1的特征点处添加凸起标志，此时，箭体1的激光交线上y值最小的点即为要测得的特征点。设凸起标志的高为h、宽为b，由于凸起标志有宽度，则2D激光位移传感器所测得的凸起标志的到2D激光位移传感器的距离y所对应的凸起标志在激光扇面上的点到视场中心线的距离x的集合，集合中最小值为xmin、最大值为xmax，则箭体凸起标志到2D激光位移传感器的距离的实际y0为y+h，凸起标志在激光扇面上的点到视场中心线的实际距离x0为(xmin+xmax)/2；将(xmax-xmin)与b进行比较，若(xmax-xmin)与b相等，则说明所测数据为箭体凸起标志坐标；若(xmax-xmin)与b不相等，则说明所测数据为干扰点坐标，通过(xmax-xmin)与b的比较可以排除由外界环境影响所产生的干扰点，提高2D激光位移传感器5的抗干扰性。
本装置的工作过程如下：
将箭体加注活门2中轴线正上方与正下方800mm处各设置为箭体加注活门2的特征点。箭体生产加工时，在箭体加注活门2上方特征点处添加一长150mm，宽3mm，高3mm的竖直凸起标志3，凸起方向为竖直方向，与其对应的2D激光位移传感器5的激光扇面6方向为水平方向，2D激光位移传感器5与箭体加注活门2上方特征点初始安装距离为500mm，初始状态下，2D激光位移传感器5的视场中心线7刚好穿过箭体加注活门2上方特征点；在箭体加注活门2下方特征点处添加一长260mm，宽3mm，高3mm的水平凸起标志4，凸起方向为水平方向，与其对应的2D激光位移传感器5的激光扇面6方向为竖直方向，2D激光位移传感器5与箭体加注活门2下方特征点的初始安装距离为500mm，初始状态下，2D激光位移传感器5的视场中心线7刚好穿过箭体加注活门2下方特征点。
箭体加注活门2横向(左右)运动范围为：-115mm～115mm，而2D激光位移传感器5的视场宽度为：158～365mm，且水平凸起标志4长260mm，所以当箭体1发生横向运动时，竖直凸起标志3会一直处在水平激光扇面6视场内，水平凸起标志4与竖直激光扇面6也一直存在交点；箭体加注活门2纵向(前后)运动范围为：-115mm～115mm，而2D激光位移传感器5的纵向测量范围为400mm，所以当箭体1发生纵向运动时，两凸起标志均处在两2D激光位移传感器5的纵向量程内；箭体加注活门2轴向(上下)运动范围为：0～130mm，而竖直凸起标志3长150mm，且2D激光位移传感器5的视场宽度为：158～365mm，所以当箭体1发生轴向运动时，竖直凸起标志3与水平激光扇面6一直存在交点，水平凸起标志4也一直处在竖直激光扇面6视场内。因此，箭体1在沿三个方向的运动过程中，箭体上的两凸起标志与两2D激光位移传感器5的激光扇面6一直存在交点，通过探测两交点在其对应2D激光位移传感器5中的坐标就可获得箭体加注活门2在空间坐标系中的三维坐标信息。
设初始状态下箭体加注活门2在空间坐标系中的三维坐标为(0，0，0)。
如图1所示，箭体1沿横向、纵向运动后，竖直凸起标志3与激光扇面6相交于A点，2D激光位移传感器5可测出A点到视场中心线7的距离x1、到传感器的距离y1。由于2D激光位移传感器5与箭体加注活门2上方特征点的初始安装距离为500mm，则运动后箭体加注活门2在空间坐标系中的横、纵坐标为(x1，y1-500)。
如图2所示，箭体1沿纵向、轴向运动后，水平凸起标志4与激光扇面6相交于B点，2D激光位移传感器5可测出B点到视场中心线7的距离x2、到传感器的距离y2。由于2D激光位移传感器5与箭体加注活门2下方特征点的初始安装距离为500mm，则运动后箭体加注活门2在空间坐标系中的纵、轴坐标为(y2-500，x2)。
因此，推进剂加注过程中，所探测的箭体加注活门2在空间坐标系中的三维坐标为(x1，(y1+y2)/2-500，x2)。
本发明实现了推进剂加注过程中运载火箭运动信号的实时探测，并可以避免箭体圆弧面造成的探测误差，有利于提高探测精度；同时，2D激光位移传感器的采样频率快，所测得的坐标信息以数字信号的形式与主控制器通信，无需通过复杂的信息处理，有利于提高信号探测的实时性。

Claims (3)

1.一种推进剂加注过程中运载火箭运动信号探测定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：在箭体的表面设置两个相互垂直的凸起标志，其中一个凸起标志与箭体的轴向相平行，且其延长线穿过箭体加注活门中心线，为竖直凸起标志，另一个为水平凸起标志；
步骤二：在凸起标志对应的位置设置有2D激光位移传感器，2D激光位移传感器的激光扇面与箭体凸起标志相垂直，并保证2D激光位移传感器的视场中心线与凸起标志相交，2D激光位移传感器与凸起标志的距离为d，并保证箭体发生位移后凸起标志与2D激光位移传感器的激光扇面有交点；
步骤三：当箭体发生运动后，竖直凸起标志与相对应的2D激光位移传感器激光扇面的交点为A，A到视场中心线的距离为x1，A到2D激光位移传感器的距离为y1；水平凸起标志与相对应的2D激光位移传感器激光扇面的交点为B，B到视场中心线的距离为x2，B到2D激光位移传感器的距离为y2；
步骤四：根据测得的数据可得箭体相对于初始位置的空间坐标变化为(x1，(y1+y2)/2-d，x2)，并根据空间坐标的变化适应调整执行机构的空间坐标，使得加注活门面板与加注活门位置保持一致。
2.根据权利要求1所述的推进剂加注过程中运载火箭运动信号探测方法，其特征在于：所述的步骤三中采集数据时，设凸起标志的高为h、宽为b，由于凸起标志有宽度，则2D激光位移传感器所测得的凸起标志的到2D激光位移传感器的距离y所对应的凸起标志在激光扇面上的点到视场中心线的距离x的集合，集合中最小值为xmin、最大值为xmax，则箭体凸起标志到2D激光位移传感器的距离的实际y0为y+h，凸起标志在激光扇面上的点到视场中心线的实际距离x0为(xmin+xmax)/2；将(xmax-xmin)与b进行比较，若(xmax-xmin)与b相等，则说明所测数据为箭体凸起标志坐标；若(xmax-xmin)与b不相等，则说明所测数据为干扰点坐标。
3.根据权利要求1所述的推进剂加注过程中运载火箭运动信号探测方法，其特征在于：所述的竖直凸起标志和水平凸起标志分布于箭体加注活门上下两侧。
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