CN104697747B - 一种平台系统的光学瞄准棱镜安装精度偏差标定检测方法 - Google Patents

Abstract

一种平台系统的光学瞄准棱镜安装精度偏差标定检测方法，包括瞄准棱镜的不水平度标定方法和瞄准棱镜的不垂直度标定方法。本发明仅使用一只正六面体、一台自准直仪、两台经纬仪共计四件装置即实现平台系统的光学瞄准棱镜安装精度偏差标定检测，填补了该项方法的技术空白。本发明允许被测对象有较大的摆动角，即有较大的仰角差；以大地水平作为基准，不需要通过标准六面体进行基准转换，提高了光学瞄准棱镜安装精度偏差标定的检测精度，操作简单、高效，易于实现，测试精度高。

Description

一种平台系统的光学瞄准棱镜安装精度偏差标定检测方法

技术领域

本发明属于测量技术领域，涉及一种航天器平台系统用光学瞄准棱镜的安装误差标定方法。

背景技术

陀螺稳定平台6上通常装有光学瞄准棱镜1。瞄准棱镜1作为导弹初始瞄准的基准，其安装精度将直接影响导弹起飞前的瞄准，从而影响导弹的落点精度。

平台6的制造过程中，在各种筛选试验和力学环境的作用下，平台6中台体结构的应力变化、棱镜组件与台体之间的温度系数不匹配、安装部位应力释放等原因引起瞄准棱镜1的安装精度偏差发生变化。当水平方向固定螺钉产生应力释放时，将引起棱镜组件绕X轴转动，即引起棱镜组件水平方向的安装精度发生变化；如果方位方向固定螺钉产生应力释放，将引起棱镜组件绕Y轴转动，即引起棱镜组件方位方向的安装精度发生变化。

根据以往的试验数据和经验积累得出，瞄准棱镜1的安装精度偏差变化量通常在30″左右。在平台6的各种筛选试验完成后，平台6上的应力释放已经完成，棱镜组件的安装精度相对稳定在某一数值，可根据最后稳定的该数值进行误差补偿，便可不影响导弹落点精度。因此，需要研究平台6的光学瞄准棱镜1安装精度偏差的标定检测方法，在平台6出厂前对棱镜组件的安装精度偏差进行标定，以便总体在系统上采取补偿措施，提高导弹的落点精度。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种航天器平台系统用光学瞄准棱镜的安装误差标定方法。

本发明的技术解决方案是：

一种平台系统的光学瞄准棱镜安装精度偏差标定检测方法，包括瞄准棱镜的不水平度标定方法和瞄准棱镜的不垂直度标定方法，其中：

瞄准棱镜的不水平度标定方法包括如下步骤：

(1)将平台架高，在平台的上方固定自准直仪，并调节自准直仪的光轴对准到当地的铅垂方向；

(2)将正六面体固定安装在平台上，利用自准直仪调整该正六面体，使得正六面体保持水平，进而使得平台保持水平；

(3)以所述正六面体为基准，将瞄准棱镜固定安装在平台上；

(4)架设第一经纬仪和第二经纬仪，使得第一经纬仪和第二经纬仪均对准平台上的瞄准棱镜的中央位置；分别记录第一经纬仪的仰角θ1、第二经纬仪的仰角θ2以及第二经纬仪对准瞄准棱镜时的方位角β2；

(5)保持第一经纬仪对准瞄准棱镜时的方位角不变，调整第二经纬仪，使得第二经纬仪对准第一经纬仪，并记录第二经纬仪对准第一经纬仪时的方位角β2′；

(6)根据步骤(13)和步骤(14)的结果，计算出瞄准棱镜的不水平度δ＝(β2′-β2)/(tanθ1-tanθ2)；

(7)重复执行步骤(4)～(6)若干次，取不水平度δ的平均值，实现瞄准棱镜的不水平度标定；

瞄准棱镜的不垂直度标定方法包括如下步骤：

(21)将平台架高，在平台的上方固定自准直仪，并调节自准直仪的光轴对准到当地的铅垂方向；

(22)将正六面体固定安装在平台上，利用自准直仪调整该正六面体，使得正六面体保持水平，进而使得平台保持水平；

(23)以所述正六面体为基准，将瞄准棱镜固定安装在平台上；

(24)架设第一经纬仪，使得第一经纬仪沿平行于瞄准棱镜的棱线方向对准正六面体，架设第二经纬仪，并使得第二经纬仪以仰角θ对准平台上的瞄准棱镜的中央位置；分别记录第一经纬仪对准六面体的方位角β1、第二经纬仪对准平台的瞄准棱镜的方位角β3；

(25)调整第一经纬仪和第二经纬仪，使得第二经纬仪对准第一经纬仪，记录第一经纬仪对准第二经纬仪时的方位角β1′以及第二经纬仪对准第一经纬仪时的方位角β3′；

(26)根据步骤(24)和步骤(25)的结果，计算出瞄准棱镜的不垂直度Δ＝(β1′-β1)+(β3-β3′)-90°-δ·tanθ；

(27)重复执行步骤(24)～(26)若干次，取不垂直度Δ的平均值，实现瞄准棱镜的不垂直度标定。

所述瞄准棱镜为直角三棱镜，步骤(3)中瞄准棱镜安装在平台上之后，瞄准棱镜的入射面法线与水平面成25°。

步骤(24)中第一经纬仪与平台之间距离2米，第二经纬仪与平台之间距离3米，仰角θ为25°。

进行瞄准棱镜的不水平度标定时，平台被架高2.5m，进行瞄准棱镜的不垂直度标定时，平台被架高2m。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明仅使用1只正六面体、1台自准直仪、2台经纬仪共计4件装置即实现平台系统的光学瞄准棱镜安装精度偏差标定检测，填补了该项方法的技术空白。

(2)本发明采用了经纬仪测量，瞄准棱镜可以是垂直状态也可以是水平状态，允许被测对象有较大的摆动角，即有较大的仰角差；

(3)本发明的技术方法以大地水平作为基准，不需要通过标准六面体进行基准转换，提高了光学瞄准棱镜安装精度偏差标定的检测精度；

(4)本发明的测量方法与光学瞄准棱镜的实际使用方法相同，使用范围广，包括各类惯性平台的装配状态、测试状态、使用状态、通电状态、不同点状态等，加强了本发明的实用性；

(5)本发明通过经纬仪对瞄的方法可将经纬仪的很多误差予以消除，如横轴与竖轴不垂直形成的俯仰误差、目镜分划板与自准直分划板的不重合误差等；

(6)本发明由于采用了操作简单、高效，易于实现，测试精度高。

附图说明

图1为本发明光学瞄准棱镜不水平度计算原理图；

图2为本发明光学瞄准棱镜不垂直度计算原理图；

图3为本发明光学瞄准棱镜不水平度标定原理图；

图4为本发明光学瞄准棱镜不垂直度标定原理图。

具体实施方式

本发明提供了一种航天器平台系统用的光学瞄准棱镜安装精度偏差标定检测方法，包括瞄准棱镜1的不水平度标定方法和瞄准棱镜1的不垂直度标定方法。本发明共包含6个部件：瞄准棱镜1为被测装置；第一经纬仪2和第二经纬仪2用于测量测量俯仰角；正六面体4提供瞄准棱镜1安装和检测的基准位置；自准直仪5用于调整正六面体4，使其处于基准位置；瞄准棱镜1和正六面体4安装于平台6中。

其中：瞄准棱镜1的不水平度标定方法如图3所示，包括如下步骤：

(1)将平台6架高，在平台6的上方固定自准直仪5，并调节自准直仪5的光轴对准到当地的铅垂方向；

(2)将正六面体4固定安装在平台6上，利用自准直仪5调整该正六面体4，使得正六面体4保持水平，进而使得平台6保持水平；

(3)以所述正六面体4为基准，将瞄准棱镜1固定安装在平台6上；所述瞄准棱镜1为直角三棱镜，瞄准棱镜1安装在平台6上之后，瞄准棱镜1的入射面法线与水平面成25°；

(4)架设第一经纬仪2和第二经纬仪3，使得第一经纬仪2和第二经纬仪3均对准平台6上的瞄准棱镜1的中央位置；分别记录第一经纬仪2的仰角θ1、第二经纬仪3的仰角θ2以及第二经纬仪3对准瞄准棱镜1时的方位角β2；

(5)保持第一经纬仪2对准瞄准棱镜1时的方位角不变，调整第二经纬仪3，使得第二经纬仪3对准第一经纬仪2，并记录第二经纬仪3对准第一经纬仪2时的方位角β2′；

(6)根据图1及公式：

Δβ＝δ·tanθ

式中：Δβ——不水平度引起的附加不垂直度

δ——不水平度

θ——经纬仪与水平面夹角，即仰角

第一经纬仪2所读出的不垂直度为Δβ1＝δ·tanθ1；

第二经纬仪3所读出的不垂直度为Δβ1＝δ·tanθ1；

因此瞄准棱镜1的不水平度为δ＝(Δβ1-Δβ2)/(tanθ1-tanθ2)

上式中θ1和θ2是已知固定值，只需知道2台经纬仪所读出的不垂直度Δβ1和Δβ2，就可以计算出瞄准棱镜1的不水平度。在实际操作中，由于2台经纬仪没有方位基准，因此只能读出实际的方位角，而无法读出不垂直度Δβ1和Δβ2。为此需要将已经找正瞄准棱镜1的第一经纬仪2在方位角不动的情况下与第二经纬仪3对瞄，通过第二经纬仪3调整方位角找正第一经纬仪2，读出方位角β2′。根据经纬仪工作原理可知：

β2′-β2＝Δβ1-Δβ2

因此瞄准棱镜1的不水平度可用下式计算：

δ＝(β2′-β2)/(tanθ1-tanθ2)。

(7)重复执行步骤(4)～(6)若干次，取不水平度δ的平均值，实现瞄准棱镜1的不水平度标定；

瞄准棱镜1的不垂直度标定方法如图4所示，包括如下步骤：

(21)将平台6架高，在平台6的上方固定自准直仪5，并调节自准直仪5的光轴对准到当地的铅垂方向；

(22)将正六面体4固定安装在平台6上，利用自准直仪5调整该正六面体4，使得正六面体4保持水平，进而使得平台6保持水平；

(23)以所述正六面体4为基准，将瞄准棱镜1固定安装在平台6上；

(24)架设第一经纬仪2，使得第一经纬仪2沿平行于瞄准棱镜1的棱线方向对准正六面体4，架设第二经纬仪3，并使得第二经纬仪3以仰角θ对准平台6上的瞄准棱镜1的中央位置；分别记录第一经纬仪2对准六面体4的方位角β1、第二经纬仪3对准平台6的瞄准棱镜1的方位角β3；

(25)调整第一经纬仪2和第二经纬仪3，使得第二经纬仪3对准第一经纬仪2，记录第一经纬仪2对准第二经纬仪3时的方位角β1′以及第二经纬仪3对准第一经纬仪2时的方位角β3′；

(26)根据图2，瞄准棱镜1的不垂直度Δ可用下式计算：

Δ＝γ1+γ2-90°-δ·tanθ

式中：γ1——第一经纬仪2由对瞄准棱镜1调整为对准第二经纬仪3时变化的方位角

γ2——第二经纬仪3由对正六面体4调整为对准第一经纬仪2时变化的方位角

δ·tanθ——第一经纬仪2在以仰角θ斜瞄瞄准棱镜1时由于不水平度δ引起的不垂直度

由于：

γ1＝β1′-β1

γ2＝β3-β3′

因此，瞄准棱镜1的不垂直度Δ可用下式计算：

Δ＝(β1′-β1)+(β3-β3′)-90°-δ·tanθ

(27)重复执行步骤(24)～(26)若干次，取不垂直度Δ的平均值，实现瞄准棱镜1的不垂直度标定。

实施例

1光学瞄准棱镜不水平度检测

(1)按图3所示，将平台6架高至2.5米左右。将自准直仪5的光轴对准到当地的铅垂方向，对准精度不大于3″。

(2)用自准直仪5调整正六面体4，使正六面体4保持水平。

(3)距离平台6 3.3米左右架设第一经纬仪2以30.9337°仰角对准平台6的瞄准棱镜1中央，距离平台6 4.8米左右在三脚架上架设第二经纬仪3以16.6917°仰角对准平台6的瞄准棱镜1中央。2台经纬仪对准瞄准棱镜1后进行对瞄，微调经纬仪的位置，使2台经纬仪对准瞄准棱镜1后的光轴在同一平面内。调整好后，固定经纬仪的位置。

(4)读取第二经纬仪3对准棱镜的方位角为243.4969°，对瞄第一经纬仪2的方位角为243.4986°，计算出棱镜不水平度为21.40°。

2光学瞄准棱镜不垂直度检测

(1)按图4所示，将平台6架高降至2米左右。将自准直仪5的光轴对准到当地的铅垂方向，对准精度不大于3″。

(2)用自准直仪5调整正六面体4，使正六面体4保持水平。

(3)距离平台62米左右在三脚架上架设第一经纬仪2，使得第一经纬仪2沿平行于瞄准棱镜1的棱线方向对准正六面体4，距离平台63米左右架设第二经纬仪3，使得第二经纬仪3以23.5549°仰角对准平台6的瞄准棱镜1中央。对准好后，固定经纬仪的位置。

d读取第一经纬仪2对准六面体4的方位角为254.1798°，读取第二经纬仪3对准平台6的瞄准棱镜1的方位角为285.6677°，读取2台经纬仪对瞄的方位角分别为190.5129°和312.0074°，计算出棱镜不垂直度为-33.05°。

Claims (4)

1.一种平台系统的光学瞄准棱镜安装精度偏差标定检测方法，其特征在于：包括瞄准棱镜(1)的不水平度标定方法和瞄准棱镜(1)的不垂直度标定方法，其中：

瞄准棱镜(1)的不水平度标定方法包括如下步骤：

(1)将平台(6)架高，在平台(6)的上方固定自准直仪(5)，并调节自准直仪(5)的光轴对准到当地的铅垂方向；

(2)将正六面体(4)固定安装在平台(6)上，利用自准直仪(5)调整该正六面体(4)，使得正六面体(4)保持水平，进而使得平台(6)保持水平；

(3)以所述正六面体(4)为基准，将瞄准棱镜(1)固定安装在平台(6)上；

(4)架设第一经纬仪(2)和第二经纬仪(3)，使得第一经纬仪(2)和第二经纬仪(3)均对准平台(6)上的瞄准棱镜(1)的中央位置；分别记录第一经纬仪(2)的仰角θ1、第二经纬仪(3)的仰角θ2以及第二经纬仪(3)对准瞄准棱镜(1)时的方位角β2；

(5)保持第一经纬仪(2)对准瞄准棱镜(1)时的方位角不变，调整第二经纬仪(3)，使得第二经纬仪(3)对准第一经纬仪(2)，并记录第二经纬仪(3)对准第一经纬仪(2)时的方位角β2′；

(6)根据步骤(13)和步骤(14)的结果，计算出瞄准棱镜(1)的不水平度δ＝(β2′-β2)/(tanθ1-tanθ2)；

(7)重复执行步骤(4)～(6)若干次，取不水平度δ的平均值，实现瞄准棱镜(1)的不水平度标定；

瞄准棱镜(1)的不垂直度标定方法包括如下步骤：

(21)将平台(6)架高，在平台(6)的上方固定自准直仪(5)，并调节自准直仪(5)的光轴对准到当地的铅垂方向；

(22)将正六面体(4)固定安装在平台(6)上，利用自准直仪(5)调整该正六面体(4)，使得正六面体(4)保持水平，进而使得平台(6)保持水平；

(23)以所述正六面体(4)为基准，将瞄准棱镜(1)固定安装在平台(6)上；

(24)架设第一经纬仪(2)，使得第一经纬仪(2)沿平行于瞄准棱镜(1)的棱线方向对准正六面体(4)，架设第二经纬仪(3)，并使得第二经纬仪(3)以仰角θ对准平台(6)上的瞄准棱镜(1)的中央位置；分别记录第一经纬仪(2)对准六面体(4)的方位角β1、第二经纬仪(3)对准平台(6)的瞄准棱镜(1)的方位角β3；

(25)调整第一经纬仪(2)和第二经纬仪(3)，使得第二经纬仪(3)对准第一经纬仪(2)，记录第一经纬仪(2)对准第二经纬仪(3)时的方位角β1′以及第二经纬仪(3)对准第一经纬仪(2)时的方位角β3′；

(26)根据步骤(24)和步骤(25)的结果，计算出瞄准棱镜(1)的不垂直度Δ＝(β1′-β1)+(β3-β3′)-90°-δ·tanθ；

(27)重复执行步骤(24)～(26)若干次，取不垂直度Δ的平均值，实现瞄准棱镜(1)的不垂直度标定。

2.根据权利要求1所述的一种平台系统的光学瞄准棱镜安装精度偏差标定检测方法，其特征在于：所述瞄准棱镜(1)为直角三棱镜，步骤(3)中瞄准棱镜(1)安装在平台(6)上之后，瞄准棱镜(1)的入射面法线与水平面成25°。

3.根据权利要求1所述的一种平台系统的光学瞄准棱镜安装精度偏差标定检测方法，其特征在于：步骤(24)中第一经纬仪(2)与平台(6)之间距离2米，第二经纬仪(3)与平台(6)之间距离3米，仰角θ为25°。

4.根据权利要求1所述的一种平台系统的光学瞄准棱镜安装精度偏差标定检测方法，其特征在于：进行瞄准棱镜(1)的不水平度标定时，平台(6)被架高2.5m，进行瞄准棱镜(1)的不垂直度标定时，平台(6)被架高2m。