CN105606129A - 一种辅助飞机惯导成品组件安装的测量校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助飞机惯导成品组件安装的测量校准方法，飞机的机身及机翼上标注有飞机航向基准点A点和B点、俯仰基准点C点和D点、横滚基准点E点和F点，所述测量校准方法包括以下步骤：（1）通过全站仪测量飞机机身的俯仰基准角、横滚基准角，完成飞机惯导成品基座的调整校准；（2）通过全站仪测量飞机机身航向，完成成品安装基座航向校准。本发明采用高精度的全站仪测量飞机机身俯仰基准角和横滚基准角、以及飞机航向基准点A点、B点、飞机惯导成品托架工装的基准点X点和Y点，采用电子倾角传感器测量飞机成品安装基座的俯仰角度和横滚角度，测量精确，具有在飞机不摆水平的前提下完成对飞机成品托架的基准位调整的功能。

Description

一种辅助飞机惯导成品组件安装的测量校准方法

技术领域

本发明涉及一种飞机惯导成品组件安装过程中的校准方法，尤其涉及一种基于飞机航向、俯仰、横滚基准点的辅助飞机惯导成品组件安装的测量校准方法。

背景技术

惯性导航系统做为一种全天候的自主式导航系统，为飞机提供位置、速度、航向和姿态角等数据信息，其系统的精度直接影响飞机的性能。

惯性导航系统成品组件在飞机总装环节的航向、横滚、俯仰三个方向的初始安装误差会严重影响试验机的惯性导航系统导航的精度。因此需要一套辅助惯导成品组件安装的测量系统，快速定位惯性导航系统成品在机上的初始安装误差,从而使惯导系统导航精度得以提高。

惯导成品组件安装校准装置，是针对惯性导航系统成品基座初始安装位校准而设计的快捷、准确、高精度的校准设备。针对惯性导航系统的初始安装误差无法消除,且该误差会严重影响试验机的惯性导航系统导航精度的问题,研究了一套电子传感器及全站仪测量的惯性导航部件安装校准技术,通过高精度倾角传感器完成惯导成品组件横滚及俯仰角的校准；通过高精度全站仪测量并解算出飞机航向基准角,与机上惯导成品组件安装基座的航向角进行对比,从而达到快速准确校准惯导成品组件安装误差的目的。

传统惯导成品组件基座安装校准方案全部采用靶板，通过经纬仪人工观测，整个过程需要人工采集数据、人工读取、人工操作及计算；精度低，人为因素多，校准流程繁琐。

飞机机身在生产环节，会在机身及机翼上标注飞机航向基准点A点和B点、俯仰基准点C点和D点、横滚基准点E点和F点，各基准点会以醒目的红色圆点进行标注，便于后续总装、调试工序使用。全站仪，即全站型电子测距仪（ElectronicTotalStation），是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。本方案在对惯导成品组件进行校准时就是以上述3个方向6个基准点为参照并利用全站仪进行的。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种利用全站仪辅助飞机惯导成品组件安装的测量校准方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种辅助飞机惯导成品组件安装的测量校准方法，飞机的机身及机翼上标注有飞机航向基准点A点和B点、俯仰基准点C点和D点、横滚基准点E点和F点，所述测量校准方法包括以下步骤：

（1）飞机机身的俯仰基准角、横滚基准角的测量和飞机惯导成品基座的调整校准：

（1.1）在飞机机身侧面的俯仰基准点旁边架设全站仪，通过全站仪测量基准点C点和D点之间的高度差；

（1.2）根据测量出的C点和D点之间的高度差，以及已知的C点和D点之间的距离，计算飞机俯仰基准角，即C点和D点之间连线与水平线之间的角度；

（1.3）在飞机机头前侧架设全站仪，并以机翼下方的横滚基准点为参考悬挂全站仪棱镜，通过全站仪测量出E点和F点之间的高度差；

（1.4）据测量出的E点和F点之间的高度差，以及已知的E点和F点之间的距离，计算飞机横滚基准角，即E点和F点之间连线与水平线之间的角度；

（1.5）在已知机身俯仰基准角和横滚基准角的前提下，将集成了电子倾角传感器的校准工装安装在飞机惯导成品基座上，通过内置的电子倾角传感器测量飞机成品安装基座的俯仰角度和横滚角度，并将其与飞机成品安装基座进行常规计算得出托架调整意见，根据该调整意见完成飞机成品安装基座的调整校准；

（2）飞机机身航向测量及成品安装基座航向校准：

（2.1）在飞机机身前侧架设全站仪，分别测量飞机航向基准点A点和B点，以及飞机惯导成品托架工装的基准点X点和Y点；

（2.2）通过测量A点、B点、X点和Y点，可以得到以全站仪为坐标原点的A、B、X、Y各点的相对空间坐标位置，再结合步骤（1）测量到的飞机机身俯仰基准角和横滚基准角，通过空间几何运算可以得到A点、B点、X点和Y点组成的一个四边形及其至机身水平面的投影，已知这个四边形的各边的长度及4个角的角度，计算出边AB与边XY的夹角，即得到飞机惯导成品托架航向与机身航向基准线之间的角差，即完成飞机机身航向测量；

（2.3）通过测量出的飞机惯导成品托架航向与机身航向基准线之间的角差，通过常规计算得出飞机惯导成品基座的调整意见，根据该调整意见对成品安装基座进行调整后，再次测量X点和Y点的数据得到新的航向角差，直至角差在允许的范围内，完成成品安装基座航向校准。

本发明的有益效果在于：

本发明采用高精度的全站仪测量飞机机身俯仰基准角和横滚基准角、以及飞机航向基准点A点、B点、飞机惯导成品托架工装的基准点X点和Y点，采用电子倾角传感器测量飞机成品安装基座的俯仰角度和横滚角度，测量精确，具有在飞机不摆水平的前提下完成对飞机成品托架的基准位调整的功能；通过全站仪实现了自动计算，无需人工读取和计算，测量精度和效率都有很大提高，全站仪的测量精度可达1’，测量时间小于10秒；电子倾角传感器的测量精度可达1’，稳定时间小于5秒；实现了航向角校准误差在1′以内。

附图说明

图1是本发明实施例的步骤（1.1）中通过全站仪测量基准点C点和D点之间的高度差的示意图；

图2是本发明实施例的步骤（1.2）中计算飞机俯仰基准角的示意图；

图3是本发明实施例的步骤（1.3）中通过全站仪测量基准点E点和F点之间的高度差以及步骤（1.4）中计算飞机横滚基准角的示意图；

图4是本发明实施例的步骤（2.1）中通过全站仪测量飞机航向基准点A点和B点、以及飞机惯导成品托架工装的基准点X点和Y点的示意图；

图5是本发明实施例的步骤（2.2）中通过A点、B点、X点和Y点得到以全站仪为坐标原点的A、B、X、Y各点的相对空间坐标位置的示意图；

图6是本发明实施例中通过全站仪测量基准角中测量高差的原理示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明：

实施例：

飞机的机身及机翼上标注有飞机航向基准点A点和B点、俯仰基准点C点和D点、横滚基准点E点和F点。

按以下步骤完成辅助飞机惯导成品组件安装的测量校准过程：

（1）飞机机身的俯仰基准角、横滚基准角的测量和飞机惯导成品基座的调整校准：

（1.1）如图1所示，在飞机机身侧面的俯仰基准点旁边架设全站仪1，通过全站仪1测量基准点C点和D点之间的高度差；

（1.2）如图2所示，设C点所在水平线与D点所在竖直线相交的点为O点，根据测量出的C点和D点之间的高度差，以及已知的C点和D点之间的距离，计算飞机俯仰基准角，即C点和D点之间连线与水平线之间的角度，即∠DCO；

（1.3）如图3所示，在飞机机头前侧架设全站仪1，并以机翼下方的横滚基准点为参考悬挂全站仪1的棱镜，通过全站仪测量出E点和F点之间的高度差；

（1.4）设E点所在水平线与F点所在竖直线相交的点为O’点，据测量出的E点和F点之间的高度差，以及已知的E点和F点之间的距离，计算飞机横滚基准角，即E点和F点之间连线与水平线之间的角度，即∠FEO’；

（1.5）在已知机身俯仰基准角和横滚基准角的前提下，将集成了电子倾角传感器的校准工装安装在飞机惯导成品基座上，通过内置的电子倾角传感器测量飞机成品安装基座的俯仰角度和横滚角度，并将其与飞机成品安装基座进行常规计算得出托架调整意见，根据该调整意见完成飞机成品安装基座的调整校准；

（2）飞机机身航向测量及成品安装基座航向校准：

（2.1）如图4所示，在飞机机身前侧架设全站仪1，分别测量飞机航向基准点A点和B点，以及飞机惯导成品托架工装的基准点X点和Y点；

（2.2）如图5所示，通过测量A点、B点、X点和Y点，可以得到以全站仪为坐标原点O’’的A、B、X、Y各点的相对空间坐标位置，再结合步骤（1）测量到的飞机机身俯仰基准角和横滚基准角，通过空间几何运算可以得到A点、B点、X点和Y点组成的一个四边形及其至机身水平面的投影，已知这个四边形的各边的长度及4个角的角度，计算出边AB与边XY的夹角，即得到飞机惯导成品托架航向与机身航向基准线之间的角差，即完成飞机机身航向测量；

（2.3）通过测量出的飞机惯导成品托架航向与机身航向基准线之间的角差，通过常规计算得出飞机惯导成品基座的调整意见，根据该调整意见对成品安装基座进行调整后，再次测量X点和Y点的数据得到新的航向角差，直至角差在允许的范围内，完成成品安装基座航向校准。

上述方法中，测量出的数据可通过全站仪1的RS232接口直接发送到便携式测控箱中，由软件自动完成计算，并通过便携式显示终端实时显示出托架调整意见，并保存调整记录。

上述测量过程中，为了保证测量精度，主要的测量误差应该在测距精度上，下面结合附图说明如何消除测距误差对最终测量结果的影响：

a）机身俯仰角和横滚角的测量精度的保证：

如图6所示，机身俯仰角和横滚角是通过测量出两个基准点的高差，再通过计算得到对应基准角度，即∠基准角=arcsin(高差H/基准点W距离)。高差H是由全站仪通过测量垂直角与距离L得到，即H=sin(∠Q)×L。

已知测量基准角精度要求为0.01667°，测距误差为2mm，通过以下公式可以计算出当入射角∠Q不大于多少时即可保证测量精度的要求。

∠Q<arcsin((sin(0.01667°)×基准点W距离)/2mm)

因此，由上述计算可知，只要在测量横滚角、俯仰角时，保证全站仪至基准点W的垂直角小于∠Q，即可保证测量精度的要求。

已知横滚角基准点距离为3640mm，那么最大∠Q值就等于：

arcsin((sin(0.01667°)×3640mm)/2mm)=31.97°

已知俯仰角基准点距离为5090mm，那么最大∠Q值就等于：

arcsin((sin(0.01667°)×5090mm)/2mm)=47.77°。

b）航向角测量精度的保证：

同上述计算方法，航向测量时不仅要考虑垂直角对精度的影响，还需考虑水平角对精度影响，计算公式同上述公式一至。由此可知航向基准点距离为5260mm，那么航向测量时最大水平及垂直入射角，即最大∠Q值就等于：

arcsin((sin(0.01667°)×5260mm)/2mm)=49.9°

已经航向测量工装延伸出来的两个基准点的距离为1000mm，那么成品托架航向测量时最大水平及垂直入射角，即最大∠Q值就等于：

arcsin((sin(0.01667°)×1000mm)/2mm)=8.36°。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (1)

1.一种辅助飞机惯导成品组件安装的测量校准方法，飞机的机身及机翼上标注有飞机航向基准点A点和B点、俯仰基准点C点和D点、横滚基准点E点和F点，其特征在于：所述测量校准方法包括以下步骤：

（1）飞机机身的俯仰基准角、横滚基准角的测量和飞机惯导成品基座的调整校准：

（1.1）在飞机机身侧面的俯仰基准点旁边架设全站仪，通过全站仪测量基准点C点和D点之间的高度差；

（1.2）根据测量出的C点和D点之间的高度差，以及已知的C点和D点之间的距离，计算飞机俯仰基准角，即C点和D点之间连线与水平线之间的角度；

（1.3）在飞机机头前侧架设全站仪，并以机翼下方的横滚基准点为参考悬挂全站仪棱镜，通过全站仪测量出E点和F点之间的高度差；

（1.4）据测量出的E点和F点之间的高度差，以及已知的E点和F点之间的距离，计算飞机横滚基准角，即E点和F点之间连线与水平线之间的角度；

（1.5）在已知机身俯仰基准角和横滚基准角的前提下，将集成了电子倾角传感器的校准工装安装在飞机惯导成品基座上，通过内置的电子倾角传感器测量飞机成品安装基座的俯仰角度和横滚角度，并将其与飞机成品安装基座进行常规计算得出托架调整意见，根据该调整意见完成飞机成品安装基座的调整校准；

（2）飞机机身航向测量及成品安装基座航向校准：

（2.1）在飞机机身前侧架设全站仪，分别测量飞机航向基准点A点和B点，以及飞机惯导成品托架工装的基准点X点和Y点；

（2.2）通过测量A点、B点、X点和Y点，可以得到以全站仪为坐标原点的A、B、X、Y各点的相对空间坐标位置，再结合步骤（1）测量到的飞机机身俯仰基准角和横滚基准角，通过空间几何运算可以得到A点、B点、X点和Y点组成的一个四边形及其至机身水平面的投影，已知这个四边形的各边的长度及4个角的角度，计算出边AB与边XY的夹角，即得到飞机惯导成品托架航向与机身航向基准线之间的角差，即完成飞机机身航向测量；

（2.3）通过测量出的飞机惯导成品托架航向与机身航向基准线之间的角差，通过常规计算得出飞机惯导成品基座的调整意见，根据该调整意见对成品安装基座进行调整后，再次测量X点和Y点的数据得到新的航向角差，直至角差在允许的范围内，完成成品安装基座航向校准。