CN105627989A - 一种转台倾角测量系统及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于平台调平技术领域，具体涉及一种转台倾角测量系统及其测量方法，所述转台设置在车体平台上，所述转台上设有倾角测量仪和数据采集板，所述倾角测量仪沿转台径向设置，所述数据采集板包括一个DSP部件，数据采集板有三个通信接口，其中一个通信接口与倾角测量仪通信获取转台倾角测量数据，另一通信接口与转台电机编码器通信获取转台方位信息，最后一个通信接口与平台控制调平机构通信；数据采集板通过采集到的数据，计算出转台倾角并传送给平台控制调平机构，由平台控制调平机构对转台进行调平。该系统具有精度高和自动化的特点，为转台调平提供一套全新的解决方案。

Description

一种转台倾角测量系统及其测量方法

技术领域

本发明属于平台调平技术领域，具体涉及一种转台倾角测量系统及其测量方法。

背景技术

雷达天线支撑臂的安装与转台的水平度有直接的关系，水平度不够精确，转台转动时，雷达天线会随着转台水平面上下跳动而跳动，雷达所测得目标的坐标就不是真实位置。为了得到雷达探测目标的真实位置，需要对雷达转台的进行精确的水平调整，使雷达转台水平度满足要求。现阶段是把双轴水平倾角传感器安装在雷达车的平台上，水平传感器把测量的雷达车平台的倾角数据传送给平台控制调平机构，平台控制调平机构对雷达车平台进行调平。在使用水平倾角传感器对雷达车平台倾角测量前，需要对水平倾角传感器进行校零。现阶段采用人工校零，把单轴倾角传感器放置在雷达转台上，由于雷达转台表面并不平整，还需要借助于工装。采用这种校零方式时间长、精度低，对调试人员还有一定的危险性。雷达车长时间使用后，由于状态的变化，还需要重复对双轴水平传感器进行校零。鉴于以上缺点，现亟需要研究自动化程度高的转台倾角测量系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动化程度高的转台倾角测量系统及其测量方法。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种转台倾角测量系统，所述转台设置在车体平台上，所述转台上设有倾角测量仪和数据采集板，所述倾角测量仪沿转台径向设置，所述数据采集板包括一个DSP部件，数据采集板有三个通信接口，其中一个通信接口与倾角测量仪通信获取转台倾角测量数据，另一通信接口与转台电机编码器通信获取转台方位信息，最后一个通信接口与平台控制调平机构通信；数据采集板通过采集到的数据，计算出转台倾角并传送给平台控制调平机构，由平台控制调平机构对转台进行调平；

优选的，所述车体平台设有四条撑腿，且四条支腿呈矩形分布，所述转台位于四条支腿之间连线形成的矩形区域的中心。

一种利用上述系统测量转台倾角的测量方法，包括如下步骤：

S1：将转台锁死在平台上，此时作为转台的初始位置；

S2：在转台上画出两条相互垂直的a线和b线，a线和b线过旋转轴中心点，a线和b线分别和撑腿形成的四条线正交，其中，倾角测量系统放置在a线和b线边缘处的四个位置中；

S3：转台待调平面与转台的旋转轴OO’的交点为全局坐标系的O点，坐标系的X轴和Y轴位于同一水平面内，Z轴铅锤向上；

S4：将在转台a线上安装的转台倾角测量系统平移到OC上安转，平移并不影响校正传感器倾角测量结果，则α₀即为倾角测量仪测量到的倾角，OC的单位方向向量为[cosα₀,0,sinα₀]^T；设旋转轴单位方向向量[a,b,c]^T，旋转平台绕OO’轴旋转角度为θ，则绕OO’轴旋转矩阵为：

$\left[\begin{array}{ccc}{a}^2+(1-a^2)\cos \mathrm{\θ}& ab(1-\cos \mathrm{\θ})+c\sin \mathrm{\θ}& ac(1-\cos \mathrm{\θ})-b\sin \mathrm{\θ}\\ ab(1-\cos \mathrm{\θ})-c\sin \mathrm{\θ}& b^2+(1-b^2)\cos \mathrm{\θ}& bc(1-\cos \mathrm{\θ})+a\sin \mathrm{\θ}\\ ac(1-\cos \mathrm{\θ})+b\sin \mathrm{\θ}& bc(1-\cos \mathrm{\θ})-a\sin \mathrm{\θ}& c^2+(1-c^2)\cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]$

$;$

则OC旋转后的单位方向向量为：

$\left[\begin{array}{c}(a^2+(1-a^2\left)cos\mathrm{\θ}\right)cos{\mathrm{\α}}_0+\left(ac\right(1-cos\mathrm{\θ})+bsin\mathrm{\θ})sin{\mathrm{\α}}_0\\ \left(ab\right(1-\cos \mathrm{\θ})+c\sin \mathrm{\θ}){\mathrm{cos\α}}_0+\left(bc\right(1-cos\mathrm{\θ})-a\sin \mathrm{\θ}){\mathrm{sin\α}}_0\\ \left(ac\right(1-cos\mathrm{\θ})-b\sin \mathrm{\θ}){\mathrm{cos\α}}_0+(c^2+(1-c^2\left)\cos \mathrm{\θ}\right){\mathrm{sin\α}}_0\end{array}\right];$

设旋转后倾角为α，则

(ac(1-cosθ)-bsinθ)cosα₀+(c²+(1-c²)cosθ)sinα₀＝sinα。由于[a,b,c]^T为单位向量，且OO’轴与Z轴基本一致，所以Z>0，方程变成式中，待求解变量有a，b和α₀

S5：转动旋转平台，在此过程中记录旋转角θ和倾角α，由于变量数为3个，因此至少需要三个旋转位置及其倾角才能确定参数；为了保证精度，分布应尽量均匀；

最后求出转台倾角测量值为：

${\mathrm{\α}}_x=\frac{180\arcsin \left(a\right)}{\mathrm{\π}}$

${\mathrm{\α}}_y=\frac{180arcsin\left(b\right)}{\mathrm{\π}}.$

本发明的技术效果在于：该系统具有精度高和自动化的特点，为转台调平提供一套全新的解决方案。

附图说明

图1为转台倾角测量系统原理框图；

图2为转台倾角测量系统在转台的安装示意图；

图3为全局坐标系示意图；

附图序号说明：1、撑腿；5、车体平台；6、转台；7、转台倾角测量仪。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，以下结合具体实施方式，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1转台倾角测量系统组成示意图所示，所述本系统由倾角测量仪7和数据采集板组成，两者均安装在转台6表面。数据采集板以一个DSP为核心部件，有三个通信接口，与倾角测量仪7通信获取转台倾角测量数据，与转台电机编码器通信获取转台方位信息，与平台控制调平机构通信。转台需要旋转360度。数据采集板通过采集到的数据计算出的结果传送给平台控制调平机构。

如图2转台倾角测量系统在转台的安装示意图所示，所述转台6锁死在平台上，此时作为转台6的初始位置。在转台6上画出了两条相互垂直的两条线(a线和b线)，a线和b线过旋转轴中心点，a线和b线分别和车体平台5的四条撑腿1形成的四条线相正交。其中，倾角测量仪7放置在a线和b线边缘处的四个位置。如图2所示倾角测量仪7放置在a线的边缘处。

转台待调平面与旋转轴OO’的交点为全局坐标系的O点，坐标系的X轴和Y轴与转台上的a线和b线方向一致(不一定重合)，Z轴铅锤向上，其中Z轴和OO’不一定重合。

如图3全局坐标系示意图所示，为了简化计算，将在转台a线上安装的转台倾角测量仪7平移到OC上安转，平移并不影响校正传感器倾角测量结果，则α₀即为倾角测量仪测量到的倾角，OC的单位方向向量为[cosα₀,0,sinα₀]^T。

设旋转轴单位方向向量[a,b,c]^T，旋转平台绕OO’轴旋转角度为θ，则绕OO’轴旋转矩阵为：则OC旋转后的单位方向向量为：设旋转后倾角为α，则(ac(1-cosθ)-bsinθ)cosα₀＋(c²＋(1-c²)cosθ)sinα₀＝sinα。由于[a,b,c]^T为单位向量，且OO’轴与Z轴基本一致，所以Z>0，方程变成式中，待求解变量有a，b和α₀。

转动旋转平台，在此过程中记录旋转角θ和倾角α，由于变量数为3个，因此至少需要三个旋转位置及其倾角才能确定参数。为了保证精度，θ分布应尽量均匀。

最后求出转台倾角测量值为：

${\mathrm{\α}}_x=\frac{180arcsin\left(a\right)}{\mathrm{\π}}$

${\mathrm{\α}}_y=\frac{180arcsin\left(b\right)}{\mathrm{\π}}.$

Claims (3)

1.一种转台倾角测量系统，其特征在于：所述转台设置在车体平台上，所述转台上设有倾角测量仪和数据采集板，所述倾角测量仪沿转台径向设置，所述数据采集板包括一个DSP部件，数据采集板有三个通信接口，其中一个通信接口与倾角测量仪通信获取转台倾角测量数据，另一通信接口与转台电机编码器通信获取转台方位信息，最后一个通信接口与平台控制调平机构通信；数据采集板通过采集到的数据，计算出转台倾角并传送给平台控制调平机构，由平台控制调平机构对转台进行调平。

2.根据权利要求1所述的一种转台倾角测量系统，其特征在于：所述车体平台设有四条撑腿，且四条支腿呈矩形分布，所述转台位于四条支腿之间连线形成的矩形区域的中心。

3.一种利用权利要求1或2所述系统测量转台倾角的测量方法，其特征在于包括如下步骤：

S1：将转台锁死在平台上，此时作为转台的初始位置；

S2：在转台上画出两条相互垂直的a线和b线，a线和b线过旋转轴中心点，a线和b线分别和撑腿形成的四条线正交，其中，倾角测量系统放置在a线和b线边缘处的四个位置中；

S3：转台待调平面与转台的旋转轴OO’的交点为全局坐标系的O点，坐标系的X轴和Y轴位于同一水平面内，Z轴铅垂向上；

S4：将在转台a线上安装的转台倾角测量系统平移到OC上安转，平移并不影响校正传感器倾角测量结果，则α₀即为倾角测量仪测量到的倾角，OC的单位方向向量为[cosα₀,0,sinα₀]^T；设旋转轴单位方向向量[a,b,c]^T，旋转平台绕OO’轴旋转角度为θ，则绕OO’轴旋转矩阵为：

$\left[\begin{array}{ccc}{a}^2+(1-a^2)\cos \mathrm{\θ}& ab(1-\cos \mathrm{\θ})+c\sin \mathrm{\θ}& ac(1-\cos \mathrm{\θ})-b\sin \mathrm{\θ}\\ ab(1-\cos \mathrm{\θ})-c\sin \mathrm{\θ}& b^2+(1-b^2)\cos \mathrm{\θ}& bc(1-\cos \mathrm{\θ})+a\sin \mathrm{\θ}\\ ac(1-\cos \mathrm{\θ})+b\sin \mathrm{\θ}& bc(1-\cos \mathrm{\θ})-a\sin \mathrm{\θ}& c^2+(1-c^2)\cos \mathrm{\θ}\end{array}\right];$

则OC旋转后的单位方向向量为：

$\left[\begin{array}{c}(a^2+(1-a^2\left)cos\mathrm{\θ}\right)cos{\mathrm{\α}}_0+\left(ac\right(1-cos\mathrm{\θ})+bsin\mathrm{\θ})sin{\mathrm{\α}}_0\\ \left(ab\right(1-\cos \mathrm{\θ})+c\sin \mathrm{\θ}){\mathrm{cos\α}}_0+\left(bc\right(1-cos\mathrm{\θ})-a\sin \mathrm{\θ}){\mathrm{sin\α}}_0\\ \left(ac\right(1-cos\mathrm{\θ})-b\sin \mathrm{\θ}){\mathrm{cos\α}}_0+(c^2+(1-c^2\left)\cos \mathrm{\θ}\right){\mathrm{sin\α}}_0\end{array}\right];$

设旋转后倾角为α，则

(ac(1-cosθ)-bsinθ)cosα₀+(c²+(1-c²)cosθ)sinα₀＝sinα；由于[a,b,c]^T为单位向量，且OO’轴与Z轴基本一致，所以Z>0，方程变成式中，待求解变量有a，b和α₀；

S5：转动旋转平台，在此过程中记录旋转角θ和倾角α，由于变量数为3个，因此至少需要三个旋转位置及其倾角才能确定参数；为了保证精度，

分布应尽量均匀；

最后求出转台倾角测量值为：

${\mathrm{\α}}_x=\frac{180arcsin\left(a\right)}{\mathrm{\π}}$

${\mathrm{\α}}_y=\frac{180arcsin\left(b\right)}{\mathrm{\π}}.$