CN105675014B - 一种复合探测系统基准轴偏差标定方法和标定系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种复合探测系统基准轴偏差标定方法和标定系统，具体步骤为：将武器系统弹体坐标系作为参考坐标系；使固定于行架上的点目标与来自激光测距仪的激光光斑重合，成像器和激光测距仪分别对点目标进行测量，计算出成像器基准轴和激光测距仪基准轴的偏差绕Oy1轴的偏差角Δζly、绕Oz1轴的偏差角Δζlz和绕Ox1轴的偏差角Δζlx。标定系统包括复合探测系统、信息处理系统、行架系统和点目标。该标定方法原理简单，标定系统易于搭建，标定精度高，具有很强的工程实现性，有助于成像器更加精确地引导激光测距仪完成对远距离非合作点目标的测距，为武器系统集成化小型化发展的需求提供了一种新的方法途径。

Description

一种复合探测系统基准轴偏差标定方法和标定系统
技术领域
本发明涉及基准轴偏差标定方法技术领域，具体涉及一种复合探测系统基准轴偏差标定方法和标定系统。
背景技术
为了实现与非合作目标的精确相对运动，武器系统在对远距离点目标进行观测的同时，还需要对点目标进行精确测距，因此武器系统需要配套由成像器和激光测距仪组成的复合探测系统。传统复合探测系统中的激光测距机构由平台提供指向，该设备具有体积大、质量大、功耗大、指向固定角度的特点，其波束发散角度决定了扫描范围的大小，为了保证足够的扫描范围，其激光波束发散角度必须比较宽，宽波束发散角度能够覆盖成像器视场，激光测距机构无需成像器引导即可完成对目标的测距，因此无需标定成像器基准轴和激光测距机构基准轴的偏差。
但是，传统复合探测系统不能满足轻小型武器系统的需求，轻小型武器系统需要配套体积小、质量小、功耗小的新型复合探测系统。新型复合探测系统中激光测距仪波束发散角度窄，不能覆盖成像器视场，存在探测不到目标的可能性，激光测距仪得在成像器引导下才能实现对远距离点目标的测距。为了实现成像器对激光测距仪的精确引导，首先得测量成像器基准轴和激光测距仪基准轴偏差，并将测得的三个偏差角作为固定参数装订到系统中。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种复合探测系统基准轴偏差标定方法和标定系统，解决轻小型武器系统需求下复合探测系统中成像器基准轴和激光测距仪基准轴的偏差的三个轴向偏差角的标定问题。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
搭建一种复合探测系统基准轴偏差标定系统，该标定系统包括：复合探测系统、信息处理系统、行架系统和点目标。
所述复合探测系统包括成像器和激光测距仪，所述成像器用于测量点目标在成像器视场中的高低角和方位角，以及成像器轴心O1和激光测距仪轴心O2在参考坐标系中的坐标值。所述激光测距仪用于发射激光并确定点目标距离激光测距仪轴心O2的距离。
所述信息处理系统用于给激光测距仪发射激光的指令，和给成像器测量的指令。
所述行架系统包括行架和行架操纵系统，所述行架操纵系统用于控制行架进行水平和竖直运动。
所述点目标用于模拟非合作目标。
利用上述标定系统的一种复合探测系统基准轴偏差标定方法，该标定方法的具体步骤为：
(1)将武器系统弹体坐标系作为参考坐标系，
以武器系统的质心作为参考坐标系的原点O，以武器系统纵轴作为Ox1轴，指向头部为正，以武器系统纵向对称面内竖直方向为Oy1轴，指向上为正，垂直于Ox1y1平面为Oz1轴，方向按右手直角坐标系确定；
(2)将模拟非合作目标的点目标固定在行架上，并将行架运动至成像器视场内；
(3)激光测距仪出射激光，使固定于行架上的点目标与来自激光测距仪的激光光斑重合，成像器和激光测距仪分别对点目标进行测量，成像器测量点目标在成像器视场中的高低角和方位角，成像器测量成像器轴心O1和激光测距仪轴心O2的坐标值，激光测距仪测量点目标与激光测距仪轴心O2的距离，由下述公式(1)计算出成像器基准轴和激光测距仪基准轴的偏差绕Oy1轴的偏差角和绕Oz1轴的偏差角
(1)
其中，Δqα为点目标在成像器视场内的高低角，
Δqβ为点目标在成像器视场内的方位角，
YK为成像器轴心O1在参考坐标系中的Oy1轴的坐标值，
ZK为成像器轴心O1在参考坐标系中的Oz1轴的坐标值，
YLR为激光测距仪轴心O2在参考坐标系中的Oy1轴的坐标值，
ZLR为激光测距仪轴心O2在参考坐标系中的Oz1轴的坐标值，
L为点目标与激光测距仪轴心O2的距离；
(4)移动行架，使行架从成像器视场的中心竖直向上运动至第一位置停止，成像器获取点目标的第一位置在成像器视场中的坐标值(X1,Y1)；然后使行架竖直向下运动至成像器视场中心后再向下运动至不同于第一位置的第二位置停止，成像器获取点目标的第二位置在成像器视场中的坐标值(X2,Y2)，由下述公式(2)计算出成像器基准轴和激光测距仪基准轴的偏差绕Ox1轴的偏差角
(X1,Y1)为点目标的第一位置在成像器视场中的坐标值，
(X2,Y2)为点目标的第二位置在成像器视场中的坐标值。
一种应用于武器系统的复合探测系统的校准方法，包括上述的复合探测系统基准轴偏差标定方法的具体步骤，以及将计算得到的成像器基准轴和激光测距仪基准轴的偏差绕Oy1轴的偏差角绕Oz1轴的偏差角和绕Ox1轴的偏差角装订到复合探测系统。
本发明的有益效果如下：
本发明的一种复合探测系统基准轴偏差标定方法和标定系统，由于采用了以上技术方案，该标定方法原理简单，标定系统易于搭建，标定精度高，具有很强的工程实现性。新型复合探测系统中成像器基准轴和激光测距仪基准轴的偏差的标定，有助于成像器更加精确地引导激光测距仪完成对远距离非合作点目标的测距，为武器系统集成化小型化发展的需求提供了一种新的方法途径。本发明的标定方法具有通用性，可以推广到其它武器系统相似条件下的多基准轴偏差标定。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明的一种复合探测系统基准轴偏差标定方法和标定系统的参考坐标系示意图。
图2示出本发明的一种复合探测系统基准轴偏差标定方法和标定系统的高低角Δqα和方位角Δqβ的示意图。
图3示出本发明的一种复合探测系统基准轴偏差标定方法和标定系统的标定系统结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图3所示，首先搭建复合探测系统基准轴偏差标定系统，该系统包括：复合探测系统、信息处理系统、行架系统、点目标。所述复合探测系统包括成像器和激光测距仪，所述成像器用于测量点目标在成像器视场中的高低角和方位角，以及成像器轴心O1和激光测距仪轴心O2在参考坐标系中的坐标值。所述激光测距仪用于发射激光并确定点目标距离激光测距仪轴心O2的距离。所述信息处理系统用于给激光测距仪发射激光的指令，和给成像器测量的指令。所述行架系统包括行架和行架操纵系统，所述行架操纵系统用于控制行架进行水平和竖直运动。所述点目标用于模拟非合作目标。
如图1所示，一种复合探测系统基准轴偏差标定方法，该标定方法的具体步骤为：
(1)将武器系统弹体坐标系作为参考坐标系，以武器系统的质心作为参考坐标系的原点O，以武器系统纵轴作为Ox1轴，指向头部为正，以武器系统纵向对称面内竖直方向为Oy1轴，指向上为正，垂直于Ox1y1平面为Oz1轴，方向按右手直角坐标系确定，O1为成像器轴心，O2为激光测距仪轴心；
(2)将模拟非合作目标的点目标固定在行架上，并通过控制行架操纵系统将行架运动至成像器视场内；
(3)通过信息处理系统给激光测距仪发激光出射命令，激光测距仪出射激光，控制行架操纵系统，使固定于行架上的点目标与来自激光测距仪的激光光斑重合；通过信息处理系统给成像器发测量指令，成像器测量点目标在成像器视场中的高低角和方位角，成像器测量成像器轴心O1和激光测距仪轴心O2的坐标值，激光测距仪测量点目标与激光测距仪轴心O2的距离，由下述公式(1)计算出成像器基准轴和激光测距仪基准轴的偏差绕Oy1轴的偏差角和绕Oz1轴的偏差角
(1)
其中，Δqα为点目标在成像器视场内的高低角，
Δqβ为点目标在成像器视场内的方位角，
YK为成像器轴心O1在参考坐标系中的Oy1轴的坐标值，
ZK为成像器轴心O1在参考坐标系中的Oz1轴的坐标值，
YLR为激光测距仪轴心O2在参考坐标系中的Oy1轴的坐标值，
ZLR为激光测距仪轴心O2在参考坐标系中的Oz1轴的坐标值，
L为点目标与激光测距仪轴心O2的距离；
如图2所示，将图1中的参考坐标系Ox1y1z1坐标系的原点由O点移至O1点，坐标轴方向与Ox1y1z1坐标系保持一致，形成以成像器质心O1为原点的成像器坐标系即O1x2y2z2坐标系，O1x2y2z2坐标系与图1中的Ox1y1z1坐标系平行。在O1x2y2z2坐标系中可以看出高低角Δqα和方位角Δqβ的示意图。所述高低角Δqα为点目标与原点O1的连线与平面O1x2z2的夹角，所述方位角Δqβ为点目标在平面O1x2z2的投影与原点O1的连线与轴O1x2的夹角。
(4)控制行架操纵系统移动行架，使行架从成像器视场的中心竖直向上运动至第一位置停止，通过信息处理系统给成像器发测量指令，成像器给出点目标的第一位置在成像器视场中的坐标值(X1,Y1)；然后再次控制行架操纵系统移动行架，使行架竖直向下运动至成像器视场中心后再向下运动至不同于第一位置的第二位置停止，再次通过信息处理系统给成像器发测量指令，成像器给出点目标的第二位置在成像器视场中的坐标值(X2,Y2)，由下述公式(2)计算出成像器和激光测距仪基准轴绕Ox1轴的偏差角
(X1,Y1)为点目标的第一位置在成像器视场中的坐标值，
(X2,Y2)为点目标的第二位置在成像器视场中的坐标值。
实施例1
下面就具体实验数据对复合探测系统基准轴偏差标定方法进行说明：
(1)将武器系统弹体坐标系作为参考坐标系，以武器系统的质心作为参考坐标系的原点O，以武器系统纵轴作为Ox1轴，指向头部为正，以武器系统纵向对称面内竖直方向为Oy1轴，指向上为正，垂直于Ox1y1平面为Oz1轴，方向按右手直角坐标系确定，O1为成像器轴心，O2为激光测距仪轴心；
(2)将模拟非合作目标的点目标固定在行架上，并通过控制行架操纵系统将行架运动至成像器视场内；
(3)通过信息处理系统给激光测距仪发激光出射命令，激光测距仪出射激光，控制行架操纵系统，使固定于行架上的点目标与来自激光测距仪的激光光斑重合；给成像器发测量指令，成像器测量点目标在成像器视场中的高低角Δqα＝-0.00465rad、方位角Δqβ＝0.00192rad；成像器测量出成像器轴心O1在参考坐标系中的Oy1轴的坐标值YK＝0.0311m，成像器轴心O1在参考坐标系中的Oz1轴的坐标值ZK＝-0.008m，激光测距仪轴心O2在参考坐标系中的Oy1轴的坐标值YLR＝-0.0256m，激光测距仪轴心O2在参考坐标系中的Oz1轴的坐标值ZLR＝0.0054m，激光测距仪测量点目标与激光测距仪轴心O2的距离L＝10m，由下述公式(1)计算出成像器基准轴和激光测距仪基准轴的偏差绕Oy1轴的偏差角和绕Oz1轴的偏差角
(1)
代入数据计算为：
(4)控制行架操纵系统移动行架，使行架从成像器视场的中心竖直向上运动至第一位置停止，通过信息处理系统给成像器发测量指令，成像器给出点目标的第一位置在成像器视场中的坐标值(308,5)；然后再次控制行架操纵系统移动行架，使行架竖直向下运动至成像器视场中心后再向下运动至不同于第一位置的第二位置停止，再次通过信息处理系统给成像器发测量指令，成像器给出点目标的第二位置在成像器视场中的坐标值(301,507)，由下述公式(2)计算出成像器基准轴和激光测距仪基准轴的偏差绕Ox1轴的偏差角
代入数据计算为：
至此，完成了一种复合探测系统像器和激光测距仪基准轴偏差的标定。
本发明还公开了一种应用于武器系统的复合探测系统的校准方法，包括上述的复合探测系统基准轴偏差标定方法的具体步骤，以及将计算得到的成像器基准轴和激光测距仪基准轴的偏差绕Oy1轴的偏差角绕Oz1轴的偏差角和绕Ox1轴的偏差角装订到复合探测系统。
计算得出成像器基准轴和激光测距仪基准轴的偏差绕Oy1轴的偏差角绕z1轴的偏差角和绕Ox1轴的偏差角装订到复合探测系统中，在实现成像器对激光测距仪的引导的过程中，能够实现成像器对激光测距仪更加精确的引导，满足轻小型武器系统的新型复合探测系统的需求。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (2)

1.一种应用于武器系统的复合探测系统基准轴偏差标定方法，其特征在于：该标定方法的具体步骤为：
将武器系统弹体坐标系作为参考坐标系，
以武器系统的质心作为参考坐标系的原点O，以武器系统纵轴作为Ox1轴，指向头部为正，以武器系统纵向对称面内竖直方向为Oy1轴，指向上为正，垂直于Ox1y1平面为Oz1轴，方向按右手直角坐标系确定；
使固定于行架上的点目标与来自激光测距仪的激光光斑重合，成像器和激光测距仪分别对点目标进行测量，由下述公式(1)计算出成像器基准轴和激光测距仪基准轴的偏差绕Oy1轴的偏差角和绕Oz1轴的偏差角
其中，Δqα为点目标在成像器视场内的高低角，
Δqβ为点目标在成像器视场内的方位角，
YK为成像器轴心O1在参考坐标系中的Oy1轴的坐标值，
ZK为成像器轴心O1在参考坐标系中的Oz1轴的坐标值，
YLR为激光测距仪轴心O2在参考坐标系中的Oy1轴的坐标值，
ZLR为激光测距仪轴心O2在参考坐标系中的Oz1轴的坐标值，
L为点目标与激光测距仪轴心O2的距离；
移动行架，成像器获取点目标在成像器视场中的第一位置坐标值，以及不同于第一位置的第二位置的坐标值，由下述公式(2)计算出成像器基准轴和激光测距仪基准轴的偏差绕Ox1轴的偏差角
(X1,Y1)为点目标的第一位置在成像器视场中的坐标值，
(X2,Y2)为点目标的第二位置在成像器视场中的坐标值。
2.一种应用于武器系统的复合探测系统的校准方法，其特征在于：
包括如权利要求1所述的复合探测系统基准轴偏差标定方法的具体步骤，以及
将计算得到的成像器基准轴和激光测距仪基准轴的偏差绕Oy1轴的偏差角绕Oz1轴的偏差角和绕Ox1轴的偏差角装订到复合探测系统。
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