CN106767678A - 车载光电经纬仪测角误差修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车载光电经纬仪测角误差修正方法，属于光电测控领域。解决现有大型车载光测设备受到本身重力、工作环境、工作状态的影响，导致车载平台变形而带来的测角误差的技术问题。该方法采用车载平台多自由度测量装置进行测量平台变形数据，再通过车载平台变形误差补偿算法对光电经纬仪的测角误差进行修正。所述测量装置包括固定部分及移动部分；移动部分装在光测设备基座处，随经纬仪车载平台运动同步变化；固定部分独立于经纬仪系统，并发射激光光束照射在移动部分，通过检测移动部分反射回送的激光进行计算得到车载平台的变形量。提供车载平台变形误差补偿算法，该算法通过车载平台的变形量实现对车载光电经纬仪的测角误差进行修正。

Description

车载光电经纬仪测角误差修正方法

技术领域

本发明涉及光电测控领域，具体涉及一种车载光电经纬仪测角误差修正方法。

背景技术

光电经纬仪是靶场光电测量的主要设备，通过对目标的角度测量、交会处理完成对其的空间定位，因此测角误差影响着定位精度；目前国内靶场使用的大部分活动站式光测设备在工作时需要安装在固定的地基上，设备就位过程繁琐，专场和到位展开需要大量工作，并且完成任务后需要重新装载，反复的装卸操作对设备的抗震性能、轴系精度以及寿命都带来极大地影响；随着技术的进步和靶场光测设备的新要求，需要车载光测设备能够设备不落地、高精度的对目标进行测量。

车载光电经纬仪到达指定目的地后，通过液压支撑系统将载车车身抬起，从而将橡胶轮胎抬离地面，以此隔绝车载平台对测量误差的影响；但当光电经纬仪在转台的最大扭矩作用下，其平台稳定度带来的影响便不可忽视，如果经纬仪质量较大(重达几吨)，同时应用中载车平台并非绝对的刚体，则对测角误差有较大影响，需要对车载平台的变形及振动量进行实时的测量，并对测角误差进行补偿。

光电经纬仪工作时车载平台的变形可分为平移变形和旋转变形，经实验分析得出当目标在2Km以外时，坐标系沿轴的平移对高低角影响为1.46″，且影响随着目标距离的增加而减小。在实际靶场试验中，空间目标往往在2Km以外，因此由平台向下平移引起的高低角测量误差可以忽略；车载平台产生旋转变形时，光电经纬仪的垂直轴与平台平面仍然是垂直的，即光测设备垂直轴与铅垂线有一个夹角，从而导致车载光测设备在工作过程中有较大的测角误差。

发明内容

本发明要解决现有大型车载光测设备受到本身重力、工作环境、工作状态的影响，导致车载平台变形而带来的测角误差的技术问题，提供一种车载光电经纬仪测角误差修正方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种车载光电经纬仪测角误差修正方法，包括以下步骤：

采用车载平台多自由度测量装置进行测量平台变形数据，再通过车载平台变形误差补偿算法对光电经纬仪的测角误差进行修正。

在上述技术方案中，所述车载平台多自由度测量装置包括固定部分及移动部分；

所述固定部分包括激光器、第一半反半透镜、第二半反半透镜、第一四象限探测器、第二四象限探测器、第三四象限探测器、凸透镜、位置信号处理板组成；

所述激光器与第一半反半透镜在同一水平线上；第一半反半透镜和第二半反半透镜、凸透镜、第一四象限探测器在同一个垂直线上；第二四象限探测器和第二半反半透镜在同一水平线上且与第三四象限探测器平行；

所述移动部分安装在经纬仪基座处，其为一块在斜边面镀了一半半反半透分束膜的直角棱镜，所述直角棱镜斜边分束表面与经纬仪的平台平面垂直。

在上述技术方案中，车载光电经纬仪测角误差修正方法具体步骤如下：

步骤1：调节车载平台多自由度测量装置固定部分的偏摆角，以保证反射光线在固定部分内探测器的探测范围内；

步骤2：车载平台多自由度测量装置根据时统终端的同步脉冲对光电经纬仪的平台变形量进行测量并将测量数据及对应时间通过串口输出；

步骤3：利用工控机读取车载平台多自由度测量装置的输出数据，以及光电经纬仪的编码器AE值，利用车载平台变形误差补偿算法对测量的测角误差进行修正。

在上述技术方案中，步骤2具体为：

所述激光器发出的激光经第一半反半透镜的光线经由直角棱镜的分束膜反射回来，再经过第二半反半透镜及凸透镜之后被第一四象限探测器接收，采用自准直的原理测量出经纬仪车载平台的俯仰角及偏摆角；

所述激光器发出的激光经第一半反半透镜的光线经由直角棱镜的分束膜反射回来，再经过第二半反半透镜被第二四象限探测器接收；以及经直角棱镜透射出来，被第三四象限探测器接收；通过两个探测器之间的光斑位置数据即可解算出经纬仪车载平台滚转角；

所述激光器发出的激光经第一半反半透镜的光线由直角棱镜透射出来，被第三四象限探测器接收，通过测量光斑位置变化即可解算出经纬仪车载平台水平和垂直方向位移；

所述位置信号处理板按照外部时统终端的触发信号时刻接收第一四象限探测器、第二四象限探测器、第三四象限探测器的信号，经过调理放大之后，再根据光学结构数学模型解算出俯仰角、偏摆角、滚转角及水平和垂直方向位移量，根据通信协议通过串口将数据发送给工控机。

在上述技术方案中，步骤3中所述车载平台变形误差补偿算法是根据车载平台测角误差模型解算出平台变形量对测角误差的影响，并对经纬仪测量的编码器AE值进行修正。

本发明的有益效果是：

本发明提供的车载光电经纬仪测角误差修正方法是通过对车载平台变形及振动的实时测量，利用光测设备测量误差修正算法及平台变形数据对经纬仪测角进行事后误差修正补偿。

本发明提供的车载光电经纬仪测角误差修正方法通过使用一个车载平台多自由度测量装置完成了对经纬仪自身车载平台的变形测量，并以此测量数据对经纬仪测量的数据进行修正，为光电经纬仪的车载不落地测量提供基础。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明所述的车载光电经纬仪测角误差修正方法中的车载平台多自由度测量装置测量原理图。

图2为本发明所述的车载光电经纬仪测角误差修正方法中的车载平台多自由度测量装置俯仰及偏摆角测量原理图。

图3为本发明所述的车载光电经纬仪测角误差修正方法中的车载平台多自由度测量装置滚转角测量原理图。

图4为本发明所述的车载光电经纬仪测角误差修正方法中的车载平台多自由度测量装置水平和垂直方向位移测量原理图。

图中的附图标记为：

1-固定部分、2-移动部分、3-激光器、4-第一半反半透镜、5-第二半反半透镜、6-第一四象限探测器、7-第二四象限探测器、8-第三四象限探测器、9-凸透镜、10-位置信号处理板、11-直角棱镜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做以详细说明。

参见图1-4：本发明提供的车载光电经纬仪测角误差修正方法，针对大型车载光电经纬仪因平台变形(主要为旋转变形)而带来的测角误差，采用车载平台多自由度测量装置进行测量平台变形数据，再通过车载平台变形误差补偿算法对光电经纬仪的测角误差进行修正。

所述车载光电经纬仪测角误差修正方法的的具体步骤如下：

步骤1：调节车载平台多自由度测量装置固定部分1的偏摆角，以保证反射光线在固定部分1内探测器的探测范围内；

步骤2：车载平台多自由度测量装置根据时统终端的同步脉冲对光电经纬仪的平台变形量进行测量并将测量数据及对应时间通过串口输出；

步骤3：利用工控机读取车载平台多自由度测量装置的输出数据，以及光电经纬仪的编码器AE值，利用车载平台变形误差补偿算法对测量的测角误差进行修正。

所述车载平台多自由度测量装置，该装置包括固定部分1及移动部分2；移动部分2装在光测设备基座处，随经纬仪车载平台运动同步变化；固定部分1独立于经纬仪系统，并发射激光光束照射在移动部分2，通过检测移动部分2反射回送的激光进行计算得到车载平台的变形量。所述车载平台变形误差补偿算法是通过车载平台的变形量实现对车载光电经纬仪的测角误差进行修正。

所述固定部分1包括激光器3、第一半反半透镜4、第二半反半透镜5、第一四象限探测器6、第二四象限探测器7、第三四象限探测器8、凸透镜9、位置信号处理板10组成；

所述激光器3与第一半反半透镜4在同一水平线上；第一半反半透镜4和第二半反半透镜5、凸透镜9、第一四象限探测器6在同一个垂直线上；第二四象限探测器7和第二半反半透镜5在同一水平线上且与第三四象限探测器8平行；

所述移动部分2安装在经纬仪基座处，其为一块在斜边面镀了一半半反半透分束膜的直角棱镜11，所述直角棱镜11斜边分束表面与经纬仪的平台平面垂直。

所述激光器3发出的激光经第一半反半透镜4的光线经由直角棱镜11的分束膜反射回来，再经过第二半反半透镜5及凸透镜9之后被第一四象限探测器6接收，采用自准直的原理测量出经纬仪车载平台的俯仰角及偏摆角；

所述激光器3发出的激光经第一半反半透镜4的光线经由直角棱镜11的分束膜反射回来，再经过第二半反半透镜5被第二四象限探测器7接收；以及经直角棱镜11透射出来，被第三四象限探测器8接收；通过两个探测器之间的光斑位置数据即可解算出经纬仪车载平台滚转角；

所述激光器3发出的激光经第一半反半透镜4的光线由直角棱镜11透射出来，被第三四象限探测器8接收，通过测量光斑位置变化即可解算出经纬仪车载平台水平和垂直方向位移；

位置信号处理板10按照外部时统终端的触发信号时刻接收第一四象限探测器6、第二四象限探测器7、第三四象限探测器8的信号，经过调理放大之后，再根据光学结构数学模型解算出俯仰角、偏摆角、滚转角及水平和垂直方向位移量，根据通信协议通过串口将数据发送给工控机。

所述车载平台变形误差补偿算法是根据车载平台测角误差模型解算出平台变形量对测角误差的影响，并对经纬仪测量的编码器AE值进行修正。

实施例

第一步：标定车载光电经纬仪测角误差修正方法中的车载平台多自由度测量装置；调节车载平台多自由度测量装置固定部位1位置，使其发出的激光能够照射在与放置在经纬仪基座处的移动部分2的直角棱镜11的分束膜上，并使光点尽量保持在中央位置，微调保证激光光束为垂直入射(无杂散光点)；调整两个部分的距离，使得第一四象限探测器6、第二四象限探测器7、第三四象限探测器8上的光斑大小满足要求。

第二步：使光电经纬仪做正弦运动，观察上述四象限探测器上光斑位置信息，如果光斑会脱离四象限探测器的探测面，需要进行三个四象限探测器位置同步调整。

第三步：车载平台多自由度测量装置根据时统终端的同步脉冲对光电经纬仪的平台变形量进行测量并将测量数据及对应时间通过串口输出给工控机并存储。

第四步：工控机事后按照车载平台变形误差补偿算法对平台变形测量数据进行计算，并补偿对应时刻的经纬仪编码器测量AE值，完成对光电经纬仪测角误差的修正。

图2中θ指的是偏摆角；图3中y₁指的是在第二四象限探测器7中光点相对于中心的纵坐标偏移量，y₂指的是在第三四象限探测器8中光点相对于中心的纵坐标偏移量，d指的是在直角棱镜11上入射光与出射光线的距离；图4中dy指的是被测物体的在y轴也就是垂直平移量，△y指的是对应探测器上的偏移差。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种车载光电经纬仪测角误差修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用车载平台多自由度测量装置进行测量平台变形数据，再通过车载平台变形误差补偿算法对光电经纬仪的测角误差进行修正。

2.根据权利要求1所述的车载光电经纬仪测角误差修正方法，其特征在于，所述车载平台多自由度测量装置包括固定部分(1)及移动部分(2)；

所述固定部分(1)包括激光器(3)、第一半反半透镜(4)、第二半反半透镜(5)、第一四象限探测器(6)、第二四象限探测器(7)、第三四象限探测器(8)、凸透镜(9)、位置信号处理板(10)组成；

所述激光器(3)与第一半反半透镜(4)在同一水平线上；第一半反半透镜(4)和第二半反半透镜(5)、凸透镜(9)、第一四象限探测器(6)在同一个垂直线上；第二四象限探测器(7)和第二半反半透镜(5)在同一水平线上且与第三四象限探测器(8)平行；

所述移动部分(2)安装在经纬仪基座处，其为一块在斜边面镀了一半半反半透分束膜的直角棱镜(11)，所述直角棱镜(11)斜边分束表面与经纬仪的平台平面垂直。

3.根据权利要求2所述的车载光电经纬仪测角误差修正方法，其特征在于，车载光电经纬仪测角误差修正方法具体步骤如下：

步骤1：调节车载平台多自由度测量装置固定部分(1)的偏摆角，以保证反射光线在固定部分(1)内探测器的探测范围内；

步骤2：车载平台多自由度测量装置根据时统终端的同步脉冲对光电经纬仪的平台变形量进行测量并将测量数据及对应时间通过串口输出；

步骤3：利用工控机读取车载平台多自由度测量装置的输出数据，以及光电经纬仪的编码器AE值，利用车载平台变形误差补偿算法对测量的测角误差进行修正。

4.根据权利要求2或3所述的车载光电经纬仪测角误差修正方法，其特征在于，步骤2具体为：

所述激光器(3)发出的激光经第一半反半透镜(4)的光线经由直角棱镜(11)的分束膜反射回来，再经过第二半反半透镜(5)及凸透镜(9)之后被第一四象限探测器(6)接收，采用自准直的原理测量出经纬仪车载平台的俯仰角及偏摆角；

所述激光器(3)发出的激光经第一半反半透镜(4)的光线经由直角棱镜(11)的分束膜反射回来，再经过第二半反半透镜(5)被第二四象限探测器(7)接收；以及经直角棱镜(11)透射出来，被第三四象限探测器(8)接收；通过两个探测器之间的光斑位置数据即可解算出经纬仪车载平台滚转角；

所述激光器(3)发出的激光经第一半反半透镜(4)的光线由直角棱镜(11)透射出来，被第三四象限探测器(8)接收，通过测量光斑位置变化即可解算出经纬仪车载平台水平和垂直方向位移；

所述位置信号处理板(10)按照外部时统终端的触发信号时刻接收第一四象限探测器(6)、第二四象限探测器(7)、第三四象限探测器(8)的信号，经过调理放大之后，再根据光学结构数学模型解算出俯仰角、偏摆角、滚转角及水平和垂直方向位移量，根据通信协议通过串口将数据发送给工控机。

5.根据权利要求2或3所述的车载光电经纬仪测角误差修正方法，其特征在于，步骤3中所述车载平台变形误差补偿算法是根据车载平台测角误差模型解算出平台变形量对测角误差的影响，并对经纬仪测量的编码器AE值进行修正。