CN107504940A - 用于测量环幕上目标方位的模拟罗经及其方位角测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测量环幕上目标方位的模拟罗经及其方位角测量方法，包含依次连接的方位圈、随动轮、旋转编码器、单片机、步进电机和刻度盘；本发明提出了一种可以根据偏心罗经所在位置和被观测目标所在角度之间的关系，换算出在中心位置对该目标进行观测时所应该测得的方位角的数学算法；够自动检测用户的瞄测动作，并根据自身当前所处偏心位置和用户瞄测目标所在的角度，自动计算出观测误差的大小和方向，并驱动刻度盘进行反向旋转，实现在偏心位置观测近距离环幕上的目标也能得到准确方位值的目的。

Description

用于测量环幕上目标方位的模拟罗经及其方位角测量方法

技术领域

本发明属于智能检测领域，尤其涉及用于测量环幕上目标方位的模拟罗经及其方位角测量方法。

背景技术

随着航海模拟器的快速发展，越来越多的航海模拟器采用360度环形视景作为航海训练的基本环境。陆标定位作为航海专业训练中的基本课目，自然也是航海模拟器所要重点研究的内容之一，为了保证模拟器的训练容量，除了在环幕中心点布置一台方位观测罗经之外，往往还需要在偏心位置同样布置多台方位观测罗经。

在实际的海上航行过程中，航海人员利用船载罗经和方位圈来瞄测远方物标的方位角(即船位与物标两点连线与子午线之间的夹角)，因为被测物标一般距离测者都很远，其观测值因测者位置小范围的变化而引起的误差可以忽略不计。然而，在航海模拟器中，当我们把实际上位于远处的目标通过技术手段投影到了半径有限的360度环形幕布上，再用罗经和方位圈对其进行观测的时候，只有位于圆心位置的罗经才能测量得到准确的方位值，只要偏开圆心位置一小段距离，再用罗经对同一目标进行方位观测，都可能出现较大的观测误差。因此，如何在偏心位置准确测量环幕上目标的方位角，已经成了摆在面前的一大难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种用于测量环幕上目标方位的模拟罗经及其方位角测量方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种用于测量环幕上目标方位的模拟罗经，包含依次连接的方位圈、随动轮、旋转编码器、单片机、步进电机和刻度盘；

其中，方位圈，用于通过转动完成对被观测目标的瞄准；

随动轮，用于在方位圈的旋转过程中对其进行等比例跟随转动；

旋转编码器，用于检测随动轮转动角度，并上传至单片机；

单片机，用于根据接收的转动角度计算出用当前位置的罗经和位于圆心位置的罗经分别观测目前所瞄准目标的方位所得的差值；进而通过驱动步进电机带动刻度盘进行反向旋转，使得准确的刻度对准方位圈的瞄准线。

作为本发明一种用于测量环幕上目标方位的模拟罗经进一步优选方案，所述单片机采用C8051系列单片机。

作为本发明一种用于测量环幕上目标方位的模拟罗经进一步优选方案，旋转编码器采用E6B2-CWZ3E型号光电编码器。

作为本发明一种用于测量环幕上目标方位的模拟罗经进一步优选方案，步进电机采用42BYGH47型号步进电机。

一种基于环幕上目标方位的模拟罗经的方位角测量方法，具体包含如下步骤：

步骤1，设定1号罗经的位置、2号罗经的位置、观测A点的位置、a为环幕半径，b为2号罗经距离1号罗经的距离、1号罗经和2号罗经之间的连线与真北方向之间的夹角为γ，2号罗经和观测A点的舷角α；

步骤2，根据以下几种情况计算位于环幕中心罗经的方位角β，具体如下：

步骤2.1，当2号罗经观测物标舷角范围为180+γ至1号罗经观测到船首方向的物标时的二号罗经观测舷角时；

根据c²＝a²+b²-2ab cos(γ)求得c值，然后求得极限值，三角形内角和为180，180-X+γ＝360-α；

已知a、b两条边，及α、γ，求β，中间量λ、δ，三角形三角之和为180度，γ+(360-α)+λ＝180，求得λ，λ＝α-γ-180

由正弦定理可知：求得δ角，而δ+(360-β)+γ+λ＝180°，由此，求得β。

步骤2.2，当2号罗经观测物标舷角范围为1号罗经观测到船首方向的物标时的二号罗经观测舷角至360°时，

已知a、b两条边，及α、γ，求β，中间量λ、δ，三角形三角之和为180度，可知γ+(360-α)+λ＝180，可求得λ，λ＝α-γ-180

由正弦定理可知：求得δ，而δ+γ-β+λ＝180°，由此，求得β；

步骤2.3，当2号罗经观测范围为0°至γ时，

已知a、b两条边，及α、γ，求β，中间量λ、δ，三角形三角之和为180度，可知只需求得δ即可求得β，β＝γ-(180-δ-α-λ)，即β＝γ+δ+α+λ-180；

由正弦定理可知：可求得δ，进而求得β；

步骤2.4，当2号罗经观测范围为γ至180+γ时，

已知a、b两条边，及α、γ、λ，求β，中间量δ，三角形三角之和为180度，可知β＝γ+[180°-δ-(360°-α-λ)]＝γ+α+λ-δ-180

其中，由正弦定理可知：可求得δ角。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明提出了一种可以根据偏心罗经所在位置和被观测目标所在角度之间的关系，换算出该目标在中心位置进行观测时所应该测得的方位角的数学算法；

2、本系统由方位圈、随动轮、旋转编码器、单片机、步进电机和刻度盘等部件组成，能够自动检测用户的瞄测动作，并根据自身当前所处偏心位置和用户瞄测目标所在的角度，自动计算出观测误差的大小和方向，并驱动刻度盘进行反向旋转，实现在偏心位置观测近距离环幕上的目标也能得到准确方位值的目的。

附图说明

图1是本发明的系统结构原理图；

图2是本发明当2号罗经观测物标舷角范围为180+γ至1号罗经观测到船首方向的物标时的二号罗经观测舷角时的示意图；

图3是本发明当2号罗经观测物标舷角范围为1号罗经观测到船首方向的物标时的二号罗经观测舷角至360°时的示意图；

图4是本发明当2号罗经观测范围为0°至γ时的示意图

图5是本发明当2号罗经观测范围为γ至180+γ时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，该模拟罗经的主要组成部分包括：方位圈、随动轮、旋转编码器、单片机、步进电机和刻度盘。

工作原理：在用户转动方位圈，对被观测目标进行瞄准时，置于其下方的随动轮被带着随之转动，其转动角度的大小，由与之同轴放置的旋转编码器进行实时检测，并将所采集的信号送入单片机，由单片机根据公式计算出用当前位置的罗经来观测目前所瞄的目标，和位于圆心位置的罗经来观测同一目标，两者的观测值之间将存在多少误差，并由此驱动步进电机，带动刻度盘，反向旋转所计算出来的误差读数，最终达到用户在偏心位置也能准确观测得到近距离环幕上目标的方位值的目的。

一种基于环幕上目标方位的模拟罗经的方位角测量方法，具体包含如下步骤：

步骤1，设定1号罗经的位置、2号罗经的位置、观测A点的位置、a为环幕半径，b为2号罗经距离1号罗经的距离、1号罗经和2号罗经之间的连线与真北方向之间的夹角为γ，2号罗经和观测A点的舷角α；

步骤2，根据以下几种情况计算位于环幕中心罗经的方位角β，具体如下：

步骤2.1，如图2所示，当2号罗经观测物标舷角范围为180+γ至1号罗经观测到船首方向的物标时的二号罗经观测舷角时；

根据c²＝a²+b²-2abcos(γ)求得c值，然后求得极限值，三角形内角和为180，180-X+γ＝360-α；

已知a、b两条边，及α、γ，求β，中间量λ、δ，三角形三角之和为180度，γ+(360-α)+λ＝180，求得λ，λ＝α-γ-180

由正弦定理可知：求得δ角，而δ+(360-β)+γ+λ＝180°，由此，求得β。

步骤2.2，如图3所示，当2号罗经观测物标舷角范围为1号罗经观测到船首方向的物标时的二号罗经观测舷角至360°时，

已知a、b两条边，及α、γ，求β，中间量λ、δ，三角形三角之和为180度，可知γ+(360-α)+λ＝180，可求得λ，λ＝α-γ-180

由正弦定理可知：求得δ，而δ+γ-β+λ＝180°，由此，求得β；

步骤2.3，如图4所示，当2号罗经观测范围为0°至γ时，

已知a、b两条边，及α、γ，求β，中间量λ、δ，三角形三角之和为180度，可知只需求得δ即可求得β，β＝γ-(180-δ-α-λ)，即β＝γ+δ+α+λ-180；

由正弦定理可知：可求得δ，进而求得β；

步骤2.4，如图5所示，当2号罗经观测范围为γ至180+γ时，

已知a、b两条边，及α、γ、λ，求β，中间量δ，三角形三角之和为180度，可知β＝γ+[180°-δ-(360°-α-λ)]＝γ+α+λ-δ-180

其中，由正弦定理可知：可求得δ角。

本发明提出了一种可以根据偏心罗经所在位置和被观测目标所在角度之间的关系，换算出该目标在中心位置进行观测时所应该测得的方位角的数学算法本装置由方位圈、随动轮、旋转编码器、单片机、步进电机和刻度盘等部件组成，能够自动检测用户的瞄测动作，并根据自身当前所处偏心位置和用户瞄测目标所在的角度，自动计算出观测误差的大小和方向，并驱动刻度盘进行反向旋转，实现在偏心位置观测近距离环幕上的目标也能得到准确方位值的目的。本装置所采用的刻度盘可以是依靠步进电机驱动的机械刻度盘，也可以是通过液晶显示屏显示的电子刻度盘。本装置所采用的单片机也可以是其它具备相应数据计算能力的逻辑单元。本装置除了能够在偏心位置观测得到准确方位值以外，通过多次观测不同目标，利用差值法也能间接得到目标之间的夹角。

Claims (5)

1.一种用于测量环幕上目标方位的模拟罗经，其特征在于：包含依次连接的方位圈、随动轮、旋转编码器、单片机、步进电机和刻度盘；

其中，方位圈，用于通过转动完成对被观测目标的瞄准；

随动轮，用于在方位圈的旋转过程中对其进行等比例跟随转动；

旋转编码器，用于检测随动轮转动角度，并上传至单片机；

单片机，用于根据接收的转动角度计算出用当前位置的罗经和位于圆心位置的罗经分别观测目前所瞄准目标的方位所得的差值；进而通过驱动步进电机带动刻度盘进行反向旋转，使得准确的刻度对准方位圈的瞄准线。

2.根据权利要求1所述的一种用于测量环幕上目标方位的模拟罗经，其特征在于：所述单片机采用C8051系列单片机。

3.根据权利要求1所述的一种用于测量环幕上目标方位的模拟罗经，其特征在于：旋转编码器采用E6B2-CWZ3E型号光电编码器。

4.根据权利要求1所述的一种用于测量环幕上目标方位的模拟罗经，其特征在于：步进电机采用42BYGH47型号步进电机。

5.一种基于权利要求1至4所述环幕上目标方位的模拟罗经的方位角测量方法，其特征在于：具体包含如下步骤：

步骤1，设定1号罗经的位置、2号罗经的位置、观测A点的位置、a为环幕半径，b为2号罗经距离1号罗经的距离、1号罗经和2号罗经之间的连线与真北方向之间的夹角为γ，2号罗经和观测A点的舷角α；

步骤2，根据以下几种情况计算位于环幕中心罗经的方位角β，具体如下：

步骤2.1，当2号罗经观测物标舷角范围为180+γ至1号罗经观测到船首方向的物标时的二号罗经观测舷角时；

根据c²＝a²+b²-2abcos(γ)求得c值，然后求得极限值，三角形内角和为180，180-X+γ＝360-α；

已知a、b两条边，及α、γ，求β，中间量λ、δ，三角形三角之和为180度，γ+(360-α)+λ＝180，求得λ，λ＝α-γ-180

由正弦定理可知：求得δ角，而δ+(360-β)+γ+λ＝180°，由此，求得β。

步骤2.2，当2号罗经观测物标舷角范围为1号罗经观测到船首方向的物标时的二号罗经观测舷角至360°时，

已知a、b两条边，及α、γ，求β，中间量λ、δ，三角形三角之和为180度，可知γ+(360-α)+λ＝180，可求得λ，λ＝α-γ-180

由正弦定理可知：求得δ，而δ+γ-β+λ＝180°，由此，求得β；

步骤2.3，当2号罗经观测范围为0°至γ时，

已知a、b两条边，及α、γ，求β，中间量λ、δ，三角形三角之和为180度，可知只需求得δ即可求得β，β＝γ-(180-δ-α-λ)，即β＝γ+δ+α+λ-180；

由正弦定理可知：可求得δ，进而求得β；

步骤2.4，当2号罗经观测范围为γ至180+γ时，

已知a、b两条边，及α、γ、λ，求β，中间量δ，三角形三角之和为180度，可知β＝γ+[180°-δ-(360°-α-λ)]＝γ+α+λ-δ-180

其中，由正弦定理可知：可求得δ角。