CN109269408B - 一种基于激光跟踪技术的靶板装置及靶板定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种本发明涉及一种基于激光跟踪技术的靶板装置及靶板定位方法。基于激光跟踪技术的靶板装置包括靶标板、激光跟踪仪标靶、底座、调节装置。靶标板上有基准标识，用于画设校靶线；激光跟踪仪标靶能够接收并反射激光跟踪仪信号，用于安装在靶标板上，并在飞机机体坐标系中完成靶标板空间位置测量；调节装置可以调节底座支架使靶板完成三个轴向的平移、旋转调节；底座用于将靶板放置于飞机校靶平台上，保持校靶装置稳定。靶板定位方法利用激光跟踪仪，在飞机机体坐标系下对靶标板的基准点进行空间定位。通过靶线与飞机轴线空间位置关系的计算，调节靶标板在不同轴向的角度，从而使靶板与飞机保持相同的姿态。

Description

一种基于激光跟踪技术的靶板装置及靶板定位方法

技术领域

本发明属于机载设备靶板装置及靶板定位方法，涉及一种基于激光跟踪技术的靶板装置及靶板定位方法。

背景技术

机载设备校靶指通过机械调校与电调校结合的方式，使得机载设备显示字符与外景准直。在对平视显示器(HUD)、增强视景设备(EVS)、等机载设备进行校靶工作时，最关键的步骤是完成目标靶板的定位。目前，传统的靶板定位方式精度较低，由于测量精度偏差较大而无法满足产品性能要求，部分安全关键符号显示精度偏差较大可能影响飞行安全性。另外传统靶板仅能用于对应一个机型，且放置方式需要专用设备将飞机架平，对场地平整度要求很高，测量过程繁琐耗时。在国内，机载设备靶板装置研制及靶板定位方法尚属于起步阶段。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种精度高、无需飞机架平、适用多型号飞机、简便易用的机载设备靶板装置及靶板定位方法。

技术方案

一种基于激光跟踪技术的靶板装置，包括调节装置、底座、安装在底座上的带有基准标识的靶标板及激光跟踪仪标靶；其特征在于：可根据所述靶标板上的基准标识及靶标板放置的距离及目标飞机的设计眼位参数自行画出校靶线，用以适应不同的飞机构型；所述激光跟踪仪标靶共四个，根据校靶线的位置完成定位，并将标靶安装位置通过激光跟踪定位的方式，反馈给激光跟踪仪；调节装置具有竖直、水平方向的平移调节及三轴向旋转调节功能，用于根据反馈的定位信息完成靶标板位置的调整；底座安装在于飞机校靶平台上。

所述靶标板上的基准标识带有基准刻度。

所述靶标板上的校靶线，分为主驾驶校靶线及副驾驶校靶线，需要根据待校靶设备及飞机的信息进行绘制；校靶线的长度不小于待校靶设备上显示的校靶符号所占垂直视场角大小，校靶线的宽度不小于待校靶设备上显示的符号线宽所占水平视场角，主驾驶、副驾驶校靶线的间距与飞机主驾驶、副驾驶参考眼位DEP在机体坐标系Y轴向的距离差一致。

所述激光跟踪仪标靶为激光跟踪仪配套标靶，标靶反射激光跟踪仪发射的激光信号提供标靶位置信息，具有不小于±30°的信号接收范围，标靶下方具有可固定或安装在靶标板上的底座。

所述底座包括用于支撑靶标板的可调节支架，支架上安装有可调的落地支脚，通过调节底座的落地支脚能够使靶板装置保持重心平衡。

所述调节装置具有调节手柄，通过操作调节手柄调节所述底座的支架姿态，带动靶标板完成竖直、水平方向的平移，及三轴向旋转，平移调节范围不小于±15cm，旋转调节范围不小于±30°。

一种靶板定位方法，，其特征在于步骤如下：

步骤1：激光跟踪仪定位：将标靶安装在三个不共面的、坐标已知的飞机参考点上，利用激光跟踪仪向标靶发射激光信号，以确定激光跟踪仪在飞机坐标系下的位置；

步骤2：靶板位置粗调：利用激光跟踪仪测量靶板垂直靶线上标靶的位置，水平调节靶板，使垂直靶线与飞机X轴的距离在1cm内；

步骤3：靶板偏航角调节：利用激光跟踪仪测量靶板垂直靶线上标靶的位置，调节靶板的偏航角，使垂直靶线与飞机X轴垂直；

步骤4：靶板俯仰角调节：利用激光跟踪仪测量靶板水平靶线上标靶的位置，调节靶板的俯仰角，使水平靶线与飞机X轴垂直；

步骤5：靶板位置精调：利用激光跟踪仪测量靶板垂直靶线上标靶的位置，水平调节靶板，使垂直靶线与飞机X轴的距离在0.5mm内；

步骤6：靶板横滚角调节：利用激光跟踪仪测量靶板垂直靶线上标靶的位置，调节靶板的横滚角，使水平靶线与飞机Z轴垂直。

有益效果

本发明提出的一种基于激光跟踪技术的靶板装置及靶板定位方法，采用本发明介绍的方法及装置，大大提高了靶板定位精度，降低了场地要求，适用多型号飞机，无需飞机架平，实现方式简便，可以明显减少校靶时间。有益效果如下：

(1)极大地减少了靶板定位过程中可能引入的精度误差，保证机载设备准直光学系统达到精确光学性能，避免安全性隐患。

(2)采用激光跟踪技术极大的提高测量效率，缩短作业时间。

(3)不需要飞机架平，可大大降低靶板放置过程的难度，减少资源的投入，降低了场地的要求。

(4)自适应多个机型使用，不需要重新设计，减少了时间和成本。

附图说明

图1是本发明所述方法实现示意图；

图2是本发明靶板及其所连接结构的正向示意图。

图3是本发明靶板及其所连接结构的侧向示意图。

图4是本发明所述方法实现流程图；

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明涉及一种基于激光跟踪技术的靶板装置及靶板定位方法。基于激光跟踪技术的靶板装置包括靶标板、激光跟踪仪标靶、底座、调节装置。靶标板上有基准标识，用于画设校靶线；激光跟踪仪标靶能够接收并反射激光跟踪仪信号，用于安装在靶标板上，并在飞机机体坐标系中完成靶标板空间位置测量；调节装置可以调节底座支架使靶板完成三个轴向的平移、旋转调节；底座用于将靶板放置于飞机校靶平台上，保持校靶装置稳定。靶板定位方法利用激光跟踪仪，在飞机机体坐标系下对靶标板的基准点进行空间定位。通过靶线与飞机轴线空间位置关系的计算，调节靶标板在不同轴向的角度，从而使靶板与飞机保持相同的姿态。

一种基于激光跟踪技术的靶板装置，包括调节装置、底座、和安装在底座上的带有基准标识的靶标板、及激光跟踪仪标靶。可根据靶标板上的基准标识及、靶板放置的距离及目标飞机的设计眼位参数自行画出校靶线，用以适应不同的飞机构型。所述激光跟踪仪标靶共四个，根据校靶线的位置完成定位，并将标靶安装位置通过激光跟踪定位的方式，反馈给激光跟踪仪。调节装置具有竖直、水平方向的平移调节及三轴向旋转调节功能，用于根据反馈的定位信息完成靶标板位置的调整。底座用于使靶板装置稳定放置于飞机校靶平台上。

靶标板上的基准标识带有基准刻度，采用较细的浅色线印制。

靶标板上的校靶线，分为主驾驶校靶线及副驾驶校靶线，需要根据待校靶设备及飞机的信息进行绘制。校靶线的长度略大于待校靶设备上显示的校靶符号所占垂直视场角大小，校靶线的宽度略大于待校靶设备上显示的符号线宽所占水平视场角，主驾驶、副驾驶校靶线的间距与飞机主驾驶、副驾驶参考眼位(DEP)在机体坐标系Y轴向的距离差一致。

激光跟踪仪标靶为激光跟踪仪配套标靶，标靶反射激光跟踪仪发射的激光信号提供标靶位置信息，具有不小于±30°的信号接收范围，标靶下方具有可固定或安装在靶标板上的底座。

底座包括用于支撑靶标板的可调节支架，支架上安装有可调的落地支脚，通过调节底座的落地支脚能够使靶板装置保持重心平衡。

调节装置具有调节手柄，通过操作调节手柄调节所述底座的支架姿态，带动靶标板完成竖直、水平方向的平移调节，及三轴向旋转调节功能，平移调节范围不小于±15cm，旋转调节范围不小于±30°。

一种上述基于激光跟踪技术的靶板装置实现靶板定位方法，步骤如下：

1)激光跟踪仪定位：将标靶安装在三个不共面的、坐标已知的飞机参考点上，利用激光跟踪仪向标靶发射激光信号，以确定激光跟踪仪在飞机坐标系下的位置。

2)靶板位置粗调：利用激光跟踪仪测量靶板垂直靶线上标靶的位置，水平调节靶板，使垂直靶线与飞机X轴的距离在1cm内。

3)靶板偏航角调节：利用激光跟踪仪测量靶板垂直靶线上标靶的位置，调节靶板的偏航角，使垂直靶线与飞机X轴垂直。

4)靶板俯仰角调节：利用激光跟踪仪测量靶板水平靶线上标靶的位置，调节靶板的俯仰角，使水平靶线与飞机X轴垂直。

5)靶板位置精调：利用激光跟踪仪测量靶板垂直靶线上标靶的位置，水平调节靶板，使垂直靶线与飞机X轴的距离在0.5mm内。

6)靶板横滚角调节：利用激光跟踪仪测量靶板垂直靶线上标靶的位置，调节靶板的横滚角，使水平靶线与飞机Z轴垂直。

本发明靶板装置的具体实施例如图1靶板装置包括靶标板1，基准标识2，校靶线3，激光跟踪仪标靶4，带有支架的底座5，靶标板调节装置6。靶标板1安装在底座5上。基准标识2印在靶标板1上，分别在靶标板1的上侧边线、下侧边线、和中分线处，基准标识2采用较细的浅色线印制，带有最小单位为毫米的刻度标识，用于校靶线3画线定位。校靶线3分为主驾驶校靶线及副驾驶校靶线，校靶线3需要根据待校靶设备及飞机的信息进行绘制。校靶线3长度不小于2L*Tan(Qh/2)，其中L为靶板距离飞机设计眼位的长度，Qh为校靶符号在垂直视场中所占视场角角度。校靶线3宽度等于2L*Tan(Qw/2)，其中Qw为待校靶设备显示符号的线宽对应的视场角，通常为1-2mrad。主驾驶、副驾驶校靶线3的距离等于DEP_CY-DEP_FY,其中DEP_CY和DEP_FY分别为飞机主驾驶及副驾驶的设计眼位在机体坐标系下Y轴坐标。激光跟踪仪标靶4为激光跟踪仪配套标靶,在靶标板1的主副驾驶校靶线中心点各安装一个，并在靶标板1的上下侧基准标识中点处各安装一个。激光跟踪仪标靶4反射激光跟踪仪发射的激光信号，使激光跟踪仪获取靶标板特征点在机体坐标系下的空间三维位置信息，激光跟踪仪标靶4具有不小于±30°的信号接收范围，激光跟踪仪标靶4底部具有可固定或安装在靶标板1上的底座。靶板装置的底座5是具有支架，支架上具有调节装置6。调节装置6可以调节靶标板1的位置和姿态，调节装置6上具有5个把手，包括竖直方向的调节把手Tz、水平方向的调节把手Ty，以及三个轴向的旋转把手Rx、Ry、Rz。调节装置6可以实现靶标板1在水平及垂直方向的平移调节，可以实现靶标板1实现全方向的角度调节。

靶板定位方法步骤如下：

(1)激光跟踪仪定位

将靶板放置在飞机正前方，距离飞机约15m处。任意选择三个不共线的、坐标已知的飞机参考点：A，B，C，并将激光跟踪仪配套的标靶安装在这三个参考点处。利用激光跟踪仪从固定位置向A，B，C发射激光信号，以确定激光跟踪仪在飞机坐标系下的位置。

(2)靶板位置粗调

利用激光跟踪仪测定靶板垂直靶线上C₃,C₄标靶的坐标(x₃,y₃,z₃),(x₄,y₄,z₄)，通过Ty杆水平移动靶板，使垂直靶线C₃C₄与飞机X轴的距离在1cm内，即坐标点满足：

(3)靶板偏航角调节

利用激光跟踪仪测定靶板水平靶线上C₁,C₂标靶的坐标(x₁,y₁,z₁),(x₂,y₂,z₂)，通过Rz杆转动靶板，使C₁C₂与飞机X轴的夹角小于0.5°，即坐标点满足：

(4)靶板俯仰角调节

利用激光跟踪仪测定靶板垂直靶线上C₃,C₄标靶的坐标(x₃,y₃,z₃),(x₄,y₄,z₄)，通过Ry杆转动靶板，使得C₃C₄与飞机X轴的夹角小于0.5°，即坐标点满足：

(5)靶板位置精调

利用激光跟踪仪测定靶板垂直靶线上C₃,C₄标靶的坐标(x₃,y₃,z₃),(x₄,y₄,z₄)，通过Ty杆水平移动靶板，使垂直靶线C₃C₄与飞机X轴的距离在0.5mm内，即坐标点满足：

(6)靶板横滚角调节

利用激光跟踪仪测定靶板水平靶线上C₁,C₂标靶的坐标(x₁,y₁,z₁),(x₂,y₂,z₂)，通过Rx杆转动靶板，使得水平C₁C₂与飞机Z轴的夹角为90°±0.5°，即坐标点满足，即坐标点满足：

至此完成靶板定位，可保证靶板上的校靶线在机体坐标系下的位置满足飞机驾驶员的观测需求及对机载设备的校准需求。

Claims (4)

1.一种基于激光跟踪技术的靶板装置，包括调节装置(6)、底座(5)、安装在底座(5)上的带有基准标识(2)的靶标板(1)及激光跟踪仪标靶(4)；其特征在于：可根据所述靶标板(1)上的基准标识(2)及靶标板(1)放置的距离及目标飞机的设计眼位参数自行画出校靶线(3)，用以适应不同的飞机构型；所述激光跟踪仪标靶(4)共四个，根据校靶线(3)的位置完成定位，并将标靶安装位置通过激光跟踪定位的方式，反馈给激光跟踪仪；调节装置(6)具有竖直、水平方向的平移调节及三轴向旋转调节功能，用于根据反馈的定位信息完成靶标板(1)位置的调整；底座(5)安装在于飞机校靶平台上；所述靶标板(1)上的基准标识(2)带有基准刻度；靶标板(1)上有基准标识，用于画设校靶线；所述校靶线(3)分为主驾驶校靶线及副驾驶校靶线，需要根据待校靶设备及飞机的信息进行绘制；校靶线(3)长度不小于2L*Tan(Qh/2)，其中L为靶板距离飞机设计眼位的长度，Qh为校靶符号在垂直视场中所占视场角角度；校靶线(3)宽度等于2L*Tan(Qw/2)，其中Qw为待校靶设备显示符号的线宽对应的视场角，为1-2mrad；主驾驶、副驾驶校靶线(3)的距离等于DEP_CY-DEP_FY，其中DEP_CY和DEP_FY分别为飞机主驾驶及副驾驶的设计眼位在机体坐标系下Y轴坐标，主驾驶、副驾驶校靶线的间距与飞机主驾驶、副驾驶参考眼位DEP在机体坐标系Y轴向的距离差一致；所述激光跟踪仪标靶(4)为激光跟踪仪配套标靶，标靶反射激光跟踪仪发射的激光信号提供标靶位置信息，具有不小于±30°的信号接收范围，标靶下方具有可固定或安装在靶标板上的底座；所述激光跟踪仪标靶(4)共四个，根据校靶线(3)的位置完成定位；激光跟踪仪标靶(4)为激光跟踪仪配套标靶,在靶标板(1)的主副驾驶校靶线中心点各安装一个，并在靶标板(1)的上下侧基准标识中点处各安装一个。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光跟踪技术的靶板装置，其特征在于所述底座(5)包括用于支撑靶标板的可调节支架，支架上安装有可调的落地支脚，通过调节底座的落地支脚能够使靶板装置保持重心平衡。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光跟踪技术的靶板装置，其特征在于所述调节装置(6)具有调节手柄，通过操作调节手柄调节所述底座的支架姿态，带动靶标板完成竖直、水平方向的平移，及三轴向旋转，平移调节范围不小于±15cm，旋转调节范围不小于±30°。

4.一种利用权利要求1-3任一项所述基于激光跟踪技术的靶板装置实现靶板定位方法，其特征在于步骤如下：

(1)激光跟踪仪定位

将靶板放置在飞机正前方，距离飞机约15m处；任意选择三个不共线的、坐标已知的飞机参考点：A，B，C，并将激光跟踪仪配套的标靶安装在这三个参考点处；利用激光跟踪仪从固定位置向A，B，C发射激光信号，以确定激光跟踪仪在飞机坐标系下的位置；

(2)靶板位置粗调

利用激光跟踪仪测定靶板垂直靶线上C₃,C₄标靶的坐标(x₃,y₃,z₃),(x₄,y₄,z₄)，通过Ty杆水平移动靶板，使垂直靶线C₃C₄与飞机X轴的距离在1cm内，即坐标点满足：

(3)靶板偏航角调节

利用激光跟踪仪测定靶板水平靶线上C₁,C₂标靶的坐标(x₁,y₁,z₁),(x₂,y₂,z₂)，通过Rz杆转动靶板，使C₁C₂与飞机X轴的夹角小于0.5°，即坐标点满足：

(4)靶板俯仰角调节

利用激光跟踪仪测定靶板垂直靶线上C₃,C₄标靶的坐标(x₃,y₃,z₃),(x₄,y₄,z₄)，通过Ry杆转动靶板，使得C₃C₄与飞机X轴的夹角小于0.5°，即坐标点满足：

(5)靶板位置精调

利用激光跟踪仪测定靶板垂直靶线上C₃,C₄标靶的坐标(x₃,y₃,z₃),(x₄,y₄,z₄)，通过Ty杆水平移动靶板，使垂直靶线C₃C₄与飞机X轴的距离在0.5mm内，即坐标点满足：

(6)靶板横滚角调节

利用激光跟踪仪测定靶板水平靶线上C₁,C₂标靶的坐标(x₁,y₁,z₁),(x₂,y₂,z₂)，通过Rx杆转动靶板，使得水平C₁C₂与飞机Z轴的夹角为90°±0.5°，即坐标点满足，即坐标点满足：

至此完成靶板定位，可保证靶板上的校靶线在机体坐标系下的位置满足飞机驾驶员的观测需求及对机载设备的校准需求。

Images