CN110174665A - 基于激光导引减小机载光电载荷与挂点指向偏差的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于激光导引减小机载光电载荷与挂点指向偏差的方法，包括以下步骤：无人机在飞行过程中，使用光电载荷锁定目标并对其进行激光照射，分别启动各挂点的激光跟踪设备，待锁定目标漫反射的激光回波后，根据光电载荷和激光跟踪设备的方位角和俯仰角，计算光电载荷与各挂点外挂物悬挂装置间的方位角和俯仰角偏差，综合得到光电载荷零位方向与悬挂装置轴向的角度偏差，进而将此偏差作为校正参数对光电载荷零位进行标校。本发明在制造工艺一致性较差的条件下，使光电载荷的安装零位偏差能够满足引导无人机机载武器的使用要求，简化了光电载荷挂装无人机的安装工序。

Description

基于激光导引减小机载光电载荷与挂点指向偏差的方法

技术领域

本发明涉及一种基于激光导引减小机载光电载荷与挂点指向偏差的方法，适用于具有激光照射功能的无人机光电载荷，属于无人机技术中光电设备零位校准技术领域。

背景技术

现阶段国内外无人机的机载武器，大部分为激光制导武器，其配备的导引头工作模式包括发射前锁定模式和发射后锁定模式，光电载荷能够向这两种机载武器提供目标角度信息和目标距离信息。对于发射前锁定模式，激光制导武器根据光电载荷输出的目标角度/距离信息将导引头光轴指向目标方向；对于发射后锁定模式，激光制导武器将发射时刻光电载荷输出的目标角度/距离信息作为导航制导解算的初值，在导引头工作时刻，由弹载任务机解算出导引头的预置角度，控制导引头光轴指向目标方向。因此，光电载荷输出目标角度信息的准确性对激光制导武器的准确发射极其重要。

对于无人机而言，光电载荷通常挂载于机身下方，激光制导武器通常挂载于机翼挂点下的外挂物悬挂装置下，为了保证光电载荷传递至激光制导武器的目标角度信息的准确性，要求光电载荷零位方向与外挂物悬挂装置轴向一致。受制于无人机机体结构生产制造工艺的限制，光电载荷和外挂物悬挂装置安装后，均存在不同程度的安装误差。通常的方法，是分别将光电载荷安装零位方向和外挂物悬挂装置轴向与机体轴向校正一致。但此方法难度大、耗时长、工序繁琐，且对安装工艺提出较高要求。

因此，在结合无人机实际需求下，需要研究一种标校光电载荷零位方向与悬挂装置轴向的方法，使其既能满足无人机机载武器的发射要求，又可简化光电载荷安装零位校正的工序。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于激光导引减小机载光电载荷与挂点指向偏差的方法，从而保证激光制导武器的导引头在启动搜索时，能够在光电载荷照射的目标方向附近进行搜索。该方法不必分别对光电载荷安装零位方向和外挂物悬挂装置轴向与机体轴向进行校正，可大幅度简化光电载荷安装工序，提高无人机打击的快速性。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种基于激光导引减小机载光电载荷与挂点指向偏差的方法，包括以下步骤：

(1)无人机飞行过程中使用光电载荷搜索目标，在光电载荷能够稳定锁定目标时，启动激光照射；

(2)启动某一挂点挂载的激光跟踪设备搜索激光回波，待其锁定目标漫反射的激光回波后，进入步骤(3)；

(3)记录此时刻光电载荷的方位角A_pn和俯仰角E_pn，记录此时刻激光跟踪设备的方位角A_sn和俯仰角E_sn，计算光电载荷与该挂点外挂物悬挂装置间的方位角偏差ΔA_n和俯仰角偏差ΔE_n；n为挂点位置编号；

(4)判断是否完成所有挂载的激光跟踪设备的测试，如果是则进入步骤(5)，否则返回步骤(2)更换下一挂点挂载的激光跟踪设备；

(5)计算光电载荷零位方向与悬挂装置轴向的方位角总偏差ΔA，俯仰角总偏差ΔE以及判断偏差方向；

(6)按照所述方位角总偏差ΔA，俯仰角总偏差ΔE以及偏差方向调整光电载荷的零位指向。

优选的，所述目标为地面固定激光漫反射目标。

优选的，所述步骤(3)计算光电载荷与该挂点外挂物悬挂装置间的方位角偏差ΔA_n和俯仰角偏差ΔE_n，具体为：

ΔA_n＝A_pn-A_sn，

ΔE_n＝E_pn-E_sn。

优选的，方位指向朝左为正，朝右为负；俯仰指向朝上为正，朝下为负。

优选的，所述步骤(5)计算光电载荷零位方向与悬挂装置轴向的方位角总偏差ΔA，俯仰角总偏差ΔE，具体为：

其中ΔA_max＝MAX{ΔA_n},ΔA_min＝MIN{ΔA_n},n＝1,2,...,N，

其中ΔE_max＝MAX{ΔE_n},ΔE_min＝MIN{ΔE_n},n＝1,2,...,N，

其中，N为所挂载的激光跟踪设备总数。

优选的，所述步骤(5)中判断偏差方向的具体方法为：当|ΔA_max|>|ΔA_min|时，表明光电载荷零位指向向右偏，当|ΔA_max|<|ΔA_min|时，表明光电载荷零位指向向左偏；当|ΔE_max|>|ΔE_min|时，表明光电载荷零位指向向下偏，当|ΔE_max|<|ΔE_min|时，光电载荷零位指向向上偏。

优选的，步骤(6)中按照所述方位角总偏差ΔA，俯仰角总偏差ΔE以及偏差方向调整光电载荷的零位指向的方法为：

当|ΔA_max|>|ΔA_min|时，向左调整光电载荷零位指向ΔA，当|ΔA_max|<|ΔA_min|时，向右调整光电载荷零位指向ΔA；当|ΔE_max|>|ΔE_min|时，向上调整光电载荷零位指向ΔE，当|ΔE_max|<|ΔE_min|时，向下调整光电载荷零位指向ΔE。

优选的，光电载荷具有零位指向调整功能，将ΔA、ΔE、调整方向作为参数输入至光电载荷，光电载荷完成自身零位指向调整。

优选的，方位指向朝右为正，朝左为负；俯仰指向朝上为正，朝下为负；

所述步骤(5)计算光电载荷零位方向与悬挂装置轴向的方位角总偏差ΔA，俯仰角总偏差ΔE，具体为：

其中ΔA_max＝MAX{ΔA_n},ΔA_min＝MIN{ΔA_n},n＝1,2,...,N，

其中ΔE_max＝MAX{ΔE_n},ΔE_min＝MIN{ΔE_n},n＝1,2,...,N，

其中，N为所挂载的激光跟踪设备总数；

所述步骤(5)中判断偏差方向的具体方法为：当|ΔA_max|>|ΔA_min|时，表明光电载荷零位指向向左偏，当|ΔA_max|<|ΔA_min|时，表明光电载荷零位指向向右偏；当|ΔE_max|>|ΔE_min|时，表明光电载荷零位指向向下偏，当|ΔE_max|<|ΔE_min|时，光电载荷零位指向向上偏。

优选的，步骤(6)中按照所述方位角总偏差ΔA，俯仰角总偏差ΔE以及偏差方向调整光电载荷的零位指向的方法为：

当|ΔA_max|>|ΔA_min|时，向右调整光电载荷零位指向ΔA，当|ΔA_max|<|ΔA_min|时，向左调整光电载荷零位指向ΔA；当|ΔE_max|>|ΔE_min|时，向上调整光电载荷零位指向ΔE，当|ΔE_max|<|ΔE_min|时，向下调整光电载荷零位指向ΔE。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明可以直接校正光电载荷零位方向与所有悬挂装置轴向间的综合角度偏差，不用分别对光电载荷和各个悬挂装置进行安装零位校轴，无需专用标定设备，这种方法简单、直接，大大简化了光电载荷和悬挂装置的安装工序。

(2)本发明可以在一次飞行内测量出光电载荷零位方向和悬挂装置轴向间的角度偏差，不用在飞机制造、设备安装过程中预先测量，降低了对飞机结构制造和设备安装的工艺要求。

(3)本发明可以将测量出的偏差以参数形式直接在线对光电载荷的零位方向进行修正，修正过后的光电载荷可直接用于激光制导武器打击任务，提高了无人机的快速打击能力。

(4)传统的地面校正方法，耗时较长，本发明的基于激光导引减小机载光电载荷与挂点指向偏差的方法，校准效率高，仅需一次飞行的时间即可完成校正，进一步提高了无人机的快速打击能力。

(5)本发明在制造工艺一致性较差的条件下，使光电载荷的安装零位偏差能够满足引导无人机机载武器的使用要求，简化了光电载荷挂装无人机的安装工序。

附图说明

图1为本发明的基于激光导引减小机载光电载荷与挂点指向偏差的方法的流程示意图；

图2为本发明的测量光电载荷零位方向与悬挂装置轴向间方位角偏差的示意图；

图3为本发明的测量光电载荷零位方向与悬挂装置轴向间俯仰角偏差的示意图；

图4为本发明的光电载荷零位方向与悬挂装置轴向间方位综合角度偏差的示意图；

图5为本发明的光电载荷零位方向与悬挂装置轴向间俯仰综合角度偏差的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本发明提供一种基于激光导引减小机载光电载荷与挂点指向偏差的方法，如图2所示，沿机翼由左至右依次设置挂点1～4。如图1所示，无人机在飞行过程中，根据光电载荷和激光跟踪设备均锁定目标时的方位角和俯仰角，计算光电载荷与各挂点外挂物悬挂装置间的方位角和俯仰角偏差，进而得到光电载荷零位方向与悬挂装置轴向的综合角度偏差，并将此偏差作为校正参数对光电载荷零位进行标校，具体包括以下步骤：

步骤一、无人机飞行过程中，操作者控制光电载荷锁定激光制导武器的典型目标，光电载荷，实时输出方位角和俯仰角，光电载荷测试与目标之间的斜距，在斜距为7km左右时，操作者启动激光照射；典型目标指激光漫反射目标，且易于光电载荷锁定，如建筑物、车辆及装甲车辆等。

步骤二、操作者启动某一个挂点激光跟踪设备搜索激光回波，激光跟踪设备实时测量光电载荷的方位角和俯仰角，待激光跟踪设备锁定目标漫反射的激光回波后，进入步骤三；

激光跟踪设备指能够跟踪锁定目标漫反射的激光回波，且能以方位角度和俯仰角度输出形式显示目标相对方向的光电设备，如配备半主动激光导引头的挂飞设备，也可以是激光制导武器本身。

步骤三、记录此时刻光电载荷的方位角A_pn和俯仰角E_pn，记录此时刻激光跟踪设备的方位角A_sn和俯仰角E_sn，计算光电载荷与该挂点外挂物悬挂装置间的方位角偏差△A_n和俯仰角偏差△E_n；

所述的基于激光导引的机载光电载荷零位偏差测量方法中，所述步骤三中，光电载荷与某挂点外挂物悬挂装置间的方位角偏差△A_n和俯仰角偏差△E_n计算公式如下：

△A_n＝A_pn-A_sn

△E_n＝E_pn-E_sn

其中，A_pn和E_pn为光电载荷的方位角和俯仰角，A_sn和E_sn为激光跟踪设备的方位角和俯仰角，如图2和图3所示。方位朝左为正，朝右为负；俯仰朝上为正，朝下为负。

步骤四、由于无人机多个挂点挂载了激光跟踪设备，重复步骤二和步骤三，直至所有挂点均已完成偏差角的测量；

步骤五、根据步骤三和步骤四计算的所有挂点的方位角偏差和俯仰角偏差，综合计算光电载荷零位方向与悬挂装置轴向的角度偏差；

所述的基于激光导引的机载光电载荷零位偏差测量方法中，所述步骤五中，如图4和图5所示，根据所有挂点的方位角偏差和俯仰角偏差，综合计算光电载荷零位方向与悬挂装置轴向的角度偏差，将光电载荷零位方向调整至各悬挂装置轴向的中心位置，公式如下：

其中ΔA_max＝MAX{ΔA_n},ΔA_min＝MIN{ΔA_n},n＝1,2,...,N，

其中ΔE_max＝MAX{ΔE_n},ΔE_min＝MIN{ΔE_n},n＝1,2,...,N，

其中，△A为方位角总偏差，△E为俯仰角总偏差，N为所挂载的激光跟踪设备数量。当|ΔA_max|>|ΔA_min|时，表明光电载荷零位指向向右偏，当|ΔA_max|<|ΔA_min|时，表明光电载荷零位指向向左偏；当|ΔE_max|>|ΔE_min|时，表明光电载荷零位指向向下偏，当|ΔE_max|<|ΔE_min|时，光电载荷零位指向向上偏。

步骤六、按照步骤五计算的角度偏差和偏差方向调整光电载荷，当|ΔA_max|>|ΔA_min|时，向左调整光电载荷零位指向△A，当|ΔA_max|<|ΔA_min|时，向右调整光电载荷零位指向△A；当|ΔE_max|>|ΔE_min|时，向上调整光电载荷零位指向△E，当|ΔE_max|<|ΔE_min|时，向下调整光电载荷零位指向△E。

在一个实施例中，为了操作简便，一般为光电载荷设计通过指令修改零位指向的软件接口，将△A、△E、调整方向作为参数输入至光电载荷。

本发明适用于具有激光照射功能的无人机光电载荷。与常规方法不同，本发明不需要分别对光电载荷和各挂点外挂物悬挂装置的安装角度进行测量，而是通过一次飞行，直接测量出光电载荷零位方向与各挂点悬挂装置轴向的中心指向间的角度偏差，并对光电载荷零位方向进行校正。该方法可降低飞机制造工艺要求，大幅度简化光电载荷安装工序，提高无人机打击的快速性。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种基于激光导引减小机载光电载荷与挂点指向偏差的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)无人机飞行过程中使用光电载荷搜索目标，在光电载荷能够稳定锁定目标时，启动激光照射；

(2)启动某一挂点挂载的激光跟踪设备搜索激光回波，待其锁定目标漫反射的激光回波后，进入步骤(3)；

(3)记录此时刻光电载荷的方位角A_pn和俯仰角E_pn，记录此时刻激光跟踪设备的方位角A_sn和俯仰角E_sn，计算光电载荷与该挂点外挂物悬挂装置间的方位角偏差△A_n和俯仰角偏差△E_n；n为挂点位置编号；

(4)判断是否完成所有挂载的激光跟踪设备的测试，如果是则进入步骤(5)，否则返回步骤(2)更换下一挂点挂载的激光跟踪设备；

(5)计算光电载荷零位方向与悬挂装置轴向的方位角总偏差△A，俯仰角总偏差△E以及判断偏差方向；

(6)按照所述方位角总偏差△A，俯仰角总偏差△E以及偏差方向调整光电载荷的零位指向。

2.如权利要求1所述的基于激光导引减小机载光电载荷与挂点指向偏差的方法，其特征在于：所述目标为地面固定激光漫反射目标。

3.如权利要求1所述的基于激光导引减小机载光电载荷与挂点指向偏差的方法，其特征在于：所述步骤(3)计算光电载荷与该挂点外挂物悬挂装置间的方位角偏差△A_n和俯仰角偏差△E_n，具体为：

△A_n＝A_pn-A_sn，

△E_n＝E_pn-E_sn。

4.如权利要求3所述的基于激光导引减小机载光电载荷与挂点指向偏差的方法，其特征在于：方位指向朝左为正，朝右为负；俯仰指向朝上为正，朝下为负。

5.如权利要求4所述的基于激光导引减小机载光电载荷与挂点指向偏差的方法，其特征在于：所述步骤(5)计算光电载荷零位方向与悬挂装置轴向的方位角总偏差△A，俯仰角总偏差△E，具体为：

其中ΔA_max＝MAX{ΔA_n},ΔA_min＝MIN{ΔA_n},n＝1,2,...,N，

其中ΔE_max＝MAX{ΔE_n},ΔE_min＝MIN{ΔE_n},n＝1,2,...,N，

其中，N为所挂载的激光跟踪设备总数。

6.如权利要求4所述的基于激光导引减小机载光电载荷与挂点指向偏差的方法，其特征在于：所述步骤(5)中判断偏差方向的具体方法为：当|ΔA_max|>|ΔA_min|时，表明光电载荷零位指向向右偏，当|ΔA_max|<|ΔA_min|时，表明光电载荷零位指向向左偏；当|ΔE_max|>|ΔE_min|时，表明光电载荷零位指向向下偏，当|ΔE_max|<|ΔE_min|时，光电载荷零位指向向上偏。

7.如权利要求1所述的基于激光导引减小机载光电载荷与挂点指向偏差的方法，其特征在于：步骤(6)中按照所述方位角总偏差△A，俯仰角总偏差△E以及偏差方向调整光电载荷的零位指向的方法为：

当|ΔA_max|>|ΔA_min|时，向左调整光电载荷零位指向△A，当|ΔA_max|<|ΔA_min|时，向右调整光电载荷零位指向△A；当|ΔE_max|>|ΔE_min|时，向上调整光电载荷零位指向△E，当|ΔE_max|<|ΔE_min|时，向下调整光电载荷零位指向△E。

8.如权利要求7所述的基于激光导引减小机载光电载荷与挂点指向偏差的方法，其特征在于：光电载荷具有零位指向调整功能，将△A、△E、调整方向作为参数输入至光电载荷，光电载荷完成自身零位指向调整。

9.如权利要求3所述的基于激光导引减小机载光电载荷与挂点指向偏差的方法，其特征在于：方位指向朝右为正，朝左为负；俯仰指向朝上为正，朝下为负；

所述步骤(5)计算光电载荷零位方向与悬挂装置轴向的方位角总偏差△A，俯仰角总偏差△E，具体为：

其中ΔA_max＝MAX{ΔA_n},ΔA_min＝MIN{ΔA_n},n＝1,2,...,N，

其中ΔE_max＝MAX{ΔE_n},ΔE_min＝MIN{ΔE_n},n＝1,2,...,N，

其中，N为所挂载的激光跟踪设备总数；

所述步骤(5)中判断偏差方向的具体方法为：当|ΔA_max|>|ΔA_min|时，表明光电载荷零位指向向左偏，当|ΔA_max|<|ΔA_min|时，表明光电载荷零位指向向右偏；当|ΔE_max|>|ΔE_min|时，表明光电载荷零位指向向下偏，当|ΔE_max|<|ΔE_min时，光电载荷零位指向向上偏。

10.如权利要求9所述的基于激光导引减小机载光电载荷与挂点指向偏差的方法，其特征在于：步骤(6)中按照所述方位角总偏差△A，俯仰角总偏差△E以及偏差方向调整光电载荷的零位指向的方法为：

当|ΔA_max|>|ΔA_min|时，向右调整光电载荷零位指向△A，当|ΔA_max|<|ΔA_min|时，向左调整光电载荷零位指向△A；当|ΔE_max|>|ΔE_min|时，向上调整光电载荷零位指向△E，当|ΔE_max|<|ΔE_min|时，向下调整光电载荷零位指向△E。