CN110313236B - 基于陀螺寻北仪的飞机惯性导航安装调校装置的检定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于陀螺寻北仪的飞机惯性导航安装调校装置的检定方法。本发明采用光学测量方法结合调整机构使调校装置的坐标系与飞机坐标系平行，再通过惯性测量方法结合调校结构使惯导坐标系与飞机坐标系平行，首先建立检定基准，用建立的检定基准代替调校装置实际使用环境，然后按照调校装置自身的使用方法，对前一步建立的基准进行测量操作，随之开启寻北仪进行寻北操作，结果记为α；然后模拟机上测量调试，并对测量调试结果进行评估，评定装置方位测量误差。该方法从而保证了机上惯导坐标系与飞机坐标系平行，达到惯导在飞机上安装方位调校的目的。
Description
技术领域
本发明涉及，具体涉及一种基于光学测量方法的基于陀螺寻北仪的飞机惯导安装调校装置的检定方法，属于光学测量领域。
背景技术
惯性导航装置(简称惯导)安装在飞机上，由于长时间机体变形或其它原因，导致惯导安装方位发生漂移，影响飞机飞行精度和目标命中精度，所以需要定期进行方位调校。所谓方位调校就是将惯导方位与飞机方位(飞机纵轴方向)调校成一致。传统的方位调校工具是采用L型吊板(即硬式连接支架)来实现，其缺点是吊板易变形且笨重、操作不便、调校精度难以保证。为了使新的调校装备——基于陀螺寻北仪的飞机惯导装机校准测具具有简捷方便、可靠性好、调校精度高、通用性好、扩展性强等优点，并可以有效地实现飞机上惯导安装方位的调校，使其具有良好的军事、经济效益和推广应用前景，需要找到一套精密的测量调校方法。
基于陀螺寻北仪的飞机惯导校准测具，其关键技术，就是先通过光学测量的方法把飞机坐标系引到校准测具的坐标系上，并使两个坐标系平行。然后，再通过惯性测量方法使校准测具的坐标系与飞机上惯导坐标系平行，从而保证了机上惯导坐标系与飞机坐标系重合，达到惯导在飞机上安装方位调校的目的。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于陀螺寻北仪的飞机惯性导航安装调校装置的检定方法，该方法按照校准测具的实际使用情况搭建测试环境，可以真实的反应校准测具在实际使用条件下能够达到的测量调试精度。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：该方法采用如下装置对飞机惯性导航装置的安装方位进行调校，该装置包括机架和安装在机架上的光轴截取装置和调校平台。
其中，光轴截取装置为成像屏幕，位于调校平台中垂准仪的竖直向上的光路、以及军械校靶镜的光路上，用于在军械校靶镜中观察垂准仪向上的激光光斑；
调校平台由连接平板和安装在连接平板上的瞄准镜、垂准仪、寻北仪和水平仪构成。
连接平板上设有与机上惯导安装过渡板配合的、基于一面两销定位方式的惯导机械接口；还设置有一个镜面，镜面的法向与连接平板上的两销孔连线方向垂直，作为惯导的方位向基准；还设有两个寻北仪定位销，二者连线与镜面垂直；还设有回转装置定位孔，连接平板的回转轴线与回转装置的中心轴线重合。
垂准仪通过中空的垂准仪支座安装在连接平板上方，并避开瞄准镜的光路，垂准仪的视准轴竖直、并与回转装置的中心轴线重合。
瞄准镜位于垂准仪的后方，瞄准镜的光轴与垂准仪的视准轴相交，瞄准镜的光轴与镜面垂直。
寻北仪通过寻北仪定位销安装在连接平板上，且寻北仪的定位基准与镜面的法向平行。
连接平板还设有两个相互垂直的水平仪，水平仪的定位面位于连接平板上方、且与惯导安装过渡板的定位平面平行。
机架上设有用于调节连接平板位置的平移装置、用于调节连接平板(5)水平度的调平装置和用于调节连接平板角度的回转装置，还设有用于调节光轴截取装置的高度的滑轨。
本发明的检定方法如下：
步骤1、建立检定基准，用建立的检定基准代替调校装置实际使用环境，基准包括俯仰基准、倾斜基准和方位基准；俯仰和倾斜基准采用当地的水平面，用计量方法获得；用经纬仪(20)采用如下步骤A～C建立方位基准，
步骤A、在调校装置的前方放置自准直光电经纬仪，经纬仪的中心高度与调校装置的连接平板相同，将经纬仪调平；
步骤B、经纬仪瞄向调校装置的方向，此时将经纬仪水平读数置零，并锁定经纬仪的水平回转；此时经纬仪光轴即作为方位基准，代替调校装置使用情况下的飞机纵轴方向，且用经纬仪模拟调校装置的使用环境；
步骤C、翻转经纬仪镜筒180°，在调校装置的反方向一定距离之外放置铅垂线，调整铅垂线位置，使得铅垂线在经纬仪视场中央，与分划板竖线重合；
步骤2、按照调校装置自身的使用方法，对前一步建立的基准进行测量操作，步骤具体如下：
步骤a、在调校装置的上方放置临时屏幕，在保持经纬仪水平回转不动的情况下，经纬仪镜筒垂直抬起、瞄向临时屏幕，此时经纬仪镜筒用于代替调校装置使用环境下的军械校靶镜；
步骤b、调整调校装置的水平，之后打开垂准仪的向上垂准激光，并调整平移装置，使得垂准仪向上投射在临时屏幕上的激光光斑位于经纬仪视场中央，此时锁定平移装置。
步骤c、在调校装置的瞄准镜中观察铅垂线位置，调整回转装置，使得铅垂线与瞄准镜视场分划板标识的视场中央重合，之后锁定回转装置。
步骤d、开启寻北仪进行寻北操作，结果记为α。
步骤3、模拟机上测量调试，具体步骤如下：
步骤301、取下调校平台，并将惯导安装过渡板安装于连接平板的下方，将飞机惯导底板安装在惯导安装过渡板上，安装了惯导安装过渡板以及飞机惯导底板的调校平台置于调校装置与经纬仪之间的水平平面上。
步骤302、开启寻北仪进行寻北操作，对比寻北仪第一次的示数进行调整，并用寻北仪确认，反复调整飞机惯导底板的方位，直至寻北仪测量结果与α一致，然后将飞机惯导底板固定在水平平面上。
步骤4、测量调试结果，评定装置方位测量误差，具体步骤如下：
步骤401、用经纬仪测量过渡板定位销连线的方向，即为本装置的方位测量调试误差。
步骤402、计量连接平板惯导过渡板定位面以及水平仪定位面之间的平行度，作为俯仰向和倾斜向的误差。
进一步地，机架底部设有脚轮。
进一步地，步骤C中在校准测具反方向20m之外放置铅垂线。
有益效果：
1、本发明所针对的装置采光学测量结合调整机构使装置的坐标系与飞机坐标系平行，再通过惯性测量方法结合调校结构使惯导坐标系与飞机坐标系平行，从而保证了机上惯导坐标系与飞机坐标系平行，达到惯导在飞机上安装方位调校的目的。该方法按照校准测具的实际使用情况搭建测试环境，测试环境本身基于精度较高的量具(自准直光电经纬仪精度2″，水平仪9精度0.02mm/m折合角度约4″)，可以真实的反应校准测具在实际使用条件下能够达到的测量调试精度。
2、本校准装置通过采用光学与惯性相结合的测量的方法，测量飞机的纵轴方向，并采用惯导自身的机械接口连接惯导自身的安装环境，对惯导安装接口进行直接测量调校，可以达到较高的调校精度，且操作简便，可以大幅提高调校效率。
3、传统的军械校靶镜的光轴与机械定位轴线存在夹角误差，该误差在传统的直接使用军械校靶镜机械手进行定位的方案中无法消除，因此调校精度较低，而本装置直接采用瞄准镜光轴与惯导安装过渡板定位基准和寻北仪定位基准建立联系，大大提高了调校精度。
附图说明
图1为调校装置结构示意图。
图2为调校平台结构示意图。
图3为连接平板结构示意图，(a)为底面，(b)为顶面。
图4为调校原理示意图。
图5为经纬仪20放置位置示意图。
图6为本检定方法的过程示意图。
其中，1-光轴截取装置，2-调校平台，3-机架，4-垂准仪，5-连接平板，6-瞄准镜，7-寻北仪，8-水平仪，9-镜面，10-销孔，11-寻北仪定位销，12-回转装置定位孔，13-平移装置，14-调平装置，15-回转装置，16-滑轨，17-脚轮，18-惯导过渡板定位平面，19-军械校靶镜，20-经纬仪，21-水平平面，22-惯导底板，23-惯导过渡板，24-标识斜面。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明中所有的光轴平行均是指该光轴在水平面的投影平行。
本发明提供了一种基于陀螺寻北仪的飞机惯性导航安装调校装置的检定方法，该方法是在一种调校装置的基础上进行的检定，该装置结构如图1所示，包括光轴截取装置1、调校平台2和机架3，其中光轴截取装置1和调校平台2安装在机架3上。
光轴截取装置1位于调校平台2中垂准仪5的向上的光路上，为一个倾斜的成像屏幕，用于在军械校靶镜19中观察垂准仪5向上的激光光斑。
调校平台2由连接平板6和安装在连接平板6上的瞄准镜7、垂准仪5、寻北仪8和水平仪9构成；调校平台结构如图2所示。
连接平板5上设有基于一面两销定位方式的惯导机械接口，惯导安装过渡板的定位平面位于连接平板5下方，用于在进行飞机惯导安装调校时、定夹惯导安装过渡板；还设置有一个精密研磨镜面9，镜面9与连接平板5上的两销孔10连线方向一致，作为惯导的方位向基准；还设有两个寻北仪定位销11，二者连线与镜面9垂直；还设有回转装置定位孔12，用于与回转装置中心定位，以回转装置的中心轴线作为连接平板5的回转轴线。连接平板的结构如图3所示，其中图3(a)为平板的底面，图3(b)为平板的顶面；
垂准仪4通过中空的垂准仪支座安装在连接平板5上方，并距离连接平板5一定距离，垂准仪4的视准轴精确竖直，与连接平板5的回转轴线重合。
瞄准镜6位于垂准仪4的后方，瞄准镜6的光轴与垂准仪4的视准轴相交，瞄准镜6的光轴与镜面9垂直。
寻北仪7通过寻北仪定位销11定位于连接平板5上，且寻北仪7的定位基准与镜面9的法向平行，用于测量当前飞机的纵轴方向，即惯导所需的方位向；
两个水平仪8相互垂直放置于连接平板5上，其定位面在连接平板5上方、且与惯导安装过渡板的定位平面平行。
机架3上设有用于调节连接平板5位置的平移装置13、用于调节连接平板5水平度的调平装置14和用于调节连接平板5角度的回转装置15，还设有用于调节光轴截取装置1的高度的滑轨16。
机架3底部还可以设置有脚轮，用于进行机架3的移动。
本装置的工作流程具体为：
1、将飞机调水平，利用军械校靶镜19确定飞机纵轴方向，在军械校靶镜19光轴上设置铅垂线，(铅垂线距离军械校靶镜30m以上，这样能够提高测量精度)；
2、将机架3移动至军械校靶镜19的前方，并调整光轴截取装置1的位置，使得光轴截取装置1的屏幕位于军械校靶镜19视场中央(即位于军械校靶镜19光轴上)；
3、调平调校平台2和垂准仪4，水平移动调校平台2使得垂准仪4向上的激光光斑位于军械校靶镜19视场中央；
4、水平回转调校平台2使得铅垂线位于瞄准镜6视场中央；此时，瞄准镜6光轴方向与飞机纵轴方向一致；
5、采用寻北仪7测量获得此时飞机纵轴方向与真北方向的偏角，记为α。
6、取下调校平台2，并将惯导安装过渡板安装于连接平板5的下方，然后将安装了惯导安装过渡板的调校平台2安装到飞机惯导底板22上，在飞机上通过调整惯导底板22使寻北仪7的此时的示值与上述偏角α一致、且水平仪8水平。(则此时飞机上惯导坐标系与装置坐标系平行，从而保证了惯导坐标系与飞机坐标系重合，完成了惯导在飞机上安装方位的调校)。
本装置采光学测量结合调整机构使装置的坐标系与飞机坐标系平行，再通过惯性测量方法结合调校结构使惯导坐标系与飞机坐标系平行，从而保证了机上惯导坐标系与飞机坐标系平行，达到惯导在飞机上安装方位调校的目的。本装置的调校原理如图4所示。
本校准测具通过采用光学与惯性相结合的测量的方法，测量飞机的纵轴方向，并采用惯导自身的机械接口连接惯导自身的安装环境，对惯导安装接口进行直接测量调校，可以达到较高的调校精度，且操作简便，可以大幅提高调校效率。
传统的军械校靶镜19的光轴与机械定位轴线存在夹角误差，该误差在传统的直接使用军械校靶镜19机械手进行定位的方案中无法消除，因此调校精度较低，而本装置直接采用瞄准镜6光轴与惯导安装过渡板定位基准和寻北仪7定位基准建立联系，大大提高了调校精度。
该调校装置的检定方法：
步骤1、建立检定基准，用建立的检定基准代替调校装置实际使用环境，基准包括俯仰、倾斜和方位三个方向。用经纬仪20建立方位基准，俯仰和倾斜基准采用当地的水平面，用计量方法即可获得。
A、在调校装置的前方放置自准直光电经纬仪20，经纬仪20的中心高度与调校装置的连接平板5相同，将经纬仪20调平。经纬仪放置位置如图5所示。
B、经纬仪20瞄向调校装置方向，此时将经纬仪20水平读数置零，锁定经纬仪的水平回转。
此时，经纬仪光轴即作为本次检定的基准方向，代替调校装置使用情况下的飞机纵轴方向，且可以用经纬仪模拟调校装置的使用环境。
C、翻转经纬仪镜筒180°，在校准测具反方向20m之外放置铅垂线(放置三脚架并悬挂铅垂线)，调整铅垂线位置，使得铅垂线在经纬仪视场中央，与分划板竖线重合，(此时经纬仪水平示数应为0°0′0″，此时铅垂线可以看做是校准测具使用环境情况下的靶板)。
步骤2、按照调校装置自身的使用方法，对前一步建立的基准进行测量操作。
a、在调校装置的上方放置临时屏幕，在保持经纬仪水平回转不动的情况下，经纬仪镜筒垂直抬起、瞄向临时屏幕，此时经纬仪镜筒用于代替调校装置使用环境下的军械校靶镜19。
b、调整调校装置的水平，之后打开垂准仪4的向上垂准激光，并调整平移装置13，使得垂准仪4向上投射在临时屏幕上的激光光斑位于经纬仪视场中央，此时锁定平移装置13。如图6所示。
c、在调校装置的瞄准镜6中观察铅垂线位置，调整回转装置15，使得铅垂线与瞄准镜6视场分划板标识的视场中央重合，之后锁定回转装置15。
d、开启寻北仪7进行寻北操作，结果记为α。
步骤3、模拟机上测量调试环节。
301、取下调校平台2，并将惯导安装过渡板安装于连接平板5的下方，将飞机惯导底板22安装在惯导安装过渡板上，安装了惯导安装过渡板以及飞机惯导底板22的调校平台2置于调校装置与经纬仪之间的水平平面21上。
302、开启寻北仪7进行寻北操作，对比寻北仪7第一次的示数进行调整，并用寻北仪7确认，反复调整飞机惯导底板22的方位，直至寻北仪7测量结果与α一致，然后将飞机惯导底板22固定在水平平面21上。
步骤4、测量调试结果，评定装置方位测量误差。
步骤401、用经纬仪测量过渡板定位销连线的方向，即为本装置的方位测量调试误差。
步骤402、计量连接平板5惯导过渡板23定位面以及水平仪8定位面之间的平行度，作为俯仰向和倾斜向的误差。
该方法按照校准测具的实际使用情况搭建测试环境，测试环境本身基于精度较高的量具(自准直光电经纬仪精度2″，水平仪8精度0.02mm/m折合角度约4″)，可以真实的反应校准测具在实际使用条件下能够达到的测量调试精度。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.基于陀螺寻北仪的飞机惯性导航安装调校装置的检定方法，其特征在于，该方法采用如下装置对飞机惯性导航装置的安装方位进行调校，该装置包括机架(3)和安装在机架(3)上的光轴截取装置(1)和调校平台(2)；
其中，光轴截取装置(1)为成像屏幕，位于调校平台(2)中垂准仪(4)的竖直向上的光路、以及军械校靶镜的光路上，用于在军械校靶镜中观察垂准仪(4)向上的激光光斑；
调校平台(2)由连接平板(5)和安装在连接平板(5)上的瞄准镜(6)、垂准仪(4)、寻北仪(7)和水平仪(8)构成；
所述连接平板(5)上设有与机上惯导安装过渡板配合的、基于一面两销定位方式的惯导机械接口；还设置有一个镜面(9)，镜面(9)的法向与连接平板(5)上的两销孔(10)连线方向垂直，作为惯导的方位向基准；还设有两个寻北仪定位销(11)，二者连线与镜面(9)垂直；还设有回转装置定位孔(12)，连接平板(5)的回转轴线与回转装置的中心轴线重合；
垂准仪(4)通过中空的垂准仪支座安装在连接平板(5)上方，并避开瞄准镜(6)的光路，垂准仪(4)的视准轴竖直、并与回转装置的中心轴线重合；
瞄准镜(6)位于垂准仪(4)的后方，瞄准镜(6)的光轴与垂准仪(4)的视准轴相交，瞄准镜(6)的光轴与镜面(9)垂直；
寻北仪(7)通过寻北仪定位销(11)安装在连接平板(5)上，且寻北仪(7)的定位基准与镜面(9)的法向平行；
连接平板(5)还设有两个相互垂直的水平仪(8)，水平仪(8)的定位面位于连接平板(5)上方、且与惯导安装过渡板的定位平面平行；
机架(3)上设有用于调节连接平板(5)位置的平移装置(13)、用于调节连接平板(5)水平度的调平装置(14)和用于调节连接平板(5)角度的回转装置(15)，还设有用于调节光轴截取装置(1)的高度的滑轨(16)；
检定方法如下：
步骤1、建立检定基准，用建立的检定基准代替调校装置实际使用环境，基准包括俯仰基准、倾斜基准和方位基准；俯仰和倾斜基准采用当地的水平面，用计量方法获得；用经纬仪(20)采用如下步骤A～C建立方位基准；
步骤A、在调校装置的前方放置自准直光电经纬仪(20)，经纬仪(20)的中心高度与调校装置的连接平板(5)相同，将经纬仪(20)调平；
步骤B、经纬仪(20)瞄向调校装置的方向，此时将经纬仪(20)水平读数置零，并锁定经纬仪(20)的水平回转；此时经纬仪(20)光轴即作为方位基准，代替调校装置使用情况下的飞机纵轴方向，且用经纬仪(20)模拟调校装置的使用环境；
步骤C、翻转经纬仪镜筒180°，在调校装置的反方向一定距离之外放置铅垂线，调整铅垂线位置，使得铅垂线在经纬仪(20)视场中央，与分划板竖线重合；
步骤2、按照调校装置自身的使用方法，对前一步建立的基准进行测量操作，步骤具体如下：
步骤a、在调校装置的上方放置临时屏幕，在保持经纬仪(20)水平回转不动的情况下，经纬仪镜筒垂直抬起、瞄向所述临时屏幕，此时经纬仪镜筒用于代替调校装置使用环境下的军械校靶镜(19)；
步骤b、调整调校装置的水平，之后打开垂准仪(4)的向上垂准激光，并调整平移装置(13)，使得垂准仪(4)向上投射在临时屏幕上的激光光斑位于经纬仪(20)视场中央，此时锁定平移装置(13)；
步骤c、在调校装置的瞄准镜(6)中观察铅垂线位置，调整回转装置(15)，使得铅垂线与瞄准镜(6)视场分划板标识的视场中央重合，之后锁定回转装置(15)；
步骤d、开启寻北仪(7)进行寻北操作，结果记为α；
步骤3、模拟机上测量调试，具体步骤如下
步骤301、取下调校平台(2)，并将惯导安装过渡板安装于连接平板(5)的下方，将飞机惯导底板(22)安装在惯导安装过渡板上，安装了惯导安装过渡板以及飞机惯导底板(22)的调校平台(2)置于调校装置与经纬仪(20)之间的水平平面(21)上。
步骤302、开启寻北仪(7)进行寻北操作，对比寻北仪(7)第一次的示数进行调整，并用寻北仪(7)确认，反复调整飞机惯导底板的方位，直至寻北仪(7)测量结果与α一致，然后将飞机惯导底板固定在水平平面(21)上；
步骤4、测量调试结果，评定调校装置方位测量误差，具体步骤如下：
步骤401、用经纬仪测量过渡板定位销连线的方向，即为调校装置的方位测量调试误差；
步骤402、计量连接平板(5)惯导安装过渡板(23)定位面以及水平仪(8)定位面之间的平行度，作为俯仰向和倾斜向的误差。
2.如权利要求1所述的基于陀螺寻北仪的飞机惯性导航安装调校装置的检定方法，其特征在于，所述机架(3)底部设有脚轮(17)。
3.如权利要求1所述的基于陀螺寻北仪的飞机惯性导航安装调校装置的检定方法，其特征在于，所述步骤C中在调校装置反方向20m之外放置铅垂线。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN109238309A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-01-18 | 中航航空服务保障(天津)有限公司 | 一种捷联航姿安装板校准装置及其校准方法 |
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| CN109238309B (zh) * | 2018-10-31 | 2023-12-26 | 中航航空服务保障(天津)有限公司 | 一种捷联航姿安装板校准装置及其校准方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
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| GR03 | Grant of secret patent right | ||
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| DC01 | Secret patent status has been lifted | ||
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 116038, No. 588, Northwest Road, Ganjingzi District, Liaoning, Dalian Patentee after: DALIAN CHANGFENG INDUSTRIAL Corp. Address before: 588 Northwest Road, Ganjingzi District, Dalian Patentee before: NO.5706 FACTORY, PLA |
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