CN110686571A - 一种全捷联成像导引头与弹体装配误差标定方法 - Google Patents

一种全捷联成像导引头与弹体装配误差标定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全捷联成像导引头与弹体装配误差标定方法，该方法利用弹体姿态和平行光线成像完成标定，通过六步误差标定方法，可以直接标定全捷联成像导引头与弹体之间俯仰方向、偏航方向和滚动方向误差。本发明充分利用弹载惯性测量装置输出的姿态信息，通过弹体的不同放置姿态配合平行光线在图像中的成像位置，并融合成像系统内部参数、光轴点等信息完成误差标定，对保证全捷联成像制导弹药的命中精度具有重要意义，同时对全捷联成像制导弹药的低成本、大规模生产具有重大的促进意义。

Description

一种全捷联成像导引头与弹体装配误差标定方法
技术领域
本发明属于全捷联成像制导弹药检测领域，具体涉及如何简单快速标定全捷联成像制导弹药弹体与导引头的装配误差。
背景技术
全捷联成像导引头的成像探测器一般固联于基准座，无法直接得到目标视线相对于惯性空间的转动角速度测量，只能通过数字平台解算视线角速度，因此，全捷联成像导引头输出的视线角速度耦合了导引头与弹体的装配误差，该误差包括结构误差、光学系统调校误差等。在空间坐标系中上述误差可以描述为全捷联成像导引头成像坐标系OX′Y′Z′与弹体坐标系OXbYbZb之间的误差，且误差如图1所示，其中弹体坐标系OXbYbZb定义如下：
原点O为导弹的质心；OXb轴与弹轴一致，指向头部方向；OYb轴在弹体的纵对称平面内，垂直于OXb轴，指向上方；OZb轴和OXbYb平面垂直，构成右手坐标系。
图像坐标系OUV定义如下：
原点O为图像的中心，UV平面垂直于OXb轴，OV轴沿图像的横向指向左方，与OYb轴平行，OU轴沿图像的纵向指向上，与OZb轴平行。
为了得到高精度的视线角速度，保证全捷联成像制导弹药的命中精度，必须精确标定导引头成像坐标系与弹体坐标系之间的误差，并在数字平台解算视线角速度时进行解耦，所以精确标定导引头与弹体装配误差，是保证全捷联成像制导弹药精准命中的关键。在全捷联成像导引头与弹体装配误差标定方法中，需要完成的标定任务为：
(1)标定全捷联成像导引头与弹体之间在俯仰方向的误差；
(2)标定全捷联成像导引头与弹体之间在偏航方向的误差；
(3)标定全捷联成像导引头与弹体之间在滚动方向的误差。
然而，目前还没有方法能精确标定该误差，因此，有必要研究一种能够简单快速标定全捷联成像导引头与弹体装配误差的方法。
发明内容
为了解决全捷联成像导引头与弹体装配误差标定的难题，本发明提供了一种全捷联成像导引头与弹体装配误差标定方法，该方法利用弹体姿态和平行光线成像完成标定。该方法充分利用弹载惯性测量装置输出的姿态信息，通过弹体的不同放置姿态配合平行光线在图像中的成像位置，并融合成像系统内部参数、光轴点等信息完成误差标定。
本发明采用的技术方案如下：
一种全捷联成像导引头与弹体装配误差标定方法，其特征在于，装配误差标定系统采用的部件包括全捷联成像制导弹药、平行光管、调平台、光学经纬仪、全捷联成像制导弹药供电系统、全捷联成像制导弹药数据记录与监控，上述部件的功能说明如下：
(1)全捷联成像制导弹药：包括全捷联成像导引头和全捷联成像制导导弹弹体，为被标定主体。
(2)平行光管：用于发射红外或白光的平行光线，使全捷联成像导引头成像。
(3)调平台：承载平行光管，并通过自身的调节实现平行光管的绝对水平。
(4)光学经纬仪：测量平行光管的姿态，通过调整调平台实现平行光管的绝对水平。
(5)全捷联成像制导弹药供电系统：提供弹上电源。
(6)全捷联成像制导弹药数据记录与监控系统：与全捷联成像制导弹药各分系统连接，负责外界与各分系统的信息交互，为标定过程提供弹体姿态信息，显示和存储平行光线的成像。
误差标定方法分为六步：第一步、调节调平台，使平行光管处于绝对水平；第二步、通过数据记录与监控系统读出此时弹体的姿态；第三步、通过全捷联成像制导弹药数据记录与监控系统采集导引头图像；第四步、将平行光管移动到导引头视场的最左侧并保持平行光管的绝对水平，采集导引头图像；第五步、将平行光管移动到导引头视场的最右侧并保持平行光管的绝对水平，采集导引头图像；第六步、将全弹逆时针旋转90°并采集导引头图像。
本发明提出的六步标定法，可以直接标定全捷联成像导引头与弹体之间俯仰方向、偏航方向和滚动方向误差。
进一步地，所述装配误差标定方法的具体操作步骤如下：
步骤1：反复调节调平台，并使用经纬仪测量平行光管的状态，最终使平行光管处于绝对水平；
步骤2：全捷联成像制导弹药水平放置，上电后通过数据记录与监控系统读出此时弹上惯导系统的状态数据(θ1,φ1,γ1)，即高低角，方位角，滚动角的数值；
步骤3：通过全捷联成像制导弹药数据记录与监控系统采集导引头图像，读出平行光线的成像位置(u1,v1)，可以求得全捷联成像导引头与弹体之间俯仰方向误差
Figure BDA0002251833700000021
其中u0为导引头成像光轴在图像u方向的位置，fu为导引头成像系统在u方向的内部参数；
步骤4：将平行光管移动到导引头视场的最左侧并保持平行光管的绝对水平，通过全捷联成像制导弹药数据记录与监控系统采集导引头图像，读出平行光线的成像位置(u2,v2)；
步骤5：将平行光管移动到导引头视场的最右侧并保持平行光管的绝对水平，通过全捷联成像制导弹药数据记录与监控系统采集导引头图像，读出平行光线的成像位置(u3,v3)，可以求得全捷联成像导引头与弹体之间滚动方向误差
Figure BDA0002251833700000022
步骤6：将全弹逆时针旋转90°，通过数据记录与监控系统读出此时弹上惯导系统的状态数据(θ2,φ2,γ2)，反复调节调平台，使平行光管处于绝对水平。通过全捷联成像制导弹药数据记录与监控系统采集导引头图像，读出平行光线的成像位置(u4,v4)，可以求得全捷联成像导引头与弹体之间偏航方向误差其中v0为导引头成像光轴在图像v方向的位置，fv为导引头成像系统在v方向的内部参数。
本发明的有益效果如下：
本发明方法能够对全捷联成像导引头与弹体装配误差进行精确标定，对保证全捷联成像制导弹药的命中精度具有重要意义。同时，该标定方法充分利用了弹药自身的惯性测量装置，操作简单，对测试场地没有特殊要求，辅助设备廉价易得，能够简单快速标定全捷联成像导引头与弹体装配误差，对全捷联成像制导弹药的低成本、大规模生产具有重大的促进意义。
附图说明：
图1是全捷联成像导引头与弹体装配误差示意图；
图2是本发明适用全捷联成像导引头与弹体装配误差标定系统的组成框图；
图3是平行光线成像位置示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式进一步详细地阐述本发明方法。
实施例：
如图2的框图所示，全捷联成像导引头与弹体装配误差标定系统，所用的部件有全捷联成像制导弹药、平行光管、调平台、光学经纬仪、全捷联成像制导弹药供电系统、全捷联成像制导弹药数据记录与监控系统。
一种全捷联成像导引头与弹体装配误差标定方法，标定过程中，首先水平放置制导弹药，标定俯仰方向和滚动方向的误差，然后将制导弹药逆时针旋转90°，标定偏航方向的误差，其具体的操作步骤如下：
步骤1：反复调节调平台，并使用经纬仪测量平行光管的状态，最终使平行光管处于绝对水平；
步骤2：全捷联成像制导弹药水平放置，上电后通过数据记录与监控系统读出此时弹上惯导系统的状态数据(θ1,φ1,γ1)，即高低角，方位角，滚动角的数值；
步骤3：通过全捷联成像制导弹药数据记录与监控系统采集导引头图像，读出平行光线的成像位置(u1,v1)，成像位置如图3所示，可以求得全捷联成像导引头与弹体之间俯仰方向误差其中u0为导引头成像光轴在图像u方向的位置，fu为导引头成像系统在u方向的内部参数；
步骤4：将平行光管移动到导引头视场的最左侧并保持平行光管的绝对水平，通过全捷联成像制导弹药数据记录与监控系统采集导引头图像，读出平行光线的成像位置(u2,v2)，成像位置如图3所示；
步骤5：将平行光管移动到导引头视场的最右侧并保持平行光管的绝对水平，通过全捷联成像制导弹药数据记录与监控系统采集导引头图像，读出平行光线的成像位置(u3,v3)，成像位置如图3所示，可以求得全捷联成像导引头与弹体之间滚动方向误差
Figure BDA0002251833700000032
步骤6：将全弹逆时针旋转90°，通过数据记录与监控系统读出此时弹上惯导系统的状态数据(θ2,φ2,γ2)，反复调节调平台，使平行光管处于绝对水平。通过全捷联成像制导弹药数据记录与监控系统采集导引头图像，读出平行光线的成像位置(u4,v4)，成像位置如图3所示，可以求得全捷联成像导引头与弹体之间偏航方向误差
Figure BDA0002251833700000041
其中v0为导引头成像光轴在图像v方向的位置，fv为导引头成像系统在v方向的内部参数。
本发明方法标定装配误差的精度分析：
弹载惯性测量装置测量的弹体姿态误差非常小可以忽略不计，而人工辨认平行光线的成像位置只有单个像素的误差。因此，标定精度小于或等于单个像素的空间角分辨率。

Claims (6)

1.一种全捷联成像导引头与弹体装配误差标定方法，其特征在于，误差标定系统采用的部件包括全捷联成像制导弹药、平行光管、调平台、光学经纬仪、全捷联成像制导弹药供电系统、全捷联成像制导弹药数据记录与监控；误差标定方法分为以下六步：
第一步、反复调节调平台，并使用经纬仪测量平行光管的状态，最终使平行光管处于绝对水平；
第二步、通过数据记录与监控系统读出此时弹体的姿态；
第三步、通过全捷联成像制导弹药数据记录与监控系统采集导引头图像；
第四步、将平行光管移动到导引头视场的最左侧并保持平行光管的绝对水平，采集导引头图像；
第五步、将平行光管移动到导引头视场的最右侧并保持平行光管的绝对水平，采集导引头图像；
第六步、将全弹逆时针旋转90°并采集导引头图像；
通过以上六步误差标定方法，直接标定全捷联成像导引头与弹体之间俯仰方向、偏航方向和滚动方向误差。
2.如权利要求1所述的一种全捷联成像导引头与弹体装配误差标定方法，其特征在于，步骤二是将全捷联成像制导弹药水平放置，上电后通过数据记录与监控系统读出此时弹上惯导系统的状态数据(θ1,φ1,γ1)，即此时高低角，方位角，滚动角的数值。
3.如权利要求1所述的一种全捷联成像导引头与弹体装配误差标定方法，其特征在于，步骤三中通过全捷联成像制导弹药数据记录与监控系统采集导引头图像后，读出平行光线的成像位置(u1,v1)，以求得全捷联成像导引头与弹体之间俯仰方向误差
Figure FDA0002251833690000011
其中u0为导引头成像光轴在图像u方向的位置，fu为导引头成像系统在u方向的内部参数。
4.如权利要求1所述的一种全捷联成像导引头与弹体装配误差标定方法，其特征在于，步骤四中将平行光管移动到导引头视场的最左侧并保持平行光管的绝对水平，通过全捷联成像制导弹药数据记录与监控系统采集导引头图像后，读出平行光线的成像位置(u2,v2)。
5.如权利要求1所述的一种全捷联成像导引头与弹体装配误差标定方法，其特征在于，步骤五中将平行光管移动到导引头视场的最右侧并保持平行光管的绝对水平，通过全捷联成像制导弹药数据记录与监控系统采集导引头图像后，读出平行光线的成像位置(u3,v3)，以求得全捷联成像导引头与弹体之间滚动方向误差
6.如权利要求1所述的一种全捷联成像导引头与弹体装配误差标定方法，其特征在于，步骤六中将全弹逆时针旋转90°后，通过数据记录与监控系统读出此时弹上惯导系统的状态数据(θ2,φ2,γ2)，即此时高低角，方位角，滚动角的数值，反复调节调平台，使平行光管处于绝对水平；通过全捷联成像制导弹药数据记录与监控系统采集导引头图像，读出平行光线的成像位置(u4,v4)，以求得全捷联成像导引头与弹体之间偏航方向误差
Figure FDA0002251833690000021
其中v0为导引头成像光轴在图像v方向的位置，fv为导引头成像系统在v方向的内部参数。
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