CN111551173A - 一种使用外部测量仪测量飞行器航向输出的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种使用外部测量仪测量飞行器航向输出的系统，属于惯导对准技术领域。一种使用外部测量仪测量飞行器航向输出的系统，其特殊之处在于，包括测距显示模块、俯仰角显示模块、方位角显示模块，靶标图像显示模块、运算模块和私服电机控制模块；所述的私服电机控制模块通过手动指令和/或自动运动指令控制伺服电机运转，伺服电机用于控制激光测距仪和图像探测器转动。本申请设计的方法，操作简单，不需在飞机上增添复杂的设备，即可满足飞机快速对准的精度需求，有利于提高飞机的出动反应速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用外部测量仪测量飞行器航向输出的系统，属于惯导对准技术领域。
背景技术
为提高机载惯导对准的速度，导弹、舰船等载体使用的惯导系统，常常引入外部装置和信息辅助惯导进行对准，利用专门的光学测量装置或GPS系统进行辅助测量。目前常用的光学测量法需要在被测载体上放置棱镜等光学设备，增加了改装的成本；GPS测量方位角的精度较低，无法满足纯惯导工作状态下的精度需求。在岸基飞机静基座对准条件下，惯导系统的加速度计受到的干扰很小，在此情况下俯仰和滚转角可以通过加速度计直接观测，从而较快地实现俯仰和滚转角对准，而方位角的对准较慢，需要外部装置进行辅助。
因此，如何设计一种适用于岸基飞机快速对准的光学测量装置，对飞机的航向角进行快速测量，以辅助惯导系统对准的方法，成为本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种使用外部测量仪测量飞行器航向输出的系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种使用外部测量仪测量飞行器航向输出的系统，其特征在于，包括测距显示模块、俯仰角显示模块、方位角显示模块，靶标图像显示模块、运算模块和私服电机控制模块；
所述的私服电机控制模块通过手动指令和/或自动运动指令控制伺服电机运转，伺服电机用于控制激光测距仪和图像探测器转动；
测距显示模块通过激光测距仪测量被测点距离后并显示，同时将测量的距离数据传输给运算模块；
俯仰角显示模块通过俯仰编码器检测激光测距仪的俯仰角，并形成俯仰角编码器信号传输给俯仰角显示装置，同时俯仰角编码器信号传输给私服电机控制模块以及运算模块；
方位角显示模块通过方位编码器检测被测点方位后形成方位角编码器信号传输给方位角显示装置，同时方位角编码器信号传输给私服电机控制模块以及运算模块；
靶标图像显示模块通过图像探测器检测被测点图像并生成图像探测器信号传递给靶标图像显示装置，同时将图像探测器信号传输给私服电机控制模块以及运算模块；
运算模块将测距显示模块、俯仰角显示模块和方位角显示模块的数据以及飞机惯导系统输出的数据通过标定计算模块计算获得标定数据，标定数据传输给航向计算模块后获得航向输出。
在上述技术方案的基础上，本发明为了达到使用的方便以及装备的稳定性，还可以对上述的技术方案作出如下的改进：
进一步，所述的标定计算模块是通过如下模块实现功能的：
一，基准柱设置模块，安装一对基准柱作为地面靶标，基准柱连线的方位角为yaw0；
二，标志点设置模块，飞机上设置测量点并做出标志点，标志点连线在水平面上的投影与飞机轴线的夹角为δ；
三，飞机惯导输出航向信息模块，启动载机上的惯导系统，进行15分钟的精对准，得到精确的航向角yaw；
四，测距模块，采用激光跟踪仪或全站仪测量出标志点间相对位置，作为测量时校验用，启动激光跟踪仪或全站仪分别对载机上的两个标志点进行测距，利用获得的距离和角度信息，测量完载机上的两个标志点的之后，测量仪继续转过ψ2方位角指向基准柱，分别对两个基准柱进行测距；首先将激光跟踪仪或全站仪系统调平，使激光跟踪仪或全站仪俯仰、滚转轴与水平面平行；然后光学系统捕捉载机上的2个标志点，进行两次激光测距，得到载机上的2个标志点到测量仪之间的距离L1、L2，与之对应的俯仰角为θ1、θ2；采用同样的方式测量两个基准柱的距离L3、L4以及与之对应的俯仰角为θ3、θ4；，然后下式一计算出L1、L2、L3、L4在水平面上的投影l 1、l2、 l3、l4，
l＝Lcos θ 式一；
五，构建测量仪坐标系，将上述收集到的信息构建测量仪坐标系；
六，数据处理模块，标志点、基准柱和激光跟踪仪或全站仪在测量仪坐标系中的为关系，
计算出α角，
计算出β角；
利用载机输出的精确航向值yaw、方位角ψ2、α角、β角和下式式四，即可计算出yaw0+δ的值，
yaw0+δ＝yaw+π-ψ2-α-β 式四。
本发明的优点在于：本申请设计的方法，操作简单，不需在飞机上增添复杂的设备，即可满足飞机快速对准的精度需求，有利于提高飞机的出动反应速度。
附图说明
图1为本申请中一种使用外部测量仪测量飞行器航向输出的系统的流程示意图；
图2为本申请设计标定计算模块的飞机与基准柱和测量仪之间的位置关系及投影关系示意图；
图3为标志点的投影关系示意图；
图4为载机航向角外部测量的标定软件处理系统流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种使用外部测量仪测量飞行器航向输出的系统(参见图1-4)，本申请中以飞机为例，包括测距显示模块、俯仰角显示模块、方位角显示模块，靶标图像显示模块、运算模块和私服电机控制模块；
所述的私服电机控制模块通过手动指令和/或自动运动指令控制伺服电机运转，伺服电机用于控制激光测距仪和图像探测器转动；
测距显示模块通过激光测距仪测量被测点距离后并显示，同时将测量的距离数据传输给运算模块；
俯仰角显示模块通过俯仰编码器检测激光测距仪的俯仰角，并形成俯仰角编码器信号传输给俯仰角显示装置，同时俯仰角编码器信号传输给私服电机控制模块以及运算模块；
方位角显示模块通过方位编码器检测被测点方位后形成方位角编码器信号传输给方位角显示装置，同时方位角编码器信号传输给私服电机控制模块以及运算模块；
靶标图像显示模块通过图像探测器检测被测点图像并生成图像探测器信号传递给靶标图像显示装置，同时将图像探测器信号传输给私服电机控制模块以及运算模块；
运算模块将测距显示模块、俯仰角显示模块和方位角显示模块的数据以及飞机惯导系统输出的数据通过标定计算模块计算获得标定数据，标定数据传输给航向计算模块后获得航向输出。
所述的标定计算模块是通过如下模块实现功能的：
一，基准柱设置模块，安装一对基准柱1作为地面靶标，基准柱1连线的方位角为yaw0；
二，标志点设置模块，飞机上设置测量点并做出标志点2，标志点2连线在水平面上的投影与飞机轴线的夹角为δ；
三，飞机惯导输出航向信息模块，启动载机上的惯导系统，进行15分钟的精对准，得到精确的航向角yaw；
四，测距模块，采用激光跟踪仪或全站仪3测量出标志点2间相对位置，作为测量时校验用，启动激光跟踪仪或全站仪分别对载机上的两个标志点2 进行测距，利用获得的距离和角度信息，测量完载机上的两个标志点2的之后，测量仪继续转过ψ2方位角指向基准柱1，分别对两个基准柱1进行测距；首先将激光跟踪仪或全站仪系统调平，使激光跟踪仪或全站仪俯仰、滚转轴与水平面平行；然后光学系统捕捉载机上的2个标志点2，进行两次激光测距，得到载机上的2个标志点2到测量仪之间的距离L1、L2，与之对应的俯仰角为θ1、θ2；采用同样的方式测量两个基准柱的距离L3、L4以及与之对应的俯仰角为θ3、θ4；，然后下式一计算出L1、L2、L3、L4在水平面上的投影l1、l2、l3、l4，
l＝Lcos θ 式一；
五，构建测量仪坐标系，将上述收集到的信息构建测量仪坐标系；
六，数据处理模块，标志点2、基准柱1和激光跟踪仪或全站仪在测量仪坐标系中的为关系，
计算出α角，
计算出β角；
利用载机输出的精确航向值yaw、方位角ψ2、α角、β角和下式式四，即可计算出yaw0+δ的值，
yaw0+δ＝yaw+π-ψ2-α-β 式四。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (2)
1.一种使用外部测量仪测量飞行器航向输出的系统，其特征在于，包括测距显示模块、俯仰角显示模块、方位角显示模块，靶标图像显示模块、运算模块和私服电机控制模块；
所述的私服电机控制模块通过手动指令和/或自动运动指令控制伺服电机运转，伺服电机用于控制激光测距仪和图像探测器转动；
测距显示模块通过激光测距仪测量被测点距离后并显示，同时将测量的距离数据传输给运算模块；
俯仰角显示模块通过俯仰编码器检测激光测距仪的俯仰角，并形成俯仰角编码器信号传输给俯仰角显示装置，同时俯仰角编码器信号传输给私服电机控制模块以及运算模块；
方位角显示模块通过方位编码器检测被测点方位后形成方位角编码器信号传输给方位角显示装置，同时方位角编码器信号传输给私服电机控制模块以及运算模块；
靶标图像显示模块通过图像探测器检测被测点图像并生成图像探测器信号传递给靶标图像显示装置，同时将图像探测器信号传输给私服电机控制模块以及运算模块；
运算模块将测距显示模块、俯仰角显示模块和方位角显示模块的数据以及飞机惯导系统输出的数据通过标定计算模块计算获得标定数据，标定数据传输给航向计算模块后获得航向输出。
2.根据权利要求1所述的使用外部测量仪测量飞行器航向输出的系统，其特征在于，所述的标定计算模块是通过如下模块实现功能的：
一，基准柱设置模块，安装一对基准柱(1)作为地面靶标，基准柱(1)连线的方位角为yaw0；
二，标志点设置模块，飞机上设置测量点并做出标志点(2)，标志点(2)连线在水平面上的投影与飞机轴线的夹角为δ；
三，飞机惯导输出航向信息模块，启动载机上的惯导系统，进行15分钟的精对准，得到精确的航向角yaw；
四，测距模块，采用激光跟踪仪或全站仪(3)测量出标志点(2)间相对位置，作为测量时校验用，启动激光跟踪仪或全站仪分别对载机上的两个标志点(2)进行测距，利用获得的距离和角度信息，测量完载机上的两个标志点(2)的之后，测量仪继续转过ψ2方位角指向基准柱(1)，分别对两个基准柱(1)进行测距；首先将激光跟踪仪或全站仪系统调平，使激光跟踪仪或全站仪俯仰、滚转轴与水平面平行；然后光学系统捕捉载机上的2个标志点(2)，进行两次激光测距，得到载机上的2个标志点(2)到测量仪之间的距离L1、L2，与之对应的俯仰角为θ1、θ2；采用同样的方式测量两个基准柱的距离L3、L4以及与之对应的俯仰角为θ3、θ4；，然后下式一计算出L1、L2、L3、L4在水平面上的投影l1、l2、l3、l4，
l＝Lcosθ 式一；
五，构建测量仪坐标系，将上述收集到的信息构建测量仪坐标系；
六，数据处理模块，标志点(2)、基准柱(1)和激光跟踪仪或全站仪在测量仪坐标系中的为关系，
计算出α角，
计算出β角；
利用载机输出的精确航向值yaw、方位角ψ2、α角、β角和下式式四，即可计算出yaw0+δ的值，
yaw0+δ＝yaw+π-ψ2-α-β 式四。
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