CN111707229B - 一种定位定向设备的直角棱镜俯仰和方位角测量调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定位定向设备的直角棱镜俯仰和方位角测量调节方法，所述定位定向设备包括外框和内框、惯组、第一直角棱镜，第一直角棱镜安装在惯组上，惯组安装在内框上，内框安装在外框上，第一直角棱镜安装在惯组上，该调节方法包括以下步骤：1)调整基准平台水平；2)第一直角棱镜的棱线水平调整；3)确认第一直角棱镜的棱线水平；4)第一直角棱镜的俯仰角测量和调节；5)第一直角棱镜方位角测量和调节。本方法能够测量定位定向设备第一直角棱镜与定位定向设备安装面平行和垂直角度，减小后续定位定向设备第一直角棱镜标校的误差，使定位定向设备在应用中瞄准角度一致，提高产品对环境的适应性。

Description

一种定位定向设备的直角棱镜俯仰和方位角测量调节方法

技术领域

本发明属于经纬仪测量技术领域，更具体地，涉及一种定位定向设备的直角棱镜俯仰和方位角测量调节方法。

背景技术

目前，第一直角棱镜均在转位机构上，将惯组定向寻北值通过坐标系转换到直角棱镜上，直角棱镜向外输出北向基准值，其直角棱镜水平度和直角棱镜法线与定位定向设备的安装面平行度要求高，减小惯组的定向寻北值转换到直角棱镜上的误差，同时增大定位定向设备的直角棱镜被瞄准的范围。

具体而言，一般定位定向设备的直角棱镜安装在(单轴、双轴或三轴)转位机构上，通过控制调节转位机构框架初始位置(零位)使直角棱镜的棱线和法线水平，直角棱镜作为定位定向设备的惯组向外输出北向转换的基准，但一般未对直角棱镜的法线(直角棱镜的三个两两相交的侧面中，其中两个侧面相互垂直并且它们的相交线为直角棱镜的棱线，另一侧面作为斜面，直角棱镜的法线与该斜面垂直且与棱线垂直)进行调节，导致定位定向设备在应用中缩小了瞄准角度范围，增大了经纬仪或瞄准仪的瞄准难度，影响到定瞄系统安装支架的设计。

在定位定向设备直角棱镜调试中，目前一般只调节直角棱镜棱线水平，直角棱镜的方位角和俯仰角均不调节。因定位定向设备的各零部件误差累计，导致每套第一直角棱镜的方位角和俯仰角均不一致，造成定位定向设备在定瞄系统应用中被瞄准仪瞄准调节高度和航向角偏差大，定位定向设备的一致性差。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种定位定向设备的直角棱镜俯仰和方位角测量调节方法，其能够测量定位定向设备的直角棱镜与定位定向设备的安装面平行和垂直角度，减小后续定位定向设备的直角棱镜标校的误差，使定位定向设备在应用中瞄准角度一致，提高产品对环境的适应性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种定位定向设备的直角棱镜俯仰和方位角测量调节方法，所述定位定向设备包括机座、外框、内框、惯组和第一直角棱镜，所述外框铰接在所述机座上并可在第一驱动装置的驱动下绕水平转轴转动，所述内框铰接在所述外框上并可在第二驱动装置的驱动下绕竖直转轴转动，所述惯组安装在所述内框上，所述第一直角棱镜为全反射棱镜并且安装在所述惯组上，其特征在于，该测量方法包括以下步骤：

1)将基准平台的作为基准面的上表面调整水平；

2)将定位定向设备的机座的安装底面放置在基准平台的上表面上，定位定向设备的外框和内框分别转到各自原始的初始位置，让三角架Ⅰ上架设的三角架经纬仪瞄准第一直角棱镜；

3)第一直角棱镜的俯仰角测量，也即第一直角棱镜法线与机座的安装底面的夹角的测量，具体过程如下：

3.1)调整经纬仪高度，使经纬仪瞄准第一直角棱镜时，竖直盘的读数在89.95°～90.05°；

3.2)在三角架Ⅱ上放置第二直角棱镜，调整第二直角棱镜的位置，使第二直角棱镜能被经纬仪瞄准；

3.3)先通过经纬仪瞄准第二直角棱镜，然后将经纬仪的水平盘读数置零；再旋转经纬仪的水平盘和竖直盘，使经纬仪瞄准第一直角棱镜；

3.4)获得经纬仪的水平盘的读数B₀和竖直盘读数F₀；

3.5)以设定步长朝同一方向调整经纬仪的高度，在第i次调整后旋转经纬仪的水平盘和竖直盘使经纬仪瞄准第一直角棱镜，并获得第i次调整的水平盘读数B_i和竖直盘读数F_i，然后按照下式获得第一直角棱镜的俯仰角Y₀：其中，i＝1，2，3...n，n为调整次数；

4)第一驱动装置驱动外框转动Y₀，以使第一直角棱镜的棱线与机座的前端面平行，得到外框的新的初始位置；

5)按照步骤3)重新获取Y₀，判断重新获取的Y₀是否不大于第一设定值，如果是，则转入步骤6)，如果否，则返回步骤3)；

6)第一直角棱镜的方位角测量，也即第一直角棱镜的棱线与定位定向设备的前端面的夹角：将第二直角棱镜放置在定位定向设备的机座的上端面，并使第二直角棱镜的棱线与机座的前端面平行及使第二直角棱镜能被经纬仪瞄准，用经纬仪获得第一直角棱镜的法线与第二直角棱镜的法线的夹角，则为第一直角棱镜的方位角X₀；

7)第二驱动装置驱动内框转动X₀，以使第一直角棱镜的棱线与机座的前端面平行，获得内框的新的初始位置；

8)按照步骤6)重新获取X₀，判断X₀是否不大于第二设定值，如果是，则结束第一直角棱镜的测量和调节工作，如果否，则返回步骤6)。

优选地，步骤2)中，三角架Ⅰ上架设的经纬仪发射的十字光标射到第一直角棱镜上并返回经纬仪内，旋转经纬仪的水平盘和竖直盘的旋钮以及调整所述第一直角棱镜的棱线的位置，使返回经纬仪内的十字光标与经纬仪的分划板上的十字线重合，则完成经纬仪瞄准第一直角棱镜的工作，然后固定第一直角棱镜。

优选地，步骤2)中，所述第一直角棱镜安装在棱镜座上，所述棱镜座安装在调整座上，所述调整座安装在所述惯组上，所述调整座上设置有弧形孔，螺钉穿过弧形孔后连接所述棱镜座。

优选地，步骤2)中，如果返回经纬仪内的十字光标与经纬仪的分划板上的十字线不重合，则旋转经纬仪的水平盘使十字光标移动，通过十字光标的水平线与十字线的水平线的间距来调整第一直角棱镜的棱线位置，从而使十字光标与分划板上的十字线重合。

优选地，步骤1)中的基准平台为大理石基准平台或光学基准平台。

优选地，步骤1)中，利用电子水平或横向水平仪测量基准平台的上表面的水平度，通过调整平台支架，使基准平台的上表面的水平度在2″以内。

优选地，步骤2)中，经纬仪的水平度在0.001°以内，瞄准第一直角棱镜和第二直角棱镜的距离在1m以内。

优选地，所述经纬仪的型号为徕卡TM6100A经大纬仪。优选地，按照调整后让经纬仪进行瞄准的角度变化5°±0.5°的设定步长来调整经纬仪的高度。

优选地，所述第二直角棱镜安装在磁性底座上，所述磁性底座具有与所述第二直角棱镜的棱线平行的基准侧面，并且所述磁性底座上设置有棱镜调整装置，所述棱镜调整装置上设置所述第二直角棱镜和水平仪，通过棱镜调整装置和水平仪的配合使第二直角棱镜的棱线水平。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明通过经纬仪来测量第一直角棱镜的俯仰角和方位角，并引入了第二直角棱镜作为参考基准，能够测量定位定向设备第一直角棱镜的棱线与定位定向设备的安装底面和前端面的角度，减小后续定位定向设备的第一直角棱镜标校的误差，使定位定向设备在应用中瞄准角度一致，提高定位定向设备对环境的适应性。

2)通过本方法，可以在定位定向设备调试过程中增加第一直角棱镜的方位和俯仰角调节，使定位定向设备在各种定瞄系统应用中与瞄准仪高度和航向角保持一致，提高定位定向设备的瞄准精确性。

附图说明

图1是本发明中定位定向设备的结构示意图；

图2是本发明中第一直角棱镜安装在惯组上的示意图；

图3是本发明中基准平台的结构示意图；

图4是本发明中第一直角棱镜水平检查的示意图；

图5是本发明中经纬仪测量第一直角棱镜的俯仰角的示意图；

图6是本发明中经纬仪测量第一直角棱镜的方位角的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1～图6所示，一种定位定向设备的直角棱镜俯仰和方位角测量调节方法，所述定位定向设备1包括机座、外框2、内框3、惯组4和第一直角棱镜5，第一直角棱镜5为全反射棱镜并且安装在惯组4上，惯组4安装在内框3上，内框3安装在外框2上，外框2安装在定位定向设备1的机座上，并且所述定位定向设备的直角棱镜俯仰和方位角测量调节方法包括以下步骤：

步骤一：调整基准平台6水平(本发明中的水平均是指相对于地面水平，基准平台为基准平台或光学平台)

利用横向水平仪7测量基准平台6的水平度，通过调节支架，使基准平台6达到水平度在2″以内。

步骤二：第一直角棱镜水平检查和调整

将定位定向设备1放置在已调节好的基准平台6上，定位定向设备1通电将转位机构的外框2和内框3转到初始(零)位置，并将外框2、内框3锁紧，架设三角架8与基准平台6距离在1m以内，再三角架8上安装经纬仪9，经纬仪9优选为激光经纬仪，更优选为徕卡TM6100A经纬仪，调节经纬仪9水平度在0.001°以内；通过经纬仪9瞄准定位定向设备1上的第一直角棱镜5，旋转经纬仪9水平盘和竖直盘的按钮，将经纬仪内十字光标中心点与分划板十字线重合，再旋转水平盘按钮使经纬仪内十字光标水平线到最左边和最右边，观察经纬仪9内十字光标水平线与分划板水平线之间的间隙，同时调整第一直角棱镜5位置，使经纬仪9内十字光标9b与分划板9a的十字线重合。本发明的“瞄准”是指经纬仪的激光射在目标物(第一直角棱镜或第二直角棱镜)上后，激光又反射回经纬仪9形成十字光标，十字光标与经纬仪的分划板的十字丝重合，则经纬仪瞄准目标物。本发明中，第一直角棱镜5和后面提到的第二棱镜10，它们摆放后的位置要能够被经纬仪9瞄准。

步骤三：固定第一直角棱镜5，确认第一直角棱镜5水平

本发明的第一直角棱镜5安装在棱镜座上，所述棱镜座安装在调整座上，所述调整座安装在所述惯组上，所述调整座上设置有弧形孔，螺钉穿过弧形孔后连接所述棱镜座。用工具固定螺钉，同时在经纬仪9内部观察十字光标9a应与分划板的十字线9b重合(实现瞄准)，否则重复步骤二。

步骤四：第一直角棱镜5的俯仰角测量(即第一直角棱镜5的法线与定位定向设备的机座的安装底面的夹角)，具体过程如下：

用经纬仪等高瞄准第一直角棱镜，观察经纬仪竖直盘的读数应在90°±0.05°(89.95°～90.05°)，否则调整经纬仪高度。

在另一处地方架设另一台三角架8，在这台三角架8上放置第二直角棱镜10，使第二直角棱镜10能被经纬仪9瞄准，再将第二直角棱镜10调水平。第二直角棱镜10也可以为全反射棱镜。

先通过经纬仪9瞄准第二直角棱镜10，使经纬仪9内十字光标9a与分划板十字线9b重合，将经纬仪水平盘读数置零；轻轻旋转经纬仪9瞄准定位定向设备1上的第一直角棱镜5，使经纬仪内十字光标9a与分划板十字线9b重合，记录经纬仪9水平盘B₀和竖直盘F₀读数。

调整经纬仪9高度，使经纬仪9以仰视角为(95°±0.5°)分别瞄准第二直角棱镜10和第一直角棱镜5，瞄准第二直角棱镜10后将经纬仪的水平盘置零，记录经纬仪水平盘读数B₁和竖直盘读数F₁＝95.235°；继续调整经纬仪9的高度，使经纬仪9的以仰视角为(100°±0.5°)瞄准第二直角棱镜10，然后将水平盘置零，然后旋转水平盘，再让经纬仪瞄准第一直角棱镜5，记录经纬仪9水平盘B₂和竖直盘F₂读数。

根据瞄准第一直角棱镜的视角，适应调整经纬仪俯视或仰视角度。

第一直角棱镜5俯仰角测量完成后，按照如下公式计算第一直角棱镜俯仰角Y₀，即为第一直角棱镜5的法线与定位定向设备1的安装面1a的夹角。

步骤五：第一直角棱镜的俯仰角调节，使棱镜的法线与机座的安装底面平行

根据步骤四计算的第一直角棱镜俯仰角Y₀，通过第一驱动装置调整外框初始位置参数，并按步骤四检验，应满足Y₀不大于5′(需满足定位定向设备的产品指标要求)。

步骤六：第一直角棱镜的方位角测量(即第一直角棱镜棱线与定位定向设备的机座的前端面夹角)

将第二直角棱镜10放置在定位定向设备1的机座的上表面，并让第二直角棱镜10的棱线与定位定向设备1的机座的前端面平行，对第二直角棱镜10调水平。本发明的第二直角棱镜10安装在磁性底座上，所述磁性底座具有与所述第二直角棱镜10的棱线平行的基准侧面，安装在机座上表面时可以让基准侧面与机座的前端面平行，则第二直角棱镜10的棱线也与前端面平行，所述磁性底座上设置有棱镜调整装置，所述棱镜调整装置上设置所述第二直角棱镜10和水平仪，通过棱镜调整装置和水平仪的配合使第二直角棱镜10的棱线水平。棱镜调整装置可以采用现有的角度调整装置，或者采用旋钮连接转轴，转轴上连接棱镜安装座的结构，棱镜安装座上安装第二直角棱镜10。

架设三角架8和经纬仪9，使经纬仪9能同时瞄准第二直角棱镜10和定位定向设备1上的第一直角棱镜5,调节经纬仪9的水平度在0.001°以内。

先通过经纬仪9瞄准第二直角棱镜10，使经纬仪9内十字光标9a与分划板的十字线9b重合，将经纬仪水平盘读数置零；轻轻旋转经纬仪9瞄准定位定向设备1上的第一直角棱镜5，使经纬仪内十字光标9a与分划板十字线9b重合，记录经纬仪9水平盘B和竖直盘F读数，经纬仪9的水平盘B读数为第一直角棱镜的法线与第二直角棱镜的法线的夹角X₀＝2.568°，该夹角也是第一直角棱镜棱线与定位定向设备前端面1b的夹角。

步骤七：第一直角棱镜方位角调节，使第一直角棱镜的棱线与机座的前端面平行；

根据镜棱线与定位定向设备前端面1b的夹角X₀＝2.568°，通过第二驱动装置调整内框初始位置(零位)。按步骤六检测，第一直角棱镜棱线与定位定向设备前端面1b的夹角X₀＝0.137°应满足X₀不大于0.5°(定位定向设备产品指标要求)。本方法适用于弹上和地面惯性设备上第一直角棱镜方位调节。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种定位定向设备的直角棱镜俯仰和方位角测量调节方法，所述定位定向设备包括机座、外框、内框、惯组和第一直角棱镜，所述外框铰接在所述机座上并可在第一驱动装置的驱动下绕水平转轴转动，所述内框铰接在所述外框上并可在第二驱动装置的驱动下绕竖直转轴转动，所述惯组安装在所述内框上，所述第一直角棱镜为全反射棱镜并且安装在所述惯组上，其特征在于，该测量调节方法包括以下步骤：

1)将基准平台的作为基准面的上表面调整水平；

2)将定位定向设备的机座的安装底面放置在基准平台的上表面上，定位定向设备的外框和内框分别转到各自原始的初始位置，让三角架Ⅰ上架设的三角架经纬仪瞄准第一直角棱镜，所述第一直角棱镜水平检查和调整，固定所述第一直角棱镜，确认所述第一直角棱镜水平；

3)第一直角棱镜的俯仰角测量，也即第一直角棱镜法线与机座的安装底面的夹角的测量，具体过程如下：

3.1)调整经纬仪高度，使经纬仪瞄准第一直角棱镜时，竖直盘的读数在89.95°～90.05°；

3.2)在三角架Ⅱ上放置第二直角棱镜，调整第二直角棱镜的位置，使第二直角棱镜能被经纬仪瞄准；

3.3)先通过经纬仪瞄准第二直角棱镜，然后将经纬仪的水平盘读数置零；再旋转经纬仪的水平盘和竖直盘，使经纬仪瞄准第一直角棱镜；

3.4)获得经纬仪的水平盘的读数B₀和竖直盘读数F₀；

3.5)以设定步长朝同一方向调整经纬仪的高度，在第i次调整后旋转经纬仪的水平盘和竖直盘使经纬仪瞄准第一直角棱镜，并获得第i次调整的水平盘读数B_i和竖直盘读数F_i，然后按照下式获得第一直角棱镜的俯仰角Y₀：其中，i＝1，2，3...n，n为调整次数；

4)第一驱动装置驱动外框转动Y₀，以使第一直角棱镜的棱线与机座的前端面平行，得到外框的新的初始位置；

5)按照步骤3.5)重新获取Y₀，判断重新获取的Y₀是否不大于第一设定值，如果是，则转入步骤6)，如果否，则返回步骤3.5)；

6)第一直角棱镜的方位角测量，也即第一直角棱镜的棱线与定位定向设备的前端面的夹角：将第二直角棱镜放置在定位定向设备的机座的上端面，并使第二直角棱镜的棱线与机座的前端面平行及使第二直角棱镜能被经纬仪瞄准，用经纬仪获得第一直角棱镜的法线与第二直角棱镜的法线的夹角，则为第一直角棱镜的方位角X₀；

7)第二驱动装置驱动内框转动X₀，以使第一直角棱镜的棱线与机座的前端面平行，获得内框的新的初始位置；

8)按照步骤6)重新获取X₀，判断X₀是否不大于第二设定值，如果是，则结束第一直角棱镜的测量和调节工作，如果否，则返回步骤6)。

2.根据权利要求1所述的一种定位定向设备的直角棱镜俯仰和方位角测量调节方法，其特征在于，步骤2)中，三角架Ⅰ上架设的经纬仪发射的十字光标射到第一直角棱镜上并返回经纬仪内，旋转经纬仪的水平盘和竖直盘的旋钮以及调整所述第一直角棱镜的棱线的位置，使返回经纬仪内的十字光标与经纬仪的分划板上的十字线重合，则完成经纬仪瞄准第一直角棱镜的工作，然后固定第一直角棱镜。

3.根据权利要求2所述的一种定位定向设备的直角棱镜俯仰和方位角测量调节方法，其特征在于，步骤2)中，所述第一直角棱镜安装在棱镜座上，所述棱镜座安装在调整座上，所述调整座安装在所述惯组上，所述调整座上设置有弧形孔，螺钉穿过弧形孔后连接所述棱镜座。

4.根据权利要求2所述的一种定位定向设备的直角棱镜俯仰和方位角测量调节方法，其特征在于，步骤2)中，如果返回经纬仪内的十字光标与经纬仪的分划板上的十字线不重合，则旋转经纬仪的水平盘使十字光标移动，通过十字光标的水平线与十字线的水平线的间距来调整第一直角棱镜的棱线位置，从而使十字光标与分划板上的十字线重合。

5.根据权利要求1所述的一种定位定向设备的直角棱镜俯仰和方位角测量调节方法，其特征在于，步骤1)中的基准平台为大理石基准平台或光学基准平台。

6.根据权利要求1所述的一种定位定向设备的直角棱镜俯仰和方位角测量调节方法，其特征在于，步骤1)中，利用电子水平或横向水平仪测量基准平台的上表面的水平度，通过调整平台支架，使基准平台的上表面的水平度在2″以内。

7.根据权利要求1所述的一种定位定向设备的直角棱镜俯仰和方位角测量调节方法，其特征在于，步骤2)中，经纬仪的水平度在0.001°以内，瞄准第一直角棱镜和第二直角棱镜的距离在1m以内。

8.根据权利要求1所述的一种定位定向设备的直角棱镜俯仰和方位角测量调节方法，其特征在于，所述经纬仪的型号为徕卡TM6100A经纬仪。

9.根据权利要求1所述的一种定位定向设备的直角棱镜俯仰和方位角测量调节方法，其特征在于，按照调整后让经纬仪进行瞄准的角度变化5°±0.5°的设定步长来调整经纬仪的高度。

10.根据权利要求1所述的一种定位定向设备的直角棱镜俯仰和方位角测量调节方法，其特征在于，所述第二直角棱镜安装在磁性底座上，所述磁性底座具有与所述第二直角棱镜的棱线平行的基准侧面，并且所述磁性底座上设置有棱镜调整装置，所述棱镜调整装置上设置所述第二直角棱镜和水平仪，通过棱镜调整装置和水平仪的配合使第二直角棱镜的棱线水平。

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