專利名稱：運動載體動態(tài)實時精密水平測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
光學(xué)自準(zhǔn)精密水平測量技術(shù)；
運動載體水平誤差監(jiān)測技術(shù)； 運動載體(如車輛、船舶、飛機等)水平參數(shù)(如縱向搖擺、橫向搖擺等)測量技 術(shù)； 動態(tài)實時結(jié)構(gòu)變形測量技術(shù)；
慣導(dǎo)設(shè)備水平精度鑒定技術(shù)。
背景技術(shù)：
為了解決運動載體(如車輛、船舶、飛機、火箭、導(dǎo)彈等)實時精密水平測量的基準(zhǔn) 問題，提高遠望號航天測量船在動態(tài)環(huán)境下測控設(shè)備的實際測量控制精度，在對遠望號航 天測量船現(xiàn)有光測船姿測量系統(tǒng)深刻理解和綜合分析的基礎(chǔ)上，提出了動態(tài)實時光學(xué)精密 水平測量基準(zhǔn)研究的問題。 作為一種普遍適用的運動載體精密水平姿態(tài)監(jiān)測手段，它易于實現(xiàn)分布式多點位 水平測量，能夠為運動載體(如運動機座測控設(shè)備、軍用武器發(fā)射平臺等)實時提供高精度 水平基準(zhǔn)信息，并用于運動載體水平結(jié)構(gòu)變形測量、慣性導(dǎo)航設(shè)備水平精度鑒定等，簡化現(xiàn) 有船體變形測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
針對運動載體實時精密水平測量的實際需求，在對常規(guī)水平測量方法分析研究的 基礎(chǔ)上，提出了基于"實時精密測角裝置+慣性導(dǎo)航姿態(tài)信息+慣性同步復(fù)示平臺+精密伺 服跟蹤系統(tǒng)+水平誤差檢測工具"的系統(tǒng)主體設(shè)計方案。以載體慣性導(dǎo)航姿態(tài)信息作為支 撐引導(dǎo)信息，以實時精密測角裝置作為精密測角部件，由精密伺服跟蹤系統(tǒng)驅(qū)動慣性同步 復(fù)示平臺跟蹤慣導(dǎo)地平坐標(biāo)系統(tǒng)，以當(dāng)?shù)卮蟮氐乩硭阶鳛榻^對水平參考基準(zhǔn)，通過水平 誤差檢測工具跟蹤測量當(dāng)?shù)卮蟮氐乩碜鴺?biāo)系，在時間同步和主控微機的同步控制下實現(xiàn)載 體水平信息精密測量。 動態(tài)實時光學(xué)精密水平測量基準(zhǔn)的總體組成主要包括探測裝置(水平監(jiān)測)、控 制機柜(跟蹤測量)、主控制臺(顯示控制)等三個部分。對外接口主要包括慣性導(dǎo)航 (姿態(tài)角度)、時碼終端(時間同步)、綜合信息網(wǎng)絡(luò)平臺(結(jié)果輸出)等三個部分。
探測裝置主要用于實時監(jiān)測跟蹤安裝基座基準(zhǔn)平面相對大地水平參考平面的變 化情況。它的組成主要包括安裝基座、慣性同步復(fù)示平臺(采用內(nèi)環(huán)、外環(huán)結(jié)構(gòu))、驅(qū)動電 機(縱向、橫向)、光學(xué)碼盤(縱向、橫向)、水平誤差檢測工具(縱向、橫向)。
控制機柜主要用于實時測量信息接收、處理、發(fā)送，實時大地水平引導(dǎo)、捕獲、跟 蹤，是系統(tǒng)內(nèi)部信息交換、數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)控制的中心環(huán)節(jié)。它的組成主要包括工控微機 1 (平臺位置信息處理、平臺對地誤差處理)、工控微機2 (縱搖伺服跟蹤控制、橫搖伺服跟蹤 控制)、平臺位置角度測量(縱向編碼測角電路、橫向編碼測角電路)、輔助電路(如電源、
3時統(tǒng)、輔助等)。 主監(jiān)控臺主要用于實時內(nèi)外信息交換處理，對內(nèi)主要完成實時測量信息的輸入和 實時引導(dǎo)信息的輸出，對外主要完成中心時統(tǒng)同步信息、慣性導(dǎo)航船姿數(shù)據(jù)的輸入和對綜 合信息網(wǎng)絡(luò)平臺的精密水平信息輸出。它的組成主要包括主控微機(硬件、軟件)。
若我們假設(shè)實時精密測角裝置測得的復(fù)示平臺相對檢測基面角度數(shù)據(jù)(較大數(shù) 值)為WMP(縱向)、e MP(橫向)，水平誤差檢測工具測得的復(fù)示平臺相對大地水平角度誤
差(較小數(shù)值)為w A (縱向)、e A (橫向)，則載體a點檢測基面相對大地水平的合成角
度為 被檢基面縱向傾斜Wa = WMP+WA被檢基面橫向傾斜e a = e MP+ e A 利用相對慣導(dǎo)地平坐標(biāo)相對穩(wěn)定的復(fù)示平臺作為過渡基準(zhǔn)，通過進行兩級精密測
量，實現(xiàn)運動載體被檢基面相對大地水平的實時跟蹤和精密測量，較大角度的運動載體的
姿態(tài)旋轉(zhuǎn)主要是由實時精密測角裝置(更加適合動態(tài)大角度值測量范圍》±180° ，誤差
《1.0〃 )完成，較小角度的慣導(dǎo)水平姿態(tài)誤差、運動載體結(jié)構(gòu)變形、伺服系統(tǒng)跟蹤誤差等
主要由水平誤差檢測工具(更加適合靜態(tài)小角度值測量范圍^ ±10.0'，誤差《1.0〃 ，
并且能夠自動跟蹤大地水平)完成，這一設(shè)計方案充分發(fā)揮了不同類型測角元件的最大優(yōu)點。 系統(tǒng)主要參考指標(biāo)如下 縱搖角度測量誤差《3.0"(均方根值) 橫搖角度測量誤差《3.0"(均方根值) 縱搖角度測量范圍> ±45. 0° (相對真實的大地水平) 橫搖角度測量范圍> ±45. 0° (相對真實的大地水平) 測量數(shù)據(jù)采樣頻率> 5Hz-20Hz (具體依據(jù)需要確定)


圖的說明 圖1動態(tài)實時光學(xué)精密水平測量基準(zhǔn)總體組成原理 圖2基于數(shù)字式電子水平儀的水平誤差檢測工具與慣性同步復(fù)示平臺(側(cè)向視 圖) 圖3基于數(shù)字式電子水平儀的水平誤差檢測工具與慣性同步復(fù)示平臺(俯向視 圖) 圖4基于動態(tài)穩(wěn)定反射鏡自準(zhǔn)式光電測量的水平誤差檢測工具與慣性同步復(fù)示 平臺(側(cè)向視圖) 圖5基于動態(tài)穩(wěn)定反射鏡自準(zhǔn)式光電測量的水平誤差檢測工具與慣性同步復(fù)示
平臺(俯向視圖)
實施方式 該測量基準(zhǔn)的工作方式是系統(tǒng)通過時碼終端接收中心時統(tǒng)的同步控制，主控微 機接收慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的運動載體姿態(tài)信息，主控微機發(fā)送引導(dǎo)信息給伺服跟蹤控制系統(tǒng)， 伺服跟蹤控制系統(tǒng)控制驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，使復(fù)示平臺在縱搖方向和橫搖方向精密跟蹤慣性平臺，復(fù)示平臺參考基面相對安裝基座檢測基面的角度數(shù)據(jù)由光學(xué)編碼測角系統(tǒng)完成，復(fù)示 平臺參考基面相對大地水平的角度誤差由水平誤差檢測工具完成，探測裝置輸出的角度數(shù) 據(jù)和角度誤差經(jīng)控制機柜由主監(jiān)控臺接收，主控微機對縱搖方向和橫搖方向測量數(shù)據(jù)進行 實時合成處理，最終得到測量結(jié)果數(shù)據(jù)安裝基座檢測基面相對大地水平參考平面的夾角， 在探測裝置安裝基座與慣性平臺安裝基座剛性連接的情況下，該結(jié)果數(shù)據(jù)就是運動載體的 精密的縱搖角度和橫搖角度，可由綜合信息網(wǎng)絡(luò)平臺提供各個相關(guān)用戶使用。
權(quán)利要求
動態(tài)實時水平測量總體方案針對運動載體水平相關(guān)技術(shù)要素進行實時精密測量的，基于“實時精密測角裝置+慣性導(dǎo)航姿態(tài)信息+慣性同步復(fù)示平臺+精密伺服跟蹤系統(tǒng)+水平誤差檢測工具”的系統(tǒng)主體設(shè)計方案。以載體慣性導(dǎo)航姿態(tài)信息作為支撐引導(dǎo)信息，以實時精密測角裝置作為精密測角部件，由精密伺服跟蹤系統(tǒng)驅(qū)動慣性同步復(fù)示平臺跟蹤慣導(dǎo)地平坐標(biāo)系統(tǒng)，以當(dāng)?shù)卮蟮氐乩硭阶鳛榻^對水平參考基準(zhǔn)，通過水平誤差檢測工具跟蹤測量當(dāng)?shù)卮蟮氐乩碜鴺?biāo)系，在時間同步和主控微機的同步控制下實現(xiàn)載體水平相關(guān)信息的精密測量。
2. 水平誤差檢測工具實現(xiàn)方法(1) 采用基于動態(tài)穩(wěn)定反射鏡自準(zhǔn)式光電測量方法實現(xiàn)水平誤差檢測(2) 采用基于準(zhǔn)動態(tài)環(huán)境實時輸出數(shù)據(jù)電子水平儀實現(xiàn)水平誤差檢測。
3. 慣性同步復(fù)示平臺設(shè)計方案利用慣導(dǎo)設(shè)備姿態(tài)信息作為同步引導(dǎo)支撐信息，實現(xiàn)復(fù)示平臺實時跟蹤慣導(dǎo)地平坐標(biāo) 系統(tǒng)。慣性同步復(fù)示平臺采用正交二軸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，是光機電有機結(jié)合的統(tǒng)一整體，設(shè)備組成 主要包括檢測基面、安裝基座、平臺臺體、驅(qū)動電機(縱向驅(qū)動、橫向驅(qū)動)、測角裝置(縱 向測角、橫向測角)、控制機柜(實時控制、信息處理)等。對外接口設(shè)備組成主要包括慣導(dǎo)設(shè)備、時統(tǒng)設(shè)備等。
全文摘要
運動載體動態(tài)實時精密水平測量方法。所屬領(lǐng)域為運動載體水平參數(shù)測量技術(shù)；慣性導(dǎo)航水平精度鑒定技術(shù)；運動載體結(jié)構(gòu)變形測量技術(shù)。為了解決運動載體(如車輛、船舶、飛機等)實時精密水平測量基準(zhǔn)問題，提供運動載體關(guān)鍵點位實時精密水平信息。提出了基于“實時精密測角裝置+慣性導(dǎo)航姿態(tài)信息+慣性同步復(fù)式平臺+精密伺服跟蹤系統(tǒng)+水平誤差檢測工具”的系統(tǒng)主體設(shè)計方案，在時間同步和主控微機的控制下實現(xiàn)了運動載體水平信息精確測量。作為一種通用的運動載體水平信息監(jiān)測手段，它易于實現(xiàn)分布式多點位水平測量，可以用于運動載體實時精密水平測量、慣性導(dǎo)航設(shè)備水平精度鑒定、運動載體水平結(jié)構(gòu)變形測量等。
文檔編號G01C9/00GK101696880SQ200910046330
公開日2010年4月21日 申請日期2009年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月19日
發(fā)明者馮小勇 申請人:馮小勇;