本實用新型涉及到一種慣性測量組合動態(tài)導航性能的光學標定系統(tǒng)，屬于光學傳感與測量領(lǐng)域。

技術(shù)背景

慣性測量組合是慣性導航的核心測量單元，其性能決定了載體的導航精度和姿態(tài)控制精度。動態(tài)環(huán)境下慣性測量組合能否準確反映載體的實際運動信息，是評價慣性測量儀器性能好壞的關(guān)鍵。為了在地面測試階段準確評價動態(tài)條件下慣性測量組合的動態(tài)導航精度及姿態(tài)測量精度，需要提供另外一種獨立評價方法，評價慣性測量組合動態(tài)條件下、在一段時間內(nèi)的導航及姿態(tài)測量性能。為了保證評價的實時性，該獨立測量方法必須能與慣性測量組合測量時間同步，實時提供慣性測量組合相對于初始位置的俯仰角、偏航角、滾動角和三維位移信息，實現(xiàn)對慣性測量組合動態(tài)性能的實時標定。

經(jīng)調(diào)研，當前國內(nèi)還沒有發(fā)現(xiàn)精度高、測量可靠的、使用非接觸的光學方法進行慣性測量組合動態(tài)信息測量、標定的設(shè)備。已有的對角度和位移進行標定的方法有以下幾種：1)采用圓光柵進行角度測量，采用線光柵進行位移測量，其優(yōu)點是測量精度高，響應(yīng)快，動態(tài)范圍大，缺點是不能實現(xiàn)非接觸測量，或者離被測物體距離太遠，不能準確反應(yīng)被測物體的運動狀況；2)光幕測量法：利用兩正交光幕進行測量，被物體擋住的光幕在CCD端有相應(yīng)的形態(tài)，通過檢測該形態(tài)測量物體的變形，根據(jù)變形實時檢測角度及位移量。優(yōu)點：兩組光幕可同時測到多種信息，確定兩組投影物之間樣品的姿態(tài)。缺點：精度較低，平行光較難保證，量范圍都較小，不夠靈活；3)該方法需要在被測物體三個相互正交的表面分別安裝一個反射鏡，以實現(xiàn)對激光的鏡面反射，而PSD實現(xiàn)對反射后的激光進行接收，振動過程中的扭轉(zhuǎn)使得反射后的激光進入PSD的不同位置，通過檢測反射激光的位置變化，實時測量扭轉(zhuǎn)的角度。該方法不能實現(xiàn)非接觸測量，裝置龐大，所加的鏡面反射鏡需要固定在被測物體上，對被測物體具有一定的損壞，而且反射鏡在動態(tài)條件下也可能損壞。由于PSD測量位置范圍和精度不能同時滿足要求，因此動態(tài)條件下可能出現(xiàn)飽和的情況。因此，該方案具有較大的局限性。

隨著工業(yè)測量領(lǐng)域的不斷擴展以及對測量精度和測量速度的不斷提高，傳統(tǒng)的接觸式測量以及無法滿足需求。而基于激光三角法的激光位移傳感器可以實現(xiàn)非接觸測量，該方法具有非接觸測量，對被測面無損；測量分辨率高，精度高；體積小等特點。基于激光位移傳感器以上優(yōu)點，因此考慮將激光位移傳感器與慣性測量組合的標定結(jié)合起來，可以非接觸的對慣性測量組合進行標定，同步測量其相對于初始位置的俯仰角、偏航角、滾動角和三維位移信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提出一種基于激光位移傳感器，非接觸的對慣性測量組合在動態(tài)條件下的性能進行標定系統(tǒng)，能夠?qū)崟r提供慣性測量組合相對于初始位置的俯仰角、偏航角、滾動角和三維位移信息。

本實用新型的技術(shù)方案如下：

一種慣性測量組合動態(tài)導航性能的光學標定系統(tǒng)包含光學標定裝置和PC機，所述的光學標定裝置包括水平隔震平臺、一維振動臺、待測慣性測量組合、第一激光位移傳感器和第二激光位移傳感器組成的第一角度位移測量組件、第三激光位移傳感器和第四激光位移傳感器組成的第二角度位移測量組件、第五激光位移傳感器和第六激光位移傳感器組成的第三角度位移測量組件；一維振動臺固定在水平隔震平臺表面，三個角度位移測量組件固定在水平隔震平臺表面，待測慣性測量組合固定在一維振動臺的表面，三個角度位移測量組件布置在待測慣性測量組合的周圍用于測量待測慣性測量組合的三維位移、俯仰角、滾轉(zhuǎn)角和偏航角；所述的一維振動臺能在Y方向產(chǎn)生一維振動，其表面平行于XY平面；所述的待測慣性測量組合有三個互相正交的平面，其中第一平面平行于XZ平面，第二平面平行于XY平面，第三平面平行于YZ平面，所述的PC機通過數(shù)據(jù)線分別與三個角度位移測量組件、待測慣性測量組合相連。

進一步的，所述的第一激光位移傳感器和第二激光位移傳感器相互平行并且使得兩束激光垂直入射到待測慣性測量組合的第一平面上；第三激光位移傳感器和第四激光位移傳感器相互平行并且使得兩束激光垂直入射到待測慣性測量組合的第二平面上；第五激光位移傳感器和第六激光位移傳感器相互平行并且使得兩束激光垂直入射到待測慣性測量組合的第三平面上。

本實用新型的有益效果是，本實用新型實現(xiàn)了慣性測量組合動態(tài)導航性能的非接觸光學標定，該方法基于光學漫反射三角成像的激光位移傳感器，實現(xiàn)利用兩個激光位移傳感器測量慣性測量組合的一維轉(zhuǎn)角，進而利用六路激光位移傳感器實現(xiàn)三維角度和位移的測量，并輔以對應(yīng)的機械調(diào)整和對準裝置，以及信息采集和處理系統(tǒng)，可以實時的對慣性測量組合的動態(tài)性能進行標定。優(yōu)勢在于非接觸的測量對于待測慣性測量組合無損，而且測量精度高，實時同步，為慣性測量組合的動態(tài)導航性能的標定提供了有效的標定方法。

附圖說明

圖1為慣性測量組合動態(tài)導航性能的光學標定系統(tǒng)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖詳述本實用新型。

如圖1所示，一種慣性測量組合動態(tài)導航性能的光學標定系統(tǒng)包含光學標定裝置和PC機，所述的光學標定裝置包括水平隔震平臺1、一維振動臺2、待測慣性測量組合3、第一激光位移傳感器4和第二激光位移傳感器5組成的第一角度位移測量組件13、第三激光位移傳感器6和第四激光位移傳感器7組成的第二角度位移測量組件14、第五激光位移傳感器8和第六激光位移傳感器9組成的第三角度位移測量組件15；一維振動臺2固定在水平隔震平臺1表面，三個角度位移測量組件固定在水平隔震平臺1表面，待測慣性測量組合3固定在一維振動臺2的表面，三個角度位移測量組件布置在待測慣性測量組合3的周圍用于測量待測慣性測量組合3的三維位移、俯仰角、滾轉(zhuǎn)角和偏航角；所述的一維振動臺2能在Y方向產(chǎn)生一維振動，其表面平行于XY平面；所述的待測慣性測量組合3有三個互相正交的平面，其中第一平面10平行于XZ平面，第二平面11平行于XY平面，第三平面12平行于YZ平面，所述的PC機通過數(shù)據(jù)線分別與三個角度位移測量組件、待測慣性測量組合3相連。

所述的第一激光位移傳感器4和第二激光位移傳感器5相互平行并且使得兩束激光垂直入射到待測慣性測量組合3的第一平面10上；第三激光位移傳感器6和第四激光位移傳感器7相互平行并且使得兩束激光垂直入射到待測慣性測量組合3的第二平面11上；第五激光位移傳感器8和第六激光位移傳感器9相互平行并且使得兩束激光垂直入射到待測慣性測量組合3的第三平面12上。

使用本實用新型光學標定系統(tǒng)的光學標定方法可以如下：

第一角度位移測量組件13中第一激光位移傳感器4和第二激光位移傳感器5所處的平面平行于XY平面，其間距為L₁，出射的兩束激光相互平行，并且在初始狀態(tài)下垂直于待測物體的第一平面10，初始狀態(tài)下，第一激光位移傳感器4測量得到的位移為S₁’，第二激光位移傳感器5測量得到的位移為S₂’，當待測慣性測量組合3繞Z軸轉(zhuǎn)動角度時，角度第一激光位移傳感器4測量得到的位移S₁、第二激光位移傳感器5測量得到的位移S₂和兩激光束之間的距離L₁的關(guān)系為通過測量S₁、S₂和已知的L₁，實時測量待測慣性測量組合3繞Z軸的運動角度，即偏航角同時可得到待測慣性測量組合3沿Y軸的位移

第二角度位移測量組件14中第三激光位移傳感器6和第四激光位移傳感器7的所處的平面平行于ZY平面，其間距為L₂，出射的兩束激光相互平行，并且在初始狀態(tài)下垂直于待測物體的第二平面11，初始狀態(tài)下，第三激光位移傳感器6測量得到的位移為S₃’，第四激光位移傳感器7測量得到的位移為S₄’，當待測慣性測量組合3繞X軸轉(zhuǎn)動角度φ時，角度φ、第三激光位移傳感器6測量得到的位移S₃、第四激光位移傳感器7測量得到的位移S₄和兩激光束之間的距離L₂的關(guān)系為通過測量S₃、S₄和已知的L₂，實時測量待測慣性測量組合3繞X軸的運動角度，即滾轉(zhuǎn)角φ，同時可得到待測慣性測量組合3沿Z軸的位移

第三角度位移測量組件15中第五激光位移傳感器8和第六激光位移傳感器9的所處的平面平行于ZX平面，其間距為L₃，出射的兩束激光相互平行，并且在初始狀態(tài)下垂直于待測物體的第三平面12，初始狀態(tài)下，第五激光位移傳感器測量8得到的位移為S₅’，第六激光位移傳感器9測量得到的位移為S₆’，當待測慣性測量組合3繞Y軸轉(zhuǎn)動角度θ時，角度θ、第五激光位移傳感器8測量得到的位移S₅、第六激光位移傳感器9測量得到的位移S₆和兩激光束之間的距離L₃的關(guān)系為通過測量S₅、S₆和已知的L₃，實時測量待測慣性測量組合3繞Z軸的運動角度，即偏航角θ，同時可得到待測慣性測量組合3沿X軸的位移

PC機實現(xiàn)6個激光位移傳感器信號以及慣性測量組合信號的實時同步采集，得到三維位移信息L_X，L_Y，L_Z和三維角度信息θ，φ，當一維振動臺沿Y軸振動用以測試慣性測量組合的動態(tài)導性能時，PC機同步采集慣性測量組合輸出的三維位移信息Ix，Iy，Iz和三維角度信息I_θ，I_φ，將兩個結(jié)果作對比，即可得到慣性測量組合在動態(tài)條件下三維角度和三維位移的測量誤差為：

即可實現(xiàn)慣性測量組合動態(tài)導航性能的標定，即對慣性測量組合的性能做出評價。