本發(fā)明涉及傾角測(cè)量誤差校正，具體地，涉及一種基于水平基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)失準(zhǔn)角誤差控制的方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有技術(shù)中，傾角測(cè)量通過傾角傳感器進(jìn)行測(cè)量，將傾角傳感器安裝在被測(cè)對(duì)象上，然后測(cè)量獲得數(shù)據(jù)。

2、傾角測(cè)量系統(tǒng)是一種用于測(cè)量物體相對(duì)水平面傾斜角度（俯仰角、滾轉(zhuǎn)角）的測(cè)量設(shè)備，目前為了適應(yīng)大量程、高精度的需要，采用石英傾斜傳感器作為核心敏感組件。由于在使用時(shí)，傾角測(cè)量系統(tǒng)需要安裝在待測(cè)物體上，因此安裝導(dǎo)致的失準(zhǔn)誤差會(huì)極大降低系統(tǒng)測(cè)量精度。

3、安裝失準(zhǔn)誤差主要源自兩個(gè)方面，一是水平基準(zhǔn)面失準(zhǔn)，導(dǎo)致在俯仰方向和滾轉(zhuǎn)方向進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)，存在誤差角。另一個(gè)是輸入軸不對(duì)準(zhǔn)。兩類誤差相互疊加，導(dǎo)致傾角測(cè)量系統(tǒng)輸出包含對(duì)準(zhǔn)誤差。因此對(duì)于高精度傾角測(cè)量系統(tǒng)，針對(duì)失準(zhǔn)角引入的誤差進(jìn)行控制至關(guān)重要。

4、傾角傳感器在安裝時(shí)容易存在安裝誤差，這時(shí)候傳統(tǒng)的解決方式是人工進(jìn)行微調(diào)，直至調(diào)整到相應(yīng)的精度。

5、但是測(cè)量飛行器傾角數(shù)據(jù)的傾角測(cè)量系統(tǒng)是安裝在飛行器模型上，而飛行器模型安裝在風(fēng)洞中，飛行器模型在測(cè)試的過程中需要測(cè)量其傾角數(shù)據(jù)，風(fēng)洞中屬于低溫環(huán)境，人工無法進(jìn)行調(diào)整安裝誤差，導(dǎo)致現(xiàn)有測(cè)量存在較大的誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了實(shí)現(xiàn)在低溫風(fēng)洞環(huán)境中自動(dòng)對(duì)飛行器模型上的傾角測(cè)量系統(tǒng)的失準(zhǔn)角誤差進(jìn)行控制，本發(fā)明提供了一種基于水平基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)失準(zhǔn)角誤差控制的方法，應(yīng)用于傾角測(cè)量系統(tǒng)中，所述方法包括：

2、在傾角測(cè)量系統(tǒng)的俯仰方向和滾轉(zhuǎn)方向分別安裝第一水平儀和第二水平儀；

3、獲得當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系t與載體坐標(biāo)系b，基于當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系t與載體坐標(biāo)系b獲得當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系t與載體坐標(biāo)系b之間的轉(zhuǎn)換矩陣；

4、對(duì)轉(zhuǎn)換矩陣進(jìn)行簡(jiǎn)化，獲得簡(jiǎn)化后的轉(zhuǎn)換矩陣；

5、基于簡(jiǎn)化后的轉(zhuǎn)換矩陣，構(gòu)建載體坐標(biāo)系b下的測(cè)量值與當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系t下的重力加速度 g之間的關(guān)系表達(dá)式；

6、基于第一水平儀和第二水平儀分別獲得俯仰方向的水平基準(zhǔn)失準(zhǔn)角 θ 0和滾轉(zhuǎn)方向上的水平基準(zhǔn)失準(zhǔn)角 γ 0；

7、基于俯仰方向的水平基準(zhǔn)失準(zhǔn)角 θ 0和滾轉(zhuǎn)方向上的水平基準(zhǔn)失準(zhǔn)角 γ 0對(duì)關(guān)系表達(dá)式進(jìn)行更新獲得更新后的關(guān)系表達(dá)式；

8、獲得輸入軸不重合度 ε ψ，基于輸入軸不重合度 ε ψ和更新后的關(guān)系表達(dá)式獲得傾角測(cè)量系統(tǒng)的俯仰角計(jì)算方式和滾轉(zhuǎn)角計(jì)算方式；

9、基于傾角測(cè)量系統(tǒng)的俯仰角計(jì)算方式和滾轉(zhuǎn)角計(jì)算方式，計(jì)算獲得傾角測(cè)量系統(tǒng)的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角。

10、其中，本方法采用在傾角測(cè)量系統(tǒng)中內(nèi)嵌高精度液泡水平儀，提供精準(zhǔn)的水平基準(zhǔn)，通過該基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)俯仰方向與滾轉(zhuǎn)方向的初始對(duì)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，利用失準(zhǔn)角誤差傳遞矩陣，結(jié)合橫軸誤差與輸入軸不重合度，實(shí)現(xiàn)失準(zhǔn)角誤差控制，橫軸誤差包括：俯仰方向的水平基準(zhǔn)失準(zhǔn)角 θ 0和滾轉(zhuǎn)方向上的水平基準(zhǔn)失準(zhǔn)角 γ 0。

11、失準(zhǔn)角誤差傳遞矩陣為：。

12、本發(fā)明中的失準(zhǔn)角誤差控制方法無需事先進(jìn)行人工標(biāo)定失準(zhǔn)角，并且可放寬對(duì)允許輸入軸不重合度的要求（根據(jù)傾角測(cè)量量程，最大可放寬至±3°），極大地解決了現(xiàn)場(chǎng)安裝誤差帶來的影響，在高效便捷地完成初始對(duì)準(zhǔn)的同時(shí)，仍可保持系統(tǒng)測(cè)量的精度。

13、優(yōu)選的，傾角測(cè)量系統(tǒng)包括支撐框架、俯仰角傾角傳感器和滾轉(zhuǎn)角傾角傳感器，俯仰角傾角傳感器和滾轉(zhuǎn)角傾角傳感器分別安裝在支撐框架的兩個(gè)側(cè)面，第一水平儀和第二水平儀均安裝在支撐框架的頂面，且第一水平儀和第二水平儀的軸線正交。

14、優(yōu)選的，當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系t與載體坐標(biāo)系b之間的轉(zhuǎn)換矩陣為，計(jì)算方式為：

15、；

16、其中，為航向角， θ為俯仰角， γ為滾轉(zhuǎn)角。

17、優(yōu)選的，簡(jiǎn)化后的轉(zhuǎn)換矩陣表示為：

18、。

19、優(yōu)選的，載體坐標(biāo)系b下的測(cè)量值與當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系t下的重力加速度 g之間的關(guān)系表達(dá)式為：

20、；

21、其中，( g x? g y? g z)t為載體坐標(biāo)系b下的測(cè)量值，t為轉(zhuǎn)置符號(hào)， g x為傾角測(cè)量系統(tǒng)的滾轉(zhuǎn)角， g y為傾角測(cè)量系統(tǒng)的俯仰角， g z為滾轉(zhuǎn)方向重力加速度。

22、優(yōu)選的，更新后的關(guān)系表達(dá)式為：

23、。

24、優(yōu)選的，傾角測(cè)量系統(tǒng)的俯仰角計(jì)算方式為：

25、；

26、其中， ε ψ為輸入軸不重合度；

27、傾角測(cè)量系統(tǒng)的滾轉(zhuǎn)角計(jì)算方式為：

28、。

29、優(yōu)選的，傾角測(cè)量系統(tǒng)安裝在飛行器模型上，飛行器模型位于風(fēng)洞中。

30、本發(fā)明提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

31、本方法采用在傾角測(cè)量系統(tǒng)中俯仰方向與滾轉(zhuǎn)方向上內(nèi)嵌高精度液泡水平儀，提供精準(zhǔn)的水平基準(zhǔn)，通過該水平基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)俯仰方向與滾轉(zhuǎn)方向的初始對(duì)準(zhǔn)，并提供俯仰方向的水平基準(zhǔn)失準(zhǔn)角 θ 0和滾轉(zhuǎn)方向上的水平基準(zhǔn)失準(zhǔn)角 γ 0。在此基礎(chǔ)上，利用失準(zhǔn)角誤差傳遞矩陣，結(jié)合橫軸誤差與輸入軸不重合度，實(shí)現(xiàn)低溫風(fēng)洞環(huán)境中無人工自動(dòng)失準(zhǔn)角誤差控制。

技術(shù)特征：

1.一種基于水平基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)失準(zhǔn)角誤差控制的方法，應(yīng)用于傾角測(cè)量系統(tǒng)中，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于水平基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)失準(zhǔn)角誤差控制的方法，其特征在于，傾角測(cè)量系統(tǒng)包括支撐框架、俯仰角傾角傳感器和滾轉(zhuǎn)角傾角傳感器，俯仰角傾角傳感器和滾轉(zhuǎn)角傾角傳感器分別安裝在支撐框架的兩個(gè)側(cè)面，第一水平儀和第二水平儀均安裝在支撐框架的頂面，且第一水平儀和第二水平儀的軸線正交。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于水平基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)失準(zhǔn)角誤差控制的方法，其特征在于，當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系t與載體坐標(biāo)系b之間的轉(zhuǎn)換矩陣為，計(jì)算方式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于水平基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)失準(zhǔn)角誤差控制的方法，其特征在于，簡(jiǎn)化后的轉(zhuǎn)換矩陣表示為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于水平基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)失準(zhǔn)角誤差控制的方法，其特征在于，載體坐標(biāo)系b下的測(cè)量值與當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系t下的重力加速度g之間的關(guān)系表達(dá)式為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于水平基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)失準(zhǔn)角誤差控制的方法，其特征在于，更新后的關(guān)系表達(dá)式為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于水平基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)失準(zhǔn)角誤差控制的方法，其特征在于，傾角測(cè)量系統(tǒng)的俯仰角計(jì)算方式為：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于水平基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)失準(zhǔn)角誤差控制的方法，其特征在于，傾角測(cè)量系統(tǒng)安裝在飛行器模型上，飛行器模型位于風(fēng)洞中。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于水平基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)失準(zhǔn)角誤差控制的方法，涉及傾角測(cè)量誤差校正技術(shù)領(lǐng)域，本方法通過基于水平基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)傾角測(cè)量系統(tǒng)的失準(zhǔn)角誤差控制，提高了傾角測(cè)量系統(tǒng)安裝水平基準(zhǔn)精度，放寬了對(duì)輸入軸不重合度要求，解決了安裝失準(zhǔn)角引入的誤差問題。該方法可實(shí)現(xiàn)高效、便捷的現(xiàn)場(chǎng)安裝，極大縮短系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)時(shí)間，降低安裝復(fù)雜度，無需事先人工標(biāo)定失準(zhǔn)角，簡(jiǎn)單方便、通用性強(qiáng)、實(shí)用性高。

技術(shù)研發(fā)人員：曾星,張文清,顧正華,楊兆欣,顧光武
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心設(shè)備設(shè)計(jì)與測(cè)試技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/8/20