運動載體動態實時精密水平測量方法
2024-01-29 06:12:15
專利名稱：運動載體動態實時精密水平測量方法
技術領域：
光學自準精密水平測量技術；
運動載體水平誤差監測技術； 運動載體(如車輛、船舶、飛機等)水平參數(如縱向搖擺、橫向搖擺等)測量技 術； 動態實時結構變形測量技術；
慣導設備水平精度鑑定技術。
背景技術：
為了解決運動載體(如車輛、船舶、飛機、火箭、飛彈等)實時精密水平測量的基準 問題，提高遠望號航天測量船在動態環境下測控設備的實際測量控制精度，在對遠望號航 天測量船現有光測船姿測量系統深刻理解和綜合分析的基礎上，提出了動態實時光學精密 水平測量基準研究的問題。 作為一種普遍適用的運動載體精密水平姿態監測手段，它易於實現分布式多點位 水平測量，能夠為運動載體(如運動機座測控設備、軍用武器發射平臺等)實時提供高精度 水平基準信息，並用於運動載體水平結構變形測量、慣性導航設備水平精度鑑定等，簡化現 有船體變形測量系統結構。
發明內容
針對運動載體實時精密水平測量的實際需求，在對常規水平測量方法分析研究的 基礎上，提出了基於"實時精密測角裝置+慣性導航姿態信息+慣性同步復示平臺+精密伺 服跟蹤系統+水平誤差檢測工具"的系統主體設計方案。以載體慣性導航姿態信息作為支 撐引導信息，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驅動慣性同步 復示平臺跟蹤慣導地平坐標系統，以當地大地地理水平作為絕對水平參考基準，通過水平 誤差檢測工具跟蹤測量當地大地地理坐標系，在時間同步和主控微機的同步控制下實現載 體水平信息精密測量。 動態實時光學精密水平測量基準的總體組成主要包括探測裝置(水平監測)、控 制機櫃(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航 (姿態角度)、時碼終端(時間同步)、綜合信息網絡平臺(結果輸出)等三個部分。
探測裝置主要用於實時監測跟蹤安裝基座基準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、慣性同步復示平臺(採用內環、外環結構)、驅動電 機(縱向、橫向)、光學碼盤(縱向、橫向)、水平誤差檢測工具(縱向、橫向)。
控制機櫃主要用於實時測量信息接收、處理、發送，實時大地水平引導、捕獲、跟 蹤，是系統內部信息交換、數據處理、狀態控制的中心環節。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、輔助等)。 主監控臺主要用於實時內外信息交換處理，對內主要完成實時測量信息的輸入和 實時引導信息的輸出，對外主要完成中心時統同步信息、慣性導航船姿數據的輸入和對綜 合信息網絡平臺的精密水平信息輸出。它的組成主要包括主控微機(硬體、軟體)。
若我們假設實時精密測角裝置測得的復示平臺相對檢測基面角度數據(較大數 值)為WMP(縱向)、e MP(橫向)，水平誤差檢測工具測得的復示平臺相對大地水平角度誤
差(較小數值)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 利用相對慣導地平坐標相對穩定的復示平臺作為過渡基準，通過進行兩級精密測
量，實現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
姿態旋轉主要是由實時精密測角裝置(更加適合動態大角度值測量範圍》±180° ，誤差
《1.0〃 )完成，較小角度的慣導水平姿態誤差、運動載體結構變形、伺服系統跟蹤誤差等
主要由水平誤差檢測工具(更加適合靜態小角度值測量範圍^ ±10.0'，誤差《1.0〃 ，
並且能夠自動跟蹤大地水平)完成，這一設計方案充分發揮了不同類型測角元件的最大優點。 系統主要參考指標如下 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) 縱搖角度測量範圍> ±45. 0° (相對真實的大地水平) 橫搖角度測量範圍> ±45. 0° (相對真實的大地水平) 測量數據採樣頻率> 5Hz-20Hz (具體依據需要確定)
圖的說明 圖1動態實時光學精密水平測量基準總體組成原理 圖2基於數字式電子水平儀的水平誤差檢測工具與慣性同步復示平臺(側向視 圖) 圖3基於數字式電子水平儀的水平誤差檢測工具與慣性同步復示平臺(俯向視 圖) 圖4基於動態穩定反射鏡自準式光電測量的水平誤差檢測工具與慣性同步復示 平臺(側向視圖) 圖5基於動態穩定反射鏡自準式光電測量的水平誤差檢測工具與慣性同步復示
平臺(俯向視圖)
實施方式 該測量基準的工作方式是系統通過時碼終端接收中心時統的同步控制，主控微 機接收慣性導航系統的運動載體姿態信息，主控微機發送引導信息給伺服跟蹤控制系統， 伺服跟蹤控制系統控制驅動電機運轉，使復示平臺在縱搖方向和橫搖方向精密跟蹤慣性平臺，復示平臺參考基面相對安裝基座檢測基面的角度數據由光學編碼測角系統完成，復示 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 據和角度誤差經控制機櫃由主監控臺接收，主控微機對縱搖方向和橫搖方向測量數據進行 實時合成處理，最終得到測量結果數據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，該結果數據就是運動載體的 精密的縱搖角度和橫搖角度，可由綜合信息網絡平臺提供各個相關用戶使用。
權利要求
動態實時水平測量總體方案針對運動載體水平相關技術要素進行實時精密測量的，基於「實時精密測角裝置+慣性導航姿態信息+慣性同步復示平臺+精密伺服跟蹤系統+水平誤差檢測工具」的系統主體設計方案。以載體慣性導航姿態信息作為支撐引導信息，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驅動慣性同步復示平臺跟蹤慣導地平坐標系統，以當地大地地理水平作為絕對水平參考基準，通過水平誤差檢測工具跟蹤測量當地大地地理坐標系，在時間同步和主控微機的同步控制下實現載體水平相關信息的精密測量。
2. 水平誤差檢測工具實現方法(1) 採用基於動態穩定反射鏡自準式光電測量方法實現水平誤差檢測(2) 採用基於準動態環境實時輸出數據電子水平儀實現水平誤差檢測。
3. 慣性同步復示平臺設計方案利用慣導設備姿態信息作為同步引導支撐信息，實現復示平臺實時跟蹤慣導地平坐標 系統。慣性同步復示平臺採用正交二軸旋轉結構，是光機電有機結合的統一整體，設備組成 主要包括檢測基面、安裝基座、平臺臺體、驅動電機(縱向驅動、橫向驅動)、測角裝置(縱 向測角、橫向測角)、控制機櫃(實時控制、信息處理)等。對外接口設備組成主要包括慣導設備、時統設備等。
全文摘要
運動載體動態實時精密水平測量方法。所屬領域為運動載體水平參數測量技術；慣性導航水平精度鑑定技術；運動載體結構變形測量技術。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問題，提供運動載體關鍵點位實時精密水平信息。提出了基於「實時精密測角裝置+慣性導航姿態信息+慣性同步複式平臺+精密伺服跟蹤系統+水平誤差檢測工具」的系統主體設計方案，在時間同步和主控微機的控制下實現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測手段，它易於實現分布式多點位水平測量，可以用於運動載體實時精密水平測量、慣性導航設備水平精度鑑定、運動載體水平結構變形測量等。
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 優先權日2009年2月19日
發明者馮小勇 申請人:馮小勇;