本发明涉及计量测试技术领域，尤其是一种风洞试验攻角机构位姿参数溯源方法。
背景技术：
风洞试验攻角机构是指用于风洞试验中支撑试验对象(飞行器模型或实物)的姿态变化与定位的专用机构，如cts装置、弯刀装置、移测架等，一般由驱动装置、控制装置、移动装置等组成。我军武器装备如空中作战装备、远程精准打击装备、航空航天装备、防空反导装备等的加速研发和大幅增长，对空气动力试验技术提出愈来愈高的要求，而这类空天飞行器气动性能指标的获得都必须在风洞攻角机构进行气动力试验。在风洞试验中，攻角机构控制x轴、y轴、z轴位移和俯仰角(α)、侧滑角(β)、滚转角(γ)角度准确与否直接关系到气动力试验数据和结果的质量。因此，根据气动力试验的技术要求准确控制机构的位移和角度，提高攻角机构位移和角度的测量准确性，实现飞行器模型在不同姿态条件下的气动力试验，已成为提高飞行器气动系数测量准确度和测量技术精细化水平的关键因素。目前，风洞试验攻角机构尚无有效的溯源和评估方法和手段，也没有形成一个完整的溯源方法。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服上述技术问题，提供一种基于双频激光干涉仪、全站仪、激光跟踪仪的风洞试验攻角机构测试方法，使用该方法能够解决风洞试验攻角机构位移和姿态参数，包括位移定位误差、重复定位误差、位移回程差、单步位移差、角度示值误差、测角重复性、测角回程误差的溯源问题，保证其量值准确可靠。
本方案是通过如下技术措施来实现的：
一种风洞试验攻角机构位姿参数溯源方法，包括有以下步骤：
a、采用激光跟踪仪、激光全站仪、角度传感器、双频激光干涉仪或测微仪、指微米示器采用直接测量的方法，对风洞试验攻角机构位姿参数进行溯源；
b、测量攻角机构的实际转动、偏摆或俯仰角度值，计算得到角度误差，即由于控制系统不准引起的角度实测值与给定角度值的差值；
c、控制攻角机构在同一方向上多次重复转动给定的角度后，计算各次角度误差，按极差法计算标准偏差，确定攻角机构的测角重复性；
d、确定由于机械丝杠转动引入的间隙而造成的正、反方向转动角度的差值，即攻角机构的测角回程误差；
e、确定攻角机构的位移定位误差，即机构的位移实测值与给定位移值的差值；
f、确定攻角机构位移重复定位误差，即攻角机构从同一方向上多次重复移动给定的位移后，按极差法计算各次定位误差的标准偏差；
g、确定攻角机构的位移回程差，即机构向正、反方向移动同一给定的位移后，计算正、反向移动位移的差值；
h、确定攻角机构的单步位移差，即机构在最小单步控制指令下移动位移后，位移实测值与最小控制指令值的差值。
作为本方案的优选：步骤b的具体操作方法为：打开攻角机构的控制系统，使攻角机构的角度位移装置向正或负方向转动、偏摆或俯仰一定角度后，以此位置为起点，向正或负方向转动给定的角度值，向同一方向连续转动多次，依次顺序进行角度误差的校准；分别记录计算实际转动角度与给定转动角度的误差，取各次测量误差值中绝对值最大者为攻角机构的角度误差；
角度误差按公式(1)计算：
△角i＝di–d………………………………………………(1)
式中，△角i为各次校准的角度误差；
di为各次实测的角度值；
d为给定的角度值。
作为本方案的优选：步骤c的具体操作方法为：使攻角机构的角度位移装置在运动方向上转动、偏摆或俯仰一定角度后，以此位置为起点，控制攻角机构同方向转动、偏摆或俯仰给定的角度，分别进行三次正反双向重复定位转动，测量单向重复定位转动的角度误差，记录最大和最小角度误差，按极差法计算单向测角重复性，以双向的最大值者为该位置测角重复性；
在角度位移装置的行程中间和靠近两端三个位置分别进行测量，取测量的三个位置中最大值为攻角机构的测角重复性；
测角重复性按公式(2)计算：
△角重＝(△角max-△角min)/dn………………………………(2)
式中，△角重为测角重复性；
△角max为各次角度误差的最大值；
△角min为各次角度误差的最小值；
dn为极差系数，n为测量次数(3＜n≤6)。
作为本方案的优选：步骤d的具体操作方法为：使机构的角度位移装置在正方向或反方向转动、偏摆或俯仰一定角度后，以此位置为起点，控制攻角机构先向一个方向转动给定的角度，然后向相反方向转动相同的角度，测定正、反方向角度位移的差值，即该位置的测角回程误差；
在角度位移装置的行程中间和靠近两端的三个位置处分别进行测量，取测定三个位置正、反方向的角度差值中绝对值最大者为攻角机构的测角回程误差；
测角回程误差按公式(3)计算：
△角回＝d正–d反………………………………(3)
式中，△角回为测角回程误差；
d正为正向转动角度值；
d反为反向转动角度值。
作为本方案的优选：步骤e的具体操作方法为：使攻角机构沿某坐标向正或反方向移动一定位移后，以此位置为起点，按给定的间隔距离移动，向同一方向连续移动多次，依次进行定位校准，在移动装置的全行程校准过程中，在正方向、负方向分别进行校准，测量实际移动距离与给定移动距离的误差，即该位置的定位误差；
取各次测定误差值中绝对值最大者为攻角机构的定位误差；
定位误差按公式(4)计算：
△位i＝li–l………………………………(4)
式中，△位i为各次校准的定位误差；
li为各次实测的位移值；
l为给定的位移值。
作为本方案的优选：步骤f的具体操作方法为：使攻角机构沿某坐标方向移动一段距离后，以此位置为起点，在同一方向移动给定的位移，分别进行三次双向重复定位移动，测量单向重复定位移动的定位误差，记录最大和最小定位误差，按极差法计算单向重复定位误差，以双向的最大值为该位置重复定位误差；
在移动装置的坐标行程中间和靠近两端的三个位置分别进行校准，取测定的三个位置中最大值为攻角机构的重复定位误差；
重复定位误差按公式(5)计算：
△位重＝(△位max-△位min)/dn………………………………(5)
式中，△位重为重复定位误差；
△位max为各次定位误差的最大值；
△位min为各次定位误差的最小值；
dn——极差系数，n为测量次数(3＜n≤6)。
作为本方案的优选：步骤g的具体操作方法为：使攻角机构沿一坐标方向移动一段距离后，以此位置为起点，先向一个方向移动给定的位移，然后向相反方向移动相同的位移，测定正、反移动位移的差值，即该位置的位移回程差；
在移动装置的坐标行程中间和靠近两端三个位置分别进行校准，取测定三个位置的位移差值中绝对值最大者为攻角机构的位移回程差；
位移回程差按公式(6)计算：
△位回＝l正–l反………………………………(6)
式中，△位回为位移回程差；
l正为正向移动位移值；
l反为反向移动位移值。
作为本方案的优选：步骤h的具体操作方法为：使攻角机构沿一坐标方向移动一段距离，以此位置为起点，每次给一个最小单步控制指令，使其在同一方向移动，连续移动多次，测量各次移动的实际位移与最小单步控制指令值的差值，即该位置的单步位移差；
在移动装置的坐标行程中间和靠近两端三个位置分别进行校准，取测定三个位置差值中绝对值最大者为攻角机构的单步位移差；
按公式(7)计算：
△位单i＝li–l单………………………………(7)
式中，△位单i为各次校准的单步位移差；
li为各次实测的位移值；
l单为最小(单步)控制指令值。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，本发明根据风洞试验攻角机构的工作原理，结合低速、高速、超高速风洞使用风洞试验攻角机构的工作实际情况，以激光跟踪仪、激光全站仪、角度传感器、双频激光干涉仪或测微仪、指微米示器等组成的校准装置，采用直接测量的方法，对风洞试验攻角机构位姿参数进行溯源，分析评定风洞试验攻角机构位移、角度的测量结果不确定度，准确评价风洞试验攻角机构的技术性能，实现对风洞试验攻角机构的量值溯源。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
具体实施方式
实施例：
一种风洞试验攻角机构位姿参数溯源方法，包括有以下步骤：
a、采用激光跟踪仪、激光全站仪、角度传感器、双频激光干涉仪或测微仪、指微米示器采用直接测量的方法，对风洞试验攻角机构位姿参数进行溯源；
b、测量攻角机构的实际转动、偏摆或俯仰角度值，计算得到角度误差，即由于控制系统不准引起的角度实测值与给定角度值的差值；
c、控制攻角机构在同一方向上多次重复转动给定的角度后，计算各次角度误差，按极差法计算标准偏差，确定攻角机构的测角重复性；
d、确定由于机械丝杠转动引入的间隙而造成的正、反方向转动角度的差值，即攻角机构的测角回程误差；
e、确定攻角机构的位移定位误差，即机构的位移实测值与给定位移值的差值；
f、确定攻角机构位移重复定位误差，即攻角机构从同一方向上多次重复移动给定的位移后，按极差法计算各次定位误差的标准偏差；
g、确定攻角机构的位移回程差，即机构向正、反方向移动同一给定的位移后，计算正、反向移动位移的差值；
h、确定攻角机构的单步位移差，即机构在最小单步控制指令下移动位移后，位移实测值与最小控制指令值的差值。
步骤b的具体操作方法为：打开攻角机构的控制系统，使攻角机构的角度位移装置向正或负方向转动、偏摆或俯仰一定角度后，以此位置为起点，向正或负方向转动给定的角度值，向同一方向连续转动多次，依次顺序进行角度误差的校准；分别记录计算实际转动角度与给定转动角度的误差，取各次测量误差值中绝对值最大者为攻角机构的角度误差；
角度误差按公式(1)计算：
△角i＝di–d………………………………………………(1)
式中，△角i为各次校准的角度误差；
di为各次实测的角度值；
d为给定的角度值。
步骤c的具体操作方法为：使攻角机构的角度位移装置在运动方向上转动、偏摆或俯仰一定角度后，以此位置为起点，控制攻角机构同方向转动、偏摆或俯仰给定的角度，分别进行三次正反双向重复定位转动，测量单向重复定位转动的角度误差，记录最大和最小角度误差，按极差法计算单向测角重复性，以双向的最大值者为该位置测角重复性；
在角度位移装置的行程中间和靠近两端三个位置分别进行测量，取测量的三个位置中最大值为攻角机构的测角重复性；
测角重复性按公式(2)计算：
△角重＝(△角max-△角min)/dn………………………………(2)
式中，△角重为测角重复性；
△角max为各次角度误差的最大值；
△角min为各次角度误差的最小值；
dn为极差系数，n为测量次数(3＜n≤6)。
步骤d的具体操作方法为：使机构的角度位移装置在正方向或反方向转动、偏摆或俯仰一定角度后，以此位置为起点，控制攻角机构先向一个方向转动给定的角度，然后向相反方向转动相同的角度，测定正、反方向角度位移的差值，即该位置的测角回程误差；
在角度位移装置的行程中间和靠近两端的三个位置处分别进行测量，取测定三个位置正、反方向的角度差值中绝对值最大者为攻角机构的测角回程误差；
测角回程误差按公式(3)计算：
△角回＝d正–d反………………………………(3)
式中，△角回为测角回程误差；
d正为正向转动角度值；
d反为反向转动角度值。
步骤e的具体操作方法为：使攻角机构沿某坐标向正或反方向移动一定位移后，以此位置为起点，按给定的间隔距离移动，向同一方向连续移动多次，依次进行定位校准，在移动装置的全行程校准过程中，在正方向、负方向分别进行校准，测量实际移动距离与给定移动距离的误差，即该位置的定位误差；
取各次测定误差值中绝对值最大者为攻角机构的定位误差；
定位误差按公式(4)计算：
△位i＝li–l………………………………(4)
式中，△位i为各次校准的定位误差；
li为各次实测的位移值；
l为给定的位移值。
步骤f的具体操作方法为：使攻角机构沿某坐标方向移动一段距离后，以此位置为起点，在同一方向移动给定的位移，分别进行三次双向重复定位移动，测量单向重复定位移动的定位误差，记录最大和最小定位误差，按极差法计算单向重复定位误差，以双向的最大值为该位置重复定位误差；
在移动装置的坐标行程中间和靠近两端的三个位置分别进行校准，取测定的三个位置中最大值为攻角机构的重复定位误差；
重复定位误差按公式(5)计算：
△位重＝(△位max-△位min)/dn………………………………(5)
式中，△位重为重复定位误差；
△位max为各次定位误差的最大值；
△位min为各次定位误差的最小值；
dn——极差系数，n为测量次数(3＜n≤6)。
步骤g的具体操作方法为：使攻角机构沿一坐标方向移动一段距离后，以此位置为起点，先向一个方向移动给定的位移，然后向相反方向移动相同的位移，测定正、反移动位移的差值，即该位置的位移回程差；
在移动装置的坐标行程中间和靠近两端三个位置分别进行校准，取测定三个位置的位移差值中绝对值最大者为攻角机构的位移回程差；
位移回程差按公式(6)计算：
△位回＝l正–l反………………………………(6)
式中，△位回为位移回程差；
l正为正向移动位移值；
l反为反向移动位移值。
步骤h的具体操作方法为：使攻角机构沿一坐标方向移动一段距离，以此位置为起点，每次给一个最小单步控制指令，使其在同一方向移动，连续移动多次，测量各次移动的实际位移与最小单步控制指令值的差值，即该位置的单步位移差；
在移动装置的坐标行程中间和靠近两端三个位置分别进行校准，取测定三个位置差值中绝对值最大者为攻角机构的单步位移差；
按公式(7)计算：
△位单i＝li–l单………………………………(7)
式中，△位单i为各次校准的单步位移差；
li为各次实测的位移值；
l单为最小(单步)控制指令值。
实际测试结果：分别采用r202n激光全站仪、tesa电子倾斜仪、hp5529a双频激光干涉仪，对某风洞cts装置的α、β、γ角和x、y、z坐标工作行程进行校准，其中α、β、γ角度范围分别是：±45°、±45°、±330°，x、y、z坐标工作行程分别为1800mm、1800mm、1600mm，溯源结果见表1、表2。
表1角度项目的溯源结果
表5位移项目的溯源结果
从测试数据和测试结果可知，采用r202n激光全站仪、tesa电子倾斜仪、hp5529a双频激光干涉仪对风洞试验攻角机构进行测试测量，其选择的标准仪器是合理性的、技术途径和测试方法是可行的，能满足风洞试验攻角机构的溯源要求。
结合当前风洞试验攻角机构的使用情况，本发明提出风洞常用型号的风洞试验攻角机构溯源方法，溯源连清晰，可行性强。突破风洞试验攻角机构无溯源渠道而无法进行量值溯源的限制，解决了风洞试验攻角机构位姿参数量值溯源问题，保障了风洞试验攻角机构控制或测量气动力试验，测量结果的准确性与可靠性。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。