一种基于卫星接收机的航姿仪校准装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于校准航姿仪的装置和方法，属于航姿仪校准技术领域。
【背景技术】
[0002]基于卫星接收机的航姿仪是在一个运动载体的几个不同位置上分别安装接收天线，利用载波相位测量求解出运动载体的三维姿态参数，主要有双天线测姿和三天线测姿两种方式。基于卫星接收机的航姿仪广泛应用于汽车、舰船、无人机等领域，其给出的量值准确与否，直接关系到航行的安全。但目前缺少对双天线测姿仪和三天线测姿仪进行校准的相关技术。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种基于卫星接收机的航姿仪校准装置和方法，其实现对双天线测姿仪和三天线测姿仪测量得到的航向角、俯仰角和横滚角进行校准。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0005]本发明提出的一种基于卫星接收机的航姿仪校准装置，其特征在于:其包括:垂直转台(I)、水平转台I⑵、水平转台II (3)和基线杆(27)。
[0006]水平转台I (2)与水平转台II (3)对称固定在垂直转台(I)的两侧。
[0007]所述垂直转台(I)包含:联轴体(4)、垂直轴(5)、垂直轴电机(8)、垂直轴光栅
(9)、壳体(10)、调平底座(11)、轴承I(21)和轴承II (22)。联轴体(4)固定在垂直轴(5)的顶部；水平转台I (2)和水平转台II (3)对称固定安装与联轴体⑷的两侧。轴承I (21)、轴承II (22)、垂直轴电机(8)和垂直轴光栅(9)自上而下套在垂直轴(5)上，并与垂直轴
(5)连接；壳体(10)罩在轴承I (21)、轴承II (22)、垂直轴电机(8)和垂直轴光栅(9)的外围，并与轴承I (21)、轴承II (22)和垂直轴电机⑶固定连接；壳体(10)固定在调平底座(11)上。调平底座(11)的作用是对所述航姿仪校准装置进行调平和支撑。
[0008]轴承I (21)、轴承II (22)、垂直轴电机(8)、垂直轴光栅(9)、垂直轴(5)和壳体
(10)均同轴。
[0009]所述水平转台II (3)与水平转台I (2)组成结构完全相同；水平转台I (2)和水平转台II (3)对称固定安装在联轴体(4)的两侧，并且水平转台II (3)与水平转台I (2)同轴；水平转台II (3)的轴线与垂直转台(I)的轴线相交正交。
[0010]所述水平转台I (2)或水平转台II (3)包含:水平轴(6)、电机(12)、光栅(13)、支撑壳体(14)、安装块(15)、轴承III (23)和轴承IV (24)。
[0011]支撑壳体(14)的一端与联轴体(4)固定连接；电机(12)、光栅(13)、轴承III (23)和轴承IV (24)均位于支撑壳体(14)内，并且支撑壳体(14)分别与电机(12)、轴承III (23)和轴承IV (24)固定连接。光栅(13)、电机(12)、轴承III (23)和轴承IV (24)依次套接在水平轴(6)上，并且距离联轴体(4)由近及远。水平轴(6)距离联轴体(4)远的一端伸出支撑壳体(14)，并与安装块(15)固定连接。
[0012]水平轴(6)、电机(12)、光栅(13)、支撑壳体(14)、轴承III (23)和轴承IV (24)均同轴。
[0013]使用所述航姿仪校准装置对被测物双天线测姿仪进行校准的具体操作步骤为:
[0014]步骤1:将被测物双天线测姿仪的天线I (28)固定在水平转台I (2)的安装块
[15]上；将被测物双天线测姿仪的天线II(29)固定在水平转台II (3)的安装块(15)上。
[0015]步骤2:开启所述航姿仪校准装置，垂直转台⑴中的垂直轴电机(8)、水平转台
I(2)和水平转台II (3)中的电机(12)开始工作，垂直轴电机⑶带动水平转台I (2)和水平转台II (3)在水平面上旋转；水平转台I (2)中的电机(12)带动水平转台I (2)中的安装块(15)沿水平转台I (2)的轴线转动；水平转台II (3)中的电机(12)带动水平转台
II(3)的安装块(15)沿水平转台II (3)的轴线转动；水平转台I (2)与水平转台II (3)做同向同速转动。
[0016]步骤3:利用经玮仪测量出天线I (28)和天线II (29)的初始位置连线与天文北向基准之间的夹角(用符号α表示)；对水平转台I (2)和水平转台II (3)中的光栅(13)水平置O。
[0017]步骤4:垂直轴光栅(9)测量天线I (28)和天线II (29)的相对航向角(用符号表示)；水平转台I⑵中的光栅(13)测量天线I (28)的俯仰角(用符号Θ i表示)；
水平转台II (3)中的光栅(13)测量天线II (29)的俯仰角(用符号θ2表示)；被测物双天线测姿仪实时测量得到天线I (28)和天线II (29)的航向角测量值(用符号β "表示)以及天线I (28)和天线II (29)的俯仰角(用符号Θ表示)。
[0018]步骤5:根据天线I (28)和天线II (29)的初始位置连线与天文北向基准之间的夹角α以及天线I (28)和天线II (29)的相对航向角β ’计算得到天线I (28)和天线II (29)的航向角计算值(用符号β表示)。
[0019]步骤6:将步骤4中被测物双天线测姿仪测量得到的天线I (28)和天线II (29)的航向角测量值β "与步骤5得到的天线I (28)和天线II (29)的航向角计算值β进行比较，得到航向角偏差(用符号△ β表示)；同时将步骤4中被测物双天线测姿仪测量得到的天线I (28)和天线II (29)的俯仰角Θ分别与水平转台I (2)中的光栅(13)测量得到的天线I (28)的俯仰角Q1和水平转台II (3)中的光栅(13)测量得到的天线II (29)的俯仰角92进行比较，得到俯仰角偏差(用符号Λ Θ表示)。
[0020]步骤7:使用步骤6得到航向角偏差Λ β和俯仰角偏差Λ Θ对被测物双天线测姿仪进行校准。
[0021]通过上述步骤的操作，即可完成对双天线测姿仪的校准。
[0022]使用所述航姿仪校准装置对被测物三天线测姿仪进行校准时，其具体操作步骤为:
[0023]第I步:将基线杆(27)固定安装在水平转台II (3)的安装块(15)上；基线杆(27)的轴线与水平转台II (3)的轴线正交。
[0024]第2步:将被测物三天线测姿仪的天线Α(30)固定在水平转台I (2)的安装块
(15)上；将被测物三天线测姿仪的天线B (31)和天线C(32)分别固定在基线杆(27)的两端。
[0025]第3步:开启所述航姿仪校准装置，垂直转台(I)中的垂直轴电机(8)、水平转台I(2)和水平转台II (3)中的电机(12)开始工作，垂直轴电机⑶带动水平转台I (2)和水平转台II (3)在水平面上旋转；水平转台I (2)中的电机(12)带动水平转台I (2)中的安装块(15)沿水平转台I (2)的轴线转动；水平转台II (3)中的电机(12)带动水平转台
II(3)的安装块(15)沿水平转台II (3)的轴线转动；水平转台I (2)与水平转台II (3)做同向同速转动。
[0026]第4步:利用经玮仪测量出天线B(31)和天线C(32)的初始位置连线与天文北向基准之间的夹角(用符号α '表示)；对水平转台I (2)和水平转台II (3)中的光栅(13)水平置O。
[0027]第5步:垂直轴光栅(9)测量天线Β(31)和天线C(32)的相对航向角(用符号fV表示)；水平转台I⑵中的光栅(13)测量天线A(30)的俯仰角(用符号Θ /表示)；水平转台II⑶中的光栅(13)测量基线杆(27)的俯仰角(用符号θ2'表示)；被测物三天线测姿仪实时测量得到天线Β(31)和天线C(32)的航向角测量值(用符号β/'表示)以及天线Β(31)和天线C(32)的俯仰角(用符号Θ '表示)。
[0028]第6步:根据天线B(31)和天线C(32)的初始位置连线与天文北向基准之间的夹角α '以及天线B (31)和天线C (32)的相对航向角β/计算得到天线B (31)和天线C (32)的航向角计算值(用符号β:表示)。
[0029]第7步:将第5步中被测物三天线测姿仪测量得到的天线B(31)和天线C(32)的航向角测量值^1"与第6步得到的天线Β(31)和天线C(32)的航向角计算值P1进行比较，得到航向角偏差△ β ;同时将第5步中被测物三天线测姿仪测量得到的天线Β(31)和天线C(32)的俯仰角Θ '分别与水平转台I (2)中的光栅(13)测量得到的天线A(30)的俯仰角Θ/和水平转台II⑶中的光栅(13)测量得到的基线杆(27)的俯仰角θ2'进行比较，得到俯仰角偏差Δ Θ。