一种倾斜度激光测量方法及系统与流程

本发明涉及激光测量技术领域，特别是涉及一种倾斜度激光测量方法及系统。

背景技术：

导弹发射井指供导弹垂直贮存、准备和实施发射的地下工程设施。液体战略导弹在液体推进剂静压长期作用下，其导弹结构内部的应力水平很高，会产生较大的变形，使导弹结构发生微小不平衡或质心发生微小偏移，从而导致弹体在发射井中的位置发生偏移。在大的不平衡静力作用下，导弹结构会发生损伤，原有初始缺陷会进一步发展，特别是在地壳运动、物体撞击等冲击载荷作用下，由于推进剂与贮箱之间的流固耦合作用，使导弹结构发生强迫振动，导致导弹结构变形大幅增加，应力水平显著提高，导弹结构处于高水平的动态应力应变状态，弹体在发射井中进一步发生偏斜，此时更容易发生结构损伤。如果初始缺陷快速发展，会使导弹面临推进剂泄漏和导弹发射后发生结构破坏的风险，致使导弹的安全性、有效性和戒备率均大大降低。因此，实时监测导弹弹体结构的偏斜程度，可为分析掌握导弹的结构状态提供充分的技术保障。

倾斜度测量技术广泛应用于建筑物、桥梁等领域，目前主要采用光学经纬仪等人工手段完成，无法实现实时在线自动测量。而针对大型液体导弹等类似圆柱体的结构，更是缺乏相应的在线倾斜度测量方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种倾斜度激光测量方法及系统，针对导弹弹体结构由于地壳运动、外力等因素导致的倾斜问题，采用两套激光测距仪实现弹体倾斜度的实时快速测量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种倾斜度激光测量系统，其特征在于，所述系统包括：导弹发射井、导弹弹体和两套激光测距仪；所述导弹弹体位于所述导弹发射井中，且所述导弹弹体底部固定；所述两套激光测距仪位于同一水平面固定于所述导弹发射井的井壁上，所述两套激光测距仪安装位置到所述导弹发射井横截面圆心的连线互相垂直。

本发明还公开了一种倾斜度激光测量方法，所述方法包括：

获取激光测距仪与导弹弹体之间的距离；

根据所述距离计算所述导弹弹体截面圆心的初始坐标；

以所述初始坐标为迭代初始值，通过迭代计算获得所述导弹弹体截面圆心的精确坐标；

根据所述导弹弹体的半径和所述精确坐标计算所述导弹弹体的倾斜度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

1、采用两个激光测距仪实现对导弹弹体倾斜度的实时快速测量，测量方法灵活，可实现现场非接触测量，精度高，特别适用于大型圆柱体结构倾斜度的测量。

2、直接采用激光测距仪与导弹弹体之间的距离来计算导弹弹体截面圆心坐标的求解过程十分复杂且计算量过大，针对该计算方法的缺陷，本发明提出了一种快速简洁的导弹弹体截面圆心坐标计算方法，首先对导弹弹体截面圆心位置的初始坐标进行估算，然后再进行迭代运算获得导弹弹体截面圆心的精确坐标，进而实现了导弹弹体倾斜度的快速计算。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种倾斜度激光测量系统实施例的截面示意图；

图2为本发明一种倾斜度激光测量方法实施例的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种倾斜度激光测量方法及系统。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明一种倾斜度激光测量系统实施例的截面示意图。

参见图1，一种倾斜度激光测量系统，包括：导弹弹体101，导弹发射井102，第一套激光测距仪103和第二套激光测距仪104。

导弹弹体101底部固定于导弹发射井102中，图1中实线圆代表导弹发射井102井壁的某个横截面，该横截面与两套激光测距仪的安装位置位于同一水平面上。图1中虚线圆代表导弹弹体101的某个水平截面，该水平截面同样与两套激光测距仪的安装位置位于同一水平面上。即，图1所示的导弹发射井102井壁的横截面和导弹弹体101的水平截面以及两套激光测距仪的安装位置均位于同一水平面上。第一套激光测距仪103和第二套激光测距仪104分别固定于导弹发射井102的井壁上同一水平横截面上的A、B两个位置，所述两套激光测距仪的安装位置A、B到所述导弹发射井102横截面圆心O的连线互相垂直，即两套激光测距仪沿着井壁相差90°固定于井壁上。第一套激光测距仪103和第二套激光测距仪104的测量精度均高于1mm。

第一套激光测距仪103用于测量安装位置A点到导弹弹体101的距离l₁，第二套激光测距仪104用于测量安装位置B点到导弹弹体101的距离l₂。O点为导弹发射井102横截面的圆心，也是导弹弹体101水平截面圆心的初始位置。O’为倾斜后的导弹弹体101水平截面的圆心位置，O’坐标表示为(x,y)。α为O’与y轴的夹角，β为O’与x轴的夹角。用h表示O点至导弹弹体101底部的垂直距离，用γ表示导弹弹体101偏离其理想轴心线(z轴)的角度，即导弹弹体101的弹体倾斜度。导弹发射井102和导弹弹体101的半径分别为R1和R2。

图2为本发明一种倾斜度激光测量方法实施例的流程图。

参见图2，一种倾斜度激光测量方法，包括：

步骤201：获取激光测距仪与导弹弹体之间的距离。

获取第一套激光测距仪103测量的A点到导弹弹体101的距离l₁和第二套激光测距仪104测量的B点到导弹弹体101的距离l₂。

步骤202：计算导弹弹体截面圆心的初始坐标。

根据所述距离l₁和距离l₂，用方程组计算导弹弹体截面圆心的初始坐标(x₀，y₀)。

步骤203：计算导弹弹体截面圆心的精确坐标。

以上述导弹弹体截面圆心的初始坐标(x₀，y₀)为迭代初始值，用方程组迭代计算导弹弹体截面圆心的精确坐标(x，y)，控制迭代步数10步或精度达到0.1mm完成迭代计算，获得导弹弹体截面圆心的精确坐标(x，y)。

步骤204：计算导弹弹体的倾斜度。

用公式计算导弹弹体的倾斜度γ。

本发明的上述技术方案，采用两个激光测距仪实现导弹弹体倾斜度的实时快速测量，测量方法灵活，可实现现场非接触测量，精度高，其两套激光测距仪沿着井壁相差90°固定于井壁上的结构特别适用于大型圆柱体结构倾斜度的测量。本发明还采用了一种快速简洁的导弹弹体截面圆心坐标的计算方法，首先对导弹弹体截面圆心位置的初始坐标进行估算，然后再进行迭代运算获得导弹弹体截面圆心的精确坐标，进而实现导弹弹体倾斜度的快速计算。

而现有技术中计算导弹弹体倾斜度的方法，是直接采用激光测距仪与导弹弹体之间的距离来计算导弹弹体截面的圆心坐标，其计算过程如下：

首先根据图1得到公式：

将方程组(1)变形为方程组(2)：

进一步将方程组(2)变形为方程组(3)：

将方程组(3)中两个方程进行相减得到公式(4)：

2(R₁-l₁)x+2(R₁-l₂)y+(R₁-l₁)²-(R₁-l₂)²＝0 (4)

将公式(4)变形为公式(5)：

把公式(5)带入方程组(3)中的第二个方程可得：

把式(6)进行变形可得式(7)：

令Δl₁＝R₁-l₁，Δl₂＝R₁-l₂，则式(7)变为：

对式(8)求解得到：

得到y_1,2的值后，将y_1,2的值带入式(5)得到x_1,2的值，然后再判断哪一组解是正确解。判断完正确解后才能根据(x，y)的值求解导弹弹体的倾斜度。可见，上述现有技术的直接求解过程十分复杂，计算量过大。针对该直接求解过程的这一缺陷，本发明提出了一种更为简洁的快速迭代算法来实现导弹弹体倾斜度的快速计算。

作为本发明的另一个具体实施例，其方案如下：

假设图1中导弹发射井102和导弹弹体101的的半径分别为：R₁＝4000mm,R₂＝1625mm，导弹发射井横截面圆心O点至导弹弹体底部的垂直距离h＝20000mm。获取第一套激光测距仪103测量的A点到导弹弹体101的距离l₁＝2732mm，第二套激光测距仪104测量的B点到导弹弹体101的距离l₂＝2152mm。

根据上述获得的距离l₁和l₂，用方程组求得导弹弹体截面圆心的初始坐标为(357mm，223mm)。

以上述求得的导弹弹体截面圆心位置的初始坐标(357mm，223mm)为迭代初始值，用方程组经过10步迭代得到导弹弹体截面圆心的精确坐标为(329mm，256mm)。

然后采用公式计算得到导弹弹体的倾斜度γ＝1.1941°。

此外，还可以用方程组计算倾斜后的导弹弹体截面圆心O’与y轴、x轴的夹角α、β，来辅助判断导弹弹体的倾斜度。根据上述方程组求得α为11.68°，β为9.07°。

可见本发明的上述技术方案，与直接采用激光测距仪与弹体之间的距离来计算导弹弹体截面圆心坐标的求解过程相比，能够快速简洁的计算出导弹弹体截面的圆心坐标，从而实现了导弹弹体倾斜度的快速计算。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。