一种光电平台与载机安装角度零位对准的方法与流程

本发明涉及航空测试的技术领域，具体涉及一种机载光电平台与载机安装角度零位对准的方法。

背景技术

空中侦察的目标定位由光电平台指向目标的方位角、俯仰角及激光测距机给出的目标与光电平台距离，再结合载机位置信息、载机姿态角，计算出目标在大地坐标系下的经度、纬度及大地高。目标定位实质就是光电平台坐标系、载机坐标系、载机地理坐标系、大地直角坐标系、大地坐标系之间的几次坐标转换关系。目标定位的最终结果与每个坐标值的准确性及坐标系之间转换的准确性密切相关。光电平台一般安装在载机的前下方，其坐标原点的空间位置与载机坐标原点空间位置不相同，从而导致光电平台坐标系与载机坐标系会产生平移及可能产生旋转。由于被测量目标距离载机较远，坐标平移对于目标定位影响很小，工程上可以忽略不计，但是，两个坐标系的旋转即光电平台坐标系与载机坐标系之间相应坐标轴的平行性误差对定位精度影响很大，需要在光电平台安装过程中进行精确测量、校正。光电平台安装零位标校就是采用光学方法测量、调整确保光电平台的方位轴零位与载机纵轴平行，光电平台俯仰轴零位与载机俯仰轴平行。

因此，针对光电平台坐标系与载机坐标系之间所存在旋转导致定位精度不准的问题，有必要提出一种能够确保光电平台的方位轴零位与载机纵轴平行，光电平台俯仰轴零位与载机俯仰轴平行的光电平台与载机安装角度零位对准的方法。

技术实现要素：

针对光电平台坐标系与载机坐标系之间所存在旋转导致定位精度不准的问题，有必要提出一种能够确保光电平台的方位轴零位与载机纵轴平行，光电平台俯仰轴零位与载机俯仰轴平行的光电平台与载机安装角度零位对准的方法。本发明实施例所提供的一种光电平台与载机安装角度零位对准的方法能够确保光电平台的方位轴零位与载机纵轴平行，光电平台俯仰轴零位与载机俯仰轴平行，从而提高目标定位的精度。

该光电平台与载机安装角度零位对准的方法的具体方案如下：一种光电平台与载机安装角度零位对准的方法，包括步骤：步骤s1：调平载机，使得载机的纵轴线平行于大地水平面，再在所述载机的两个纵轴线标志点上分别形成第一铅垂线和第二铅垂线；步骤s2：在所述载机纵轴线的延长线的地面上布置一个直线导轨，所述直线导轨的运动方向垂直于所述载机的纵轴线；步骤s3：在所述直线导轨上固定自准直经纬仪，并调平所述自准直经纬仪；步骤s4：将所述自准直经纬仪的俯仰方向平行于大地水平面，并沿方位方向进行搜寻，直至瞄准所述第一铅垂线，并记录此时的自准直经纬仪的方位角度a0；步骤s5：改变所述自准直经纬仪的内调焦，并将所述自准直经纬仪的俯仰方向平行于大地水平面，沿方位方向进行搜寻，直至瞄准所述第二铅垂线，记录此时的自准直经纬仪的方位角度a1；步骤s6：判断所述a0与a1是否处于预设的误差范围之内，若不处于，则重复步骤s4和步骤s5，直至所述a0与a1处于误差范围之内；步骤s7：记录所述自准直经纬仪的俯仰角度e1；步骤s8：开启所述自准直经纬仪分划板照明光源，并分别沿方位方向和俯仰方向转动所述自准直经纬仪及光电平台，用所述光电平台的可见光视轴搜索所述自准直经纬仪的分划板像，直至所述光电平台的电十字丝中心与所述自准直经纬仪分划板的十字丝像中心重合；记录此时的自准直经纬仪的方位角a2和俯仰角e2，记录此时的光电平台的方位角α和俯仰角β，得到自准经纬仪与光电平台的方位夹角δa和俯仰夹角δe；步骤s9：调试计算机软件将所述光电平台的方位角由α修改成δa，将所述光电平台的俯仰角由β修改成-δe。

优选地，所述步骤s1中形成第一铅垂线和第二铅垂线的具体过程为分别在所述两个标志点的位置捆绑第一铅垂线和第二铅垂线，所述第一铅垂线和第二铅垂线的下端各拴铅坠。

优选地，所述步骤s6的预设的误差范围为a0与a1的差值范围为-2″到2″。

优选地，所述方位夹角δa＝a1-a2。

优选地，所述俯仰角夹角δe＝e1-e2。

优选地，所述光电平台与载机安装角度零位对准的方法的零位标校的方位误差为其中，σa1为自准直经纬仪中心偏离载机纵轴误差，σa2为自准直经纬仪方位瞄准误差，σa3为自准直经纬仪内调焦误差，σa6为光电平台可见光视轴方位瞄准误差。

优选地，所述光电平台与载机安装角度零位对准的方法的零位标校的俯仰误差为其中，σe2为自准直经纬仪俯仰瞄准误差，σe4为自准直经纬仪调平误差，σe5为自准直经纬仪零位误差，σe6为光电平台可见光视轴俯仰瞄准误差。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例所提供的一种光电平台与载机安装角度零位对准的方法包括铅垂线设置步骤、直线导轨调整步骤、自准直经纬仪瞄准步骤、光电平台瞄准步骤及调试计算机修正步骤，确保光电平台的方位轴零位与载机纵轴平行，光电平台俯仰轴零位与载机俯仰轴平行，从而提高目标定位的精度。本发明实施例所提供的一种光电平台与载机安装角度零位对准的方法利用自准直经纬仪视轴既能接收目标信息，又能发出自身视轴信息的特性，用自准直经纬仪视轴分别模拟载机纵轴和光电平台视轴，记录自准直经纬仪的方位角度值和俯仰角度值，获得自准直经纬仪分别瞄准载机纵轴和光电平台视轴时的方位角度差δa和俯仰角度差δe,用调试计算机修改光电平台的角度，使得光电平台坐标系的方位轴和俯仰轴与载机坐标系的方位轴和俯仰轴平行。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种光电平台与载机安装角度零位对准的方法的流程示意图；

图2为发明实施例中提供的一种光电平台与载机安装角度零位对准的方法所对应标校系统的俯视示意图；

图3为发明实施例中提供的一种光电平台与载机安装角度零位对准的方法所对应标校系统的侧视示意图。

附图中标号说明：

100、标校系统1、载机2、光电平台

3、直线导轨4、自准经纬仪5、第一轴线

6、第二轴线7、第三轴线8、第四轴线

9、第一铅垂线10、第二铅垂线

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，本发明实施例中提供的一种光电平台与载机安装角度零位对准的方法的流程示意图。在该实施例中，光电平台与载机安装角度零位对准的方法包括铅垂线设置步骤、直线导轨调整步骤、自准直经纬仪瞄准步骤、光电平台瞄准步骤及调试计算机修正步骤，将上述概括性的步骤可以具体描述成九个步骤，具体过程如下所述。

如图2和图3所示，光电平台安装零位标校(即标校系统100)包括载机1、光电平台2、自准直经纬仪4、第一铅垂线9、第二铅垂线10、直线导轨3、光电平台显示系统(图中未示出)和调试计算机(图中未示出)等设备。

步骤s1：调平载机1，使得载机1的纵轴线平行于大地水平面，再在所述载机的两个纵轴线标志点上分别形成第一铅垂线9和第二铅垂线10。此处的纵轴线为图2中所示的第一轴线5。载机1机腹下有两个标志点，两点连线为载机1的纵轴线(即第一轴线5)。第一轴线5代表载机1的方位轴零位，载机1调平后，第一轴线5与水平面等高两点连线代表载机的俯仰轴零位。形成第一铅垂线9和第二铅垂线10的具体过程为分别在所述两个标志点的位置捆绑第一铅垂线9和第二铅垂线10，第一铅垂线9和第二铅垂线10的下端各拴铅坠。

步骤s2：在载机1的纵轴线(即第一轴线5)的延长线的地面上布置一个直线导轨3，直线导轨3的运动方向垂直于载机1的纵轴线(即第一轴线5)。

步骤s3：在直线导轨3上固定自准直经纬仪4，并调平自准直经纬仪4。

步骤s4：将自准直经纬仪4的俯仰方向平行于大地水平面，并沿方位方向进行搜寻，直至瞄准第一铅垂线9，并记录此时的自准直经纬仪4的方位角度a0。将方位角度a0定义成初始方位角度。

步骤s5：改变自准直经纬仪4的内调焦，并将自准直经纬仪4的俯仰方向平行于大地水平面，沿方位方向进行搜寻，直至瞄准第二铅垂线10，记录此时的自准直经纬仪4的方位角度a1。将方位角度a1定义成第一方位角度。

步骤s6：判断所述a0与a1是否处于预设的误差范围之内，若不处于，则重复步骤s4和步骤s5，直至处于误差范围之内；否则，进入步骤s7。在该实施例中，预设的误差范围为a0与a1的差值范围为-2″到2″。当a0与a1是否处于预设的误差范围之内时，表示自准经纬仪4中心位于机载1纵轴(即第一轴线5)的延长线上。

步骤s7：记录自准直经纬仪4的俯仰角度e1。此时，自准直经纬仪4的视轴与载机1的纵轴平行，同时与大地水平面平行。将俯仰角度e1定义成第一俯仰角度。

步骤s8：开启自准直经纬仪4分划板照明光源，并分别沿方位方向和俯仰方向转动所述自准直经纬仪4及光电平台2，用光电平台2的可见光视轴搜索自准直经纬仪4的分划板像，直至光电平台2的电十字丝中心与自准直经纬仪4分划板的十字丝像中心重合。光电平台2的电十字丝中心与自准直经纬仪4分划板的十字丝像中心重合，表示光电平台2可见光视轴平行于自准直经纬仪4视轴。记录此时的自准直经纬仪4的方位角a2和俯仰角e2，记录此时的光电平台2的方位角α和俯仰角β，得到自准经纬仪4与光电平台2的方位夹角δa和俯仰夹角δe。将方位角a2定义成第二方位角度，将俯仰角e2定义成第二俯仰角度。方位夹角δa的具体表达式如公式1所示：

δa＝a1-a2(公式1)

俯仰夹角δe的具体表达式如公式2所示：

δe＝e1-e2(公式2)

步骤s9：调试计算机软件将光电平台2的方位角由α修改成δa，将所述光电平台的俯仰角由β修改成-δe。

继续参考图2和图3，具体阐述本发明实施例所提出光电平台与载机安装角度零位对准方法的原理。一般情况下，光电平台2的坐标原点的空间位置与载机1的坐标原点空间位置不相同，光电平台坐标系中心偏离载机纵轴。第一轴线5是载机正下方两个标志点形成的载机纵轴线。第二轴线6表示光电平台视轴平行于纵轴线时，光电平台的方位指向。由几何关系推导出，如果方位角度α＝δa，则第一轴线5与第二轴线6平行。其中，α是光电平台视轴瞄准自准直经纬仪视轴时光电平台的方位角度。将此时光电平台的方位角度值修改成δa,则光电平台视轴的方位角为零时,其方位指向平行于载机纵轴线。

第三轴线7是自准直经纬仪在大地水平面内分别瞄准载机纵轴标志点而形成的水平线。第四轴线8表示光电平台视轴平行于大地水平面时光电平台的俯仰指向。由几何关系推导出，如果俯仰角度β＝δe,则第三轴线7与第四轴线8平行。其中，β是光电平台视轴瞄准自准直经纬仪视轴时光电平台的俯仰角度。将此时光电平台的俯仰角度值修改成-δe,则光电平台视轴的俯仰角为零时,其俯仰指向平行于大地水平面。

进一步地，有关本发明实施例所提出的光电平台与载机安装角度零位对准方法的零位标校误差分析具体如下所述。光电平台安装零位标校涉及到铅垂线设置，直线导轨调整，自准直经纬仪瞄准，光电平台瞄准及调试计算机修正等几个工作过程，其中，铅垂线设置误差极小，调试计算机修正没有误差，可忽略；其它工作过程的单项误差对零位标校总误差的贡献分析如下：

(1)自准直经纬仪中心偏离载机纵轴误差σa1，取σa1＝2″，服从正态分布。

(2)自准直经纬仪方位瞄准误差σa2，取σa2＝2″，服从正态分布；俯仰瞄准误差σe2，取σe2＝6″，服从正态分布。

(3)自准直经纬仪内调焦误差σa3，取σa3＝6″，服从正态分布。

(4)自准直经纬仪调平误差σe4，取σe4＝12″，服从等概率分布。

(5)自准直经纬仪零位误差σe5，取σe5＝2″，服从正态分布。

(6)光电平台可见光视轴方位瞄准误差σa6，取σa6＝20″，服从正态分布；俯仰瞄准误差σe6，取σe6＝20″，服从正态分布。

综上所述，本发明实施例提供的一种光电平台与载机安装角度零位对准方法的零位标校的方位误差：本发明实施例提供的一种光电平台与载机安装角度零位对准方法的零位标校的俯仰误差：

本发明实施例所提供的一种光电平台与载机安装角度零位对准的方法包括铅垂线设置步骤、直线导轨调整步骤、自准直经纬仪瞄准步骤、光电平台瞄准步骤及调试计算机修正步骤，确保光电平台的方位轴零位与载机纵轴平行，光电平台俯仰轴零位与载机俯仰轴平行，从而提高目标定位的精度。

本发明实施例所提供的一种光电平台与载机安装角度零位对准的方法利用自准直经纬仪视轴既能接收目标信息，又能发出自身视轴信息的特性，用自准直经纬仪视轴分别模拟载机纵轴和光电平台视轴，记录自准直经纬仪的方位角度值和俯仰角度值，获得自准直经纬仪分别瞄准载机纵轴和光电平台视轴时的方位角度差δa和俯仰角度差δe,用调试计算机修改光电平台的角度，使得光电平台坐标系的方位轴和俯仰轴与载机坐标系的方位轴和俯仰轴平行。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。