一种高精度姿态变化量测量方法与流程

本发明涉及舰船惯性导航系统抗冲击技术领域，尤其是一种高精度姿态变化量测量方法。

背景技术：

随着新版本国军标的推广和用户对装备性能要求的不断提高，具备抗冲击能力成为舰载设备必须迈过去的门槛。惯性导航设备作为导航系统的重要组成部分，其抗冲击能力要求更高，除设备无故障之外还要保证航向和姿态输出的准确性。这就要求为惯性平台提供抗冲击能力的缓冲基座具备极高的复位精度，即冲击前后姿态变化均小于30″。

为验证缓冲基座冲击前后复位精度，通常使用两经纬仪法(如图1所示，1为缓冲基座，a、b、c、d为缓冲基座上安装的玻璃平面镜，其中a、b为左右向，c、d为艏艉向；y、z为经纬仪)。即在缓冲基座上下板各布置一个光学六面体或两正交的平面镜，冲击试验前，利用自准直经纬仪分别测量上、下板的空间姿态，计算姿态差值，冲击后复测上、下板空间姿态并计算差值，将其与冲击前的姿态差值比较，变化量即为缓冲基座的复位精度。然而实验中发现测得的复位精度重复性很差，无法满足测量精度要求，需要改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种能显著提高测量精度和重复性的高精度姿态变化量测量方法。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的：

一种高精度姿态变化量测量方法，包括以下步骤：

a)于缓冲基座底板艏艉向和侧向的侧立面安装两个平面反射镜，两镜面法线正交；参考缓冲基座底板，于缓冲基座顶板的相同位置安装两个平面反射镜，两镜面法线正交；

b)将缓冲基座置于可调平平板或千斤顶上，以自准直经纬仪依次照准缓冲基座底部两正交镜面，该自准直经纬仪为第一台自准直经纬仪，根据自准直经纬仪水平示数将缓冲基座置平，测量两镜面法线的水平倾角并记录；

c)将第一台自准直经纬仪架设在缓冲基座首尾向，照准底板的平面反射镜；在能够与第一台经纬仪互瞄，且能够照准底板侧向平面反射镜的位置架设第二台自准直经纬仪，位置确定后于地面设置标识，保证设备定点使用；

d)在距离两台自准直经纬仪五米以外架设第三台自准直经纬仪作为测角基准，第一台和第二台测量用自准直经纬仪依次与第三台自准直经纬仪互瞄，完成坐标系取齐；互瞄过程中第三台自准直经纬仪作为焦距基准，测量过程中焦距不得调整；自准直经纬仪互瞄时首先以望远镜状态对准目标经纬仪内乩标，确保光路轴线对准；

e)第一台和第二台自准直经纬仪分别测量各自方向上的底板平面反射镜、顶板平面反射镜，由于顶板、底板的平面反射镜存在高度差，自准直经纬仪需重新架设，架设后必须同第三台自准直经纬仪互瞄，完成坐标系取齐和焦距取齐；

f)自准直经纬仪互瞄后，第一台和第二台自准直经纬仪照准镜面时均正、倒向读两次数据后求均值，消除仪器误差；

g)测量过程中，根据设备底部两正交镜面的测量值是否与初始测量值吻合检查测量重复精度。

而且，步骤a)中，缓冲基座底板所安装的两个平面反射镜的两镜面法线正交误差小于10″；缓冲基座顶板所安装的两个平面反射镜的两镜面法线正交误差小于10″。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明测量方法与传统的两经纬仪法的主要区别在于：

a)引入第三台经纬仪作为方位测量基准和焦距基准

在距离试验设备较远处架设第三台经纬仪作为基准，其位置及焦距都固定不变，测量过程中不重复架设，可以减少经纬仪多次互瞄引起的人为估值误差，可以消除因为调整焦距而带来的测量误差；测量中两台测量经纬仪向第三台经纬仪取齐，使得测量数据均为同一坐标系内数值，提高了测量数据的可比性，对提高测量精度和便捷性有显著帮助。

b)以检查两基准镜正交性作为精度检验手段

以自准直经纬仪照准被测设备底部两正交镜面，根据水平示数将设备置平，测量两镜面法线夹角并记录。后续测量中定期检查两镜面法线夹角的测量值，如产生较大变化，应检查基准镜安装是否可靠，检查测量重复性，实现测量过程中的可信度检验。

2、本发明是一种设计科学、操作容易的高精度姿态变化量测量方法，本测量方法通过引入第三台经纬仪作为方位测量基准和焦距基准，并采用检查两基准镜正交性作为精度检验手段，可以提高缓冲基座复位精度测量重复性，使测量精度达到标准要求，保证测量结果的准确性，并为惯导设备的质量提供准确的参考数据，适合推广应用。

附图说明

图1是现有的两经纬仪法示意图；

图2是改进后的测量方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细叙述本发明的实施例，需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种高精度姿态变化量测量方法，包括以下步骤：

a)于缓冲基座底板艏艉向和侧向的侧立面安装两个平面反射镜，两镜面法线正交(误差小于10″)；参考缓冲基座底板，于缓冲基座顶板的相同位置安装两个平面反射镜，两镜面法线正交(误差小于10″)；

b)将缓冲基座置于可调平平板或千斤顶上，该千斤顶可以为均布设置的多个，以自准直经纬仪依次照准缓冲基座底部两正交镜面，该自准直经纬仪为第一台自准直经纬仪，根据自准直经纬仪水平示数将缓冲基座置平，测量两镜面法线的水平倾角并记录；

c)将第一台自准直经纬仪架设在缓冲基座首尾向，照准底板的平面反射镜；在能够与第一台经纬仪互瞄，且能够照准底板侧向平面反射镜的位置架设第二台自准直经纬仪，位置确定后于地面设置标识，保证设备定点使用；

d)在距离两台自准直经纬仪五米以外架设第三台自准直经纬仪作为测角基准，第一台和第二台测量用自准直经纬仪依次与第三台自准直经纬仪互瞄，完成坐标系取齐；互瞄过程中第三台自准直经纬仪作为焦距基准，测量过程中焦距不得调整；自准直经纬仪互瞄时首先以望远镜状态对准目标经纬仪内乩标，确保光路轴线对准；

e)第一台和第二台自准直经纬仪分别测量各自方向上的底板平面反射镜、顶板平面反射镜，由于顶板、底板的平面反射镜存在高度差，自准直经纬仪需重新架设，架设后必须同第三台自准直经纬仪互瞄，完成坐标系取齐和焦距取齐；

f)自准直经纬仪互瞄后，第一台和第二台自准直经纬仪照准镜面时均正、倒向读两次数据后求均值，消除仪器误差；

g)测量过程中，根据设备底部两正交镜面的测量值是否与初始测量值吻合检查测量重复精度。

在本实施例中，三台自准直经纬仪摆放时应注意：对准平面镜的经纬仪高低取决于平面镜的位置，与设备的距离不作要求；第三台经纬仪只要能够与前述两台经纬仪互瞄，位置尽量远一些，有助于提高测量精度。

以下结合图2对本测量方法进行具体说明：

图中，a、b、c、d为缓冲基座上安装的玻璃平面镜，其中a、b为左右向，c、d为艏艉向；x、y、z为经纬仪，x经纬仪作为基准设备(相当于第三台自准直经纬仪)，分别向y、z经纬仪提供基准航向和基准焦距，y经纬仪测量左右向的数值，包括a、b玻璃平面镜，z经纬仪测量艏艉向的数值，包括c、d玻璃平面镜；h、j、k为千斤顶，用于缓冲基座置平。

2017年4月27日至30日，在天津电气技术研究所进行了两套缓冲基座(编号：707-hc-4c1-70-001，707-hc-4c2-03-001)的冲击试验。试验目的是考查缓冲基座(带80kg负载)经过冲击试验后的姿态角复位精度及缓冲效能。

此次试验中应用改进后的测量进行复位精度测量，对编号为707-hc-4c1-70-001缓冲基座两次测量误差不超过8″，对编号为707-hc-4c2-03-001缓冲基座两次测量误差不超过5″。测量精度显著提高，能够满足实验需要。