车载桅杆倾斜量校正方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光电侦察技术领域，主要涉及一种校正方法，尤其涉及一种车载桅杆 倾斜量校正方法，用于消除光电桅杆的倾斜量。
【背景技术】
[0002] 车载或地基式的光电侦察系统因具有精度高、抗干扰能力强的优点而被广泛应用 于侦察领域。这些侦察系统往往集成了可见光、红外、激光、雷达等多种光、电传感器，可以 实现对地面目标的侦察、高精度定位等功能。在实际应用中，由于地物遮挡、地球曲率等因 素的影响，传统侦察系统的观测距离受到极大限制，常常达不到理想的作用距离，应用升降 桅杆的新方案应运而生。
[0003] 观瞄仪工作时采用升起升降桅杆完成对目标的搜索及测角功能。观瞄仪输出的定 向测角数据以观瞄仪安装基面为基准，通过车体总线传输至指控系统完成导弹发射姿态调 整及前段制导，这要求观瞄仪输出的轴角角度的坐标系与车体基面安装的导弹弹架坐标系 完全一致。在桅杆没有升起的情况下，两个坐标系完全重合；当桅杆升起后，桅杆自身存在 着不可避免的形变，其水平方向的间隙扭动变形和高低方向的弯曲变形会对系统的输出精 度产生影响，这种形变的大小与桅杆使用的材料和车体倾斜角度等因素相关，直接带来零 位变化等问题，总体指标要求车体能够在倾斜10°条件下工作，在如此大的倾斜角下举升 重达80公斤的观瞄转台，桅杆变形量很大，如何消除桅杆变形对系统精度带来的影响，这 是需要解决的技术难题。为此，需要研制一种精度高、可靠性好、实时性强的桅杆倾斜量校 正装置及方法来克服坐标系之间存在的偏差，精确完成导弹发射任务。
【发明内容】
[0004] 为解决现有技术存在的技术问题，消除桅杆在车体倾斜时弯曲形变给系统测角数 据带来的误差，本发明提出了一种车载桅杆倾斜量校正方法，在桅杆的底部及顶部安装基 面上分别安装了两个高精度倾斜传感器，即：将倾斜传感器Cl安装在车体基面上，倾斜传 感器C2安装在观瞄仪安装基面上，CU C2的安装方向严格一致，通过倾斜传感器Cl与C2 输出的y向和X向的倾斜值进行比较，将观瞄仪轴角角度与倾斜传感器C2和Cl的侧倾值 结合换算到车体基面上，将数据输入计算机控制板进行极坐标转换等运算，参与系统测角 输出修正，使桅杆带来的俯仰误差不大于〇. lmil，用这个最终计算的结果来作为导弹弹架 运动的基准，指导导弹弹架运动到指定位置，对指定目标进行攻击。
[0005] 本发明的技术方案为：
[0006] 所述一种车载桅杆倾斜量校正方法，其特征在于：将下部倾斜传感器安装在弹架 平台基面上，将上部倾斜传感器安装在观瞄仪安装基面上，下部倾斜传感器和上部倾斜传 感器采用双轴倾斜传感器；并采用以下步骤：
[0007] 步骤1 :在桅杆升起状态下，观瞄仪瞄准目标，得到目标方位角t_gm_fw和目标俯 仰角t_gm_fy，并将目标方位角和目标俯仰角转换到观瞄仪基准坐标系Ol :Xlylzl下，得 到：
[0008] t_gm_x = cos(t_gm_fw) X cos (t_gm_fy)
[0009] t_gm_y = cos(t_gm_fw) X sin (t_gm_fy)
[0010] t_gm_z = sin(t_gm_fw)；
[0011] t_gm_x为Xl向坐标、t_gm_y为Yl向坐标、t_gm_z为Zl向坐标；
[0012] 步骤2 :采用上部倾角传感器测得观瞄仪基准坐标系相对大地坐标系的旋转角度 qs, qs y，其中qsx为观瞄仪基准面坐标系相对大地坐标系X向旋转角度，qs y为观瞄仪基 准面坐标系相对大地坐标系Y向旋转角度；采用下部倾角传感器测得弹架平台基准坐标系 相对大地坐标系的旋转角度(1\和cp y，其中cpx为弹架平台基准坐标系相对大地坐标系X 向旋转角度，qxy为弹架平台基准坐标系相对大地坐标系Y向旋转角度；
[0013] 步骤3 :建立观瞄仪基准坐标系转换到弹架平台基准坐标系的坐标转换矩阵 matrix[3] [3]，其中：
[0014] matrix [0] [0] = cos (qxy) X cos (qsy) +sin (qxx) X sin (qxy) X sin (qsx) X sin (qsy) +cos (qxx) X sin (qxy) X cos (qsx) X sin (qsy)
[0015] matrix [0] [1] = sin (qxx) Xsin (qxy) Xcos (qsx)-cos (qxx) Xsin (qxy) Xsin (qsx)
[0016] matrix [0] [2] = cos (qxy) X sin (qsy) -sin (qxx) X sin (qxy) X sin (qsx) X cos (qsy) -cos (qxx) X sin (qxy) X cos (qsx) X cos (qsy)
[0017] matrix [1] [0] = cos (qxx) Xsin (qsx) Xsin (qsy)-sin (qxx) Xcos (qsx) Xsin (qsy)
[0018] matrix [1] [1] = cos(qxx) X cos (qsx)+sin (qxx) Xsin(qsx)
[0019] matrix [1] [2] = -cos (qxx) Xsin (qsx) Xcos (qsy)+sin (qxx) Xcos (qsx) Xcos (q sy)
[0020] matrix [2] [0] = sin (qxy) X cos (qsy) -sin (qxx) X cos (qxy) X sin (qsx) X sin (qsy) -cos (qxx) X cos (qxy) X cos (qsx) X sin (qsy)
[0021] matrix [2] [1] = -sin (qxx) X cos (qxy) X cos (qsy) +cos (qxx) X cos (qxy) X sin (q sx)
[0022] matrix [2] [2] = sin (qxy) X sin (qsy) +sin (qxx) X cos (qxy) X sin (qsx) X cos (qsy) +cos (qxx) X cos (qxy) X cos (qsx) X cos (qsy)；
[0023] 步骤4 :根据步骤I得到的目标在观瞒仪基准坐标系中坐标值t_gm_x、t_gm_y、 t_gm_z和步骤3得到的坐标转换矩阵matrix[3] [3]，得到目标在弹架平台基准坐标系 02:x2y2z2下的坐标值：
[0024] t_dj_x = (matrix[0] [0]) X t_gm_x+(matrix[0] [I]) X t_gm_y+(matrix[0] [2]) X t-gm-z
[0025] t_dj_y = (matrix[1] [0]) X t_gm_x+(matrix[1] [I]) X t_gm_y+(matrix[1] [2]) X t-gm-z
[0026] t_dj_z = (matrix[2] [0]) X t_gm_x+(matrix[2] [I]) X t_gm_y+(matrix[2] [2]) X t-gm-z
[0027] t_dj_x为X2向坐标、t_dj_y为Y2向坐标、t_dj_z为Z2向坐标；
[0028] 步骤5 :根据步骤2得到的观瞄仪基准坐标系相对大地坐标系的旋转角度叫和 qsy，建立观瞒仪基准坐标系转换到大地坐标系的坐标转换矩阵matr [3] [3]，其中：
[0029] matr [0] [0] = cos (qsy)
[0030] matr [0] [1] = 0
[0031] matr [0] [2] = sin (qsy)
[0032] matr [1] [0] = sin (qsx) X sin (qsy)
[0033] matr [1] [1] = cos (qsx)
[0034] matr [1] [2] =-sin (qsx) X sin (qsx) X cos (qsy)
[0035] matr [2] [0] =-cos (qsx) X sin (qsy)
[0036] matr [2] [1] = sin(qsx)
[0037] matr [2] [2] = cos (qsx) X cos (qsy);
[0038] 步骤6 :根据步骤I得到的目标在观目苗仪基准坐标系中坐标值t_gm_x、t_gm_y、t_ gm_z和步骤5得到的坐标转换矩阵matr [3] [3]，得到目标在大地坐标系0:xyz下的坐标 值：
[0039] t_dd_x = (matr[0] [0]) X t_gm_x+(matr [0] [I]) X t_gm_y+(matr [0] [2]) Xt_ gm_z
[0040] t_dd_y = (matr[l] [0]) X t_gm_x+(matr [1] [I]) X t_gm_y+(matr [1] [2]) Xt_ gm_z
[0041] t_dd_z = (matr [2] [0]) X t_gm_x+(matr [2] [I]) X t_gm_y+(matr [2] [2]) Xt_ gm_z ；
[0042] t_dd_x为X向坐标、t_dd_y为Y向坐标、t_dd_z为Z向坐标。
[0043] 有益效果
[0044] 本发明的整体技术效果体现在以下方面。
[0045] 1、本发明采用的双轴倾斜传感器分辨率能达到1/2000°，精度能达到0.00Γ， 很好地保证了倾斜传感器测量角度的精确性；在安装倾斜传感器的过程中，使安装基准面 与回转面保持平行，很好地保证了倾斜传感器测量角度范围的宽度，水平与垂直向均能达 到 ±15°。
[0046] 2、本发明在观瞄仪基准面和弹架平台基准面上分别安装双轴倾斜传感器，通过自 动角度感知单元动态地测量举升到顶的桅杆上光电侦察系统的坐标旋转量，并依次作为瞄 准轴误差动态数字实时修正的基础，并照40ms的速率实时修正误差，导引导弹攻击目标。
[0047] 3、本发明中采用的校正方法，修正频率为25次/秒，使得坐标转换时间不大于 40ms，并通过小数点后位数的取舍，保证系统坐标的转换精度达到0. 05mil。
[0048] 4、本发明中安装平面的平行性，采用的校正方法以及选用的倾斜传感器特性，共 同保证了倾斜变形的修正误差小于0. lmil，满足了系统总体性能指标的要求。
[0049] 5、本发明采用的倾斜传感器实时性强动态特性好，每秒平均输出25个数据；传感 器误差均匀性好，在0°~±15°度测试误差小于等于0.0Γ。因此对于解决桅杆倾斜量 的实时测试和动态校正问题，特别是对动态响应要求比较高的桅杆倾斜量实时测试和动态 校正补偿成为可能。
[0050] 6、本发明电路装调一致性好，成本低廉，与国内外同类产品相比，指标优异，可广 泛应用于使用桅杆光电系统的场合。
【附图说明】
[0051] 图1是本发明观瞄仪安装基面示意图。
[0052] 图2是本发明中桅杆未升起时观瞄仪、弹架平台、倾斜传感器安装意图。
[0053] 图3是本发明中桅杆升起后发生倾斜误差示意图。
[0054] 图4是本发明中坐标转化分析图。
[0055] 图中，S为观瞄仪基准面，Sc为弹架平台基准面。
【具体实施方式】
[0056] 本发明所设计的桅杆倾斜量校正装置包括角度测量单元和计算机板组件。角度测 量单元即为一组倾斜传感器组件，包含上部倾斜传感器C2和下部倾斜传感器Cl，分别安装 于观瞄仪基准面上和弹架平台基准面上。上部倾斜传感器C2可以测得观瞄仪与大地坐标 系间的旋转角度，下部倾斜传感器Cl可以测得弹架平台与大地坐标系间的旋转角度。计算 机板包括：弹架倾斜传感器的接口部件和数据处理模块。弹架倾斜传感器的接口部件包括 初始化单元，取数指令输入单元，数据输入单元。初始化单元是弹架倾斜传感器RS232初始 化；取数指令输入单元用于取数指令的输入；数据输入单元用于数据输入。
[0057] 数据处理模块部分主要完成功能：收集倾斜传感器数据，进行坐标转换处理。数据 处理模块部分能够收集到上部倾斜传感器和下部倾斜传感器的方位与俯仰数据。
[0058] 计算机系统向外部送出的轴角数据是基于观瞄仪安装基面的。观瞄仪按照图1中 坐标系进行安装，测角用的轴角编码器输出的角度值是基于安装基面S，在Olxlyl平面内 的方位角和在olylzl平面内的俯仰角，系统无法输出olxlzl平面内的侧倾角。轴角编码 器是一种小型化连续跟踪的旋转变压器-数字转换器，将旋转的角度值量化输出。
[0059] 在