[發(fā)明專利]一種慣性穩(wěn)定設(shè)備的測試裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510962364.2
• 申請日: 2015-12-21
• 公開（公告）號: CN105606125A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬西保;吳昐良;李世榮;王靖宇
• 申請（專利權(quán)）人: 河北漢光重工有限責(zé)任公司
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京國帆知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11334
• 代理人: 李增朝

1.一種慣性穩(wěn)定設(shè)備的測試裝置及方法，其特征在于：包括安裝平臺(2)、 滾動框架(7)、俯仰框架(5)和天線安裝板(6)，安裝平臺(2)的中心下端 與滾動框架(7)的中心鉸接，滾動框架(7)的兩側(cè)壁與俯仰框架(5)的中心 鉸接，俯仰框架(5)的兩側(cè)壁與天線安裝板(6)的轉(zhuǎn)軸鉸接，所述的安裝平 臺(2)上固定有豎直的載機(jī)垂直軸(3)、與載機(jī)垂直軸(3)垂直的而且相互 垂直的載機(jī)橫軸(4)和載機(jī)縱軸(1)，所述的安裝平臺(2)與滾動框架(7) 之間的夾角(A)為俯仰角，滾動框架(7)與俯仰框架(5)之間的夾角(R) 為滾動角，俯仰框架(5)與天線安裝板(6)之間的夾角(E)為方位角。

2.一種慣性穩(wěn)定設(shè)備的測試方法，包括：

1)、設(shè)備：光纖陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，以下簡稱光纖慣導(dǎo)，方位精度≤0.1° (3σ)，水平對準(zhǔn)精度≤1′(3σ)，光纖慣導(dǎo)測量的方位角范圍0～360°， 俯仰角范圍-90°～90°,滾動角范圍-180°～180°，光纖慣導(dǎo)測量的載體角度 為東北天坐標(biāo)系下的角度值，俯仰、滾動、方位分別表示為:x、y、z；

2)、測量工具：2.1)手動兩軸轉(zhuǎn)臺，可以使平臺在橫滾和俯仰兩個方向轉(zhuǎn) 動，定位精度優(yōu)于1′；2.2)光纖慣性系統(tǒng)，開機(jī)預(yù)熱20min，對準(zhǔn)時間10min， 利用光纖陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為測量基準(zhǔn)，此光纖陀螺帶基準(zhǔn)反光鏡，在X、 Y方向上各有一個基準(zhǔn)反光鏡；2.3)自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀，經(jīng)緯儀可以測量水平與垂 直兩個方向的角度，水平精度角秒級；(2.4)三軸穩(wěn)定平臺工裝支架，工裝為 類似“工類”板，三軸穩(wěn)定平臺為吊掛式，使三軸穩(wěn)定平臺吊裝在搖擺臺上； 2.5)錄數(shù)裝置，包括光纖慣導(dǎo),三軸穩(wěn)定平臺框架角、經(jīng)緯儀測量角度；2.6) 反光鏡片，反光鏡貼在框架角的橫滾軸與俯仰軸上，用于自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀測量三 軸穩(wěn)定平臺的水平姿態(tài)；

3)、姿態(tài)解算：選取的坐標(biāo)系為東北天坐標(biāo)系，天線所在坐標(biāo)系為載體坐 標(biāo)系，保持姿態(tài)坐標(biāo)系為當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系，光纖慣性系統(tǒng)的參考坐標(biāo)系為當(dāng)?shù)? 地理坐標(biāo)系，因此，可以根據(jù)光纖慣性系統(tǒng)的姿態(tài)推導(dǎo)出載體坐標(biāo)系對當(dāng)?shù)氐? 理坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換；

3.1)、坐標(biāo)變換矩陣：

如果三軸穩(wěn)定平臺所在的坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系安裝中存在夾角，通過坐標(biāo) 變換將兩坐標(biāo)系重合，變換方法：

設(shè)導(dǎo)航系為東北天坐標(biāo)系，如果兩坐標(biāo)系z軸存在夾角ψ，有 (x_a,y_a,1)＝(x_b,y_b,1)C_ab，變換矩陣C_ab為：

Cab=cosψ-sinψ0sinψcosψ0001]]>

若兩坐標(biāo)系y軸存在夾角θ，有(x_r,1,z_r)＝(x_a,1,z_a)C_ra，其中C_ra為：

若兩坐標(biāo)系x軸存在夾角有(1,y_p,z_p)＝(1,y_r,z_r)C_pr，其中C_pr為：

所以平臺坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系的變換關(guān)系為：

xcyczc=CprCraCabxyz]]>

3.2)、姿態(tài)解算：

x、y、z分別為光纖慣性系統(tǒng)的姿態(tài)，A、R、E分別為三軸框架的俯仰角、 滾動角、方位角，

A-1*R-1*E-1=cosAcosRsinAcosE+sinEcosAsinR-sinAsinE+cosAsinRcosE-sinAcosRcosEcosA-sinAsinRsinE-sinEcosA-sinAsinRcosE-sinRsinEcosRcosEcosR]]>

z-1*x-1*y-1=coszcosy+sinxsinzsinysinzcosxcoszsiny-sinxsinzcosy-sinzcosy+sinxcoszsinycoszcosx-sinysinz-sinxcoszcosy-sinycosxcosxcosxcosy]]>

穩(wěn)定平臺相對大地地理坐標(biāo)系姿態(tài)計算，就是利用從穩(wěn)定平臺框架角到載體再 到大地地理坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，

Md＝z^-1*x^-1*y^-1*A^-1*R^-1*E^-1

[大地地理坐標(biāo)系]＝Md*[天線坐標(biāo)系]；

4)、三軸穩(wěn)定平臺測試測量方法：

4.1)、首先預(yù)熱光纖慣性系統(tǒng)20min，光纖慣性系統(tǒng)對準(zhǔn)10min，光纖慣性 系統(tǒng)對準(zhǔn)結(jié)束轉(zhuǎn)導(dǎo)航后，此時光纖慣性系統(tǒng)輸出為可用數(shù)據(jù)，利用同步錄取數(shù) 據(jù)裝置錄取光纖慣性系統(tǒng)姿態(tài)、電子經(jīng)緯儀測量值、三軸穩(wěn)定平臺框架角等信 息，光纖陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)輸出相對當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系的真北、水平姿態(tài)(橫 滾、縱搖，α、β、γ為經(jīng)緯儀測量值；

4.2)、橫滾角測量：如圖2所示，把經(jīng)緯儀調(diào)平后，垂直角度為90°時， 可以認(rèn)為大地水平0°平面，通過觀察貼在天線橫滾框架上(由于天線所在面為 最內(nèi)環(huán)，橫滾框架角在中環(huán)，橫滾框架的滾動值為天線的最終滾動角度)的反 射鏡可以測量橫滾角γ′，γ為經(jīng)緯儀的讀數(shù)，γ與γ′互補(bǔ)；

4.3)方位、俯仰角測量：由圖3可得，移動經(jīng)緯儀使在某時刻可以同時觀 測慣導(dǎo)1和天線平面的反射鏡，α′與方位角互補(bǔ)，β′為天線俯仰角，通過 計算可得天線的方位角和俯仰角。