CN109945824B - 一种载机航向基准测量与传递的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种载机航向基准测量和传递的方法。本发明提供的载机航向基准测量与传递的方法可以通过外部测量装置测量飞机航向角，优化对准算法，简化对准流程，提高快速对准精度，缩短对准时间，满足战场快速响应需求。本发明还涉及一种载机航向基准测量和传递的系统。

Description

一种载机航向基准测量与传递的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种载机航向基准测量与传递的方法。本发明还涉及一种载机航向基准测量与传递的系统。

背景技术

战机在出动执行任务前，需要完成初始对准工作。目前对准的主要方式为采用飞机自身的惯导完成，对准的精度主要受惯导器件的工艺及周围环境干扰影响。现有技术中对准精度低，同时方位角对准时间长，很难满足战场快速响应需求。

因此，现有技术需要进一步改进。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种载机航向基准测量与传递的方法，可自动快速对准，对准精度高，对准时间缩短。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种载机航向基准测量与传递的方法，包括以下步骤：

提供测量仪，固定所述测量仪测量地面基准点，构建所述测量仪坐标系T_s；

构建机体基准坐标系T_n；

在所述机体上设置若干个靶标；

通过所述测量仪对停靠的所述机体上的靶标进行测量，计算获得所述靶标在所述基准坐标系下的坐标(x₀，y₀，z₀)；

通过方程组：

计算出载机的航向角

其中(x₂，y₂，z₂)为所述机体基准坐标系与移动后的机体坐标系之间的平移向量；

为

的三角函数积的和差；

通过计算机处理将航向角可识别地传输给载机惯导。

优选的，所述测量仪包括CCD相机，安装在所述CCD相机上的激光测距仪和用于支撑所述CCD相机的固定支架。

优选的，所述固定支架由电动二轴转台、编码器和电机组成。

优选的，计算获得所述靶标在所述基准坐标系下的坐标(x₀，y₀，z₀) 的方法包括：

所述CCD相机的图像处理软件自动识别靶标，并将靶标位置信息反馈给固定支架，通过旋转所述电机调整固定支架，调整电机俯仰、偏航角度，使靶标图样中心位置与CCD相机的靶面重合，记录俯仰角α，偏航角β；通过所述激光测距仪测量靶标图样到测量点的距离L₀，通过换算关系：

计算出坐标(x₀，y₀，z₀)。

优选的，所述靶标图样为在圆中标画十字，所述靶标的直径大小为 1～10cm。

优选的，所述靶标喷涂在所述载机机体上刚性好、不变形的位置。

优选的，所述靶标图样在所述CCD相机的靶面上的像素不小于10个像素。

优选的，所述CCD相机视场角不小于±1°。

优选的，所述激光测距仪的测距范围不小于20m，测距精度不大于 0.5mm。

本发明还提供一种载机航向基准测量与传递的系统，所述系统包括：

设置在所述载机机体上的靶标；

用于测量所述靶标的测量仪，所述测量仪包括CCD相机，安装在所述CCD相机上的激光测距仪和用于支撑所述CCD相机的固定支架；所述激光测距仪用于测量所述靶标到测量点的距离；

和计算机，所述计算机与所述载机和所述测量仪信号连接。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的载机航向基准测量与传递方法可以通过外部测量装置测量飞机航向角，优化对准算法，简化对准流程，提高快速对准精度，缩短对准时间，满足战场快速响应需求。

附图说明

图1是本发明载机航向基准测量与传递的系统示意图；

图2是靶标的示意图；

图3是测量仪坐标系、机体基准坐标系、移动后的机体坐标系示意图。

其中：

1、靶标 2、激光测距仪

3、CCD相机 4、固定支架

5、计算机 6、电机

A，B，C、靶标

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

一种载机航向基准测量与传递的方法，包括以下步骤：

提供测量仪，固定测量仪测量地面基准点，构建测量仪坐标系T_s；

构建机体基准坐标系T_n；

在机体上设置若干个靶标；

通过测量仪对停靠的机体上的靶标进行测量，计算获得靶标在基准坐标系下的坐标(x₀，y₀，z₀)；

通过方程组：

计算出载机的航向角

其中(x₂，y₂，z₂)为机体基准坐标系与移动后的机体坐标系之间的平移向量；

为

的三角函数积的和差；

通过计算机处理将航向角可识别地传输给载机惯导。

载机航向基准测量与传递的方法中存在4个坐标系，分别为惯导坐标系、测量仪坐标系、机体基准坐标系、移动后的机体坐标系。

测量仪坐标系T_s原点位于测量仪俯仰方位轴交点，Y轴为铅垂方向， X轴为水平面内与北向呈精确已知角度的方向。XY水平面通过测量仪上的水平仪得到，X轴通过在载机停机地面设置两个固定的靶标的方法确定。

优选的，测量仪与安装基座间通过机械定位结构。

机体基准坐标系是指标定时的机体坐标系，与机体固连，机体基准坐标系与惯导坐标系一致。Z轴为机体纵轴，通过机体表面上的测量点确定。

移动后的机体坐标系，是指机体移动后的基准坐标系。机体基准坐标系和移动后的基准坐标系间的转角即反映出两次停机位置的姿态角差。

测量仪坐标系与机体基准坐标系之间的转换矩阵为：

式中，T_s→0表示两个坐标系间旋转矩阵，9个矩阵元素全部为已知量； (x₁，y₁，z₁)是两个坐标系间的平移，为已知量。

移动后的机体坐标系与基准坐标系间的转换矩阵为：

式中，T_0→n表示机体基准坐标系与旋转后的机体坐标系间的旋转矩阵，三个角均为未知量；(x₂，y₂，z₂)是机体基准坐标系与旋转后的机体坐标系间的平移向量，三个坐标均为未知量。

假机体上设被测点靶标A在基准坐标系下的坐标为(x₀，y₀，z₀)，在测量仪坐标系下的坐标为(x_s，y_s，z_s)，则有：

由此得到一个含6个未知数的方程组：

x₀＝f(ψ,θ,φ,x₂,y₂,z₂)

y₀＝g(ψ,θ,φ,x₂,y₂,z₂)

z₀＝h(ψ,θ,φ,x₂,y₂,z₂)

式中，

为

的三角函数积的和差。

同样，其他被测的靶标点(B，C)也可以得到一个方程组。至此，得到了关于机体姿态角变化量的方程组。方程组是未知数的三角函数积的形式出现的，可以通过数值计算的方法进行求解飞机航向角。

优选的，测量仪包括CCD相机，安装在CCD相机上的激光测距仪和用于支撑CCD相机的固定支架。

固定支架由电动二轴转台、编码器和电机组成。

优选的，计算获得靶标在所述基准坐标系下的坐标(x₀，y₀，z₀)的方法包括：

CCD相机的图像处理软件自动识别靶标，并将靶标位置信息反馈给固定支架，通过旋转电机调整固定支架，调整电机俯仰、偏航角度，使靶标图样中心位置与CCD相机的靶面重合，记录俯仰角α，偏航角β；通过激光测距仪测量靶标图样到测量点的距离L₀，通过换算关系：

计算出坐标(x₀，y₀，z₀)。

在一个具体的实施方式中，靶标图样为在圆中标画十字，靶标的直径大小为1～10cm。

在一个具体的实施方式中，靶标喷涂在载机机体上刚性好、不变形的位置。

靶标的数量可以是3个或以上。

在一个具体的实施方式中，靶标图样在CCD相机的靶面上的像素不小于10个像素。

在一个具体的实施方式中，CCD相机视场角不小于±1°。

优选的，激光测距仪的测距范围不小于20m，测距精度不大于0.5mm。

本发明还提供一种载机航向基准测量与传递的系统，系统包括：

设置在载机机体上的靶标；

用于测量靶标的测量仪，测量仪包括CCD相机，安装在CCD相机上的激光测距仪和用于支撑CCD相机的固定支架；激光测距仪用于测量靶标到测量点的距离；

和计算机，计算机与所述载机和所述测量仪信号连接。

本发明基于自准直仪的机载惯导系统快速传递对准外部测量装置，测量载机的航向角，并通过测量装置注入机载惯导，可实现自动、快速的测量载机航向基准。

下面通过具体的实施例来说明本发明中载机航向基准测量和传递的方法。

如图1至图3所示，载机航向基准测量与传递的系统包含：靶标1，激光测距仪2，CCD相机3、固定支架4、计算机5和电机6。

固定好测量仪测量的地面基准点，构建测量仪坐标系T_s；构建机体基准坐标系T_n；对停靠飞机靶标图样进行测量。

飞机靶标A的图像如图2所示。测量靶标图样的过程为通过旋转电机 (未示出)调整固定支架，通过图像处理软件调整电机俯仰、偏航角度，使靶标图像中心位置与CCD靶面重合，记录俯仰角α，偏航角β；通过激光测距仪测量靶标图样到测量点的距离L₀，通过换算关系：

计算出坐标(x₀，y₀，z₀)。重复上述过程，测量靶标B，C等。

把x_0A，y_0A，z_0A；x_0B，y_0B，z_0B带入到下列方程中可解出方程中六个未知数，计算出机体姿态角，求解飞机航向角。

x₀＝f(ψ,θ,φ,x₂,y₂,z₂)

y₀＝g(ψ,θ,φ,x₂,y₂,z₂)

z₀＝h(ψ,θ,φ,x₂,y₂,z₂)

通过计算机处理后将数据输送到飞机惯导上。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种载机航向基准测量与传递的方法，其特征在与，包括以下步骤：

提供测量仪，固定所述测量仪测量地面基准点，构建所述测量仪坐标系T_s；

构建机体基准坐标系T_n；

在所述机体上设置若干个靶标；

通过所述测量仪对停靠的所述机体上的靶标进行测量，计算获得所述靶标在所述基准坐标系下的坐标(x₀，y₀，z₀)；

通过方程组：

计算出载机的航向角(ψ，θ，φ)；

其中(x₂，y₂，z₂)为所述机体基准坐标系与移动后的机体坐标系之间的平移向量；f(ψ，θ，φ)、g(ψ，θ，φ)、h(ψ，θ，φ)为(ψ，θ，φ)的三角函数积的和差；

通过计算机处理将航向角可识别地传输给载机惯导；

所述测量仪包括CCD相机，安装在所述CCD相机上的激光测距仪和用于支撑所述CCD相机的固定支架；所述固定支架由电动二轴转台、编码器和电机组成；

计算获得所述靶标在所述基准坐标系下的坐标(x₀，y₀，z₀)的方法包括：

所述CCD相机的图像处理软件自动识别靶标，并将靶标位置信息反馈给固定支架，通过旋转所述电机调整固定支架，调整电机俯仰、偏航角度，使靶标图样中心位置与CCD相机的靶面重合，记录俯仰角α，偏航角β；通过所述激光测距仪测量靶标图样到测量点的距离L₀，通过换算关系：

计算出坐标(x₀，y₀，z₀)。

2.根据权利要求1所述的载机航向基准测量与传递的方法，其特征在于：所述靶标图样为在圆中标画十字，所述靶标的直径大小为1～10cm。

3.根据权利要求1所述的载机航向基准测量与传递的方法，其特征在于：所述靶标喷涂在所述载机机体上刚性好、不变形的位置。

4.根据权利要求1所述的载机航向基准测量与传递的方法，其特征在于：所述靶标图样在所述CCD相机的靶面上的像素不小于10个像素。

5.根据权利要求4所述的载机航向基准测量与传递的方法，其特征在于：所述CCD相机视场角不小于±1°。

6.根据权利要求1所述的载机航向基准测量与传递的方法，其特征在于：所述激光测距仪的测距范围不小于20m，测距精度不大于0.5mm。

7.一种采用如权利要求1-6任一项所述的载机航向基准测量与传递的方法的载机航向基准测量与传递的系统，其特征在于，所述系统包括：

设置在所述载机机体上的靶标；

用于测量所述靶标的测量仪，所述测量仪包括CCD相机，安装在所述CCD相机上的激光测距仪和用于支撑所述CCD相机的固定支架；所述激光测距仪用于测量所述靶标到测量点的距离；

和计算机，所述计算机与所述载机和所述测量仪信号连接。

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