本發(fā)明涉及激光測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種傾斜度激光測量方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

導(dǎo)彈發(fā)射井指供導(dǎo)彈垂直貯存、準(zhǔn)備和實(shí)施發(fā)射的地下工程設(shè)施。液體戰(zhàn)略導(dǎo)彈在液體推進(jìn)劑靜壓長期作用下，其導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力水平很高，會產(chǎn)生較大的變形，使導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)發(fā)生微小不平衡或質(zhì)心發(fā)生微小偏移，從而導(dǎo)致彈體在發(fā)射井中的位置發(fā)生偏移。在大的不平衡靜力作用下，導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)會發(fā)生損傷，原有初始缺陷會進(jìn)一步發(fā)展，特別是在地殼運(yùn)動、物體撞擊等沖擊載荷作用下，由于推進(jìn)劑與貯箱之間的流固耦合作用，使導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)發(fā)生強(qiáng)迫振動，導(dǎo)致導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)變形大幅增加，應(yīng)力水平顯著提高，導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)處于高水平的動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，彈體在發(fā)射井中進(jìn)一步發(fā)生偏斜，此時(shí)更容易發(fā)生結(jié)構(gòu)損傷。如果初始缺陷快速發(fā)展，會使導(dǎo)彈面臨推進(jìn)劑泄漏和導(dǎo)彈發(fā)射后發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞的風(fēng)險(xiǎn)，致使導(dǎo)彈的安全性、有效性和戒備率均大大降低。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測導(dǎo)彈彈體結(jié)構(gòu)的偏斜程度，可為分析掌握導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)狀態(tài)提供充分的技術(shù)保障。

傾斜度測量技術(shù)廣泛應(yīng)用于建筑物、橋梁等領(lǐng)域，目前主要采用光學(xué)經(jīng)緯儀等人工手段完成，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線自動測量。而針對大型液體導(dǎo)彈等類似圓柱體的結(jié)構(gòu)，更是缺乏相應(yīng)的在線傾斜度測量方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種傾斜度激光測量方法及系統(tǒng)，針對導(dǎo)彈彈體結(jié)構(gòu)由于地殼運(yùn)動、外力等因素導(dǎo)致的傾斜問題，采用兩套激光測距儀實(shí)現(xiàn)彈體傾斜度的實(shí)時(shí)快速測量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種傾斜度激光測量系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：導(dǎo)彈發(fā)射井、導(dǎo)彈彈體和兩套激光測距儀；所述導(dǎo)彈彈體位于所述導(dǎo)彈發(fā)射井中，且所述導(dǎo)彈彈體底部固定；所述兩套激光測距儀位于同一水平面固定于所述導(dǎo)彈發(fā)射井的井壁上，所述兩套激光測距儀安裝位置到所述導(dǎo)彈發(fā)射井橫截面圓心的連線互相垂直。

本發(fā)明還公開了一種傾斜度激光測量方法，所述方法包括：

獲取激光測距儀與導(dǎo)彈彈體之間的距離；

根據(jù)所述距離計(jì)算所述導(dǎo)彈彈體截面圓心的初始坐標(biāo)；

以所述初始坐標(biāo)為迭代初始值，通過迭代計(jì)算獲得所述導(dǎo)彈彈體截面圓心的精確坐標(biāo)；

根據(jù)所述導(dǎo)彈彈體的半徑和所述精確坐標(biāo)計(jì)算所述導(dǎo)彈彈體的傾斜度。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

1、采用兩個(gè)激光測距儀實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)彈彈體傾斜度的實(shí)時(shí)快速測量，測量方法靈活，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場非接觸測量，精度高，特別適用于大型圓柱體結(jié)構(gòu)傾斜度的測量。

2、直接采用激光測距儀與導(dǎo)彈彈體之間的距離來計(jì)算導(dǎo)彈彈體截面圓心坐標(biāo)的求解過程十分復(fù)雜且計(jì)算量過大，針對該計(jì)算方法的缺陷，本發(fā)明提出了一種快速簡潔的導(dǎo)彈彈體截面圓心坐標(biāo)計(jì)算方法，首先對導(dǎo)彈彈體截面圓心位置的初始坐標(biāo)進(jìn)行估算，然后再進(jìn)行迭代運(yùn)算獲得導(dǎo)彈彈體截面圓心的精確坐標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)彈彈體傾斜度的快速計(jì)算。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種傾斜度激光測量系統(tǒng)實(shí)施例的截面示意圖；

圖2為本發(fā)明一種傾斜度激光測量方法實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種傾斜度激光測量方法及系統(tǒng)。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明一種傾斜度激光測量系統(tǒng)實(shí)施例的截面示意圖。

參見圖1，一種傾斜度激光測量系統(tǒng)，包括：導(dǎo)彈彈體101，導(dǎo)彈發(fā)射井102，第一套激光測距儀103和第二套激光測距儀104。

導(dǎo)彈彈體101底部固定于導(dǎo)彈發(fā)射井102中，圖1中實(shí)線圓代表導(dǎo)彈發(fā)射井102井壁的某個(gè)橫截面，該橫截面與兩套激光測距儀的安裝位置位于同一水平面上。圖1中虛線圓代表導(dǎo)彈彈體101的某個(gè)水平截面，該水平截面同樣與兩套激光測距儀的安裝位置位于同一水平面上。即，圖1所示的導(dǎo)彈發(fā)射井102井壁的橫截面和導(dǎo)彈彈體101的水平截面以及兩套激光測距儀的安裝位置均位于同一水平面上。第一套激光測距儀103和第二套激光測距儀104分別固定于導(dǎo)彈發(fā)射井102的井壁上同一水平橫截面上的A、B兩個(gè)位置，所述兩套激光測距儀的安裝位置A、B到所述導(dǎo)彈發(fā)射井102橫截面圓心O的連線互相垂直，即兩套激光測距儀沿著井壁相差90°固定于井壁上。第一套激光測距儀103和第二套激光測距儀104的測量精度均高于1mm。

第一套激光測距儀103用于測量安裝位置A點(diǎn)到導(dǎo)彈彈體101的距離l₁，第二套激光測距儀104用于測量安裝位置B點(diǎn)到導(dǎo)彈彈體101的距離l₂。O點(diǎn)為導(dǎo)彈發(fā)射井102橫截面的圓心，也是導(dǎo)彈彈體101水平截面圓心的初始位置。O’為傾斜后的導(dǎo)彈彈體101水平截面的圓心位置，O’坐標(biāo)表示為(x,y)。α為O’與y軸的夾角，β為O’與x軸的夾角。用h表示O點(diǎn)至導(dǎo)彈彈體101底部的垂直距離，用γ表示導(dǎo)彈彈體101偏離其理想軸心線(z軸)的角度，即導(dǎo)彈彈體101的彈體傾斜度。導(dǎo)彈發(fā)射井102和導(dǎo)彈彈體101的半徑分別為R1和R2。

圖2為本發(fā)明一種傾斜度激光測量方法實(shí)施例的流程圖。

參見圖2，一種傾斜度激光測量方法，包括：

步驟201：獲取激光測距儀與導(dǎo)彈彈體之間的距離。

獲取第一套激光測距儀103測量的A點(diǎn)到導(dǎo)彈彈體101的距離l₁和第二套激光測距儀104測量的B點(diǎn)到導(dǎo)彈彈體101的距離l₂。

步驟202：計(jì)算導(dǎo)彈彈體截面圓心的初始坐標(biāo)。

根據(jù)所述距離l₁和距離l₂，用方程組計(jì)算導(dǎo)彈彈體截面圓心的初始坐標(biāo)(x₀，y₀)。

步驟203：計(jì)算導(dǎo)彈彈體截面圓心的精確坐標(biāo)。

以上述導(dǎo)彈彈體截面圓心的初始坐標(biāo)(x₀，y₀)為迭代初始值，用方程組迭代計(jì)算導(dǎo)彈彈體截面圓心的精確坐標(biāo)(x，y)，控制迭代步數(shù)10步或精度達(dá)到0.1mm完成迭代計(jì)算，獲得導(dǎo)彈彈體截面圓心的精確坐標(biāo)(x，y)。

步驟204：計(jì)算導(dǎo)彈彈體的傾斜度。

用公式計(jì)算導(dǎo)彈彈體的傾斜度γ。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案，采用兩個(gè)激光測距儀實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈彈體傾斜度的實(shí)時(shí)快速測量，測量方法靈活，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場非接觸測量，精度高，其兩套激光測距儀沿著井壁相差90°固定于井壁上的結(jié)構(gòu)特別適用于大型圓柱體結(jié)構(gòu)傾斜度的測量。本發(fā)明還采用了一種快速簡潔的導(dǎo)彈彈體截面圓心坐標(biāo)的計(jì)算方法，首先對導(dǎo)彈彈體截面圓心位置的初始坐標(biāo)進(jìn)行估算，然后再進(jìn)行迭代運(yùn)算獲得導(dǎo)彈彈體截面圓心的精確坐標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈彈體傾斜度的快速計(jì)算。

而現(xiàn)有技術(shù)中計(jì)算導(dǎo)彈彈體傾斜度的方法，是直接采用激光測距儀與導(dǎo)彈彈體之間的距離來計(jì)算導(dǎo)彈彈體截面的圓心坐標(biāo)，其計(jì)算過程如下：

首先根據(jù)圖1得到公式：

將方程組(1)變形為方程組(2)：

進(jìn)一步將方程組(2)變形為方程組(3)：

將方程組(3)中兩個(gè)方程進(jìn)行相減得到公式(4)：

2(R₁-l₁)x+2(R₁-l₂)y+(R₁-l₁)²-(R₁-l₂)²＝0 (4)

將公式(4)變形為公式(5)：

把公式(5)帶入方程組(3)中的第二個(gè)方程可得：

把式(6)進(jìn)行變形可得式(7)：

令Δl₁＝R₁-l₁，Δl₂＝R₁-l₂，則式(7)變?yōu)椋?/p>

對式(8)求解得到：

得到y(tǒng)_1,2的值后，將y_1,2的值帶入式(5)得到x_1,2的值，然后再判斷哪一組解是正確解。判斷完正確解后才能根據(jù)(x，y)的值求解導(dǎo)彈彈體的傾斜度?？梢?，上述現(xiàn)有技術(shù)的直接求解過程十分復(fù)雜，計(jì)算量過大。針對該直接求解過程的這一缺陷，本發(fā)明提出了一種更為簡潔的快速迭代算法來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈彈體傾斜度的快速計(jì)算。

作為本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例，其方案如下：

假設(shè)圖1中導(dǎo)彈發(fā)射井102和導(dǎo)彈彈體101的的半徑分別為：R₁＝4000mm,R₂＝1625mm，導(dǎo)彈發(fā)射井橫截面圓心O點(diǎn)至導(dǎo)彈彈體底部的垂直距離h＝20000mm。獲取第一套激光測距儀103測量的A點(diǎn)到導(dǎo)彈彈體101的距離l₁＝2732mm，第二套激光測距儀104測量的B點(diǎn)到導(dǎo)彈彈體101的距離l₂＝2152mm。

根據(jù)上述獲得的距離l₁和l₂，用方程組求得導(dǎo)彈彈體截面圓心的初始坐標(biāo)為(357mm，223mm)。

以上述求得的導(dǎo)彈彈體截面圓心位置的初始坐標(biāo)(357mm，223mm)為迭代初始值，用方程組經(jīng)過10步迭代得到導(dǎo)彈彈體截面圓心的精確坐標(biāo)為(329mm，256mm)。

然后采用公式計(jì)算得到導(dǎo)彈彈體的傾斜度γ＝1.1941°。

此外，還可以用方程組計(jì)算傾斜后的導(dǎo)彈彈體截面圓心O’與y軸、x軸的夾角α、β，來輔助判斷導(dǎo)彈彈體的傾斜度。根據(jù)上述方程組求得α為11.68°，β為9.07°。

可見本發(fā)明的上述技術(shù)方案，與直接采用激光測距儀與彈體之間的距離來計(jì)算導(dǎo)彈彈體截面圓心坐標(biāo)的求解過程相比，能夠快速簡潔的計(jì)算出導(dǎo)彈彈體截面的圓心坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)彈彈體傾斜度的快速計(jì)算。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。