一種車載升降桅桿平臺(tái)姿態(tài)動(dòng)態(tài)測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電偵察技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種測(cè)量方法，尤其涉及一種用于測(cè)量 車載升降桅桿平臺(tái)姿態(tài)的動(dòng)態(tài)測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近些年來(lái)，車載偵察系統(tǒng)出現(xiàn)了應(yīng)用升降桅桿的新方案，即光電偵察設(shè)備安置在 桅桿的頂端平臺(tái)上，工作時(shí)通過(guò)桅桿的升降功能，減少地物遮擋、地球曲率等因素的影響， 達(dá)到增加系統(tǒng)可視作用距離的目的。
[0003]車載偵察系統(tǒng)的光電設(shè)備多以穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺(tái)形式安裝在桅桿頂端平臺(tái)上，一般含有測(cè) 角、測(cè)距傳感器，能夠輸出被測(cè)目標(biāo)相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)基座的方位、俯仰和距離值；同時(shí)一般會(huì)采用 兩軸轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)，其伺服系統(tǒng)采用一組陀螺來(lái)測(cè)量外部擾動(dòng)，這一組陀螺（對(duì)兩軸轉(zhuǎn)塔需要 兩個(gè)陀螺）的典型溫漂一般是0.2° /h左右。此時(shí)，車載偵察系統(tǒng)的定向測(cè)量精度仍然受 桅桿舉升后自身變形等不確定性因素影響，造成目標(biāo)定位定向精度的下降，尤其是在車輛 行進(jìn)間工況下。
[0004] 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和使用要求的提高，對(duì)車載偵察系統(tǒng)的目標(biāo)定位定向精度提 出了更高的要求，而桅桿姿態(tài)變化對(duì)其造成的影響日益突出。如何對(duì)車載偵察系統(tǒng)姿態(tài)進(jìn) 行準(zhǔn)確、快速的測(cè)量，特別是對(duì)車載偵察系統(tǒng)在載車行進(jìn)間進(jìn)行姿態(tài)測(cè)量，成為急需解決的 問(wèn)題。
[0005] 在實(shí)際應(yīng)用中通常采用在光電偵察設(shè)備旁或下面安裝慣性導(dǎo)航裝置或?qū)け眱x來(lái) 避免桅桿姿態(tài)變化帶來(lái)的誤差問(wèn)題，這種方式的成本較高，需要三個(gè)導(dǎo)航級(jí)的陀螺（一般 精度需要達(dá)到0. 02° /h，以達(dá)到約Imil的尋北精度）及配套的傳感器、信號(hào)處理電路等。 也可采用靜態(tài)標(biāo)定方法獲取平臺(tái)姿態(tài)變化量，該方法使用兩軸傾角傳感器，在載車駐車狀 態(tài)下分別測(cè)量桅桿未舉升和舉升至最高點(diǎn)的平臺(tái)姿態(tài)數(shù)據(jù)，將兩者的角度差值作為系統(tǒng)姿 態(tài)變化量。該方法直接忽略了桅桿舉升后自身姿態(tài)變化對(duì)偵察系統(tǒng)精度產(chǎn)生的影響，不適 用于桅桿平臺(tái)姿態(tài)的動(dòng)態(tài)測(cè)量。中國(guó)期刊文章《基于模糊加權(quán)EKF的車載光電桅桿姿態(tài)估 計(jì)算法》中提出了一種基于模糊加權(quán)的姿態(tài)估算算法，該算法將陀螺儀和傾角傳感器輸出 的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，通過(guò)構(gòu)建姿態(tài)估計(jì)方程實(shí)現(xiàn)對(duì)車載桅桿式光電平臺(tái)靜動(dòng)態(tài)情況下的 姿態(tài)測(cè)量。國(guó)外期刊文章《Designofmulti-sensordeterminationsystems》描述了一 種多傳感器的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)由陀螺儀、加速度計(jì)和數(shù)字處理電路組成。但目前的技 術(shù)都沒(méi)有能夠有效解決桅桿舉升后桅桿自身扭動(dòng)、傾斜和彎曲等因素以及風(fēng)力等外部擾動(dòng) 所帶來(lái)的姿態(tài)變化對(duì)車載偵察系統(tǒng)帶來(lái)影響的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，為桅桿式車載升降桅桿 平臺(tái)提供一種姿態(tài)動(dòng)態(tài)測(cè)量方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0008] 所述一種車載升降桅桿平臺(tái)姿態(tài)動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，其特征在于：該測(cè)量方法基于的 裝置包括測(cè)姿用高精度陀螺、伺服用陀螺、兩軸傾角傳感器；在桅桿平臺(tái)上安裝測(cè)姿用高精 度陀螺和兩軸傾角傳感器，穩(wěn)定轉(zhuǎn)塔上安裝有兩個(gè)伺服用陀螺，穩(wěn)定轉(zhuǎn)塔安裝在桅桿平臺(tái)； 測(cè)量方法包括以下步驟：
[0009] 步驟1 :查詢車速是否為0,如果為假，等待；如果為真，執(zhí)行步驟2 ;
[0010] 步驟2 :查詢桅桿舉升高度是否為0,如果為假，等待；如果為真，執(zhí)行步驟3 ;
[0011] 步驟3 :同步采集傾角傳感器輸出的桅桿平臺(tái)姿態(tài)數(shù)據(jù)！Dx)和車載慣性導(dǎo)航 系統(tǒng)輸出的車體姿態(tài)（y，P，r)并存入緩存，根據(jù)下式進(jìn)行桅桿平臺(tái)初始姿態(tài)（ex，ey，ez)計(jì) 算：
[0012] ex=y+|z
[0013] ey=p-ity+iy
[0014] ez=r-itx+Cx
[0015] 其中（y，p，r)為車體在導(dǎo)航坐標(biāo)系下的航向角、俯仰角和橫滾角，Uy，iDx)為桅 桿平臺(tái)在傾角傳感坐標(biāo)系下的俯仰角和橫滾角，Ux，Iy，〇為傾角傳感器安裝基準(zhǔn)與車 載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)安裝基準(zhǔn)之間的角度偏差；并根據(jù)下式計(jì)算桅桿平臺(tái)初始姿態(tài)矩陣Q1:
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種車載升降桅桿平臺(tái)姿態(tài)動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，其特征在于：該測(cè)量方法基于的裝置包 括測(cè)姿用高精度陀螺、伺服用陀螺、兩軸傾角傳感器；在桅桿平臺(tái)上安裝測(cè)姿用高精度陀螺 和兩軸傾角傳感器，穩(wěn)定轉(zhuǎn)塔上安裝有兩個(gè)伺服用陀螺，穩(wěn)定轉(zhuǎn)塔安裝在桅桿平臺(tái)；測(cè)量方 法包括以下步驟： 步驟1 :查詢車速是否為0,如果為假，等待；如果為真，執(zhí)行步驟2 ; 步驟2 :查詢桅桿舉升高度是否為0,如果為假，等待；如果為真，執(zhí)行步驟3 ; 步驟3 :同步采集傾角傳感器輸出的桅桿平臺(tái)姿態(tài)數(shù)據(jù)（Φρ Φχ)和車載慣性導(dǎo)航系統(tǒng) 輸出的車體姿態(tài)（y，P，r)并存入緩存，根據(jù)下式進(jìn)行桅桿平臺(tái)初始姿態(tài)（ex，ey，e z)計(jì)算： ex= y+ C z ey= ρ-Φ y+ C y ez= r-φ x+ ξ x 其中（y，P，r)為車體在導(dǎo)航坐標(biāo)系下的航向角、俯仰角和橫滾角，（$y，Φχ)為桅桿平 臺(tái)在傾角傳感坐標(biāo)系下的俯仰角和橫滾角，Ux，ly，O為傾角傳感器安裝基準(zhǔn)與車載慣 性導(dǎo)航系統(tǒng)安裝基準(zhǔn)之間的角度偏差；并根據(jù)下式計(jì)算桅桿平臺(tái)初始姿態(tài)矩陣Q 1:
步驟4:查詢桅桿平臺(tái)初始姿態(tài)裝訂是否完成，如果為假，等待；如果為真，執(zhí)行步驟 5 ； 步驟5:同步采集桅桿舉升高度數(shù)據(jù)1、穩(wěn)定轉(zhuǎn)塔輸出的目標(biāo)指向數(shù)據(jù)（α，β)、穩(wěn)定 轉(zhuǎn)塔伺服用陀螺輸出的角速度信息（ω1; ω2)、測(cè)姿用高精度陀螺輸出的角速度信息《3和 車載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的地速（I，V n，Vu)、位置信息（L，Β，Η)并存入緩存，其中：(I，Vn，Vu) 為慣性導(dǎo)航坐標(biāo)系中的地球運(yùn)動(dòng)速度信息，（L，B，Η)為車體所在位置的經(jīng)度、煒度和高度數(shù) 據(jù)； 步驟6:根據(jù)以下公式進(jìn)行姿態(tài)解算，生成桅桿平臺(tái)姿態(tài)於r): h = H+1 ωχ= ω ^os β sin a+Q2sin α ωγ= ω 2cos α + ω ^os β cos α ωζ= ω 3
其中，M為地球子午圈曲率半徑，N為卯酉圈曲率半徑； Θ I2= Θ 2+ Θ 2+ Θ 2 Il xvv
將解算出的91、％、％、％代入下式，生成桅桿平臺(tái)姿態(tài)以#^):
步驟7 :第七步，按下式計(jì)算生成桅桿平臺(tái)姿態(tài)矩陣：
步驟8 :查詢有無(wú)停機(jī)指令，如果為假，返回步驟5 ;如果為真，方法結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種車載升降桅桿平臺(tái)姿態(tài)動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，其特征在于：測(cè)姿 用高精度陀螺精度為0.02° /h，伺服用陀螺精度為0.2° /h。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種車載升降桅桿平臺(tái)姿態(tài)動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，在傳統(tǒng)以靜態(tài)標(biāo)定方法獲取平臺(tái)姿態(tài)變化量的基礎(chǔ)上，引入了動(dòng)態(tài)測(cè)量算法，即數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)利用傾角傳感器輸出的桅桿平臺(tái)姿態(tài)數(shù)據(jù)、車載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的車體姿態(tài)、地速和地理位置信息，穩(wěn)定轉(zhuǎn)塔輸出的目標(biāo)指向數(shù)據(jù)、測(cè)姿用高精度陀螺和穩(wěn)定轉(zhuǎn)塔伺服陀螺輸出的角速度信息、桅桿控制箱輸出的舉升高度數(shù)據(jù)構(gòu)建姿態(tài)更新矩陣，通過(guò)實(shí)時(shí)結(jié)算實(shí)現(xiàn)對(duì)桅桿平臺(tái)姿態(tài)的動(dòng)態(tài)測(cè)量。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)精確測(cè)量桅桿舉升后桅桿自身扭動(dòng)、傾斜和彎曲等因素以及風(fēng)力等外部擾動(dòng)所帶來(lái)的桅桿平臺(tái)姿態(tài)變化量，從而有效減少桅桿姿態(tài)變化對(duì)車載偵察系統(tǒng)的目標(biāo)定位精度的影響。
【IPC分類】G01C21-18
【公開號(hào)】CN104655133
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510078675
【發(fā)明人】劉宇, 王亞偉, 劉志東, 朱紅, 粱慶仟, 郭城
【申請(qǐng)人】西安應(yīng)用光學(xué)研究所
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年2月13日