曹 院，魯 浩

(中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽(yáng) 471009)

【基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究】

三軸慣導(dǎo)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)尋零方法應(yīng)用研究

曹 院，魯 浩

(中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽(yáng) 471009)

為了滿足在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上測(cè)試捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航性能的要求，必須精確確定三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的初始零位；介紹了北向基準(zhǔn)的建立方法，詳細(xì)闡述了三軸轉(zhuǎn)臺(tái)3個(gè)框軸的尋零方法；經(jīng)慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航測(cè)試實(shí)驗(yàn)證明，此方法滿足導(dǎo)航測(cè)試要求。

三軸轉(zhuǎn)臺(tái)；尋零；北向基準(zhǔn)；經(jīng)緯儀；數(shù)字水平儀

捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上測(cè)試其導(dǎo)航性能時(shí)，必須確定其測(cè)試初始時(shí)刻的姿態(tài)信息，即確定三軸轉(zhuǎn)臺(tái)在初始時(shí)刻的位置信息，則必須對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)三個(gè)框軸尋零。考慮到捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的坐標(biāo)系及其夾具的安裝方式，設(shè)定此時(shí)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)位置為零位，即外框平面鏡法線方向指北，內(nèi)框旋轉(zhuǎn)法線方向垂直指天，內(nèi)框零位由捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)夾具安裝位置確定。

1 北向基準(zhǔn)的建立

圖1 真北方位角定義

當(dāng)實(shí)驗(yàn)室有北向基準(zhǔn)時(shí)，采用經(jīng)緯儀自準(zhǔn)直和互瞄傳遞法即可對(duì)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)尋零，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室無北向基準(zhǔn)時(shí)，采用北向基準(zhǔn)建立的方法也可對(duì)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)尋零。本實(shí)驗(yàn)室已建立北向基準(zhǔn)，如圖2所示，在花崗巖材質(zhì)的固定臺(tái)體(其基礎(chǔ)與周圍地面隔離)的表面上固定安裝一立方鏡，此立方鏡正面法線方向?yàn)楸毕蚧鶞?zhǔn)，其標(biāo)定精度(標(biāo)準(zhǔn)偏差)不大于6″。

圖2 基準(zhǔn)立方鏡

建立此北向基準(zhǔn)采用高精度陀螺經(jīng)緯儀Y/TJD-1，其定向精度為5″，且具有自準(zhǔn)直功能。實(shí)施步驟如下：

1) 天文方位測(cè)量。在空曠處選擇可相互通視、相距140m的兩點(diǎn)，釘入測(cè)釘，以測(cè)釘中心作為觀測(cè)標(biāo)志，測(cè)釘之間的連線為天文方位邊。采用北極星任意時(shí)角法，在方位邊兩端測(cè)站獨(dú)立對(duì)向觀測(cè)，測(cè)定方位邊的真北方位角，作為標(biāo)定陀螺經(jīng)緯儀常數(shù)偏差的已知方位。

2) 陀螺經(jīng)緯儀常數(shù)偏差標(biāo)校。陀螺經(jīng)緯儀常數(shù)偏差的標(biāo)校在天文方位邊上進(jìn)行。陀螺經(jīng)緯儀采用三腳架激光對(duì)中，覘牌為光學(xué)對(duì)點(diǎn)器對(duì)中。由于這兩種對(duì)中方式的對(duì)中誤差不超過0.5 mm，對(duì)于140 m的邊長(zhǎng)，由對(duì)中誤差引起的方向誤差不超過0.7″，因此此方向誤差相對(duì)于陀螺經(jīng)緯儀的定向誤差而言可以忽略。

在對(duì)立方鏡法線方位標(biāo)定前、后，均需獨(dú)立標(biāo)校陀螺經(jīng)緯儀常數(shù)偏差一次，且兩次標(biāo)校間隔時(shí)間不超過3 d，并取兩次獨(dú)立標(biāo)校的平均值作為陀螺經(jīng)緯儀常數(shù)偏差。

設(shè)天文方位邊的已知方位為An，陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量的方位為Tn，則陀螺經(jīng)緯儀的常數(shù)偏差為

γ=An-Tn

3) 立方鏡法線方位標(biāo)定。陀螺經(jīng)緯儀對(duì)立方鏡進(jìn)行自準(zhǔn)直，其方向的反向?yàn)榱⒎界R的法線方向。陀螺經(jīng)緯儀觀測(cè)6測(cè)回，取平均值作為方位測(cè)量結(jié)果。

2.三軸轉(zhuǎn)臺(tái)尋零

2.1 外框?qū)ち?/p>

以實(shí)驗(yàn)室北向基準(zhǔn)為方位基準(zhǔn)，采用經(jīng)緯儀自準(zhǔn)直和互瞄傳遞方法對(duì)外框?qū)ち?，其示意圖如圖3所示。選用的兩臺(tái)經(jīng)緯儀型號(hào)均為TM5100A，其測(cè)角精度為0.5″，且具有自準(zhǔn)直功能。

圖3 經(jīng)緯儀自準(zhǔn)直和互瞄傳遞方法示意圖

實(shí)施步驟：經(jīng)緯儀A對(duì)基準(zhǔn)立方鏡進(jìn)行自準(zhǔn)直，經(jīng)緯儀B對(duì)外框平面鏡進(jìn)行自準(zhǔn)直，分別記錄兩臺(tái)經(jīng)緯儀角度的讀數(shù)；經(jīng)緯儀A和經(jīng)緯儀B互相瞄準(zhǔn)，進(jìn)行準(zhǔn)直，分別記錄兩臺(tái)經(jīng)緯儀角度的讀數(shù)。

設(shè)基準(zhǔn)立方鏡法線方位為An，兩臺(tái)經(jīng)緯儀測(cè)量的夾角分別為α和β，則外框平面鏡的法線方位Bn為

Bn=An-α-β+180°

重復(fù)上述實(shí)施步驟，獨(dú)立測(cè)量4測(cè)回，并取4測(cè)回均值作為測(cè)量結(jié)果。最后設(shè)定外框平面鏡法線方向指向北向時(shí)，外框位置為零位。

2.2 中框?qū)ち?/p>

考慮到內(nèi)框臺(tái)面的表面平面度較高，故采用數(shù)字水平儀對(duì)中框?qū)ち恪＿x用的數(shù)字水平儀型號(hào)為前哨WL11型，選擇測(cè)量靈敏度檔0.001 mm/m。

實(shí)施步驟：將數(shù)字水平儀放在實(shí)驗(yàn)室靜止2 h，將三軸轉(zhuǎn)臺(tái)外框旋轉(zhuǎn)到零位，中框旋轉(zhuǎn)到內(nèi)框旋轉(zhuǎn)法線方向垂直指天的位置；在內(nèi)框臺(tái)面外周，南、北直線上選取兩處作為測(cè)量點(diǎn)；用數(shù)字水平儀測(cè)量多次，并調(diào)整中框軸的旋轉(zhuǎn)角度，直到內(nèi)框臺(tái)面水平，記錄此刻中框軸旋轉(zhuǎn)的角度；重復(fù)測(cè)量4次，取平均值，即完成中框的尋零。

2.3 內(nèi)框?qū)ち?/p>

內(nèi)框的尋零有兩種方法：一是將三軸轉(zhuǎn)臺(tái)外、中框旋轉(zhuǎn)到零位，用加工精度很高的立方鏡放置在內(nèi)框臺(tái)面上，采用外框?qū)ち惴椒▽?duì)內(nèi)框?qū)ち?；二是做一件如圖4所示的工裝，A、B面垂直，且A面內(nèi)表面和B面外表面平面度較高，固定工裝B面在內(nèi)框臺(tái)面，將轉(zhuǎn)臺(tái)中框軸旋轉(zhuǎn)90°，用數(shù)字水平儀在工裝A面內(nèi)表面上測(cè)量，調(diào)整內(nèi)框軸的旋轉(zhuǎn)角度，直到A面水平即可，記錄此刻內(nèi)框軸旋轉(zhuǎn)的角度，重復(fù)測(cè)量4次，取平均值，即完成內(nèi)框的尋零。

圖4 工裝示意圖

3 測(cè)量結(jié)果

1) 北向基準(zhǔn)方位測(cè)量結(jié)果。陀螺經(jīng)緯儀對(duì)立方鏡進(jìn)行自準(zhǔn)直觀測(cè)6測(cè)回，測(cè)量結(jié)果如表1所示。對(duì)6測(cè)回測(cè)量結(jié)果取平均值，即基準(zhǔn)立方鏡的法線方向?yàn)?43°22′09″。

2) 外框?qū)ち銣y(cè)量結(jié)果。采用兩臺(tái)經(jīng)緯儀自準(zhǔn)直和互瞄傳遞方法對(duì)外框?qū)ち?，測(cè)量結(jié)果如表2所示。

表1 北向基準(zhǔn)方位測(cè)量結(jié)果

表2 外框?qū)ち銣y(cè)量結(jié)果

對(duì)4測(cè)回測(cè)量結(jié)果取平均值，即外框平面鏡的法線方向?yàn)?46°45′36″。

3) 中框?qū)ち銣y(cè)量結(jié)果。重復(fù)4次測(cè)量，中框軸旋轉(zhuǎn)角度結(jié)果如表3所示。對(duì)4次測(cè)量結(jié)果取平均值，即中框零位為173°03′29″。

表3 中框測(cè)量結(jié)果

4) 內(nèi)框?qū)ち銣y(cè)量結(jié)果。重復(fù)4次測(cè)量，內(nèi)框軸旋轉(zhuǎn)角度結(jié)果如表4所示。對(duì)4次測(cè)量結(jié)果取平均值，即中框零位為35°42′22″。

表4 內(nèi)框測(cè)量結(jié)果

4 結(jié)論

捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航性能測(cè)試需要精確確定三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的零位。本文詳細(xì)介紹了北向基準(zhǔn)的建立方法，并以此北向基準(zhǔn)對(duì)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)外框進(jìn)行了尋零；同時(shí)按照實(shí)際情況出發(fā)，采用高精度數(shù)字水平儀對(duì)中框、內(nèi)框進(jìn)行了尋零。經(jīng)多次捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航測(cè)試證明，此方法滿足捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航性能測(cè)試要求，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

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(責(zé)任編輯 楊繼森)

Applied Research of Looking Zero for Three Axis Inertial Navigation Test Turntable

CAO Yuan， LU Hao

(China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China)

In order to meet the requirements of the test of strap-down inertial navigation system performance in the three-axis turntable, the initial zero position of the three-axis turntable must be determined accurately. This paper introduced the method of establishing the north reference, and elaborated the method of looking zero for the three-axis turntable. The navigation test of inertial navigation system proved that these methods satisfy the navigation test requirements.

three-axis turntable; looking zero; north reference; theodolite; digital level meter

2015-01-15

曹院(1988—)，男，助理工程師，主要從事慣性技術(shù)研究。

10.11809/scbgxb2015.08.041

曹院，魯浩.三軸慣導(dǎo)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)尋零方法應(yīng)用研究[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2015(8):166-168.

format:CAO Yuan，LU Hao.Applied Research of Looking Zero for Three Axis Inertial Navigation Test Turntable[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(8):166-168.

V448

A

1006-0707(2015)08-0166-03