三軸慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)臺尋零方法應(yīng)用研究

曹 院，魯 浩

(中國空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽 471009)

【基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究】

三軸慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)臺尋零方法應(yīng)用研究

曹 院，魯 浩

(中國空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽 471009)

為了滿足在三軸轉(zhuǎn)臺上測試捷聯(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3個(gè)框軸的尋零方法；經(jīng)慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航測試實(shí)驗(yàn)證明，此方法滿足導(dǎo)航測試要求。

三軸轉(zhuǎn)臺；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)臺上測試其導(dǎo)航性能時(shí)，必須確定其測試初始時(shí)刻的姿態(tài)信息，即確定三軸轉(zhuǎn)臺在初始時(shí)刻的位置信息，則必須對轉(zhuǎn)臺三個(gè)框軸尋零?？紤]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三軸轉(zhuǎn)臺尋零，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室無北向基準(zhǔn)時(shí)，采用北向基準(zhǔn)建立的方法也可對三軸轉(zhuǎn)臺尋零。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) 天文方位測量。在空曠處選擇可相互通視、相距140m的兩點(diǎn)，釘入測釘，以測釘中心作為觀測標(biāo)志，測釘之間的連線為天文方位邊。采用北極星任意時(shí)角法，在方位邊兩端測站獨(dú)立對向觀測，測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中，覘牌為光學(xué)對點(diǎn)器對中。由于這兩種對中方式的對中誤差不超過0.5 mm，對于140 m的邊長，由對中誤差引起的方向誤差不超過0.7″，因此此方向誤差相對于陀螺經(jīng)緯儀的定向誤差而言可以忽略。

在對立方鏡法線方位標(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6測回，取平均值作為方位測量結(jié)果。

2.三軸轉(zhuǎn)臺尋零

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外框?qū)ち?，其示意圖如圖3所示。選用的兩臺經(jīng)緯儀型號均為TM5100A，其測角精度為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對基準(zhǔn)立方鏡進(jìn)行自準(zhǔn)直，經(jīng)緯儀B對外框平面鏡進(jìn)行自準(zhǔn)直，分別記錄兩臺經(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，兩臺經(jīng)緯儀測量的夾角分別為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)立測量4測回，并取4測回均值作為測量結(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)框臺面的表面平面度較高，故采用數(shù)字水平儀對中框?qū)ち恪＿x用的數(shù)字水平儀型號為前哨WL11型，選擇測量靈敏度檔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)框臺面外周，南、北直線上選取兩處作為測量點(diǎn)；用數(shù)字水平儀測量多次，并調(diào)整中框軸的旋轉(zhuǎn)角度，直到內(nèi)框臺面水平，記錄此刻中框軸旋轉(zhuǎn)的角度；重復(fù)測量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)框臺面上，采用外框?qū)ち惴椒▽?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)框臺面，將轉(zhuǎn)臺中框軸旋轉(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 測量結(jié)果

1) 北向基準(zhǔn)方位測量結(jié)果。陀螺經(jīng)緯儀對立方鏡進(jìn)行自準(zhǔn)直觀測6測回，測量結(jié)果如表1所示。對6測回測量結(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量結(jié)果。采用兩臺經(jīng)緯儀自準(zhǔn)直和互瞄傳遞方法對外框?qū)ち?，測量結(jié)果如表2所示。

表1 北向基準(zhǔn)方位測量結(jié)果

表2 外框?qū)ち銣y量結(jié)果

對4測回測量結(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量結(jié)果。重復(fù)4次測量，中框軸旋轉(zhuǎn)角度結(jié)果如表3所示。對4次測量結(jié)果取平均值，即中框零位為173°03′29″。

表3 中框測量結(jié)果

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

表4 內(nèi)框測量結(jié)果

4 結(jié)論

捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航性能測試需要精確確定三軸轉(zhuǎn)臺的零位。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)對三軸轉(zhuǎn)臺外框進(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)航測試證明，此方法滿足捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航性能測試要求，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)測試轉(zhuǎn)臺尋零方法應(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