一種通過碼盤信號細分進行測角的方法及光電瞄準儀的制作方法
【專利摘要】為滿足日益增長的客戶需求，針對現(xiàn)有光柵碼盤的技術(shù)情況，本發(fā)明提供了一種通過碼盤信號細分進行測角的光電瞄準方法。本發(fā)明對光電瞄準儀光柵碼盤信號進行細分處理，通過仿真擬合細分角度，從而獲得測角角度值。在消除直流分量影響的同時，提升儀器分辨率和精度。
【專利說明】
-種通過碼盤信號細分進行測角的方法及光電瞄準儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及定瞄測繪技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種通過碼盤信號細分進行測角 的方法及光電瞄準儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 光電瞄準儀是具備調(diào)平、對屯、、望遠鏡照準、光電準直信號輸出、方位角測量及角 度顯示與通訊功能于一體的光、機、電設(shè)備，在航天、航空等多個領(lǐng)域被廣泛使用。例如，作 為光電瞄準儀在火控系統(tǒng)中的應用，在現(xiàn)代飛機航空電子系統(tǒng)中，只有當火控雷達和光電 雷達協(xié)同工作才能充分發(fā)揮設(shè)備的能力，使航電系統(tǒng)整體效能最佳。通常，擁有火控雷達和 光電雷達的火控系統(tǒng)有主通道和輔助通道兩個工作狀態(tài)，主輔通道按照主輔通道控制邏輯 由系統(tǒng)自動確定或由飛行員手動選擇。在捜索狀態(tài)，火控雷達和光電雷達按照各自定義的 工作方式捜索目標。手動截獲目標時，只通過主通道截獲感興趣的目標。跟蹤目標后，主通 道為輔助通道提供目標指示，輔助通道隨動主通道截獲同一目標。光電瞄準儀通過采集由 光柵莫爾條紋光信號轉(zhuǎn)換的模擬信號(正弦波信號），再通過硬件和軟件處理從而實現(xiàn)角度 測量。
[0003] 在不采用細分的情況下，光電瞄準儀的分辨率和光柵碼盤的柵格數(shù)成正比，由于 受光柵刻劃工藝水平和制作成本的制約，常用碼盤的柵格數(shù)一般都在兩萬條W下。因此為 了提高測量的分辨率和精度，降低儀器設(shè)備的成本，精密測角系統(tǒng)一般需采取細分的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為滿足日益增長的客戶需求，針對現(xiàn)有光柵碼盤的技術(shù)情況，本發(fā)明提供了一種 通過碼盤信號細分進行測角的光電瞄準方法，包括：
[0005] (1)采集光柵碼盤莫爾條紋模擬信號；
[0006] (2)對采集到的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行預處理，并建立光柵盤刻線與角 度的關(guān)系；
[0007] (3)對經(jīng)過預處理的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行修正；
[000引（4)對經(jīng)過預處理的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行波形變換，獲得所測角度的 大數(shù)；
[0009] (5)對經(jīng)過預處理的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行細分和修正，獲得所測角度 的小數(shù)；
[0010] (6)根據(jù)如下公式計算所測角度Θ:
[0011] 0 = 8〇"x^0a-9b;
[001^ 式中：N為正弦波信號的周期數(shù)，且N為整數(shù)，目3為終點處不足整周期的小數(shù)，0b為起 點處不足整周期的小數(shù)。
[0013] 進一步地，所述步驟(1)包括:采用10位AD轉(zhuǎn)換器對模擬量信號進行采集。
[0014] 進一步地，所述步驟(2)包括：
[0015] (21)從采集到的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號中獲得兩個正弦信號Asin0和Acos0;
[0016] (22)在光柵盤全圓周上設(shè)置16200條刻線，則光柵盤刻線每移動1個間距，所述兩 個正弦信號就變化1個周期，即代表角度移動了80"。
[0017] 進一步地，所述步驟(3)包括：
[0018] (31)對直流分量UD通過在光柵碼盤進行結(jié)構(gòu)安裝時W如下方式進行修正和控制：
[0019] a)碼盤軸系主軸的安裝端面端跳值；
[0020] b)指示光柵玻璃面與安裝環(huán)面整周的高度差一致性
[0021] C)膠合后主光柵端跳值；
[0022] d)主光柵與指示光柵間隙值；
[0023] (32)計算直流分量化的均值：
[0024]
癢中化1、化2為多點測量獲得的光柵碼盤莫爾條紋模擬 信號的直流分量；
[00巧](33)對化進行修正：
[0026] Us = Asin&+UD-D。
[0027] 進一步地，所述步驟(4)包括：
[0028] (41)對所述兩個正弦信號經(jīng)波形變換，形成與運兩個正弦信號一致的周期性脈沖 信號；
[0029] (42)對所述脈沖信號進行計數(shù)，從而獲得所測角度的大數(shù):80"XN。
[0030] 進一步地，所述步驟(5)包括：
[0031] (51)將莫爾條紋模擬信號的一個周期化等分成S份，S為細分總數(shù)；
[0032] (52)將Asin0和ACOS0轉(zhuǎn)換成數(shù)字量US和UC;
[0033] (53)根據(jù)數(shù)字量US和UC求得tg目或ctg0 :
[0036] (54)依據(jù)tg9或ctg9判斷9b在哪個區(qū)間，進而得出白b;
[0037] (55)計算終點處不足整周期的小數(shù)03,即 [003引 目 a = XXK
[0039] 其中K=W/S，W為光柵柵距，0< Φ
[0040] 進一步地，所述S取值為4含S含8的整數(shù)。
[0041 ]進一步地，對于每個細分區(qū)間，直流分量誤差最大值可知：
[0042] 細分誤差最乂
[0043] 本發(fā)明提供了一種通過碼盤信號細分進行測角的光電瞄準儀，包括：
[0044] 光柵碼盤莫爾條紋模擬信號采集單元，用于采集光柵碼盤莫爾條紋模擬信號；
[0045] 預處理單元，用于對采集到的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行預處理，并建立光 柵盤刻線與角度的關(guān)系；
[0046] 修正單元，用于對經(jīng)過預處理的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行修正；
[0047] 大數(shù)計算單元，用于對經(jīng)過預處理的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行波形變換， 獲得所測角度的大數(shù)；
[0048] 小數(shù)計算單元，用于對經(jīng)過預處理的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行細分和修 正，獲得所測角度的小數(shù)；
[0049] 所測角度計算單元，用于根據(jù)如下公式計算所測角度Θ:
[0050] 0 = 8O"X^0a-9b;
[0051] 式中：N為正弦波信號的周期數(shù)，且N為整數(shù)，目3為終點處不足整周期的小數(shù)，0b為起 點處不足整周期的小數(shù)。
[0052] 進一步地，所述光柵碼盤莫爾條紋模擬信號采集單元為10位AD轉(zhuǎn)換器。
[0053] 本發(fā)明的有益效果為：
[0054] (1)在分析細分直流分量影響的同時，通過數(shù)字優(yōu)化處理，提升了儀器精度和性 能，滿足了日益增長的市場需求；
[0055] (2)采用對信號進行細分處理，能夠獲得高分辨率，可W達到0.1";
[0056] (3)測角準確性和精度高；
[0057] (4)對細分誤差處理，降低了工藝制作難度，節(jié)約儀器成本。
【附圖說明】
[0058] 圖1示出了本發(fā)明的通過碼盤信號細分進行測角的光電瞄準方法的流程圖。
[0059] 圖2示出了細分區(qū)間分布圖；
[0060] 圖3示出了角度仿真示意圖；
[0061 ]圖4示出了直流分量影響示意圖。
【具體實施方式】
[0062] 下面將結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0063] 如圖1所示，通過碼盤信號細分進行測角的光電瞄準方法，包括：
[0064] (1)采集光柵碼盤莫爾條紋模擬信號；
[0065] (2)對采集到的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行預處理，并建立光柵盤刻線與角 度的關(guān)系；
[0066] (3)對經(jīng)過預處理的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行修正；
[0067] (4)對經(jīng)過預處理的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行波形變換，獲得所測角度的 大數(shù)；
[0068] (5)對經(jīng)過預處理的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行細分和修正，獲得所測角度 的小數(shù)；
[0069] (6)根據(jù)如下公式計算所測角度Θ :
[0070] 0 = 8〇"x^0a-9b;
[0071] 式中:N為正弦波信號的周期數(shù)，且N為整數(shù)，03為終點處不足整周期的小數(shù)，0b為起 點處不足整周期的小數(shù)。
[0072] 優(yōu)選地，所述步驟(1)包括:采用10位AD轉(zhuǎn)換器對模擬量信號進行采集。
[0073] 優(yōu)選地，所述步驟(2)包括：
[0074] (21)從采集到的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號中獲得兩個正弦信號Asin0和Acos0;
[0075] (22)在光柵盤全圓周上設(shè)置16200條刻線，則光柵盤刻線每移動1個間距，所述兩 個正弦信號就變化1個周期，即代表角度移動了80"。
[0076] 優(yōu)選地，所述步驟(3)包括：
[0077] (31)對直流分量UD通過在光柵碼盤進行結(jié)構(gòu)安裝時W如下方式進行修正和控制：
[0078] a)碼盤軸系主軸的安裝端面端跳值；
[0079] b)指示光柵玻璃面與安裝環(huán)面整周的高度差一致性
[0080] C)膠合后主光柵端跳值；
[0081] d)主光柵與指示光柵間隙值；
[0082] (32)計算直流分量化的均值：
[0083]
，其中化1、化2為多點測量獲得的光柵碼盤莫爾條紋模擬 信號的直流分量；
[0084] (33)對Us進行修正：
[0085] 化= Asin 巫+Ud-D。
[0086] 一般采樣點取4至化個(整圓周內(nèi)每隔45°或90°采樣），再將采樣計算結(jié)果作為儀器 參數(shù)帶入角度計算即可消除直流分量的影響。
[0087] 優(yōu)選地，所述步驟(4)包括：
[0088] (41)對所述兩個正弦信號經(jīng)波形變換，形成與運兩個正弦信號一致的周期性脈沖 信號；
[0089] (42)對所述脈沖信號進行計數(shù)，從而獲得所測角度的大數(shù):80"XN。
[0090] 優(yōu)選地，所述步驟(5)包括：
[0091] (51)將莫爾條紋模擬信號的一個周期化等分成S份，S為細分總數(shù)；
[0092] (52)將Asin0和ACOS0轉(zhuǎn)換成數(shù)字量US和UC;
[0093] (53)根據(jù)數(shù)字量US和UC求得tg0或ctg0，如圖2所示：
[0096] 依據(jù)數(shù)字量US和UC的極性和絕對值將Φ在0°~360°進行8細分，如表1所示。
[0097] 表1區(qū)間分布表 [009引

[0099] ~在每個區(qū)間內(nèi)，用MATLAB擬合仿真tgΦ值并建立表格，如圖3所示，根據(jù)數(shù)字量US 和UC計算結(jié)果從而計算得出Φ角度值。
[0100] 瞄準儀采用10位AD轉(zhuǎn)換器對模擬量信號進行采集，每10"細分區(qū)間建立表格，表格 細分值為512，角度分辨率可W達到0.1"。
[0101] (54)依據(jù)tg9或ctg9判斷9b在哪個區(qū)間，進而得出目b;
[0102] (55)計算終點處不足整周期的小數(shù)03,即
[0103] 白 a = XXK
[0104] 其中K=W/S，W為光柵柵距，0< Φ
[0105] 優(yōu)選地，所述S取值為4<S<8的整數(shù)。
[0106] 優(yōu)選地，如圖4所示，因此軟件細分要求光柵信號在A/D轉(zhuǎn)換之前消除直流分量，設(shè) 直流分量為化，此分量引起的細分誤差為誤差δ。
[0110] 對于每個細分區(qū)間，直流分量誤差最大值可知：
[0111]
[0112] 本發(fā)明提供了一種通過碼盤信號細分進行測角的光電瞄準儀，包括：
[0113] 光柵碼盤莫爾條紋模擬信號采集單元，用于采集光柵碼盤莫爾條紋模擬信號；
[0114] 預處理單元，用于對采集到的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行預處理，并建立光 柵盤刻線與角度的關(guān)系；
[0115] 修正單元，用于對經(jīng)過預處理的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行修正；
[0116] 大數(shù)計算單元，用于對經(jīng)過預處理的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行波形變換， 獲得所測角度的大數(shù)；
[0117] 小數(shù)計算單元，用于對經(jīng)過預處理的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行細分和修 正，獲得所測角度的小數(shù)；
[0118] 所測角度計算單元，用于根據(jù)如下公式計算所測角度Θ:
[0119] Θ = 80"Χ 化目 a-白 b;
[0120] 式中:N為正弦波信號的周期數(shù)，且N為整數(shù)，03為終點處不足整周期的小數(shù)，0b為起 點處不足整周期的小數(shù)。
[0121] 優(yōu)選地，所述光柵碼盤莫爾條紋模擬信號采集單元為10位AD轉(zhuǎn)換器。
[0122] 雖然已經(jīng)參照特定實施例介紹了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可W在不脫離 本發(fā)明范圍的基礎(chǔ)上進行各種改動或進行等效替換。另外，可在不脫離本發(fā)明范圍的基礎(chǔ) 上對本發(fā)明教導的內(nèi)容進行各種調(diào)整從而適應特定的環(huán)境或材料。因此，本發(fā)明不應限于 所公開的特定實施例，而是應包括屬于所附權(quán)利要求范圍的所有實施方式。
【主權(quán)項】
1. 一種通過碼盤信號細分進行測角的光電瞄準方法，包括： (1) 采集光柵碼盤莫爾條紋模擬信號； (2) 對采集到的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行預處理，并建立光柵盤刻線與角度的 關(guān)系； (3) 對經(jīng)過預處理的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行修正； (4) 對經(jīng)過預處理的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行波形變換，獲得所測角度的大數(shù)； (5) 對經(jīng)過預處理的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行細分和修正，獲得所測角度的小 數(shù)； (6) 根據(jù)如下公式計算所測角度Θ: 0 = 8〇//XN+0a-0b； 式中:N為正弦波信號的周期數(shù)，且N為整數(shù)，03為終點處不足整周期的小數(shù)，起點處 不足整周期的小數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（1)包括:采用10位AD轉(zhuǎn)換器對模 擬量信號進行采集。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)包括： (21) 從采集到的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號中獲得兩個正弦信號Asin0和Ac〇s0; (22) 在光柵盤全圓周上設(shè)置16200條刻線，則光柵盤刻線每移動1個間距，所述兩個正 弦信號就變化1個周期，即代表角度移動了80〃。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)包括： (31) 對直流分量UD通過在光柵碼盤進行結(jié)構(gòu)安裝時以如下方式進行修正和控制： a) 碼盤軸系主軸的安裝端面端跳值； b) 指示光柵玻璃面與安裝環(huán)面整周的高度差一致性 c) 膠合后主光柵端跳值； d) 主光柵與指示光柵間隙值； (32) 計算直流分量UD的均值：，其中UD1、UD2為多點測量獲得的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號的 直流分量； (33) 對Us進行修正： Us=AsinC>+UD-D。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)包括： (41) 對所述兩個正弦信號經(jīng)波形變換，形成與這兩個正弦信號一致的周期性脈沖信 號； (42) 對所述脈沖信號進行計數(shù)，從而獲得所測角度的大數(shù):80〃XN。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(5)包括： (51) 將莫爾條紋模擬信號的一個周期2π等分成S份，S為細分總數(shù)； (52) 將Asin9和Acos9轉(zhuǎn)換成數(shù)字量US和UC; (53) 根據(jù)數(shù)字量US和UC求得tg0或ctg0:(54) 依據(jù)tg0或ctg0判斷0b在哪個區(qū)間，進而得出0b; (55) 計算終點處不足整周期的小數(shù)03，即 0a = XXK 其中K=W/S，W為光柵柵距，0< Φ <231。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述S取值為4 < S < 8的整數(shù)。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，對于每個細分區(qū)間，直流分量誤差最大值 可知：9. 一種通過碼盤信號細分進行測角的光電瞄準儀，其特征在于，包括： 光柵碼盤莫爾條紋模擬信號采集單元，用于采集光柵碼盤莫爾條紋模擬信號； 預處理單元，用于對采集到的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行預處理，并建立光柵盤 刻線與角度的關(guān)系； 修正單元，用于對經(jīng)過預處理的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行修正； 大數(shù)計算單元，用于對經(jīng)過預處理的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行波形變換，獲得 所測角度的大數(shù)； 小數(shù)計算單元，用于對經(jīng)過預處理的光柵碼盤莫爾條紋模擬信號進行細分和修正，獲 得所測角度的小數(shù)； 所測角度計算單元，用于根據(jù)如下公式計算所測角度Θ: 0 = 8〇//XN+0a-0b； 式中:N為正弦波信號的周期數(shù)，且N為整數(shù)，03為終點處不足整周期的小數(shù)，起點處 不足整周期的小數(shù)。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述光柵碼盤莫爾條紋模擬信號采集單 元為10位AD轉(zhuǎn)換器。
【文檔編號】G02B23/00GK105823442SQ201610230442
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】范毅, 孫煜, 姜華, 蘇辛, 許進亮, 劉琦
【申請人】北京航天發(fā)射技術(shù)研究所, 中國運載火箭技術(shù)研究院