基于激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度檢測方法，包括激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)、三軸轉(zhuǎn)臺(tái)、三軸轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)采集系統(tǒng)、慣導(dǎo)輸出姿態(tài)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，所述激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)固定安裝到被檢三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面上，通過采集三軸轉(zhuǎn)臺(tái)自身角姿態(tài)輸出和激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的姿態(tài)測量信息，利用固聯(lián)剛體旋轉(zhuǎn)矢量增量不受測量點(diǎn)影響的原理完成三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度的檢測。本發(fā)明具有可檢測三軸轉(zhuǎn)臺(tái)任意兩軸系的軸線垂直度、檢測精度高、系統(tǒng)組成操作簡單、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
基于激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度的檢測，特指采用激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)對三軸轉(zhuǎn)臺(tái) 軸線垂直度進(jìn)行檢測的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)是航空、航天、航海、計(jì)量等領(lǐng)域不可缺少的重要設(shè)備，常用作慣性儀表、 慣導(dǎo)系統(tǒng)等精密儀器的性能測試、誤差標(biāo)定、仿真實(shí)驗(yàn)和工作平臺(tái)。
[0003] 轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線垂直度是三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的一個(gè)重要指標(biāo)。通常的檢測方法是在被測軸上安 裝反射鏡，通過改變被測軸與固定軸之間的相對角度，讀取已架設(shè)的光電自準(zhǔn)直儀的測量 值，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。該方法原理清晰，但現(xiàn)場測試需要拆開轉(zhuǎn)臺(tái)部件，安裝反射 鏡，架設(shè)光電自準(zhǔn)直儀，且要求環(huán)境溫度相對穩(wěn)定。另一方面，該檢測方法僅能測量臺(tái)體內(nèi) 框/中框、中框/外框的軸線垂直度，對內(nèi)框/外框的軸線垂直度無法進(jìn)行直接測量，故容易 導(dǎo)致三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線并不兩兩垂直。
[0004] 因此，尋找可對轉(zhuǎn)臺(tái)任意兩軸線進(jìn)行測量、測量精度高、操作簡單、適用范圍廣的 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度檢測方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員極為關(guān)注的技術(shù)問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種可檢測轉(zhuǎn)臺(tái)任意兩軸線垂直度、檢測精 度高、操作簡單、適用范圍廣的基于激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度檢測方法。本 發(fā)明結(jié)合三軸轉(zhuǎn)臺(tái)自身角姿態(tài)輸出和激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的姿態(tài)測量信息，利用固聯(lián)剛體旋 轉(zhuǎn)矢量增量不受測量點(diǎn)影響的原理完成三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度的檢測。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] 一種基于激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度檢測方法，包括以下步驟：
[0008] S1:將激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)安裝到三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面上，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)外框軸和激光陀螺 捷聯(lián)慣導(dǎo)的Z軸夾角為巾，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)中框軸和激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的X軸夾角為0，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi) 框軸和激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的Y軸夾角為y，巾、0、y均小于1°;
[0009] S2:激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)完成初始對準(zhǔn)，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上電，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)工作于角位置模 式，并置零位；
[0010] S3:三軸轉(zhuǎn)臺(tái)處于零位時(shí)激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出的姿態(tài)角為Att；；并將其轉(zhuǎn)換為 姿態(tài)矩陣c；；,，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)處于零位時(shí)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角位置輸出Att;并將其轉(zhuǎn)換為姿態(tài)矩陣
[0011] 激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)進(jìn)入導(dǎo)航狀態(tài)后，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框、中框、和外框均以零位為初始 位置，分別從零位開始轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，轉(zhuǎn)動(dòng)角度> 10°，內(nèi)框軸、中框軸、外框軸各轉(zhuǎn)動(dòng)一次記 為一組，記錄K組(K>10)激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿態(tài)角…，Aig并轉(zhuǎn)換為姿態(tài) 矩陣…，q;，同時(shí)記錄對應(yīng)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角位置測量輸出并轉(zhuǎn)換為姿態(tài)矩陣 -g^n： .f …，S;
[0012] 其中^^；；>1^"%八11；；分別表示第1組激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿態(tài)角，第2組激 光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿態(tài)角…第K組激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿態(tài)角。每組轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，三軸 轉(zhuǎn)臺(tái)每轉(zhuǎn)動(dòng)其一個(gè)框體，激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)均會(huì)輸出一組測量的轉(zhuǎn)臺(tái)框體橫搖角、縱 搖角和航向角（以內(nèi)框轉(zhuǎn)動(dòng)一次為例，慣導(dǎo)輸出一組姿態(tài)即每組 Atg中包含了三組姿態(tài)數(shù)據(jù)，
…，Att:分別表示第1組激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿態(tài)角對應(yīng)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角 位置，第2組激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿態(tài)角對應(yīng)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角位置…第K組激光陀螺捷聯(lián) 慣導(dǎo)輸出姿態(tài)角對應(yīng)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角位置，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角位置包括內(nèi)軸角位置、中軸角位 置、外軸角位置
[0013] S4:以C;和為基準(zhǔn)，得到步驟S3中每次轉(zhuǎn)動(dòng)后激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的角增量姿 態(tài)矩陣CH…,€|和三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角增量姿態(tài)矩陣C^CJ；…，C=。激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo) 的每組測量姿態(tài)中都分別包含了橫搖角、縱搖角和航向角姿態(tài)，分別計(jì)算每組測量姿態(tài)中 三個(gè)軸向轉(zhuǎn)動(dòng)的歸一化旋轉(zhuǎn)矢量(其中分別表示了第i次的 內(nèi)框、中框和外框轉(zhuǎn)動(dòng)后，激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)測量的在載體系b中三個(gè)軸向姿態(tài)變化的歸一 化旋轉(zhuǎn)矢量）。通過計(jì)算每組數(shù)據(jù)中三個(gè)軸向轉(zhuǎn)動(dòng)的歸一化旋轉(zhuǎn)矢量的兩兩間的點(diǎn)乘量，即 可得到每兩個(gè)旋轉(zhuǎn)矢量之間的正交度。由于捷聯(lián)慣導(dǎo)與三軸轉(zhuǎn)臺(tái)固聯(lián)，因此慣導(dǎo)測得的旋 轉(zhuǎn)矢s；的正父度即可直接反映轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線垂直度(〇內(nèi)/中，〇內(nèi)/外，〇中/外)。
[0014] 本發(fā)明還提供一種基于激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度檢測裝置，包括 激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)、三軸轉(zhuǎn)臺(tái)、三軸轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)采集系統(tǒng)、慣導(dǎo)輸出姿態(tài)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理 計(jì)算機(jī)，所述激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)固定安裝到被檢三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面上，所述激光陀螺捷聯(lián)慣 導(dǎo)與慣導(dǎo)輸出姿態(tài)采集系統(tǒng)電氣連接，所述三軸轉(zhuǎn)臺(tái)與轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)采集系統(tǒng)電氣連接，所述 慣導(dǎo)輸出姿態(tài)采集系統(tǒng)采集激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出的姿態(tài)信息并將該信息傳輸給數(shù)據(jù)處 理計(jì)算機(jī)，轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)采集系統(tǒng)采集三軸轉(zhuǎn)臺(tái)輸出的姿態(tài)信息并將該信息傳輸給數(shù)據(jù)處理計(jì) 算機(jī)，所述數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)根據(jù)采集到的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)信息和激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出的姿 態(tài)信息進(jìn)行計(jì)算處理獲得三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線垂直度。
[0015] 進(jìn)一步地，所述激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)固定安裝到被檢三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面的中心位置， 以減少因負(fù)載引起的轉(zhuǎn)臺(tái)形變。
[0016] 進(jìn)一步地，所述激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)優(yōu)選零偏穩(wěn)定性優(yōu)于0.003°/h的激光陀螺以保 證慣導(dǎo)系統(tǒng)的姿態(tài)測量精度。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：
[0018] 1、原理簡單；
[0019] 2、檢測系統(tǒng)組成簡單，激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)安裝到轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面時(shí)基本無需進(jìn)行調(diào)整；
[0020] 3、可對三軸轉(zhuǎn)臺(tái)三個(gè)軸線兩兩之間的軸線垂直度同時(shí)進(jìn)行檢測；
[0021] 4、適用范圍廣。采用本發(fā)明進(jìn)行三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度檢測時(shí)，只要求被檢轉(zhuǎn)臺(tái)基 座處于靜止?fàn)顟B(tài)，因而不僅可用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下轉(zhuǎn)臺(tái)的檢測，也可用于外場和生產(chǎn)現(xiàn)場條 件下轉(zhuǎn)臺(tái)的檢測。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的檢測裝置示意圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明的激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)與三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的初始狀態(tài)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的頻域抗干擾方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0025]參照圖1，為本發(fā)明一種基于激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度檢測裝置 的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)1、三軸轉(zhuǎn)臺(tái)2、三軸轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)采集系統(tǒng)、慣導(dǎo) 輸出姿態(tài)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，所述激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)固定安裝到被檢三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的 臺(tái)面上。本發(fā)明中將捷激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)安裝在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)安裝臺(tái)面中心位置以減少因負(fù)載 引起的轉(zhuǎn)臺(tái)形變。對于本發(fā)明所述激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)1，優(yōu)選零偏穩(wěn)定性優(yōu)于0.003°/h的激 光陀螺以保證慣導(dǎo)系統(tǒng)的姿態(tài)測量精度。激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)和慣導(dǎo)輸出姿態(tài)采集系統(tǒng)的電 氣連接可通過轉(zhuǎn)臺(tái)滑環(huán)轉(zhuǎn)接，也可直接相連。轉(zhuǎn)臺(tái)角位置輸出由轉(zhuǎn)臺(tái)主控計(jì)算機(jī)給出。 [0026]如圖1所示，激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)與慣導(dǎo)輸出姿態(tài)采集系統(tǒng)電氣連接，所述三軸轉(zhuǎn)臺(tái) 與轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)采集系統(tǒng)電氣連接，所述慣導(dǎo)輸出姿態(tài)采集系統(tǒng)采集激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出的 姿態(tài)信息并將該信息傳輸給數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)采集系統(tǒng)采集三軸轉(zhuǎn)臺(tái)輸出的姿態(tài) 信息并將該信息傳輸給數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，所述數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)根據(jù)采集到的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài) 信息和激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出的姿態(tài)信息進(jìn)行計(jì)算處理獲得三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線垂直度。 [0027]捷聯(lián)慣導(dǎo)的敏感軸與轉(zhuǎn)臺(tái)的三個(gè)軸向基本平行，轉(zhuǎn)臺(tái)外框軸向和激光陀螺捷聯(lián)慣 導(dǎo)系統(tǒng)的Z軸夾角為巾，轉(zhuǎn)臺(tái)中框軸和慣導(dǎo)系統(tǒng)X軸夾角為0，轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框軸和慣導(dǎo)Y軸夾角為 y。巾、0、y均為小角度差角（差角小于1° )，如圖2所示。通常，由轉(zhuǎn)臺(tái)安裝臺(tái)面的平整度和 捷聯(lián)慣導(dǎo)的安裝面加工精度即可保證夾角遠(yuǎn)小于1°。
[0028] 一種基于激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度檢測方法，包括以下步驟： [0029] S1:將激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)1安裝到三軸轉(zhuǎn)臺(tái)2的臺(tái)面上，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)外框軸向和激光 陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的Z軸夾角為巾，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)中框軸和激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的X軸夾角為0，三軸轉(zhuǎn) 臺(tái)內(nèi)框軸和激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的Y軸夾角為y，(i)、0、y均小于1°。
[0030] S2:激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)1工作，完成初始對準(zhǔn)后進(jìn)入導(dǎo)航狀態(tài)，慣導(dǎo)輸出姿態(tài)采集 系統(tǒng)每1/NS秒記錄一次激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿態(tài)，每秒記錄Ns點(diǎn)數(shù)據(jù)(Ns為大于等于1的 整數(shù)）。被檢三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上電，工作于角位置模式，并置零位。
[0031] S 3 :三軸轉(zhuǎn)臺(tái)處于零位時(shí)激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出的姿態(tài)角為
并將其轉(zhuǎn)換為姿態(tài)矩陣^^，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)處于零位時(shí)三軸 轉(zhuǎn)臺(tái)的角位置輸出并將其轉(zhuǎn)換為姿態(tài)矩陣。
[0032] 激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)進(jìn)入導(dǎo)航狀態(tài)后，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框、中框、和外框均以零位為初始 位置，分別從零位開始轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，轉(zhuǎn)動(dòng)角度> 10°，內(nèi)框軸、中框軸、外框軸各轉(zhuǎn)動(dòng)一次記 為一組（同組的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)次序沒有要求），記錄K組(K>10)激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿 態(tài)角Att；；,Att；； 并轉(zhuǎn)換為姿態(tài)矩陣q，q 2 ?? vg，同時(shí)記錄對應(yīng)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的 角位置測量輸出并轉(zhuǎn)換為姿態(tài)矩陣???,€:。
[0033] 其中…，Att；；分別表示第1組激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿態(tài)角，第2組激 光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿態(tài)角…第K組激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿態(tài)角，每組轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，三軸 轉(zhuǎn)臺(tái)每轉(zhuǎn)動(dòng)其一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)框體，激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)均會(huì)輸出一組測量的轉(zhuǎn)臺(tái)框體橫搖 角、縱搖角和航向角（以內(nèi)框轉(zhuǎn)動(dòng)一次為例，慣導(dǎo)輸出一組姿態(tài)，即 每組Att；；中包含了三組姿態(tài)數(shù)據(jù)，
…，Att^分別表示第1組激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿態(tài)角對應(yīng)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角 位置，第2組激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿態(tài)角對應(yīng)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角位置…第K組激光陀螺捷聯(lián) 慣導(dǎo)輸出姿態(tài)角對應(yīng)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角位置，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角位置包括內(nèi)軸角位置、中軸角位 置、外軸角位置
[0034] S4:以轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)、中、外框各轉(zhuǎn)動(dòng)一次同步采集的慣導(dǎo)姿態(tài)輸出、轉(zhuǎn)臺(tái)角位置輸出作 為一組進(jìn)行分析，可得每組的激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)測量的轉(zhuǎn)臺(tái)的角姿態(tài)增量矩陣C&和每個(gè) 軸向轉(zhuǎn)動(dòng)后，激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)測量的對應(yīng)的歸一化轉(zhuǎn)動(dòng)矢量/; = &氣_，一)，進(jìn)而可計(jì) 算得到一組三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線垂直度。通過對K組數(shù)據(jù)得到的結(jié)果求取均值，可得到高精度的 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度結(jié)果。具體方法如下：
[0035] 以C；：。和為基準(zhǔn)，按式（1 )和（2 )可得每組轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，每個(gè)框體 轉(zhuǎn)動(dòng)一次，激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的角增量姿態(tài)矩陣Ct，ct…，eg (其中 Q ，c》，cf ,cf分別為第i次轉(zhuǎn)動(dòng)中，內(nèi)框、中框和外框分別轉(zhuǎn)動(dòng) 一次，激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)測量的系統(tǒng)在載體系b中的角增量姿態(tài)矩陣)和三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角增量 姿態(tài)矩陣(其中c: =(c；^c^，c3, 分別為第i次轉(zhuǎn) 動(dòng)中，內(nèi)框、中框和外框分別轉(zhuǎn)動(dòng)一次，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角增量姿態(tài)矩陣）：
[0037]激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)：
[0038]通過慣導(dǎo)系統(tǒng)測量的每組數(shù)據(jù)中每個(gè)軸向轉(zhuǎn)動(dòng)角增量的姿態(tài)矩陣 <^=(c^，c^%cy計(jì)算各個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)框體轉(zhuǎn)動(dòng)過程對應(yīng)的歸一化旋轉(zhuǎn)矢量&' 的方法如下，
[0039]以內(nèi)框轉(zhuǎn)動(dòng)一次為例：
[0042]其中為激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)測量的第i組中內(nèi)框軸轉(zhuǎn)動(dòng)姿態(tài)矩陣Cf對應(yīng)的 轉(zhuǎn)動(dòng)四元數(shù)。其中C&Uk>下標(biāo)(j，k)表示矩陣々中的第j行，第k列的元素；q\>中下標(biāo)(n) 表示向量q A'rt中第n個(gè)元素。
[0043] 采用內(nèi)框轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)算了&同樣的計(jì)算方式，計(jì)算得到^+和丫％，最后可以得到激光捷 聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)測量的每組中三個(gè)軸向單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)的歸一化旋轉(zhuǎn)矢量
[0044] 由于捷聯(lián)慣導(dǎo)和轉(zhuǎn)臺(tái)固聯(lián)，因此兩者在每個(gè)動(dòng)態(tài)過程中具有相同的旋轉(zhuǎn)矢量。分 別計(jì)算每組數(shù)據(jù)中每個(gè)軸向轉(zhuǎn)動(dòng)一次對應(yīng)的歸一化轉(zhuǎn)動(dòng)矢量如果轉(zhuǎn)臺(tái)具有 很高的軸線垂直度，則激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)測量的轉(zhuǎn)臺(tái)任意兩軸向轉(zhuǎn)動(dòng)的歸一下旋轉(zhuǎn)矢量必 定相互正交，因此通過計(jì)算三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)矢量的兩兩間的點(diǎn)乘量(dot為向量間點(diǎn)乘）即可得到 兩個(gè)旋轉(zhuǎn)矢量的正角度，而旋轉(zhuǎn)矢量的正交度直接反映了轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線垂直度：
[0045] 內(nèi)框/中框軸線垂直度:.+ =辦</"\ j ;
[0046] 中框/外框軸線垂直度:",丨=
[0047] 內(nèi)框/外框軸線垂直度:外=如(y' ? / ' )。
[0048] 為減小系統(tǒng)測量誤差和減震器形變對測量精度的影響，通過K組轉(zhuǎn)動(dòng)姿態(tài)可以得 到K組轉(zhuǎn)臺(tái)兩兩軸向的軸線垂直度，通過求均值的方式，減小誤差。
[0049] 此外，本方法還可以簡單估算轉(zhuǎn)臺(tái)和激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的安裝關(guān)系Cf#，其 方法如下：
[0050] 在轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度滿足要求的前提下，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中取多組兩者的對應(yīng)輸出，計(jì)算 激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)測量的每組數(shù)據(jù)中三個(gè)軸向組合轉(zhuǎn)動(dòng)的姿態(tài)矩陣 =C>?<：￥?€>和對應(yīng)的歸一化旋轉(zhuǎn)矢量丫^ H十算轉(zhuǎn)臺(tái)輸出的每組數(shù)據(jù)中三個(gè)軸向組 合轉(zhuǎn)動(dòng)的姿態(tài)矩陣=(：:?(：；：；；?(：$和對應(yīng)的歸一化旋轉(zhuǎn)矢量竹。由于捷聯(lián)慣導(dǎo)和三軸轉(zhuǎn) 臺(tái)固聯(lián)，因此同一轉(zhuǎn)動(dòng)方式下轉(zhuǎn)臺(tái)和慣導(dǎo)測量得到的旋轉(zhuǎn)矢量滿足：
[0051] ip^cpmuim_ (5)
[0052]理論上采用三組數(shù)據(jù)即可計(jì)算得到兩坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣：
[0054]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施 例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也 應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度檢測方法，其特征在于，包括以 下步驟： S1:將激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)安裝到三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面上，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)外框軸和激光陀螺捷聯(lián) 慣導(dǎo)的Z軸夾角為(i)，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)中框軸和激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的X軸夾角為0，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框軸 和激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的Y軸夾角為y，(i)、0、y均小于1° ; S2:激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)完成初始對準(zhǔn)，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上電，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)工作于角位置模式，并 置零位； S3:三軸轉(zhuǎn)臺(tái)處于零位時(shí)激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出的姿態(tài)角為Att;并將其轉(zhuǎn)換為姿態(tài)矩 陣C〗。，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)處于零位時(shí)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角位置輸出At<u并將其轉(zhuǎn)換為姿態(tài)矩陣; 激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)進(jìn)入導(dǎo)航狀態(tài)后，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框、中框、和外框均以零位為初始位 置，分別從零位開始轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，轉(zhuǎn)動(dòng)角度>1〇°，內(nèi)框軸、中框軸、外框軸各轉(zhuǎn)動(dòng)一次記為 一組，記錄K組激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿態(tài)角&^，夂《；；〃 ％夂《；；并轉(zhuǎn)換為姿態(tài)矩陣 C5，CL-，Ci，同時(shí)記錄對應(yīng)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角位置測量輸出并轉(zhuǎn)換為姿態(tài)矩陣 其中…,Att；；分別表示第1組激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿態(tài)角，第2組激光陀 螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿態(tài)角…第K組激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿態(tài)角，每組轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，三軸轉(zhuǎn)臺(tái) 每轉(zhuǎn)動(dòng)其一個(gè)框體，激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)均會(huì)輸出一組測量的轉(zhuǎn)臺(tái)框體橫搖角、縱搖角 和航向角，即每組Att；；中包含了三組姿態(tài)數(shù)據(jù)，表示如下：；Att； ,Att^…,Att^分別表示第逝 激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿態(tài)角對應(yīng)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角位置，第2組激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿 態(tài)角對應(yīng)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角位置…第K組激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出姿態(tài)角對應(yīng)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角 位置，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角位置包括內(nèi)軸角位置、中軸角位置、外軸角位置，S4:以和為基準(zhǔn)，得到步驟S3中每次轉(zhuǎn)動(dòng)后激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的角增量姿態(tài)矩 陣CH…,Q和三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角增量姿態(tài)矩陣C^,Cg ???,€=;激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的每 組測量姿態(tài)中都分別包含了橫搖角、縱搖角和航向角姿態(tài)，分別計(jì)算每組測量姿態(tài)中三個(gè) 軸向轉(zhuǎn)動(dòng)的歸一化旋轉(zhuǎn)矢量#=卜'7氣其中一分別表示了第i次的內(nèi)框、 中框和外框轉(zhuǎn)動(dòng)后，激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)測量的在載體系b中三個(gè)軸向姿態(tài)變化的歸一化旋 轉(zhuǎn)矢量;通過計(jì)算每組數(shù)據(jù)中三個(gè)軸向轉(zhuǎn)動(dòng)的歸一化旋轉(zhuǎn)矢量的兩兩間的點(diǎn)乘量，即可得 到每兩個(gè)旋轉(zhuǎn)矢量之間的正交度，而激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)測得的旋轉(zhuǎn)矢量的正交度直接反映 了三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線垂直度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度檢測方法，其 特征在于，步驟S4中，按式（1)和(2)可得每組轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，每個(gè)框體轉(zhuǎn)動(dòng)一次，激光陀螺捷 聯(lián)慣導(dǎo)的角增量姿態(tài)矩陣和三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角增量姿態(tài)矩陣…,C；；， 其中C& = (€>，C$ ，cX^ct分別為第i次轉(zhuǎn)動(dòng)中，內(nèi)框、中框和外框分別轉(zhuǎn) 動(dòng)一次激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)測量的系統(tǒng)在載體系b中的角增量姿態(tài)矩陣； C么=(C》,C= ，C》，C^C；J分別為第i次轉(zhuǎn)動(dòng)中，內(nèi)框、中框和外框分別轉(zhuǎn)動(dòng) 一次三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的角增量姿態(tài)矩陣：通過慣導(dǎo)系統(tǒng)測量的每個(gè)軸向轉(zhuǎn)動(dòng)角增量的姿態(tài)矩陣，c^，ct)計(jì)算各個(gè)轉(zhuǎn) 臺(tái)框體轉(zhuǎn)動(dòng)過程對應(yīng)的歸一化旋轉(zhuǎn)矢量(了^，;其中內(nèi)框轉(zhuǎn)動(dòng)一次對應(yīng)的歸一化旋 轉(zhuǎn)矢量了^的計(jì)算方法如下：其中為激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)測量的第i組中內(nèi)框軸轉(zhuǎn)動(dòng)姿態(tài)矩陣對應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng) 四元數(shù);其中C^(ik)下標(biāo)(j，k)表示矩陣<：$中的第j行，第k列的元素；q'n>中下標(biāo)(n)表示 向量中第n個(gè)元素； 采用計(jì)算^^同樣的計(jì)算方式，計(jì)算得到/1+和7%，最后得到激光捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)測量的 每組中三個(gè)軸向單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)的歸一化旋轉(zhuǎn)矢量# = 。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度檢測方法，其 特征在于，步驟S4中，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線垂直度包括內(nèi)框/中框軸線垂直度、中框/外框軸線垂 直度和內(nèi)框/外框軸線垂直度： 內(nèi)框/中框軸線垂直度:〇內(nèi)，中=而<丫~，t 中框/外框軸線垂直度:中，外=而，(/'了~)； 內(nèi)框/外框軸線垂直度:外=如1 產(chǎn))。4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的基于激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度檢測方 法，其特征在于，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)角速率為10~100°/s。5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的基于激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度檢測方 法，其特征在于，步驟S2中激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)預(yù)熱30分鐘后工作，進(jìn)入初始對準(zhǔn)過程，整個(gè) 初始對準(zhǔn)過程采用濾波法對準(zhǔn)。6. -種基于激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度檢測裝置，其特征在于:包括激 光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)、三軸轉(zhuǎn)臺(tái)、三軸轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)采集系統(tǒng)、慣導(dǎo)輸出姿態(tài)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理計(jì) 算機(jī)，所述激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)固定安裝到被檢三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面上，所述激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo) 與慣導(dǎo)輸出姿態(tài)采集系統(tǒng)電氣連接，所述三軸轉(zhuǎn)臺(tái)與轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)采集系統(tǒng)電氣連接，所述慣 導(dǎo)輸出姿態(tài)采集系統(tǒng)采集激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出的姿態(tài)信息并將該信息傳輸給數(shù)據(jù)處理 計(jì)算機(jī)，轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)采集系統(tǒng)采集三軸轉(zhuǎn)臺(tái)輸出的姿態(tài)信息并將該信息傳輸給數(shù)據(jù)處理計(jì)算 機(jī)，所述數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)根據(jù)采集到的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)信息和激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出的姿態(tài) 信息進(jìn)行計(jì)算處理獲得三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線垂直度。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度檢測裝置，其 特征在于:所述激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)固定安裝到被檢三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面的中心位置。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度檢測裝置，其 特征在于:所述激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)優(yōu)選零偏穩(wěn)定性優(yōu)于0.003° /h的激光陀螺。
【文檔編號(hào)】G01B11/26GK106052595SQ201610353369
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】魏國, 高春峰, 謝元平, 王 琦, 龍興武, 李耿, 張鵬飛, 于旭東
【申請人】中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)