高速飞行器滚仰式光电载荷与惯性导航的零位校准方法与流程

1.本发明属于高速飞行器滚仰式光电载荷与惯性导航应用技术领域，具体涉及一种高速飞行器滚仰式光电载荷与惯性导航的零位校准方法。


背景技术：

2.现代战争要求格斗型空空导弹具备强机动性、先敌发射和全向攻击能力，这就要求导引头离轴角和视场大、体积小、质量轻。滚仰式导引头的稳定平台采用滚转外框架、俯仰内框架的万向支架结构，视场可以覆盖整个前向半球，为导弹实现大离轴角发射提供了必要的条件，因此成为了新一代格斗型巡飞导弹的理想选择。
3.高速飞行器滚仰式光电载荷目标定位方法是指安装在高速飞行器上的光电设备，根据光电载荷测量的目标滚转、俯仰角度和测距值，以及惯性导航传输的当前位置地理坐标、海拔高度，计算出目标点导航信息，但由于惯导坐标系与光电转塔坐标系之间存在误差，并且在机械上很难保证零位的准确标校，因此，在目标定位时误差传递就会放大。传统的高速飞行器或者载机实现目标定位对飞机和高速飞行器具有依赖性，需要跟高速飞行器/飞机进行标校、数据通讯与同步，首先不利于拓展光电平台的应用范围，其次对场地有要求，并且步骤复杂，需要安装靶镜，将高速飞行器或者飞机架水平、观测等，步骤一般长达5-8小时。最后，此过程成本较高，包括仪器设计、生产费用，且产生较大校准误差。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.本发明要解决的技术问题是：如何针对机载或者巡飞类光电载荷与惯性导航标零不准的问题，提供一种高速飞行器滚仰式光电载荷与惯性导航的零位校准方法。
6.(二)技术方案
7.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高速飞行器滚仰式光电载荷与惯性导航的零位校准方法，包括以下步骤：
8.s1：安装机械工装，用于放置方管前置镜
9.在水平转台上安装机械工装，此机械工装具备水平与垂直端面，将水平仪放置在机械工装上，进行两面调平，并将方管前置镜的水平面与垂直面分别紧贴机械工装的水平与垂直端面，保证方管前置镜光轴与大地平行；
10.s2：设置点目标
11.在平行光管焦面前悬挂铅垂线，在铅垂线上放置可上下移动的点目标，保证点目标在方管前置镜的视场范围内，旋转水平转台，使方管前置镜的分划十字与铅垂线的点目标在平行光管中的像完全重合；
12.s3：将高速飞行器滚仰式光电载荷与惯性导航固定安装在一起；
13.s4：校准光电载荷与惯性导航的横滚零位
14.光电载荷与惯性导航上电，将光电载荷的横滚角度锁定为-90
°
左右，俯仰角度锁
定为0
°
，移动机械工装，使光电载荷观测到的图像中光轴十字与步骤s2中设置的点目标在平行光管内的像接近重合，微调光电载荷的横滚角度和俯仰角度，使图像中光轴十字与的点目标在平行光管内的像完全重合，分别记录此时的光电载荷的横滚角度和惯性导航的横滚角度，两者角度之和为θ，则-90
°‑
θ则为光电载荷与惯性导航在横滚轴向的零位误差；光电载荷在其输出的横滚角度值基础上加上-90
°‑
θ，完成光电载荷与惯性导航横滚轴向的零位修正，光电载荷与惯性导航下电；
15.s5：校准光电载荷与惯性导航的俯仰零位
16.光电载荷与惯性导航上电，将光电载荷的横滚角度锁定为0
°
左右，俯仰角度锁定为90
°
，移动机械工装，使光电载荷观测到的图像中光轴十字与步骤s2中设置的点目标在平行光管内的像接近重合，微调光电载荷的俯仰角度，微调光电载荷的横滚角度和俯仰角度，使图像中光轴十字与点目标在平行光管内的像完全重合，分别记录此时的光电载荷的俯仰角度和惯性导航的俯仰角度，两者角度之和为φ，则90
°‑
φ则为光电载荷与惯性导航在俯仰轴向的零位误差；光电载荷在其输出的俯仰角度值基础上加上90
°‑
φ，完成俯仰轴向的零位修正，光电载荷与惯性导航下电。
17.优选地，步骤s3中，将高速飞行器滚仰式光电载荷与惯性导航固定安装在一安装工装上。
18.优选地，所述安装工装的两个安装面分别有形状公差及位置公差要求。
19.优选地，将高速飞行器滚仰式光电载荷与惯性导航固定安装在一安装工装上时，安装螺钉需涂抹螺纹紧固胶。
20.优选地，步骤s4、s5中，规定视场垂直向下为光电载荷的零位位置。
21.本发明还提供了一种利用所述方法进行校准零位得到的光电载荷与惯性导航。
22.本发明还提供了一种对所述的光电载荷与惯性导航进行挂飞实验验证的方法。
23.优选地，选取两个目标点，先用gps测取两个目标点的位置信息，然后采用八旋翼无人机承载校准零位后的光电载荷与惯性导航进行目标定位实验验证，得到两目标点的位置信息，将gps测取的位置信息与通过目标定位实验验证得到的位置信息进行对比。
24.优选地，所述位置信息包括经度、纬度及高度信息。
25.本发明还提供了一种基于所述校准方法得到的高速飞行器。
26.(三)有益效果
27.上述技术方案所提供的基于高速飞行器滚仰式光电与导航零位校准的方法，具有以下有益效果：
28.1.本发明的高速飞行器滚仰式光电载荷与惯性导航的零位校准方法，拓展了高速飞行器滚仰式光电载荷离轴角和视场大的先天优势下目标定位功能以及地理引导功能的使用，不再需要跟高速飞行器或飞机进行标校、数据通讯与同步，拓展了光电平台的应用范围。
29.2.本发明的高速飞行器滚仰式光电载荷与惯性导航的零位校准方法，步骤简洁明了，在室内实验室环境即可完成零位标校全过程，解决传统标校方法成本较高，仪器、生产费用花费高的问题；
30.3.本发明的高速飞行器滚仰式光电载荷与惯性导航的零位校准方法，标校零位误差小，标校后到外场多次静态目标定位验证多目标点经纬度，在跑车确保惯导航行准确对
准且未发散的情况下，目标定位误差控制在10m内。
附图说明
31.图1为本发明的方法流程框图；
32.图2为本发明的标校零位模拟图；
33.图3为基于本发明的方法实现的外场挂飞定位结果图。
具体实施方式
34.为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
35.本发明针对机载或者巡飞类光电载荷与惯性导航标零不准的问题，提供一种高速飞行器滚仰式光电载荷与惯性导航的零位校准方法。本实施例对安装在机械工装上的光电载荷以及惯性导航的校准方法进行详细阐述，并就校准后的光电进行外场的目标定位数据进行了分析，以此证明该校准方法的准确性。
36.参照图1至图3所示，本实施例滚仰式光电载荷与惯性导航的零位校准方法包括以下步骤：
37.s1：安装机械工装，用于放置方管前置镜
38.在水平转台上安装机械工装，此机械工装具备水平与垂直端面，将水平仪放置在机械工装上，进行两面调平，并将方管前置镜的水平面与垂直面分别紧贴机械工装的水平与垂直端面，保证方管前置镜光轴与大地平行，见图2s1虚线框所示；
39.s2：设置点目标
40.在平行光管焦面前悬挂铅垂线，在铅垂线上放置可上下移动的点目标，保证点目标在方管前置镜的视场范围内，旋转水平转台，使方管前置镜的分划十字与铅垂线的点目标在平行光管中的像完全重合，见图2中s2虚线框所示；
41.s3：安装惯性导航与光电载荷
42.将高速飞行器滚仰式光电载荷与惯性导航固定安装在安装工装上，使得二者形成为一体，此安装工装的两个安装面分别有形状公差及位置公差要求，并且安装螺钉需涂抹242螺纹紧固胶，以防校准后出现松动现象，见图2s3虚线框所示；
43.s4：校准光电载荷与惯性导航的横滚零位
44.光电载荷与惯性导航上电，将光电载荷的横滚角度锁定为-90
°
左右，俯仰角度锁定为0
°
左右(视场垂直向下为光电载荷的零位位置)，移动机械工装，使光电载荷观测到的图像中光轴十字与步骤s2中设置的点目标在平行光管内的像接近重合，微调光电载荷的横滚角度和俯仰角度，使图像中光轴十字与的点目标在平行光管内的像完全重合，分别记录此时的光电载荷的横滚角度和惯性导航的横滚角度，两者角度之和为θ，则-90
°‑
θ则为光电载荷与惯性导航在横滚轴向的零位误差；光电载荷应在其原输出的角度值基础上加上-90
°‑
θ，完成光电载荷与惯性导航横滚轴向的零位修正，光电载荷与惯性导航下电；
45.s5：校准光电载荷与惯性导航的俯仰零位
46.光电载荷与惯性导航上电，将光电载荷的横滚角度锁定为0
°
左右，俯仰角度锁定为90
°
左右(视场垂直向下为光电载荷的零位位置)，移动机械工装，使光电载荷观测到的图
像中光轴十字与步骤s2中设置的点目标在平行光管内的像接近重合，微调光电载荷的俯仰角度，微调光电载荷的横滚角度和俯仰角度，使图像中光轴十字与点目标在平行光管内的像完全重合，分别记录此时的光电载荷的俯仰角度和惯性导航的俯仰角度，两者角度之和为φ，则90
°‑
φ则为光电载荷与惯性导航在俯仰轴向的零位误差；光电载荷应在其原输出的角度值基础上加上90
°‑
φ，完成俯仰轴向的零位修正，光电载荷与惯性导航下电；
47.s6：实验验证
48.对校准零位后的光电载荷与惯性导航进行挂飞实验验证，选取两个目标点，分别是a5点位及揽月阁目标点位，事先用gps惯性导航测取两个点位的准确位置信息，最后采用八旋翼无人机承载校准零位后的光电载荷与惯性导航进行目标定位实验验证，得到两点位位置信息如表1所示。
49.表1两点位目标定位结果对比值
[0050][0051]
从对比结果可以看出，a5与揽月阁目标点位经度、纬度及高度误差均在cep10范围内，光电目标定位指标明显提升，校准效果明显。
[0052]
可以看出，本发明针对滚仰式安装的光电载荷以及惯性导航实现了精准校零，利用平行光管等简易设备在实验室环境对滚仰式载荷和惯性导航的横滚和俯仰进行校零，校零误差不超过0.02
°
，能够达到提高滚仰式光电载荷目标定位精度的目的，减小了校准误差。
[0053]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种高速飞行器滚仰式光电载荷与惯性导航的零位校准方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：安装机械工装，用于放置方管前置镜在水平转台上安装机械工装，此机械工装具备水平与垂直端面，将水平仪放置在机械工装上，进行两面调平，并将方管前置镜的水平面与垂直面分别紧贴机械工装的水平与垂直端面，保证方管前置镜光轴与大地平行；s2：设置点目标在平行光管焦面前悬挂铅垂线，在铅垂线上放置可上下移动的点目标，保证点目标在方管前置镜的视场范围内，旋转水平转台，使方管前置镜的分划十字与铅垂线的点目标在平行光管中的像完全重合；s3：将高速飞行器滚仰式光电载荷与惯性导航固定安装在一起；s4：校准光电载荷与惯性导航的横滚零位光电载荷与惯性导航上电，将光电载荷的横滚角度锁定为-90
°
左右，俯仰角度锁定为0
°
，移动机械工装，使光电载荷观测到的图像中光轴十字与步骤s2中设置的点目标在平行光管内的像接近重合，微调光电载荷的横滚角度和俯仰角度，使图像中光轴十字与的点目标在平行光管内的像完全重合，分别记录此时的光电载荷的横滚角度和惯性导航的横滚角度，两者角度之和为θ，则-90
°‑
θ则为光电载荷与惯性导航在横滚轴向的零位误差；光电载荷在其输出的横滚角度值基础上加上-90
°‑
θ，完成光电载荷与惯性导航横滚轴向的零位修正，光电载荷与惯性导航下电；s5：校准光电载荷与惯性导航的俯仰零位光电载荷与惯性导航上电，将光电载荷的横滚角度锁定为0
°
左右，俯仰角度锁定为90
°
，移动机械工装，使光电载荷观测到的图像中光轴十字与步骤s2中设置的点目标在平行光管内的像接近重合，微调光电载荷的俯仰角度，微调光电载荷的横滚角度和俯仰角度，使图像中光轴十字与点目标在平行光管内的像完全重合，分别记录此时的光电载荷的俯仰角度和惯性导航的俯仰角度，两者角度之和为φ，则90
°‑
φ则为光电载荷与惯性导航在俯仰轴向的零位误差；光电载荷在其输出的俯仰角度值基础上加上90
°‑
φ，完成俯仰轴向的零位修正，光电载荷与惯性导航下电。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中，将高速飞行器滚仰式光电载荷与惯性导航固定安装在一安装工装上。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述安装工装的两个安装面分别有形状公差及位置公差要求。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，将高速飞行器滚仰式光电载荷与惯性导航固定安装在一安装工装上时，安装螺钉需涂抹螺纹紧固胶。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s4、s5中，规定视场垂直向下为光电载荷的零位位置。6.一种利用权利要求1至5中任一项所述方法进行校准零位得到的光电载荷与惯性导航。7.一种对权利要求6所述的光电载荷与惯性导航进行挂飞实验验证的方法。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，选取两个目标点，先用gps测取两个目标点的
位置信息，然后采用八旋翼无人机承载校准零位后的光电载荷与惯性导航进行目标定位实验验证，得到两目标点的位置信息，将gps测取的位置信息与通过目标定位实验验证得到的位置信息进行对比。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述位置信息包括经度、纬度及高度信息。10.一种基于权利要求1至5中任一项所述方法得到的高速飞行器。

技术总结
本发明涉及一种高速飞行器滚仰式光电载荷与惯性导航的零位校准方法，属于高速飞行器滚仰式光电载荷与惯性导航应用技术领域。该方法针对滚仰式安装的光电载荷以及惯性导航实现精准校零，利用平行光管等简易设备在实验室环境对滚仰式光电载荷和惯性导航的横滚和俯仰进行校零，校零误差不超过0.02


技术研发人员：吴妍 朱镭 刘虎 侯瑞 张衡 文江华 周晓斌 闫伟亮 孙浩 赵雪晨
受保护的技术使用者：西安应用光学研究所
技术研发日：2023.07.24
技术公布日：2023/10/7