[发明专利]一种基于惯导和光学测量的飞机轴向校准装置和方法

权利要求书

1.一种基于惯导和光学测量的飞机轴向校准装置，其特征在于：包括校靶仪主机、主控单元（20）和基准平面镜（61）；校靶仪主机包括安装在机壳（5）内部的光学系统（1）、图像处理单元（2）和惯性测量仪（4）组成；所述惯性测量仪（4）的航向轴方向与光学系统（1）的光轴方向保持一致；所述的基准平面镜（61）安装在飞机待校准轴上，基准平面镜（61）的法线与待校准轴的轴线方向平行；

所述的光学系统（1）包括聚焦透镜组和在聚焦透镜组焦点处设置的图像传感器（15），光源经过聚焦透镜组发出平行光束，经过基准平面镜（61）反射后聚焦成像在图像传感器（15）上形成像点（21），图像处理单元（2）对图像传感器（15）的图像进行数据处理，得到轴向偏差角；主控单元（20）根据惯性测量仪（4）的角度数据和图像处理单元（2）的轴向偏差角数据，计算得到待校准轴的姿态角参数。

2.根据权利要求2所述的基于惯导和光学测量的飞机轴向校准装置，其特征在于：所述的光学系统还包括光源，所述的聚焦透镜组光轴上设置有第一胶合半反棱镜（13），所述的光源为在第一胶合半反棱镜（13）的反射光路上设置的钨丝灯（17）。

3.根据权利要求2所述的基于惯导和光学测量的飞机轴向校准装置，其特征在于：所述钨丝灯（17）和第一胶合半反棱镜（13）之间设置有十字形光阑（16）。

4.根据权利要求2所述的基于惯导和光学测量的飞机轴向校准装置，其特征在于：所述的光学系统还包括光源，所述的聚焦透镜组光轴上设置有第二胶合半反棱镜（14），所述的光源为在第二胶合半反棱镜（14）的反射光路上设置的可见光激光器（18）。

5.根据权利要求4所述的基于惯导和光学测量的飞机轴向校准装置，其特征在于：所述的可见光激光器（18）为输出光斑为十字的绿光激光器。

6.根据权利要求2所述的基于惯导和光学测量的飞机轴向校准装置，其特征在于：所述的基准平面镜（61）包括基准镜面（64）、固定圆柄（62）和定位簧片（63），固定圆柄（62）插入在待校准轴或其工装圆孔内，并依靠定位簧片（63）弹力使得固定圆柄（62）的外圆面（65）与待校准轴或工装圆孔的内圆表面紧密贴合。

7.根据权利要求1所述的基于惯导和光学测量的飞机轴向校准装置，其特征在于：所述的惯性测量单元（4）为光纤捷联式惯性导航系统，所述的图像传感器（15）为CCD传感器。

8.根据权利要求1所述的基于惯导和光学测量的飞机轴向校准装置，其特征在于：校靶仪主机上还包括显示屏（3）。

9.利用权利要求1-8任意之一所述的基于惯导和光学测量的飞机轴向校准装置进行校准的方法，其特征在于，包括以下步骤：

【1】在飞机纵轴上安装基准平面镜，校靶仪的光源出射平行光至基准平面镜，图像传感器获取像点的位置坐标，计算得到轴向偏差角；主控单元根据轴向偏差角和惯性测量仪的测量得到的角度参数，计算得到飞机纵轴的轴向姿态角参数，并以此为基准构建得到飞机的虚拟数字几何纵轴；

【2】在飞机待校准轴上基准平面镜，校靶仪的光源出射平行光至基准平面镜，图像传感器获取像点的位置坐标，计算得到轴向偏差角；主控单元根据轴向偏差角和惯性测量仪的测量得到的角度参数，计算得到待校准轴的轴向姿态角参数；

【3】将待校准轴的姿态角参数与虚拟数字几何纵轴的姿态角参数进行数据比对后得到待校准轴的轴偏角参数；

【4】根据轴偏角参数值大小决定是否需要进行机械校轴。

10.根据权利要求9所述的基于惯导和光学测量的飞机轴向校准方法，其特征在于：轴向姿态角参数表示为Ω（α+θx，β+θz，γ）；

其中θx=Lx/2f，θz=Lz/2f分别表示入射平行光轴线在X轴和Z轴方向的轴向偏差角，f为校靶仪中聚焦透镜组的焦距，Lx和Lz为聚焦像点在图像传感器的x轴和z轴上的坐标值；（α，β，γ）为惯性测量仪的测量得到的角度参数。