[发明专利]一种捷联惯导与对准棱镜安装偏角测量方法

摘要

本发明提出了一种捷联惯导与对准棱镜安装偏角测量方法，硬件设施包括：双轴转台、捷联惯导、对准棱镜、自准直经纬仪、主控计算机、显示器及键盘等组成。方法是通过两次旋转双轴转台改变捷联惯导台体对准棱镜、自准直经纬仪准直的位置，主控计算机二次记录自准直经纬仪CCD失准角读数和水平盘读数β、双轴转台内外框码盘读数α以及捷联惯导输出参数，通过解算得出捷联惯导初始对准瞄准棱镜改为竖直安装后对准棱镜与惯导之间的安装偏差。

主权项

一种捷联惯导与对准棱镜安装偏角测量方法，测量的硬件设施包括：高精度双轴自动控制转台(以下简称：双轴转台)、捷联惯导台体(含捷联惯导、对准棱镜)、棱镜标校自准直经纬仪(以下简称：自准直经纬仪)、主控计算机、显示器及键盘等组成。测量方法是：(1)将捷联惯导台体(含捷联惯导、对准棱镜)固定在双轴转台上，测量系统通电开始测量工作。(2)旋转双轴转台至捷联惯导台体对准棱镜、自准直经纬仪准直位置O处，主控计算机记录自准直经纬仪CCD失准角读数和水平盘读数β、双轴转台内外框码盘读数α以及捷联惯导输出参数。(3)再次旋转双轴转台，自准直经纬仪准直至位置P处，主控计算机记录自准直经纬仪CCD失准角读数和水平盘读数β、双轴转台内外框码盘读数α以及捷联惯导输出参数。(4)建立矢量相等的对应坐标关系，主控计算机执行程序解算捷联惯导与对准棱镜安装偏角，步骤如下：a)棱镜‑惯导‑转台坐标矢量关系令双轴转台坐标系为Nt，其初始位置坐标系为Nt0；捷联惯导坐标系为Ni，其初始安装位置坐标系为Ni0；对准棱镜坐标系为Nm，其初始位置坐标系为Nm0，对准棱镜镜面反射面法矢量在对准棱镜坐标系下为假设对准棱镜坐标系与捷联惯导坐标系的安装偏差角矩阵为捷联惯导在双轴转台上的初始安装误差矩阵为则双轴转台转动过程中，对准棱镜镜面反射面法矢量在高精度双轴自动控制转台初始位置坐标系中可表示为：v‾m′=Ctt0CitCmiv‾m---(1)]]>b)经纬仪自准直坐标矢量关系令捷联惯导棱镜自准直经纬仪坐标系为Ne，其初始位置坐标系为Ne0，棱镜准直坐标系下的激光准直矢量假设自准直经纬仪坐标系到其初始位置坐标系的转换矩阵为自准直经纬仪初始位置坐标系到双轴转台初始位置坐标系的误差矩阵为则自准直经纬仪激光准直矢量到双轴转台初始位置坐标系中可表示为：v‾e′=Ce0t0Cee0v‾e---(2)]]>自准直经纬仪与捷联惯导对准棱镜两次准直后，得到方程组如下：v‾m1′=Ct1t0Cit1Cmiv‾mv‾m2′=Ct2t0Cit2Cmiv‾mv‾e1′=Ce0t0Ce1e0v‾ev‾e2′=Ce0t0Ce2e0v‾e---(3)]]>由于那么：v‾m1′·v‾m2′=v‾e1′·v‾e2′---(4)]]>误差矩阵的欧拉角形式如下：小角处理后为：去掉高阶项后为：其中欧拉角θ、γ分别为绕Z轴、X轴的和Y轴的旋转角。c)定义坐标系统一，令误差矩阵的欧拉角分别为绕X轴的ηi、ηm，绕Z轴的ζi、ζ，绕Y轴的‑θi、‑θm，并去掉高阶项后，由式(3)、(4)可得：Ct1t0-(ζi+ζ)1-(ηi+ηm)·Ct2t0-(ζi+ζ)1-(ηi+ηm)=cos(Δα)cos(f(Δβ))---(8)]]>其中：Δα、Δβ分别为瞄准设备两次瞄准时的垂直和水平方向的两个测量角的差值，f(Δβ)为AOO′平面内的安装误差角解算用角，理想状态下f(Δβ)＝Δβ，且ηi、θi、ζi可通过捷联惯导数据标定解算出来，因此只要两次棱镜准直可解算棱镜的安装偏差角ζ和ηm。而实际棱镜两次准直时，双轴转台的外框需旋转λ＝90°或λ＝‑90°，令两次准直内框转角分别为ψ、ψ1，则式(8)变为：-(ζi+ζ)2(sinψsinψ1+sin2λcosψcosψ1)+...(ζi+ζ)(1+sin2λ)(cosψsinψ1-sinψcosψ1)+...cosψcosψ1+sin2λ(sinψsinψ1-(ηi+ηm)2)-cos(f(Δβ))cos(Δα)=0---(9)]]>式(9)去掉高阶项，简化后可得捷联惯导与对准棱镜安装偏角ζ：ζ≈f(Δβ)-(ψ1-ψ)2-ζi---(10)]]>