[发明专利]基于液浮镜面光学自准式的准动态精密水平测量方法

说明书

技术领域

该方法主要适用于在准动态(介于全静态和高动态之间)环境条件下，通过检测物体表面相对大地水平的变化情况，实现运动物体水平姿态变化的实时精密测量，在惯性导航设备的支持下，可以用于高动态运动物体姿态变化测量。相关技术领域主要包括：

光学自准精密水平测量技术；

大型物体(如锚泊状态的水面船舶、高层楼房、各类桥梁、火箭发射的发射平台等)水平方向姿态变化、结构变形的实时精密测量技术；

惯导设备水平精度鉴定技术。

背景技术

目前水平测量方式主要包括：静态环境水平测量、动态环境水平测量两种。

静态环境水平测量的主要工具是各种水平倾斜检测仪器，最常用的有合像水平仪、电子水平仪等。测量范围从几十角秒到几十角分，测量精度从零点几秒到几十角分，技术性能相差很大，通常测量范围大的测量精度低，测量精度高的测量范围小。

动态环境水平测量的主要工具是各种惯性导航检测设备，最常用的有电子水平仪、惯性导航仪器、倾角测量仪等。测量范围从几度到几十度，测量精度从几十角秒到几十角分，就目前而言，它们的动态水平测量精度很难达到10角秒以下。

现有这些测量方法难以满足：同时具备动态、实时、精密的特殊要求。

发明内容

为了在准动态(介于全静态和高动态之间)环境条件下，实现同时具备动态、实时、精密的特殊测量要求。提出了基于“液浮反射式镜面基准+光学自准式测量工具”的系统主体实现方法。该方法以液浮反射式镜面跟踪当地大地地理水平作为绝对水平参考基准，利用光学自准式测量光管作为被检物体水平姿态变化情况的检测手段，在同步信号和控制微机的控制下实现物体水平姿态信息的实时自动精密测量。

基于液浮镜面光学自准式的准动态精密水平测量方法的设备组成主要包括：光学自准式测量工具(含光学自准测量光管、光电探测接收器件等、数据采集传输控制)、液浮反射式镜面基准(含浮液、光学反射镜组合体、壳体等)、同步控制与信息处理(含控制微机、接口电路、时码终端等)共三个部分。

液浮镜面光学自准测量总体组成原理如附图所示。

光学自准式测量工具主要用于实时监测被检物体检测基面相对大地水平参考平面夹角的变化情况。它的组成主要包括：光学自准测量光管、光电探测接收器件、数据采集传输控制等。由光学自准测量光管发出的平行光线经反射镜反射后成像在位于焦平面的光电探测接收器件。其中光电探测接收器件可以选择数字(模拟)面阵CCD。在精心设计和严格装调的情况下，该组合的测量精度可以达到≤1″。

液浮反射式镜面基准主要利用液体的自重力自准水平性原理，自动跟踪当地大地地理水平，为准动态的实时精密水平测量提供参考基准。它的组成主要包括：浮液、光学反射镜组合体、壳体等。

同步控制与信息处理主要用于实时信息交换处理，是系统内外信息交换、数据处理、状态控制的中心环节。它的组成主要包括：时码终端、控制微机(含硬件电路、工作软件等)、接口电路等。在同步信号的控制下，首先接收来自光电探测接收器件的测量信息，进行计算处理、数据记录、信息显示，最后可将结果信息通过接口电路输出给其它用户。结果数据主要包括：采样时刻动态物体水平姿态(纵向、横向)角度变化信息。

系统主要参考指标如下：

纵向水平测量误差：≤3.0″(均方根值)

横向水平测量误差：≤3.0″(均方根值)

纵向水平测量范围：≥±(15.0-30.0)′(相对真实的大地水平)

横向水平测量范围：≥±(15.0-30.0)′(相对真实的大地水平)

测量数据采样频率：≥5Hz-20Hz(具体依据需要确定)

附图说明

图的说明

图液浮镜面光学自准测量总体组成原理

实施方式

该测量方法的工作方式是：以液浮反射式镜面跟踪当地大地地理水平作为绝对水平参考基准，利用光学自准式测量光管作为被检物体水平姿态变化情况的检测手段，在同步信号和控制微机的控制下实现物体水平姿态信息的实时自动精密测量。

液浮反射式镜面基准主要利用液体的自重力自准水平性原理，自动跟踪当地大地地理水平平面，为准动态的实时精密水平测量提供参考基准。光学自准式测量工具主要通过光电探测接收器件实时监测被检物体检测基面相对大地水平参考平面夹角的变化情况。同步控制与信息处理主要用于实时信息交换处理，是系统内外信息交换、数据处理、状态控制的中心环节。结果数据主要包括：采样时刻动态物体水平姿态(纵向、横向)角度变化信息。

该测量方法具有：分布式、实时性、精确性、自动化的特点。单套可以完成准动态水平姿态测量，两套差分可以完成大型结构变形测量，单套加其它专用辅助设备可以完成高动态、大范围运动载体的实时精密水平姿态测量。