[发明专利]一种捷联惯导与对准棱镜安装偏角测量方法

权利要求书

1.一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、捷联惯导台体、棱镜标校自准直经纬仪、主控计算机、显示器及键盘，其中：捷联惯导台体包含捷联惯导及对准棱镜，测量方法是：

(1)将捷联惯导台体固定在高精度双轴自动控制转台上，测量系统通电开始测量工作；

(2)旋转高精度双轴自动控制转台至捷联惯导台体对准棱镜、棱镜标校自准直经纬仪准直至位置O处，主控计算机记录棱镜标校自准直经纬仪CCD失准角读数和水平盘读数β、高精度双轴自动控制转台内外框码盘读数α以及捷联惯导输出参数；

(3)再次旋转高精度双轴自动控制转台，棱镜标校自准直经纬仪准直至位置P处，主控计算机记录棱镜标校自准直经纬仪CCD失准角读数和水平盘读数β、高精度双轴自动控制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

令高精度双轴自动控制转台坐标系为N_t，其初始位置坐标系为N_t0；捷联惯导坐标系为N_i，其初始安装位置坐标系为N_i0；对准棱镜坐标系为N_m，其初始位置坐标系为N_m0，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高精度双轴自动控制转台上的初始安装误差矩阵为则高精度双轴自动控制转台转动过程中，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：

b)经纬仪自准直坐标矢量关系

令棱镜标校自准直经纬仪坐标系为N_e，其初始位置坐标系为N_e0，棱镜准直坐标系下的激光准直矢量假设棱镜标校自准直经纬仪坐标系到其初始位置坐标系的转换矩阵为棱镜标校自准直经纬仪初始位置坐标系到高精度双轴自动控制转台初始位置坐标系的误差矩阵为则棱镜标校自准直经纬仪激光准直矢量到高精度双轴自动控制转台初始位置坐标系中可表示为：

棱镜标校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：

由于那么：

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)令误差矩阵的欧拉角分别为绕X轴的η_i、η_m，绕Z轴的ζ_i、ζ，绕Y轴的-θ_i、-θ_m，并去掉高阶项后，由式(3)、(4)可得：

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η_i、θ_i、ζ_i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ζ和η_m；

而实际棱镜两次准直时，高精度双轴自动控制转台的外框需旋转λ＝90^□或λ＝-90^□，令两次准直内框转角分别为ψ、ψ1，则式(8)变为：

-(ζ_i+ζ)²(sinψsinψ1+sin²λcosψcosψ1)+...

(ζ_i+ζ)(1+sin²λ)(cosψsinψ1-sinψcosψ1)+...

cosψcosψ1+sin²λ(sinψsinψ1-(η_i+η_m)²)-cos(f(Δβ))cos(Δα)＝0 (9)

式(9)去掉高阶项，简化后：可得ζ，

ζ即为捷联惯导与对准棱镜安装偏角。