[发明专利]一种基于正交轴系调平装置北向基准修正的目标定位方法

说明书

本发明属于目标定位技术领域，具体涉及一种基于正交轴系调平装置北向基准修正的目标定位方法，该方法针对采用了自动调平装置的目标定位系统，利用向量的空间旋转变换，基于自动调平装置轴系结构约束，按照调平面与水平面平行的边界条件建立一系列数学计算方法，能够在不测量自动调平装置轴系旋转角度的情况下从自动调平装置下部北向基准准确解算出调平台调平后的上部北向基准，通过这一北向基准修正过程，该方法解决了此类目标定位系统传统的目标定位方法不做北向基准修正，直接引用自动调平装置下部北向基准所产生的倾斜工况下目标定位误差增大的问题，在各种倾斜条件下均可获得一致的精度。

技术领域

本发明属于目标定位技术领域，具体涉及一种基于正交轴系调平装置北向基准修正的目标定位方法。

背景技术

(一)技术需求

基于地面观测的目标定位系统需要最终获得目标的地理坐标。这就需要解决以下两个技术问题，第一个问题是测量观测点的坐标，第二个问题是测量目标点与观测点的相对位置关系。观测点坐标测量通过卫星定位或惯性导航等手段可以实时获取。对于第二个问题，需要通过光学观瞄测量观测点到目标点构成的空间矢量的方向，即瞄线方向，同时通过测距操作获取目标距离。为实现瞄线方向的测量，需将用于光学观瞄的光学成像传感器安装在两轴转台上构成观瞄装置，理论上，将惯导直接与观瞄装置固连即可实时测量瞄线方向，但在工程应用中，地面观测的目标定位系统通常采用车载平台，惯导需要与车体固连保证车辆的惯性导航功能，同时，对目标的搜索过程涉及两轴转台频繁的旋转运动，这将导致惯导测姿数据产生较大的漂移，无法保证测角精度。因此，如图1所示，典型的地面观测的目标定位系统均将惯导与系统承载车辆固连。另一方面，由于野外环境下，观测点很可能会存在坡度，系统承载车辆只能倾斜停放，对于某些目标定位测量装置，其工作条件要求方位回转轴必须与水平面垂直。这就需要增加调平机构，调平机构通过两个正交轴系的旋转补偿使上部调平面，即目标定位测量装置的安装面能够在车辆倾斜时也始终保持水平。调平机构的结构安装方式如图1所示，调平机构基座的安装面法线与惯导z轴平行，调平机构基座可以与惯导固连，或通过方位回转机构连接。

由于惯导与车体固连，调平面方位角没有与其固连的测姿传感器，因此需要将惯导获得的北向基准传递到调平面上，这样，在调平面上的观瞄装置就可以获得目标相对于观测点的地理方向，从而实现目标定位。

(二)现有的技术方案

针对要求方位回转轴必须垂直于水平面的目标定位测量系统，典型的解决方案如下：

1)安装惯性导航装置

用于获取北向基准的惯性导航装置与车体固连，安装方向为：惯性导航装置的x轴指向车体正前方，z轴指向车顶正上方。定义惯性导航装置坐标系为x₂y₂z₂；

2)安装调平机构

在车辆顶部安装面安装调平机构，车辆顶部安装面与惯性导航装置的xy平面平行，即调平机构底座平面与惯性导航装置的xy平面平行；如图2所示，调平机构的上部平面通过两个回转轴与调平机构底座平面铰联，通过上部平面的倾斜传感器可以实时测量上部平面偏离水平的程度，通过负反馈控制两个回转轴上的旋转，使上部平面保持水平；

3)校准两轴转台瞄线方向

在两轴转台的俯仰机构上安装一个或多个光学成像传感器、激光测距机。两轴转台瞄线方向以激光测距机的激光发射方向为基准，通过调整各成像传感器图像上叠加的十字分划位置，使十字交点与激光照射点重合。经过上述瞄线方向校准过程，在后续的观瞄操作中，就能够通过操作两轴转台旋转，使十字分划交点压住目标，即可保证瞄线指向目标；

4)安装两轴转台