短基线靶面姿态检测技术范文

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1测量方案

为了完成小靶面姿态测量任务，设计了由智能全站仪、平面镜、地面校准标组成的短基线高精度姿态测量系统。在任务执行过程中主要解决好坐标的定制，多设备数据的坐标转换拼接及姿态解算问题。

1.1坐标体系定义天线安装平台坐标体系为飞机架水平后的机体坐标系（测量系统的辅助坐标系）：Y轴沿指定的坐标原点指向飞机机头，Z指向天，X与YZ平面垂直构成右手系。在进行测量前，根据飞机标示点对飞机架水平；根据一台全站仪测量飞机上的轴线点把全站仪测量坐标定制成辅助坐标系；或者对飞机上的三个点或多个已知点坐标进行测量，根据已知点的测量值与理论值坐标解算辅助飞机坐标系与测量系统坐标系的转换关系，然后将全站仪坐标定制到辅助飞机系统坐标。天线安装平台坐标系与天线阵面坐标系的关系如图1所示。

1.2自准直测量原理

自准直测量原理如图2所示，光源发出光线照明位于物镜焦平面上的分划板，O点在物镜光轴上，那么由它发出的光线通过物镜后，成一束与光轴平行的平行光束射向反射镜，当反射镜面垂直于光轴时，光线仍然按原路返回，经物镜后仍成像在分划板上O处，与原目标重合。利用全站仪自准直测量以平面镜的镜面法线提供一条方位基准，用全站仪照准镜面，合理设置仪器位置并调整其视准轴方向，使仪器的视准轴与镜面的法线重合，则全站仪的视准轴方向即代表了该法线方位基准；垂直角代表了垂直度，这样一来就利用全站仪自准直测量法完成目标照准自动化测量并获得想获取的角度值。

1.3测量过程1）首先进行飞机水平架设；2）根据测量点的布局进行控制点布设；3）调整全站仪符合自准值测量模式。置视准轴与镜面大概垂直，再上下左右微动仪器，并将望远镜焦距慢慢调到无穷大，直至观测到镜面上的光斑落在全站仪测量镜面上，然后利用ATR（自动瞄准）模式进行测量，使光斑的中心与承影面中心完全重合即实现自准直测量；4）坐标定制。依据地面校准标采用后方交会把设备调整到安装平台坐标体系；5）进行自准值测量获取角度信息；6）代入后处理软件获取相关要求天线靶面与安装平台三轴夹角。

1.4靶面平台三轴夹角计算由全站仪自准值测量获得的角度为方位角A，俯仰角E，由解析几何原理可以推算出靶面法向量。

2试验验证及误差分析

3.1检核方法为了对首次使用的测量方法精度进行检核，利用自准直仪（平行光管：精度1s）对全站仪自准直测量法进行了精度检核，对于同一镜面，在同一状态下，利用全站仪自准直测量与平行光管测量结果进行比对，看结果统计是否在测量精度要求0．02°范围内，试验现场测试如图4所示。首先调整镜面与固定平台几乎垂直，调整平行光管与镜面平行，并记录初始测量状态，调整全站仪完全与镜面垂直记录初始测量结果；然后利用角度调整仪器，每调节一个刻度，角度变化25s，首先固定航向，调整俯仰，对于每一个状态利用全站仪自准直测量一次，用自准直仪（平行光管）进行测量一次，测量出同一状态的俯仰结果进行比对，看两个设备测量的在同一状态下的结果差是否在测量要求的范围以内；俯仰比对完毕，然后再固定俯仰，调整航向，按照上面测量模式进行状态比对，检查其航向变换是否在要求的精度范围以内。

2.2测试结果固定航向，变化俯仰，平行光管与全站仪自准直测量结果如图5所示，具体数据如表1所示，俯仰方差3．5s。 固定俯仰，调整航向，平行光管与全站仪自准直测量结果如图6，具体数据由于篇幅略，数据统计航向变化方差为4．2s。两个设备对同一状态进行测量，其状态差均在10s以内。对两种测量设备测量的差进行方差统计，俯仰变化方差为3．5s，航向变化方差在4．2s，因此全站仪自准直测量与自准直仪测量结果一致，完全满足角度测量精度0．02°的要求。

3结语

利用全站仪自准直测量方法能够进行短基线高精度的小角度测量，该方法通过了检核试验，其测量精度比常规利用定位信息反求姿态精度高一个数量级。该测量模式已经应用在飞行试验小靶面测试过程中，取得了很好的应用效果。

作者：何红丽 单位：中国飞行试验研究院