基于双经纬仪的随动系统静态精度测量-论文.pdf

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1、山西电子技术应用实践2014年第4期文章编号：1674—4578(2014)04—0023．03基于双经纬仪的随动系统静态精度测量史峰(国营785厂，山西太原030024)摘要：简述了一种利用两台经纬仪对随动系统的静态精度进行高精度测量的方法。该方法采用了空间定点、平面拟合、点投影、圆拟合等算法，可以同时测量出随动系统围绕方位和俯仰两个轴旋转的角度及其相关数据，可满足多种高精度测量的需求。关键词：双经纬仪；静态精度；空间定点；平面拟合；圆拟合中图分类号：TP274．4文献标识码：A经纬仪因其测量精度和易用性方面的优势被广泛应用2．1综述于地质、建筑、测绘等领域的空间角度和坐标等的测量，其在

2、本方法由空间定点、三维平面拟合、点投影、三维圆拟军事领域的一个主要应用是是测量调炮精度，即火炮炮塔和合、转角计算等几个环节组成。如图1，测量时首先要在随炮管旋转角度的测量。动系统转塔(方位或俯仰机构)外表面上选一个点P，然后让传统的方法是利用两台经纬仪对火炮身管上相距一定转塔单独围绕方位或俯仰旋转轴旋转，在旋转过程中，点P距离的两个点进行联合测量，通过对运动前和运动后的两组的位置形成一个圆弧，任取圆弧上几个点P1、P2⋯(不少坐标进行分析，得到火炮炮塔和炮管的角度变化。该方法算于3个，由于要满足两台经纬仪同时测量，这些点可能分散法简单，使用方便，但没有考虑承载平台水平倾斜度对测量在某一段圆

3、弧内)，并用经纬仪记录其角度数据，再输入专用结果的影响，故存在一定的误差。以水平旋转30。为例，当软件计算出这些点的空间坐标。我们知道，三维空间内不共平台倾角分别为1。、3。、5。时，引起的误差分别为0．0036。、线的三个点确定一个平面，平面上不共线的三个点确定一个0．036。、0．096。。对于要求精度很高的随动系统转角测量，圆。理想情况下，这些点应该位于同一个平面内，并且处于这样的误差有时是不被允许的，这时就需要一种原理更加完以方位或俯仰旋转轴为圆心的某个圆的圆周上。但在现实善、精度更高的测量方法。条件下，任何一个随动系统都难免会存在齿隙和跳动，测量本方法利用两台数字式经纬仪和自主编

4、制的软件对随误差也是客观存在的。为了弥补这些误差，得到一个尽量精动系统转塔的静态旋转角度(包括方位和俯仰)进行离线测确的测量结果，本方法采用了数据冗余、多点拟合的算法。量。由于采用了空间平面拟合、圆拟合等方法，可以计算出通过专用软件计算出拟合圆的圆心、半径、倾斜度等相关参承载平台的各向回转轴的倾斜度，从而避免了因承载平台倾数后，结合方位和俯仰两个旋转面的信息，就可以计算出空斜引入的误差，所以能达到更高的测量精度。在测量随动系间中任意一点在O-xyz坐标系中相对于圆心0’的角度。统转塔转角的同时，还能测量方位回转平面的倾斜度，以及方位、俯仰旋转轴的正交度等重要指标。虽然算法相对于传统方法复杂

5、度更高，但集成到专用的测量软件之中后，使用起来也非常方便，并可以保存测量结果。l测量工具主要用到的软硬件设备和工具有：经纬仪，三脚架，电缆，计算机，专用软件。1．1经纬仪精度2”，具有数据输出功能。图1空间平面及圆拟合示意图1．2计算机图1中，O-xyz坐标系为测量坐标系，P1、P2⋯等点为PIII1．0G／256M以上微机，2×RS一232接口，预装Win—经纬仪测得的点，利用这些点可以拟合出空间平面，并在该dowsXP操作系统。平面上拟合圆，0’为拟合圆的圆心。2．2空间定点2测量原理两台相距一定距离的经纬仪和空间待测点构成一个基收稿日期：2014—05—05作者简介：史峰(1981-

6、)，男，山西潞城人，工程师，大学本科，主要从事电气自动化方面技术工作。山西电子技术2014焦线三角形，只要知道了两台经纬仪的相对坐标，再用经纬仪上式中，为原始点，为投影点，A、B、C、D为拟合平面分别测出的被测点的方位和俯仰方向的角度，就可利用双站方程系数。交会的原理计算出该点的三维坐标。2．5三维圆拟合上述投影点可以看作位于一个空间球面与拟合平面的交线处。空间球面的方程式为：(一0)+(Y—Yo)十(z—z0)：R．(6)利用最+-乘法求解拟合圆，需要先构造一个目标函数，该函数由上述球面方程和平面方程得到：F(xo，Yo，，R，A)=∑(一2+5+)，，2—2，，y0+i1+z一2z2z

7、o+z3一R)+X(Axo+Byo+cz0+D)．图2经纬仪双站交会定点(7)图2中，s1和S2分别为两台经纬仪在测量坐标系0一=上式中，0，Yo，z0为待求的拟合圆的圆心坐标，R为其中的位置。P为待测点，P’为P点在xOy平面(水平面)上半径，A为一个预设系数，，Y，为3．4中求出的一系列的投影。指定y轴正向为方位零度角，俯视顺时针增大。投影点的坐标，A、B、C、D为拟合平面方程系数。1、s1和、2分别为两台经纬仪瞄准