车载平台变形对测角误差的影响分析与修正

　　1　引　言

　　现代靶场上广泛装备的光测设备主要有两种工作状态，一种是固定站形式，一种是活动站形式。活动站式是把经纬仪直接安装到车载平台上，执行任务时有下车与不下车之分，所谓下车是指经纬仪平时放在车上，当工作时设备安放到固定地基上;不下车是指设备在载车上工作，不用安装到地基上。目前国内靶场装备的活动站式都是下车形式，载车只是作为运输载体，到达测量基站后要把光测设备放置在预先设计好的地基座上，就位过程繁琐，转场和到位展开需要大量工作，而且完成任务后又要重新卸载。反复的装卸操作对于光测设备的抗震性能、轴系精度以及使用寿命都带来极大的影响[1]。

　　国外现代化靶场中的光电跟踪测量设备在90年代以后多数采用车载式结构。用先进的方法对车载平台变形进行实时测量，为整个系统提供反馈数据，实现高精度的跟踪和测量[2]。不下车式的测量能够实现真正意义的光测设备车载化，但当经纬仪在车载平台上进行测量和跟踪时，经纬仪转动速度、视轴位置、工作环境等因素会导致车载平台发生变形，降低经纬仪的测角精度。因此，对影响车载经纬仪测角误差的因素进行分析，并对车载平台的变形进行实时测量与事后修正是活动站高精度工作的关键。

　　本文分析了平台在经纬仪工作时变形的类型，提出平台旋转是影响经纬仪测角误差的主要因素。建立了车载经伟仪测角误差与旋转变形角的关系模型，对目标位置、平台旋转变形对测角误差的影响进行了仿真和实验验证，得到的结果为实现经纬仪高精度测量提供了理论依据。

　　2　平台变形对测角误差的影响

　　在车载经纬仪系统中，经纬仪一般都固定在车载平台的中心。由运动学理论可知，平台的变形主要有受经纬仪重力作用的平移变形和动载荷作用的旋转变形两种，如图1所示。如果经纬仪质量比较小，车载平台的刚性也非常好，则测角误差相对于固定站设备相差会比较小;如果经纬仪质量比较大(重达几吨)，同时实际应用中车载平台并非绝对的刚体，则必然产生较大的影响[3]。

　　2.1　平台平移对测角误差的影响

　　车载平台受到经纬仪重力作用产生向下的变形时，可认为垂线(理想)测量坐标系(O-XYZ)沿Y 轴负向平移。为了分析Y 轴平移对车载经纬仪测角误差造成的影响，建立平台测量坐标系O′-X′Y′Z′和垂线(理想)测量坐标系O-XYZ(均为右手坐标系)，如图1(a)所示。平台测量坐标系O′-X′Y′Z′原点为经纬仪水平轴和垂直轴交点O′，Y′轴始终与经纬仪的垂直轴重合，Z′轴和水平轴重合，X′轴指向正北。此坐标系固接在经纬仪上，随着车载平台的向下平移一起运动。垂线(理想)测量坐标系 O-XYZ 与初始时刻的平台测量坐标系O′-X′Y′Z′重合，初始时刻是指车载平台不发生变形的理想时刻，在初始时刻，经纬仪水平轴与大地水平面平行，照准轴指向大地北，垂直轴与铅垂线平行。垂线(理想)测量坐标系与极坐标系的转换公式为：