高精度倾角传感器在测量车载平台变形中的应用

　　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。国内靶场装备的光测设备大都采用固定站形式,把经纬仪安装到固定的地基座上,地基是根据靶场布站的要求,按照一定的地理坐标专门设置的。这种安装方式可以使仪器平稳工作,减小测量误差。但是,由于采用固定地基的方式,各观测点的位置不动,仪器设备的机动性差,而现代武器装备的特点之一就是机动性能要求越来越高,因此,车载机动式光测设备逐渐受到关注[1]。车载经纬仪是将经纬仪安装到车载平台上,经纬仪直接在车载平台上工作,不受地理位置的限制。此项技术可以满足不同地点、不同时间进行测量和跟踪的要求,机动性强,满足了现代化装备的要求。

　　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。一般载车都能够满足车载平台在任意方向上的调平精度≤2′,在转台最大的扭矩作用下,车载平台的稳定度≤50″。在车载平台的刚性比较好的情况下,如果经纬仪质量比较小,则平台的变形也比较小,对测量结果影响不大;如果经纬仪质量比较大,平台就会在经纬仪的工作过程中产生弹性形变,随着经纬仪的速度、加速度等工作状态的不同而产生的变形量也不同[2]。因此,实时测量车载平台的变形,研究车载平台变形带来的误差是活动站高精度工作的关键。

　　本文分析了车载平台变形对光电经纬仪测角误差的影响,提出了利用倾角传感器来测量车载平台变形的新方法,推导出了倾角传感器输出值与测角误差的关系公式,给出了实验数据和分析结果。

　　2　车载平台变形的分析

　　平台的变形主要有受静载荷作用的静变形和动载荷作用的振动两种情况。一般经纬仪都固定在车载平台的中心,当经纬仪工作时,平台因为受到不均匀的作用力,就会因变形产生如图1所示的三轴旋转运动,从而产生平台姿态旋转角[3]。x,y,z轴因受经纬仪重力作用而产生的旋转最终导致平台产生弧形的凹陷,这种凹陷变形将会随着经纬仪工作状态的变化而变化。根据文献[4],对于长2.54 m的车载平台,它的最大静扰度发生在右侧横梁上,其值为1.368 mm,当梁发生最大绕曲变形时,车载平台的最大变形为282.2″。

　　对车载平台变形的进一步研究发现,平台在各个方向的变形都是随机且不可预测的。把车载平台X、Y、Z轴向的变形看作是由随机力函数激发引起的随机变量,也就是白噪声的马尔科夫过程,为了简化,考虑马尔科夫叠代过程[5-6],模型如下: