光电经纬仪数字化模型的建立方法及其应用

　　引　言

　　现代的光电经纬仪是集光学、精密机械、电子学、伺服控制、信息和计算机技术于一体,由多个分系统组成的大型光电测量设备,在我军各类靶场中应用广泛。随着光电技术的发展及用户的应用需求,光电经纬仪在开发和使用过程中经常会遇到一些独特和富有挑战性的工程问题,这些问题很难靠硬件或是单纯靠理论分析得到解决,另一方面在光电测量设备领域对仿真建模技术的应用主要停留在单个零部件或成熟产品的改进改型上,而在全系统建模仿真领域仍是空白,对系统性能的评价也没有数字模型的支持,这使得其研制周期无法保证,成本居高不下[1]。基于此本文探讨了光电经纬仪数字化模型的实现方法,将光电经纬仪划分为有机关联的多个单学科模型,以光电经纬仪的虚拟设计和虚拟仿真分析为核心,分别在不同学科支撑软件上并行建模,利用系统集成技术将多个子系统模型在仿真环境中集成为数字化模型,并建立了其框架体系结构,分析了其功能特点。通过模型功能来指导实际的光电经纬仪样机制作与评价其技术指标,从而缩短其研制周期,降低成本,提高系统级性能。

　　1　光电经纬仪数字化模型的提出

　　在光电产品的开发中,通过仿真设计建模软件对研究对象的功能、造型、开发过程等进行模拟,用模型来间接研究一直是设计师追求的高效、高质开发光电产品的方法[2]。目前一些发达国家在光电测量设备的研发与技术指标检测过程中大量采用了仿真技术,在研制试验阶段,根据光电经纬仪系统的数学模型建立其数字仿真平台,在该平台上充分验证各种算法、各项参数变化所带来的影响,从而及时地调整算法及参数,省去了因设计参数不合理而带来的经济和时间上的浪费;国内也已将仿真技术应用于伺服跟踪分系统的设计和检测过程中,使系统的控制精度得到大幅提高[3, 4]。在机械跟踪架分系统的设计中[5],通过使用三维设计及仿真分析软件进行光电经纬仪的结构设计与优化,在设计阶段能够提供更合理的结构布局、更准确的轴系转动惯量以及谐振频率。但对于仿真技术的应用,主要停留在单个零部件或成熟产品的改进改型上,在光电测量设备的全系统建模仿真领域仍是空白,而在国内光电经纬仪通常是在室内通过靶标完成其性能指标和精度指标的检测[6],对系统精度指标的评价还没有数字误差模型的支持。

　　在这样一个国内外发展形势下,本文首次提出了建立数字化光电经纬仪模型的新设想。通过使用先进的软硬件,以光电经纬仪的虚拟设计和虚拟仿真分析为核心,建立光电经纬仪的数字化模型,使其开发过程中对系统的性能分析尽可能多地转移到虚拟平台上,对光电经纬仪各项误差因素和指标的检测起到指导和参考作用。预期能建立光电经纬仪数字化模型的框架体系结构,能仿真分析静态和动态误差源对光电经纬仪测量精度的影响,通过系统控制及动力学模型实现对机械系统和伺服控制系统的联合仿真分析。光电经纬仪数字化模型的研究,其本质是提出一种光电经纬仪研发和检测的新模式,为光电经纬仪的开发提供了一种崭新的方法。