某型舰载惯导平台安装与对准精度控制_陈辉.docx

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1、 某型舰载惯导平台安装与对准精度控制 陈辉 1 王鹏飞 1 陆林生 2 (1.海军驻沪东中华造船（集团 ） 有限公司军事代表室上海 200129 ; 2.沪东中华造船（集团 ） 有限公司上海 200129) 摘要 舰载惯性系统的精度与船台（坞）的安装与对准密切相关。传统的激光经纬仪采用惯性平台基座零方位刻线与舰 船首尾线重合的安装标校方法，但其精度较难满足惯性平台航向的对准要求。文中给出一种基于电子陀螺经纬仪、差分水 准仪和方位基准镜进行惯性平台安装与对准的有效控制精度方法，并在后期的实船应用中取得了良好效果。 关键词 舰载惯性平台；安装；对准 中图分类号 U 666.12 文献标志码 A 文

2、章编号 1001-9855 (2014) 04-0093-05 Installation and precise alignment control for a shipborne inertial Platform CHEN Hui1 WANG Peng-fei1 LU Lin-sheng2 (1. Naval Military Representative Office Stand in Hudong-Zhonghua Shipbuilding (Group) Cov Ltd., Shanghai 200129, China; 2. Hudong-Zhonghua Shipbuilding

3、 (Group) Cov Ltd., Shanghai 200129, China) Abstract: The accuracy of shipborne inertial system is closely related to the installation and alignment of a platform. Traditional laser theodolites use the superposition of zero line of the inertial platform base with the bow and stern lines as an install

4、ation and calibration method. However, its precision cannot satisty the alignment requirements of the course heading. This paper introduces an effective method of the precision control of the installation and alignment for the inertial platform equipment based on gyro theodolite, difference level-th

5、eodolite and azimuth reference mirror, which brings about a good result in the further practical application. Keywords: shipborne inertial platform; installation, alignment 引言 舰船惯性导航系统是利用惯性器件（陀螺仪、 加速度计）、角度传感器、基准方向及初始位置来 确定舰艇的首向、位置和速度的自主式位置推算系 统，其惯性导航设备 （ 包括平台罗经、局部基准等 ) 上舰安装与对准具有极高的航向和水平精度要求， 并直接影响武器

6、系统命中精度。 M利用传统的激 光经纬仪进行惯 性平台基座零方位刻线与舰船首尾 线重合的安装标校方法，其精度一般控制在 3以内， 难以满足惯性平台航向对准要求。舰船系泊与航行 试验中通过采用太阳方位法、叠标法等检查惯性导 航系统航向精度又存在检测精度偏低问题。 M尤 其是舰船使用过程中出现的船体随机变形的量级可 达几个角分或者十几个角分，且变化没有规律性， 对惯性导航系统精度也具有重大影响。 M 收稿日期 2014-01-09 ;修回日期 2014-02-24 作者简介 陈辉（ 1967-)，男，工程师，研宄方向：舰船装备总体监造。 王鹏飞（ 1972-)，男，工程师，研宄方向：舰船作战系统监

7、造。 陆林生（ 1964-)，男，教授级高级工程师，研究方向：舰船建造。 HI 陈 辉，等：某型舰载惯导平台安装与对准精度控制 某型舰载惯性导航系统由惯性平台、平台减 震器、系统电子机柜以及电源箱组成，其中惯性平 台主要由台体、横摇常平架、纵摇常平架等组成， 在台体上装有单自由度液浮摆式加速度计。设备出 厂时提供平台坐标系轴线方向基准和水平基准，通 过调整机构可使惯性平台底座水平方向调整约为 0.5,方位 调整约为 r。 按照相关技术要求 , 惯性平台上船安装与对准要求首尾线对准精度控制 在 3内，水平精度在 r内，并可对船体局 部变形进行检测。本文给出一种基于电子陀螺经纬 仪、差分水准仪和方

8、位基准镜进行惯性平台安装和 对准的精度控制方法。 1 安 装 与 对 准 设 计 要 求 l.i对准原理 舰载惯性平台安装与对准是惯性导航系统、 测量设备与舰船的方位、水平零位基座间相互一 致的过程。针对惯性平台首尾基准精度对准要求 高的特点，利用电子陀螺经炜仪作为精密定向设 备，在没有大地测量点的情况下可以快速测量被 测目标的方位角。由于电子陀螺经炜仪的测量精 度可达到角秒级，可用于确定主隔壁安装的方位 基准镜以及惯性平台上内部方位瞄准棱镜相对于 真北向的精确方位角。 电子陀螺经炜仪采用吊丝悬吊且重心下移的 陀螺灵敏部来敏感地球自转角速度水平分量，在重 力的作用下，产生一个向北推进的力矩，使

9、陀螺仪 主轴围绕地球子午面往复摆动，通过光电传感器将 陀螺灵敏部往复摆动的光信号转换为电信号，并由 控制器计算出与真北方向的夹角值，通过将测得的 真北方位角送入电子经炜仪，瞄准被测目标，即可 快速、高精度地读出目标方位角。图 1为该标校设 备的简要结构原理图。 因此在惯性平台对准设计时，可利用电子陀螺 经祎仪测定惯性平台上瞄准棱镜和主隔壁上方位镜 的精确方位角，再通过差分水平仪调整惯性平台的 水平基 准水平度的方法，实现惯导平台的安装与对 准，其对准设计方案如图 2所示。 对准设计时应确保： (1) 首尾线基准、主基准面及陀螺经炜仪应处 在船中线面内或平行于中线面的同一平面内； (2) 应保证

10、陀螺经祎仪具有较广视界，能看到 对准设备、舱室内的舰船首尾基准等。 1.2首尾线基准 按照舰船全船中心线勘划要求，将电子陀螺 经炜仪确定在舰船中心面内或平行于中线面的平面 内，通过调平、粗对准、开机以及粗测、精测等步 骤确定舰船甲板全船中心线真北方位角。精测结束 后，将新测舰船中心线真北方位角通过通讯接口输 入电子经祎仪，此时电子陀螺经炜仪所显示的角 度，即全船中心线的方位角，将电子经祎仪转至 0 O 00即是真北方向。 将电子陀螺经纬仪移至惯性平台所在舱室内， 利用全船中心线真北方位角，勘划出舱室首尾基准。 由于该定向设备精度达到 15 /c.os (1 0,远高于 一般经纬仪 3的精度要求

11、。 1.3主水平基准（检验平台） 在惯导舱室内设置主水平基准（检验平台）， 利用惯性平台提供的水平基准测定与主水平基准的 水平度偏差，通过调整惯性平台减震器上的调节螺 栓，确保惯性平台安装水平精度要求。 主水平基准可采用图 3所示方式进行水平调 整。通过对主水平基准面现场调整、刮研，用合像 水平仪或光学倾斜仪等检测设备测量水平，使主水 平基准任意一个方向的水平偏差应不大于 40。 图 3主水平基准安装示意图 在倾斜船台上安装调整主水平基准时，还应严 格按船首尾线方向和规定的船台倾斜度安装进行测 量与调整。主水平基准安装部位应具有较好的结构 刚度和稳定性，必要时应进行结构局部加强。 1.4方位基

12、准镜 方位基准镜测量原理是从电子陀螺经炜仪的 物镜焦点处发出的光束平行投射到方位基准平面反 射镜上，该反射光束反射回电子陀螺经炜仪望远物 镜，在光学接收器件表面成像，如果平面反射镜安 装存在倾斜角，则其反射光以加发射回来，则 望远镜物镜观测点位移 i = /X 1aii2a。 其中 /为物 镜焦距，为反射倾角。通过精确测定像点 i值， 即可求得方位基准镜的倾斜角。 在惯导舱室主隔壁上设置方位基准镜，用电子 陀螺经纬仪引入惯导舱室舰船首尾线基准，再转引 至方位基准镜，即调整像点 i值为零，使方位基 准镜法线代表舰船首尾线。通过安装好的方位基准 镜作为惯性平台安装与对准的首尾线基准，确保高 精度安

13、装要求。同时，利用方位基准镜也可对船体 变形测量提供依据。 方位基准镜安装部位结构应具有足够的强度 和刚度，高度应与惯导平台自带的水平方位镜的高 度相一致，便于光路检测。 2 安 装 与 对 准 条 件 2.1环境要求 对准前惯导舱室附近区域的焊接，火工矫正等 工作应结束，要求船体基线挠曲度、气温等相对稳 定，并尽可能避免在日光曝晒下进行，对影响对准 工作的机械运转和施工应该停止。 2.2测试设备要求 对选定的对准测试设备的精度应满足惯导平 台对准技术要求，对准测试设备应按规定校正合格 并附有检验证书。本文采用的主要测试设备的主要 技术参数为： (1)电子陀螺经炜仪 定向精度 15 /。辦（

14、1 0 定向时间 10 m in 工作温度 -20C + 50C 工作炜度 0 S 70。 N (2) CBDSP-1差分式水平仪 最小分辨率 0.001 最大量程 4.5 。 最大误差 0.01 。 工作温度 -10C +40 C mm陈辉，等：某型舰载惯导平台安装与对准精度控制 3安装与对准方法 利用舱内已经勘划好的首尾基准线，通过陀螺 经炜仪测得首尾线基准真北方位角进行方位基准镜 的安装和对准，方位基准镜的安装中心高度应与惯 性平台内部提供的可代表其首尾方向的光学基准镜 等高，通过利用电子陀螺经祎仪照准方位基准镜， 测定其反射光线中 “ 十字 ” 光标与物镜中 “ 十字 ” 丝线的重合度

15、，通过逐步调整从而达到高精度的光 学基准镜对准，使惯性平台与舰船首尾线安装与对 准优于 30的高精度要求。 3.1方位基准镜安装与调整 方位基准镜通过法兰安装在舱壁上，法兰盘与方 位基准镜支架连接如图 4所示。法兰盘焊接在舱壁后， 其平面与船首尾向俯仰角和方位角均应在 1以内。 图 4法兰盘外形安装示意图 方位基准镜采用平面反射镜，直径杏 80 inm， 调整镜面的角度，方位基准镜在俯仰和方位角方向 厚度 9 inm,反射面真空镀银作反光膜。平面镜装 上均能调整 1,其安装方式见图 5所示。 在可调的球面支架内，可利用对称的 4个调节螺栓 图 5方位基准镜安装示意图 方位基准镜底座上设有 4个

16、呈 30分布、宽为 7 mm的腰形槽，均布在小 120 mm圆周上 ，安装方 位基准镜时可用 4个 M6六角螺栓与法兰固定，其 长度可根据安装基座的厚度而定（基准镜底座厚度 约为 26 mm)。 通过自准直经炜仪将引入惯导舱室 的首尾线基准转引至方位基准镜方向，用调整螺栓 将反射镜法线对准经炜仪的 “ 十字 ” 丝线中，即可 锁紧螺栓，然后用硅胶封装调整螺栓以确保基准法 线的稳定。 3.2惯性平台安装 将惯性平台放置在基座上，依据平台减震器底 部零方位刻线初步确定舰船首尾线方向。打开惯性 平台上罩，通过自准直经炜仪，利用惯性平台上提 供的内部瞄准方位镜及舱壁上己安装调整的方位基 准镜进行舰船首

17、尾线基准精确对准。 在舰船首尾线对准后利用惯性平台提供的水 平基准以及舱室主水平基准面进行水平调整，沿同 一方向正反两次分别将差分水平仪安放在检测主基 准面和惯性平台被测面，所测倾斜角值取均值。 在舰船首尾基准线、水平基准对准后，利用划 线工具，确定惯性平台基座垫块连接螺栓的位置 , 移去惯性平台设备进行现场配钻。在惯性平台与基 座固定后，应按上述步骤复核首尾方位安装精度和 水平安装精度。 3.3静态调整 惯性平台安装与对准合格后，应利用舰船在船 台（坞）内对惯性导航系统进行恢复和通电试验， 测量出纵向、横向零位偏差，通过修正相应的平台 姿态角输出传感器电气零位，实现水平及方位的静 态对准。

18、4 结论 舰载惯性系统精度不仅与系统元器件性能以 及船台（坞）的安装与对准有关，还与舰船使用中 船体结构的随机变形量密切相关。 m因此，在舰 船船体设计中应确保舰船在不同排水量状态以及海 况下船体结构具有足够的强度和刚度，抑制、消除 船体变形对惯性导航系统的影响己显得尤为重要。 本文采用上述方法不仅可以较好完成该型舰载惯性 平台设备的安装与对准，而且可以通过光学基准镜 检测舰船使用中船体局部随机变形对惯性导航设 备 的精度影响，在实船应用中取得良好效果。 参考文献 1 郑梓祯，蔡迎波 .舰艇导航系统试验与鉴定 M .北京： 国防工业出版社， 2005. 2 朱道宗，范邹 .数字方位仪设计与实现

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