测量船码头动态标校方法研究_钟德安.docx

《测量船码头动态标校方法研究_钟德安.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《测量船码头动态标校方法研究_钟德安.docx（4页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 第 29卷第6期 2010年 12月 飞行器测控学报 Journal of Spacecraft TT &C Technology Vol.29 No. 6 Dec.2010 测量船码头动态标校方法研宄 钟德安，张同双，李晓勇，陶小红 (中国卫星海上测控部。江苏江阴。 214431 ) 摘要：在分析传统坞内标校基本原理的基础上，针对测量船在码头停泊状态下的摇摆特点，建立了码头动态水平 和方位参考基准，推导了水平基准计算公式，设计了测量船码头动态标校方法。该方法直接采用标校电视正向瞄 标法标校雷达角度零位，减少了传统标校中以望远镜作为中介带来的转换误差。标校结果表明，标校精度与船姿 测量精度密

2、切相关。 关键词：测量船；坞内标校 ;动态标校；标校电视 中图分类号： V556 文献标识码： A 文章编号 ： 1674-5620(2010)06-0020-04 Study on Dynamic Calibration Method for Instrumentation Ship at Wharf ZHONG Dean， ZHANG Tongshuang， LI Xiaoyong， TAO Xiaohong (China Satellite Maritime Tracking and Control Department, Jiangyin, Jiangsu Province 21443

3、1) Abstract： On the basis of the traditional dock calibration principle and the characteristics of instrumentation ship rocked at wharf， a wharf dynamic calibration reference datum including the horizontal and azimuthal is set up, the caculating formula of determining the horizontal datum is derived

4、 and the dynamic calibration method is designed. The calibration TV is used directly for angle-zero calibrating in the method, which lessens the transformation error caused by telescope when being a media in the traditional dock calibration. The result shows that the calibration pre- cision is mainl

5、y relevant to the attitude determination precision of instrumention ship. Keywords： Instrumention Ship； Dock Calibration； Dynamic Calibration； Calibration TV 0 引 言 为确保测量船的测量精度，必须适时对测量设 备误差参数进行标校。传统坞内标校方法组织实施 难度大、周期长，一般只在测量船建成时或设备进行 了较大规模的技术改造后才进行 111。然而有些原因 导致雷达系统误差的变化 (如标校电视光轴发生变 化等情况 )无法用传统方法标定 12

6、1，久而久之会影响 测量船的测量精度。为了提高和保持测量船的测量 精度，需要 解决动态条件下测量船测量设备高精度 的误差标校问题。 为了解决测量船经常性的标校问题，文献 3提 出了利用船载精密经纬仪与雷达同步测量恒星的星 体标校法，该方法标校结果重复精度低。文献 1提 本文提出了基于码头条件的测量船标校方法， 某远望号测量船在码头停泊状态下利用该方法对船 载测量设备进行了标校试验，标校的成功为动态条 件下测量船高精度标校进行了有益的尝试。 1传统坞内标校原理 传统坞内标校是让测量船进船坞坐墩，使之静 止不动，并在船坞四周建立方位标、距离标、校准塔 和大地测量基准点等标校设施，以真地平和方位标

7、的大地测量成果为基准，对各测量设备进行全面标 校，获得高精度的零位和轴系误差数据，建立船载测 量设备统一的惯导甲板坐标系 141。 必须在坞内进行标校的项目主要包括雷达的方 位转盘不水平度、光机偏差、角度零位，标校经纬仪 的竖轴差，惯导感应同步器电气零位，变形测量设备 的零位等 151。其中方位转盘不水平度 (竖轴差 )采用 *收稿日期： 2010 05 15;修回日期： 2010 09 29 第一作者简介 :钟德安 （ 1964 ）， 男，硕上，高级工程师，主要研宄方向为测量船标校技术 ;E-mail:zdal014_ 第 6 期 钟德安，等：测量船码头动态标校方法研宄 21 水平仪测量法，

8、光机偏差、角度零位采用望远镜或标 校电视正倒镜瞄标法，惯导感应同步器电气零位和 变形测量设备的零位采用开机统计法。 2码头标校基准的建立 2.1方位及水平参考基准 传统坞内标校以测量船艏艉线为标校的方位参 考基准，以真地平为水平参考基准。码头标校仍以 测量船艏艉线为方位参考基准，由于此时测量船相 对真地平处于动态之中，因此应另选水平参考基准。 水平参考基准的选择主要考虑其对标校精度的影 响，并兼顾标校实施的方便性和基准的平整性，综合 考虑这些因素首选惯导小平台为水平参考基准。由 于船体处在不停的摇摆中，标校中需要的惯导小平 台任意时刻、任意方向相对真地平的倾斜量可用以 下方法测量： 1) 在惯

9、导小平台上沿船体艏艉向和左右向各放 一台水平仪，分别读取任意时刻水平仪读数屬 a*、 M左右； 2) 设该时刻小平台相对真地平的最大倾斜量为 台、对应的最大倾斜方向为 平 &，则有以下方程 M艏艉 = if台 X COS乂平台 1 M左右 = ( ip台 X sinj平台 解方程可得 台 = M 左右 /sin arctan(M 左右 /M艏艉 ） (2) d平台 =arctan(M左右 /M艏艉 ) G) 3) 该时刻小平台任意方向相对真地平的倾 斜量 Afi按下式计算 Mr = M左右 X cos A arctanCM左右 /M艏艉 ） / sin a r c t a n (M左右 /M艏

10、艉 ） (4) 2.2测量基准 传统坞内标校采用望远镜正倒镜瞄标法标校 角度零位，然后根据望远镜光轴与标校电视光轴 间的不平行度将标校结果换算至标校电视光轴 上。角度零位包括方位零位、俯仰零位，方位零位 是机械轴与船艏艉线平行时方位轴角编码器输出 值，俯仰零位是当标校电视光轴与方位转盘平面 平行时俯仰轴角编码器输出值。码头标校时采用 标校电视正镜瞄标法标校角度零位，此时方位零 位的含义为标校电视光轴与船艏艉线平行时方位 轴角编码器输出值。码头标校中采用标校电视正 镜瞄标法的优点是减少了传统标校中以望远镜作 为过渡带来的中间环节误差。 2.3时间基准 传统坞内标校时各标校项目无同步录取数据要 求

11、。码头标校时各参加标校的设备 应同步录取数 据，并按时间对应关系进行数据处理。 3码头标校方法 测量船除了安装有测量雷达外，还安装有测量 船体姿态的船姿船位测量设备 (包括惯导、标校经纬 仪和变形测量设备）。码头标校项目包括雷达方位 转盘不水平度 (标校经炜仪竖轴差）、角度零位，惯导 纵摇、横摇和航向电气零位，变形测量设备零位。 3.1标校设施 主要标校设施包括 : 在码头附近设置若干方 位标 ; 在码头附近设置 3个大地测量控制点，其中 一个作为主控点 (用于放置激光全站仪 )，控制点应 具有 3等大地测量控制网精度。 3.2雷达方位转盘不水平度标校 以惯导小平台为参考基准标校雷达方位转盘不

12、 水平度，该项目应安排在雷达角度零位前标校，步骤 如下： 1) 在方位转盘不水平度检测平台上放置一水平 仪； 2) 在惯导小平台上沿船体艏艉向和左右向各放 一台水平仪； 3) 方位转盘方位从 0开始，每转 30读取雷达 方位编码器读数兄 、雷达方位转盘水平仪读数 M雷，惯导小平台水平仪与雷达方位转盘水平仪 同步读数 M撤 g;、 M左右；，直到 360，并按下式计算 惯导小平台与方位转盘对应方位角上的倾斜量 M平台 ! M平台 ,= M左右 , X cos 30 X / arctan (M左右 ,+/M艏艉 ,) / sin arctan (M左右 ,_/M艏 |gi )(5) 式中 /为方位

13、转盘方位角编号， / = 0, 1， 2 . n , 方位为 0时， / = 0。 4) 利用最小二乘法按下式拟合出雷达方位转盘 相对惯导小平台的最大倾斜量和最大倾斜量所 在的方位角 Mniki M-hi = M + P, cos (A, A,)(6) 式中 Mo为常数。 3.3标校经纬仪竖轴差标校 标校经纬仪竖轴差的标校同样以惯导小平台为 参考基准，方法同雷达方位转盘不水平度标校，该项 目应安排在惯导航向电气零位前标校。 22 飞行器测控学报 第 29卷 3.4惯导纵、横摇电气零位标校 以惯导小平台为参考基准标校惯导纵摇、横摇 电气零位，该项目应安排在雷达角度零位前标校。 步骤如下： 1)

14、在惯导小平台的纵向、横向各放一台水平仪 ; 2) 惯导启动，正常校，并保持最佳工作状态； 3) 同步读取 时刻惯导小平台水平仪的纵、横 摇 读 数 和 惯 导 纵 、 横 摇 读 数 4 导 ； 、 9 导； 4) 按步骤 3)重复 5次以上，并按下式计算船惯 导纵、横摇电气零位 1fe导 Q、导 0 (7) (8) 式中 /为重复测量次数， /= 1， 2 n， n5。 3.5惯导航向电气零位标校 以船体艏艉线为基准，统计惯导航向电气零位， 该项目应安排在雷达角度零位前标校。步骤如下： 1) 惯导启动，正常校，并保持最佳工作状态； 2) 标校经炜仪测恒星解算惯导的航向差，即为 惯导的航向电气

15、零位尤惯导。 3.6变形测量设备零位标校 在测量船上，变形测量设备是其他测量设备和 惯导连接的纽带，使测量船上不同原点的测量坐标 系能相互转换。变形测量设备标校项目只有零位统 计一项，变形测量设备开机自检并保持最佳工作状 态，录取变形测量设备输出值也形。、知形 0、尤变形 0， 即为变形测量设备的纵摇角零位、横摇角零位和航 向角零位。 3.7雷达角度零位标校 雷达角度零位应在雷达方位转盘不水平度、标 校经纬仪竖轴差、惯导电气零位标校完毕后，与变形 测量设备零位标校同时进行，同时标校经炜仪测恒 星解算惯导航向差。方法是用惯导的输出值作为船 的航向 (修正航向差后的惯导航向值）、水平基准，大 地测

16、量给出方位标相对雷达三轴中心的大地方位角 和俯仰角，同时记录雷达标校电视瞄准方位标时方 位和俯仰编码器读数、方位标在标校电视中的脱靶 量，综 合求解雷达方位、俯仰零位。参加设备包括激 光全站仪、雷达、惯导、标校经纬仪、变形测量设备。 步骤如下： 1)在雷达三轴中心上方安装激光全站仪的合作 目标和标志灯，标志灯应正确位于方位旋转轴上，并 提供激光全站仪合作目标、标志灯与三轴中心的相 对位置尺寸； 2) 在大地测量主控点上放置一台激光全站仪， 观测主控点到雷达三轴中心的水平角、高低角和距 离，利用方位标和控制点的已知大地测量成果，计算 雷达三轴中心至方位标的大地方位角 Jo大地和大地 俯仰角五 0

17、大地以及斜距 i?。 。利用每次观测数据给 出一组计算值：、乂 0大地；、五 0大地；、 ; 3) 惯导提前开机，装订己标校的惯导纵摇、横摇 和航向角电气零位，使整机处于最佳工作状态。记 录惯导输出的姿态测量值 A、 i、 ft; 4) 标校经祎仪测恒星解算惯导的航向差尤、； 5) 雷达用标校电视瞄准方位标，瞄准方位标后 方位、俯仰固定，记录方位、俯仰编码器输出值 A、 五 ;，并记录方位标在标校电视中的脱 IE量 A4,_、 座 /和对应的时间 ; 6) 按下式对雷达的测量值进行修正后得到 和五甲； (9) (10) 式 中 为 方 位 转 盘 最 大 倾 斜 量 ； 为 最 大 倾 斜 量

18、所在的方位角；又 ,、 &分别为由大地测量提供 的 h时刻雷达标校电视相对于方位标的方位角改正 数和俯仰角改正数； 7) 通过由步骤 6)得到的 d甲；、五甲 , ，计算 &时 刻方位标在以雷达三轴中心为原点的地平坐标系中 的坐标分量 (12) 式中 第 6 期 钟德安，等：测量船码头动态标校方法研宄 23 、 ZH为时刻方位标在以雷达三轴中心为 原点的甲板坐标系中的坐标分量； x2,_、 hi、 z2,_为 时刻方位标在以雷达三轴中心为原点的地平坐标 系中的坐标分量； 8 )由、 ;r2i、 z2;计算 &时刻方位标在以雷达三 轴中心为原点的地平坐标系中的 i?， 、 d地平；、五地平 ;；

19、 9)由步骤 8)得到的 i地平 ； 、五地竹与步骤 2)得到 的大地测量结果进行比对，统计雷达的方位角、俯仰 角系统误差和随机误差 式中 A、五。分别为最终标校的雷达方位零位和 俯仰零位； aA。 、 (%。分别为雷达方位角和俯仰角零 位标校随机误差； n为有效测量数据组数， n= 1， 2, 3 ， n 30。 4 标校结果 4.1标校结果 某远望号测量船利用上述方法进行了标校，雷 达角度零位可以反映标校精度，图 1、图 2分别为雷 达方位零位和俯仰零位标校结果图。图中横坐标为 有效测量数据组数，纵坐标为零位标校值。 俯仰甲板；位 (16) 数据处理表明，方位零位和俯仰零位随机误差 约为编

20、码器精度量值的 2倍。 4.2标校结果分析 本次标校中船载测量雷达、惯导、标校经炜仪和 变形测量设备记录数据利用船载时统进行时间同 步，激光全站仪记录数据采用计算机时间，因此由标 校各系统时间不同步引入的误差可忽略不计。标校 结果还表明，船姿测量误差是动态标校的主要误差 源。 5 结 论 该方法己成功应用于某测量船的码头标校中。 与传统坞内标校相比，差别在于动态标校时标校结 果需要引入惯导姿态测量误差，因此提高惯导的校 准精度，同时增加标校数据量可以进一步提高该方 法的标校精度。 参考文献 1 钟德安 .基于标校经纬仪的测量船坞内标校新方法 J.无线电 工程， 2009, 39 (7): 49-52 2 袁诚宏 .基于联合放球的船载雷达角度零值标校方法 J.飞行 器测控学报 ,2009, 29 (4): 20-23 3 孙晓昶 .以恒星位置为基准的运动平台上测控雷达精度标校技 术 J 宇航学报， 2002 (3): 29-33 4 江文达 航天测量船 M 北京：国防工业出版社， 2002: 334- 367 5 钟德安 .航天测量船测控通信设备标校与校飞技术 tM.北 京：国防工业出版社 ,2009: 5-6 图 2 俯仰零位标校结果 (13) (14)