摘 要:根据动态精度靶标的机械结构和由a,b,θ角计算出来的光电经纬仪回转中心的空间位置,结合T型架光电经纬仪的机构特点,采用偏心的方法对其进行动态精度的检测。通过对某型号光电经纬仪的实际检测,验证了该方法的正确性。
1 引 言
光电经纬仪的动态精度是仪器的重要性能指标,动态精度靶标是检测光电跟踪设备的重要仪器。检测时,将动态精度靶标的位置固定,调整被测设备的位置,被测设备的回转中心一定要安置在由动态精度靶标旋转形成的圆锥锥点上,这样就能保证动态精度靶标旋转一周时的任何位置在由被测设备观察到清晰的图像,至此把光电经纬仪回转中心放在锥点上就可以进行光电经纬仪的动态精度检测了。但由于T型架光电经纬仪的结构特点,回转中心没有主镜,镜头挂在两侧的轴头上,当把光电经纬仪的回转中心放在动态精度靶标的锥点上时,由可见光和红外光不能看到任何位置的图像。为了实现实时跟踪,在光电经纬仪上加装分光镜组,将入射到回转中心的光线反射到各传感器上,但这样不仅改变了光电经纬仪的转动惯量,测试配重非常麻烦,而且加装分光镜组后还将引入较大的误差,会直接影响检测结果的可信度。所以采用了偏心的方法进行动态精度的检测,即把红外电视放置在动态精度靶标的锥点上进行检测,这样就可以使光源全部进入视场。
该T型架光电经纬仪的技术指标为:动态精度σ动态A≤23″,σ动态E≤23″;跟踪精度σ跟踪A≤20″,σ跟踪E≤20″。
2 动态精度靶标与被测设备的空间位置关系
图1所示为动态精度靶标检测设备示意图。根据检测要求,当动态精度靶标的反射镜绕轴中心旋转到任何位置时,被测设备必须可以看到清晰的图像,即动态精度靶标的锥点必须在被测经纬仪的回转中心。
图2所示为动态精度靶标和检测设备空间位置示意图。以动态精度靶标底座中心为坐标原点,水平面为X和Y轴,天顶方向为Z轴建立空间坐标系。图中M点为被测设备的回转中心,OA和AB分别为动态精度靶标垂直段高度和倾斜段长度,BC为编码器中心到动态精度靶标旋转轴心的距离,CD为动态精度靶旋转轴心到反射镜的长度。以动态精度靶标底座中心和一底脚方向为OX轴,动态精度靶标旋转臂在水平面上的投影为OM′,用测角仪测出的夹角为45°。
图3所示为动态精度靶与被测设备位置关系平面图。以动态精度靶标底座中心为坐标原点,动态精度靶标旋转臂投影水平面方向为x轴,天顶方向为y轴建立坐标系。图中M点为被测设备的回转中心,OA和AB分别为动态精度靶标垂直段高度和倾斜段长度,BC为编码器中心到动态精度靶标旋转轴心的距离,CD为动态精度靶标旋转轴心到反射镜的长度。
通过动态精度靶标的机械结构图可得出OA=2712mm,AB= 742mm,BC= 246mm ,CD=630mm,通过动态精度靶标的检测:将动态精度靶标旋转到最高点和最低点,用徕卡全站仪测出的俯仰角分别为E1和E2,有a = (E1-E2)/2,b = E2+a,可得出a =21.5315°,b =41.1194°,根据式(13)可求得x1=2060mm,y1=2080mm。
将M(x1,y1)的位置求出来,即M(2060,2080)点为被测设备回转中心的空间位置。
通过以上分析计算表明,只要确定动态精度靶标的位置,用测角仪测出45°方向,2060mm,高度为2080mm,求出M(x,y),即M(2060,2080),那么就可以确定被测设备的回转中心的空间位置。
3 利用偏心方法对T型架光电经纬仪动态精度进行检测
确定了光电经纬仪的位置后,就可以进行光电经纬仪的检测了。以某型号T型架红外电视经纬仪的检测为例,把它的红外镜筒放置在动态精度靶标的锥点M(2060,2080)上进行检测。如图4所示。
建立如图5所示的坐标系,把a角和b角代入到式(14)中,动态精度靶标的俯仰角和方位角可根据式(14)计算:
先将动态精度靶标与光电经纬仪的时统统一,然后把动态精度靶标的编码器初始值设为θ=180°(即动态精度靶标的最高点),按照周期为60ms,启动时间为20ms匀速运转,动态精度靶标进行跟踪测量,动态精度靶标和光电经纬仪同时记录数据,记录的数据如表1所示。当光电经纬仪跟踪动态精度靶标两圈以后,停止跟踪和记录数据,并把两组数据保存到硬盘上,以供数据处理时使用。重新回到最高点(θ=180°),进行跟踪测量,共测量三次,记录的数据根据式(15)计算出动态精度,根据式(16)计算出跟踪精度,三组数据取平均值,即可得出该T型架光电经纬仪的动态精度和跟踪精度。
根据表1记录的动态精度靶标和光电经纬仪的数据绘制出如图6和图7所示的曲线。图6和图7都以绝对时间为横坐标,以动态精度靶标的值(理论值)和被测设备测量值与脱靶量的合成值(测量值)为纵坐标,其中红线加虚线代表动态精度靶标的值,黑线加实线代表被测设备测量值与脱靶量的合成值。
根据表1计算出来的结果和由图6、图7所示的曲线图可以看出该光电经纬仪的动态精度和跟踪精度均满足指标要求,同时也验证了偏心方法对T型架光电经纬仪的检测是可行的。
4 结 论
利用动态精度靶标的机械结构和由a,b,θ角计算出来的动态精度靶标与被测设备的空间位置关系可以确定被测设备的位置,这样只要放置好动态精度靶标,就可以确定被测设备的位置,更加方便了检测过程;确定被测设备的位置后,根据T型架光电经纬仪的结构特点,采用偏心方法对光电经纬仪进行了检测,并在某型号光电经纬仪的检测中得了应用。这种偏心方法不仅是在光学检测中首次使用的检测方法,而且为T型架光电经纬仪动态精度和跟踪精度的检测提供了更好更可行的方法,该方法将会在今后的T型架光电经纬仪检测中得到更广泛的应用。
参考文献:
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作者简介:贾峰(1978-),男(满族),辽宁省兴城市人,中国人民解放军92941部队91分队助理工程师,主要从事靶场光学测量的研究。
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