一種發(fā)射筒傾角動(dòng)態(tài)測量裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種發(fā)射筒傾角動(dòng)態(tài)測量裝置及方法，包括：斜置石英加速度計(jì)、水平石英加速度計(jì)、MEMS陀螺和楔形本體，還包括：信號(hào)采集與處理模塊、電源模塊、外殼、連接器。其中，斜置石英加速度計(jì)測量與發(fā)射筒軸向夾角為45°方向的重力加速度分量，通過三角函數(shù)關(guān)系得到靜態(tài)條件下的發(fā)射筒俯仰角；水平石英加速度計(jì)用于確定車體的橫滾角；發(fā)射筒調(diào)整時(shí)，通過MEMS陀螺測量俯仰角速度，進(jìn)行積分得到動(dòng)態(tài)俯仰角。本裝置克服了傳統(tǒng)傾角測量裝置在大傾角下測量精度差的問題，且量程大、測量精度高，而且能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)測量，尤其適用于垂直發(fā)射情況下的發(fā)射筒傾角動(dòng)態(tài)測量。
【專利說明】
-種發(fā)射筒傾角動(dòng)態(tài)測量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及工程測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種用于測量發(fā)射筒動(dòng)態(tài)傾角的傾角測 量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)射車在作戰(zhàn)前需要調(diào)整發(fā)射筒(發(fā)射架)的射角，其傾角調(diào)整范圍通常為-10°~ +100°。為了保證導(dǎo)彈初始射角精確無誤，必須采用精度較高的傾角測量裝置來測量發(fā)射筒 的傾角?，F(xiàn)有的傾角測量裝置通常利用加速度計(jì)來感應(yīng)地球重力加速度，從而確定加速度 計(jì)測量軸與水平面的夾角。由于加速度計(jì)包含測量誤差，當(dāng)傾角增大時(shí)，加速度計(jì)的傾角測 量分辨率會(huì)不斷變差，因此，現(xiàn)有的傾角測量裝置的量程通常在±20°范圍內(nèi)，無法滿足發(fā) 射筒的傾角測量要求。此外，在發(fā)射筒調(diào)整過程中，加速度計(jì)的測量值中包含運(yùn)動(dòng)加速度 項(xiàng)，直接用加速度計(jì)反算傾角會(huì)出現(xiàn)誤差，角運(yùn)動(dòng)越快，測量誤差越大，運(yùn)個(gè)誤差稱為"動(dòng)態(tài) 誤差"，因此無法實(shí)現(xiàn)發(fā)射筒調(diào)整過程中的動(dòng)態(tài)傾角測量。針對(duì)上述問題，需要一種大量程 的動(dòng)態(tài)傾角測量裝置，來滿足發(fā)射筒在靜止中W及調(diào)整中的高精度傾角測量需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供一種發(fā)射筒傾角動(dòng)態(tài)測量裝置，解決現(xiàn)有的傾角測量裝置量程小、動(dòng) 態(tài)測量誤差大的問題。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種發(fā)射筒傾角動(dòng)態(tài)測量裝置， 包括:斜置石英加速度計(jì)、水平石英加速度計(jì)、MEMS巧螺和模形本體，還包括:信號(hào)采集與處 理模塊、電源模塊、外殼、連接器；
[0005] 所述模形本體安裝在外殼的底板上，其包括一個(gè)與底面夾角為45°的傾斜安裝面 和一個(gè)與底面垂直的垂直安裝面，兩個(gè)安裝面相互垂直；
[0006] 所述斜置石英加速度計(jì)安裝在傾斜安裝面上，其測量軸與安裝面垂直；
[0007] 所述水平石英加速度計(jì)和MEMS巧螺安裝在模形本體的垂直安裝面上，其測量軸均 與安裝面垂直；
[000引所述信號(hào)采集與處理模塊采集兩個(gè)石英加速度計(jì)和MEMS巧螺的測量信號(hào)，進(jìn)行誤 差補(bǔ)償和信號(hào)濾波，利用處理過的雙軸加速度信號(hào)和單軸角速度信號(hào)解算雙軸傾角信息， 即為發(fā)射筒的俯仰角和車體的橫滾角；
[0009] 所述連接器提供裝置內(nèi)部信號(hào)和外部信號(hào)的連接接口；
[0010] 所述電源模塊為系統(tǒng)提供穩(wěn)壓電源。
[0011] 本發(fā)明的工作原理:傾角測量裝置安裝在發(fā)射筒外壁的安裝面上，保證發(fā)射筒的 俯仰軸與傾角測量裝置MEMS巧螺的巧慢軸平行，縱軸與測量裝置的X軸平行。斜置石英加速 度計(jì)測量與發(fā)射筒軸向夾角為45°方向的重力加速度分量，水平石英加速度計(jì)測量車體的 橫向加速度分量，MEMS巧螺測量俯仰角速度，信號(hào)采集和處理模塊經(jīng)過采集和處理得到斜 置石英加速度計(jì)的比力測量值>4、水平石英加速度計(jì)的比力測量值式6和MEMS巧螺的角速 度測量值@^&，自動(dòng)判定發(fā)射筒是否處于靜止?fàn)顟B(tài)。
[0012] 當(dāng)發(fā)射筒靜止時(shí)，按照如下公式計(jì)算發(fā)射筒的傾角和車體的橫滾角。
[0013]
(1)
[0014] 其中，0是發(fā)射筒的俯仰角，丫是車體的橫滾角，g是當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取?br>[0015] 當(dāng)發(fā)射筒俯仰角調(diào)整時(shí)，利用MEMS巧螺測量的俯仰角速度積分得到俯仰角增量， 從而確定發(fā)射筒在動(dòng)態(tài)過程中的俯仰角，計(jì)算公式如下。
[0016]
[0017] 其中，to表示發(fā)射筒開始調(diào)整的時(shí)刻，ti表示當(dāng)前時(shí)刻，00是發(fā)射筒開始調(diào)整時(shí)刻 的俯仰角。
[0018] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝，拆卸維修 方便；當(dāng)使用本裝置測量發(fā)射筒傾角時(shí)，在發(fā)射筒水平時(shí)，加速度計(jì)實(shí)際的傾角是-45%當(dāng) 發(fā)射筒的傾角在-10°~+100°內(nèi)變化時(shí)，加速度計(jì)實(shí)際的傾角變化范圍是-55°~巧5°，在運(yùn) 個(gè)范圍內(nèi)，加速度計(jì)能夠保證較高的測量精度，有效增大測量的量程，尤其適用于仰角大的 垂直發(fā)射情況;采用水平和斜置石英加速度計(jì)分別測量雙軸傾角信息，利用MEMS巧螺直接 測量傾角變化過程中的角速度，然后將角速度進(jìn)行積分得到角增量，將角增量疊加到運(yùn)動(dòng) 起始時(shí)刻的傾角上，實(shí)時(shí)得到角運(yùn)動(dòng)過程中的傾角值，避免動(dòng)態(tài)誤差的出現(xiàn)，有效提高測量 精度，對(duì)發(fā)射筒調(diào)整時(shí)能夠有效進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量;利用角速度自動(dòng)判定發(fā)射筒是否處于靜止 狀態(tài)，智能化程度高，準(zhǔn)確度高。
【附圖說明】
[0019] 附圖僅用于示出具體實(shí)施例的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制，在整個(gè)附圖 中，相同的參考符號(hào)表示相同的部件。
[0020] 圖1 一種發(fā)射筒傾角動(dòng)態(tài)測量裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0021 ]圖2-種發(fā)射筒傾角動(dòng)態(tài)測量裝置安裝示意圖。
[0022] 圖中標(biāo)號(hào)：1-斜置石英加速度計(jì)、2-水平石英加速度計(jì)、3-MEMS巧螺、4-模形本體、 5-數(shù)據(jù)采集和處理模塊、6-電源模塊、7-外殼、8-連接器、9-發(fā)射筒。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：
[0024] -種發(fā)射筒傾角動(dòng)態(tài)測量裝置，包括:斜置石英加速度計(jì)1、水平石英加速度計(jì)2、 MEMS巧螺3和模形本體4，還包括:信號(hào)采集與處理模塊5、電源模塊6、外殼7、連接器8。
[0025] 模形本體4安裝在外殼7的底板上，其包括一個(gè)與底面夾角為45°的傾斜安裝面和 一個(gè)與底面垂直的垂直安裝面，兩個(gè)安裝面相互垂直;將斜置石英加速度計(jì)I安裝在傾斜安 裝面上，保證其測量軸與安裝面垂直;將水平石英加速度計(jì)2和MEMS巧螺3安裝在模形本體4 的垂直安裝面上，保證水平石英加速度計(jì)2和MEMS巧螺3的測量軸與安裝面垂直;信號(hào)采集 與處理模塊5與斜置石英加速度計(jì)1、水平石英加速度計(jì)2、MEMS巧螺3通過導(dǎo)線連接，采集兩 個(gè)石英加速度計(jì)和MEMS巧螺3的測量信號(hào)，進(jìn)行誤差補(bǔ)償和信號(hào)濾波，利用處理過的雙軸加 速度信號(hào)和單軸角速度信號(hào)解算雙軸傾角信息，即為發(fā)射筒俯仰角和車體橫滾角;連接器8 提供裝置內(nèi)部信號(hào)和外部信號(hào)的連接接口。
[0026] 工作時(shí)，將傾角測量裝置安裝在發(fā)射筒9外壁的安裝面上，保證發(fā)射筒的俯仰軸與 傾角測量裝置MEMS巧螺3的巧慢軸平行，縱軸與測量裝置的X軸平行。信號(hào)采集和處理模塊5 經(jīng)過采集和處理得到斜置石英加速度計(jì)1的比力測量值/&、水平石英加速度計(jì)2的比力測 量值?/；&和MEMS巧螺3的角速度測量值A(chǔ),，根據(jù)角速度測量值自動(dòng)判定發(fā)射筒是否處于靜止 狀態(tài)。
[0027] 巧發(fā)射簡靜Ih時(shí).巧照血下公式計(jì)算發(fā)射筒的傾角和車體的橫滾角。
[002引
U )
[0029] 其中，0是發(fā)射筒的俯仰角，丫是車體的橫滾角，g是當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取?br>[0030] 當(dāng)發(fā)射筒俯仰角調(diào)整時(shí)，利用MEMS巧螺測量的俯仰角速度積分得到俯仰角增量， 從而確定發(fā)射筒在動(dòng)態(tài)過程中的俯仰角，計(jì)算公式如下：
[0031]
(2)
[0032] 其中，to表示發(fā)射筒開始調(diào)整的時(shí)刻，ti表示當(dāng)前時(shí)刻，00是發(fā)射筒開始調(diào)整時(shí)刻 的俯仰角。
[0033] 數(shù)據(jù)采集與處理模塊通過MEMS巧螺測量的角速度自動(dòng)判定發(fā)射筒是否處于靜止 狀態(tài)，從而選擇相應(yīng)的公式更新發(fā)射筒的俯仰角和車體橫滾角信息。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種發(fā)射筒傾角動(dòng)態(tài)測量裝置，其特征在于:包括斜置石英加速度計(jì)、水平石英加速 度計(jì)、MEMS陀螺、楔形本體、信號(hào)采集與處理模塊、電源模塊、外殼、連接器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射筒傾角動(dòng)態(tài)測量裝置，其特征在于:所述楔形本體安裝在 外殼的底板上，包括一個(gè)與底面夾角為45°的傾斜安裝面和一個(gè)與底面垂直的垂直安裝面， 兩個(gè)安裝面相互垂直。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射筒傾角動(dòng)態(tài)測量裝置，其特征在于:所述斜置石英加速度 計(jì)安裝在楔形本體的傾斜安裝面上，其測量軸與安裝面垂直。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射筒傾角動(dòng)態(tài)測量裝置，其特征在于:所述水平石英加速度 計(jì)和MEMS陀螺安裝在楔形本體的垂直安裝面上，其測量軸均與安裝面垂直。5. -種利用如權(quán)利要求1-4所述裝置對(duì)發(fā)射筒傾角進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量的方法，包括如下步 驟： 1) 安裝傾角測量裝置 將該傾角測量裝置安裝于發(fā)射筒外壁的安裝面上，保證發(fā)射筒的俯仰軸與傾角測量裝 置MEMS陀螺的測量軸平行，縱軸與測量裝置的X軸平行； 2) 進(jìn)行分量測量 利用所述斜置石英加速度計(jì)、水平石英加速度計(jì)和MEMS陀螺分別得到楔形本體傾斜安 裝面法線方向比力、水平方向比力和角速度測量值叫^ 3) 利用三角函數(shù)關(guān)系得到發(fā)射筒傾斜角 ① 當(dāng)發(fā)射筒靜止時(shí)，按照如下公式計(jì)算發(fā)射筒的傾角和車體的橫滾角：其中：Θ是發(fā)射筒的俯仰角，γ是車體的橫滾角，g是當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋? ② 當(dāng)發(fā)射筒俯仰角調(diào)整時(shí)，利用MEMS陀螺測量的俯仰角速度積分得到俯仰角增量，從 而確定發(fā)射筒在動(dòng)態(tài)過程中的俯仰角，計(jì)算公式如下：其中，Θ是發(fā)射筒的俯仰角，γ是車體的橫滾角，g是當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋瑃o表示發(fā)射筒開 始調(diào)整的時(shí)刻，七表示當(dāng)前時(shí)刻，θ〇是發(fā)射筒開始調(diào)整時(shí)刻的俯仰角； 數(shù)據(jù)采集與處理模塊通過MEMS陀螺測量的角速度自動(dòng)判定發(fā)射筒是否處于靜止?fàn)顟B(tài)， 從而選擇相應(yīng)的公式更新發(fā)射筒的俯仰角和車體橫滾角信息。
【文檔編號(hào)】G01C21/18GK105953770SQ201610551895
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年7月13日
【發(fā)明人】董進(jìn)龍, 葛曉飛, 王忠晶, 鄭麗瑩
【申請(qǐng)人】北京機(jī)械設(shè)備研究所