[发明专利]一种惯性稳定设备的测试装置及方法

权利要求书

1.一种惯性稳定设备的测试装置及方法，其特征在于：包括安装平台(2)、 滚动框架(7)、俯仰框架(5)和天线安装板(6)，安装平台(2)的中心下端 与滚动框架(7)的中心铰接，滚动框架(7)的两侧壁与俯仰框架(5)的中心 铰接，俯仰框架(5)的两侧壁与天线安装板(6)的转轴铰接，所述的安装平 台(2)上固定有竖直的载机垂直轴(3)、与载机垂直轴(3)垂直的而且相互 垂直的载机横轴(4)和载机纵轴(1)，所述的安装平台(2)与滚动框架(7) 之间的夹角(A)为俯仰角，滚动框架(7)与俯仰框架(5)之间的夹角(R) 为滚动角，俯仰框架(5)与天线安装板(6)之间的夹角(E)为方位角。

2.一种惯性稳定设备的测试方法，包括：

1)、设备：光纤陀螺惯性导航系统，以下简称光纤惯导，方位精度≤0.1° (3σ)，水平对准精度≤1′(3σ)，光纤惯导测量的方位角范围0～360°， 俯仰角范围-90°～90°,滚动角范围-180°～180°，光纤惯导测量的载体角度 为东北天坐标系下的角度值，俯仰、滚动、方位分别表示为:x、y、z；

2)、测量工具：2.1)手动两轴转台，可以使平台在横滚和俯仰两个方向转 动，定位精度优于1′；2.2)光纤惯性系统，开机预热20min，对准时间10min， 利用光纤陀螺捷联惯性导航系统为测量基准，此光纤陀螺带基准反光镜，在X、 Y方向上各有一个基准反光镜；2.3)自准直经纬仪，经纬仪可以测量水平与垂 直两个方向的角度，水平精度角秒级；(2.4)三轴稳定平台工装支架，工装为 类似“工类”板，三轴稳定平台为吊挂式，使三轴稳定平台吊装在摇摆台上； 2.5)录数装置，包括光纤惯导,三轴稳定平台框架角、经纬仪测量角度；2.6) 反光镜片，反光镜贴在框架角的横滚轴与俯仰轴上，用于自准直经纬仪测量三 轴稳定平台的水平姿态；

3)、姿态解算：选取的坐标系为东北天坐标系，天线所在坐标系为载体坐 标系，保持姿态坐标系为当地地理坐标系，光纤惯性系统的参考坐标系为当地 地理坐标系，因此，可以根据光纤惯性系统的姿态推导出载体坐标系对当地地 理坐标系的转换；

3.1)、坐标变换矩阵：

如果三轴稳定平台所在的坐标系与载体坐标系安装中存在夹角，通过坐标 变换将两坐标系重合，变换方法：

设导航系为东北天坐标系，如果两坐标系z轴存在夹角ψ，有 (x_a,y_a,1)＝(x_b,y_b,1)C_ab，变换矩阵C_ab为：

Cab=cosψ-sinψ0sinψcosψ0001]]>

若两坐标系y轴存在夹角θ，有(x_r,1,z_r)＝(x_a,1,z_a)C_ra，其中C_ra为：

若两坐标系x轴存在夹角有(1,y_p,z_p)＝(1,y_r,z_r)C_pr，其中C_pr为：

所以平台坐标系与载体坐标系的变换关系为：

xcyczc=CprCraCabxyz]]>

3.2)、姿态解算：

x、y、z分别为光纤惯性系统的姿态，A、R、E分别为三轴框架的俯仰角、 滚动角、方位角，

A-1*R-1*E-1=cosAcosRsinAcosE+sinEcosAsinR-sinAsinE+cosAsinRcosE-sinAcosRcosEcosA-sinAsinRsinE-sinEcosA-sinAsinRcosE-sinRsinEcosRcosEcosR]]>

z-1*x-1*y-1=coszcosy+sinxsinzsinysinzcosxcoszsiny-sinxsinzcosy-sinzcosy+sinxcoszsinycoszcosx-sinysinz-sinxcoszcosy-sinycosxcosxcosxcosy]]>

稳定平台相对大地地理坐标系姿态计算，就是利用从稳定平台框架角到载体再 到大地地理坐标系的转换，

Md＝z^-1*x^-1*y^-1*A^-1*R^-1*E^-1

[大地地理坐标系]＝Md*[天线坐标系]；

4)、三轴稳定平台测试测量方法：

4.1)、首先预热光纤惯性系统20min，光纤惯性系统对准10min，光纤惯性 系统对准结束转导航后，此时光纤惯性系统输出为可用数据，利用同步录取数 据装置录取光纤惯性系统姿态、电子经纬仪测量值、三轴稳定平台框架角等信 息，光纤陀螺捷联惯性导航系统输出相对当地地理坐标系的真北、水平姿态(横 滚、纵摇，α、β、γ为经纬仪测量值；

4.2)、横滚角测量：如图2所示，把经纬仪调平后，垂直角度为90°时， 可以认为大地水平0°平面，通过观察贴在天线横滚框架上(由于天线所在面为 最内环，横滚框架角在中环，横滚框架的滚动值为天线的最终滚动角度)的反 射镜可以测量横滚角γ′，γ为经纬仪的读数，γ与γ′互补；

4.3)方位、俯仰角测量：由图3可得，移动经纬仪使在某时刻可以同时观 测惯导1和天线平面的反射镜，α′与方位角互补，β′为天线俯仰角，通过 计算可得天线的方位角和俯仰角。