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    高精度航向姿態參考系統航向光學測量方法

    時間:2023-12-18 15:16:50 點擊次數:202

    1、簡介

        對于光纖陀螺系統(AHRS、INS等)等高精度定向系統,除了在轉臺上檢驗其精度之外,還需要在真實運載體上檢測其精度。以車輛導航為例,檢測光纖羅經/AHRS航向精度可以使用porro棱鏡、經緯儀、地面航向基準配合實現。

    2、羅經航向光學測量原理

    2.1、航向測量各個部分介紹

    2.1.1、porro棱鏡

        porro棱鏡一般翻譯為保羅棱鏡或是波羅棱鏡,“保羅棱鏡(Porro Prism)以意大利發明者的光學工程師伊納濟歐保羅(Ignazio Porro)來命名。 保羅棱鏡是由玻璃塊塑造成的等腰直角三棱鏡,末端平面對著直角。在使用上,光線由三棱鏡中最大的長方形面進入,經過斜面的兩次全反射,再穿透原來的入射平面射出。因為光線只是以正常的狀態進出,三棱鏡并未發生色散的作用。但是經過保羅棱鏡的影像會被翻轉180°,并且會向原來進入的方向行進,也就是行進的方向也改變了180°?!?/span>[1]。

    porro.jpg

                                                                                                                                                                                                              圖1、波羅棱鏡原理

    2.1.2、經緯儀

        經緯儀廣泛用于高精度角度測量和定向準直測量。

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                          圖2、經緯儀       

       

    2.1.3、地面航向基準

        地面航向基準可以是地面校準好的平面鏡或是地面桿形標志。通過天文定向等手段給地面標志物的航向測繪出,精度可達2~30'',根據天文定向復雜度來定。以此作為基準源來評價光纖陀螺羅經等產品。

    2.2、光纖陀螺羅經航向安裝誤差測量過程

    IMG_20130110_095938.jpg

                                                                                                                                                   圖3、波羅棱鏡     

                    在光學陀螺羅經和一個波羅棱鏡共同安裝在一個研磨的平板上,由于安裝誤差,波羅棱鏡跟光學陀螺羅經存在安裝誤差角,需要測量校準 ;一般采用系統多次對準結果與基準鏡面引出的航向求差的方式來測量誤差角。

    IMG_20121214_131728.jpg

                                                                                                                                    圖4、安裝誤差測量     

                具體操作是使用經緯儀瞄準基準平面鏡,確保垂直,把鏡子的航向裝訂到經緯儀中(注意垂直關系),然后使用經緯儀瞄準羅經邊上的波羅棱鏡,得到波羅棱鏡的航向AngMirr,再多次測量羅經的航向去掉野值取平均,得到統計上可靠的航向AngCPS。這兩個角度的差值就是安裝誤差角。

                對于只關注航向保持的應用,可以不標安裝誤差角,也可以得到航向保持數據。

    3、光纖陀螺羅經航向保持測量過程

         對于車輛來說:

        1)出發時先進行羅經初始對準,對準結束后進入航向保持(導航)狀態,得到可以移動的羅經航向;

        2)在基準測量點架好經緯儀,裝訂好基準鏡/桿的角度并鎖定,瞄準鏡子/桿,解鎖經緯儀,這一步就把基準航向引入經緯儀了;

        3)移動車輛,確保經緯儀可以瞄準羅經旁邊的波羅棱鏡,把波羅棱鏡調平,微調經緯儀方位到看到鏡頭倒影(激光紅點倒置),如果只微調經緯儀一直看不到,可以移動車輛再次調平波羅棱鏡。

        4)記錄下波羅棱鏡航向讀數, 減去安裝誤差角,即可得到羅經的航向真值,再與羅經算法輸出的航向比較就可得到羅經的航向誤差數據。


    IMG_20121224_150947.jpg

                                                                                                                                     圖5、航向誤差測量  

        5)跑車結束,停車時,重復上述測量,可以得到結束時刻的航向,包括航向保持數據。   

        對于只關注航向保持的應用,可以不標安裝誤差角,也可以得到航向保持數據。

    [1]:https://baike.baidu.com/item/保羅棱鏡/4404112?fr=ge_ala

        

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