一种基于光学差分GPS组合的高精度调炮检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于光学差分GPS组合的高精度调炮检测方法，通过构建坐标系；并在火炮处于初始状态时，记录初始状态的测量值；同时在火炮处于抬高状态时，记录抬高状态的测量值；根据火炮处于的不同状态记录的测量值，经过坐标系的转换，解算炮管的姿态。本发明专利技术用差分GPS辅助光学测量，提供绝对信息，通过补偿等手段获得炮管的真实姿态。即吸取了光学测量的优势，又可获得地理坐标系下炮管的姿态信息。又可获得地理坐标系下炮管的姿态信息。又可获得地理坐标系下炮管的姿态信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光学差分GPS组合的高精度调炮检测方法


[0001]本专利技术属于惯导系统精度检查领域，尤其是一种基于光学差分GPS组合的高精度调炮检测方法。

技术介绍

[0002]目前调炮精度检测常用的方法有光学检测方法以及双经纬仪方法。光学检测方法因是相对测量的方式，只能获得炮管的相对姿态，不能获得炮管地理坐标系下的姿态角。双经纬的方式，要在空旷地带获得精确得方位角后，对炮管上的标识点进行瞄准进而获得炮管姿态，该方法获得精确方位值时耗时较长。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于光学差分GPS组合的高精度调炮检测方法，根据差分GPS辅助光学测量，提供绝对信息，通过补偿等手段获得炮管的真实姿态。即吸取了光学测量的优势，又获得了地理坐标系下炮管的姿态信息。
[0004]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0005]一种基于光学差分GPS组合的高精度调炮检测方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、构建坐标系；
[0007]步骤2、火炮处于初始状态时，记录初始状态的测量值；
[0008]步骤3、火炮处于抬高状态时，记录抬高状态的测量值；
[0009]步骤4、根据步骤1的坐标系以及步骤2和步骤3记录的测量值解算炮管的姿态。
[0010]而且，所述步骤1的坐标系包括：参考系、火炮系、转台系、相机系和地理系。
[0011]参考系O
‑
XYZ：原点在火炮回转中心为O，Y轴为初始状态时火炮回转中心到十字叉丝中心的连线，并指向十字叉丝中心，X轴为火炮横轴指向右侧，Z轴指向天顶，构成右手系；
[0012]火炮系O
‑
X
P
Y
P
Z
P
：原点在火炮回转中心为O，Y
P
轴为炮管轴线，X
P
轴为火炮横轴指向右侧，Z
P
轴指向天顶，构成右手系；
[0013]转台系O
T
‑
X
T
Y
T
Z
T
：原点在转台中心为O
T
，Y
T
轴为转台零位线(炮管轴线)，XT轴为转台横轴(转轴)指向右侧，ZT轴指向天顶，构成右手系；
[0014]摄像头安装在单轴转台的中心，摄像机的相机系O
M
‑
X
M
Y
M
Z
M
：原点在相机中心为O
M
，Y
M
轴为相机光轴，X
M
轴为转台横轴指向右侧，Z
M
轴指向天顶，构成右手系；
[0015]地理系Ot
‑
XtYtZt：东北天坐标系。
[0016]而且，所述步骤2中火炮初始状态为火炮处于水平的位置，其横滚角为γ；火炮瞄准正前方十字叉丝；通过水准气泡将平台横轴调至水平；平台转角输出为0；
[0017]火炮初始状态的测量值为：火炮回转中心到转台中心的距离L；激光测距模块测得转台中心到十字叉丝中心的距离L1；第一卫星天线电气相位中心到转台中心的距离l1；第二卫星天线电气相位中心到十字叉丝中心的距离l2；卫星定向仪输出高低角β'和地理坐标系方位角α，高低角
[0018]而且，所述将第一个卫星天线安装于炮管口顶部，第二个卫星天线安装于十字叉丝顶部。
[0019]而且，所述步骤3中火炮抬高状态为：火炮回转中心为O，初始状态时转台中心为A，十字叉丝中心为B，火炮抬高状态转台中心为A'，火炮抬高状态相机光轴瞄准十字叉丝的点为B'；
[0020]火炮抬高状态的测量值为：转台的转角θ1；转台中心到十字叉丝中心的距离L2；相机光轴瞄准十字叉丝的瞄准点与十字叉丝的距离X。
[0021]而且，所述步骤4的具体实现方法为：
[0022]火炮初始状态下在参考系下的向量为：
[0023][0024]火炮抬高状态下的向量为：
[0025][0026]在参考系下的向量为：
[0027][0028]在相机系下的向量为：
[0029][0030]十字叉丝坐标系与参考系相同，在十字叉丝的坐标系向量为：
[0031][0032]在参考系下的向量为：
[0033][0034]由于火炮抬高，转台带动相机低头，转台的转角为θ1，相机系绕其X
M
轴正向转动θ1转到转台系，坐标转换矩阵T1为：
[0035][0036]由于火炮有横滚角，初始状态时转台的横轴水平，火炮系的X
P
轴与转台系的X
T
轴存在γ角，转台系绕着其Y
T
轴负向转动γ角转到火炮系，坐标转换矩阵T2为：
[0037][0038]火炮在抬高状态，相比初始状态身管绕火炮横轴转动了θ角，火炮系绕X
P
轴负向转动θ角转到参考系，坐标转换矩阵T3为：
[0039][0040]从相机系转换到参考系的向量为：
[0041][0042]将火炮初始状态下在参考系下向量在参考系下的向量、在参考系下的向量、从相机系转换到参考系的向量、坐标转换矩阵T1、坐标转换矩阵T2和坐标转换矩阵T3代入火炮抬高状态下向量得到：
[0043][0044]矩阵展开后得到：
[0045]0＝
‑
sinγsinθ1L2+X
[0046]L+L1＝Lcosθ+(cosθcosθ1+sinθcosγsinθ1)L2[0047]0＝Lsinθ+(sinθcosθ1‑
cosθcosγsinθ1)L2[0048]进而得到：
[0049][0050][0051][0052]参考系向地理系的旋转矩阵为T阵，参考系先绕其Y轴正向转γ角，得到旋转矩阵为：
[0053][0054]参考系再绕X轴负向转β角，得到旋转矩阵为：
[0055][0056]参考系最后绕Z轴正向转α角，得到旋转矩阵为：
[0057][0058]进而得到T阵：
[0059][0060]炮管抬高后，炮管在地理系下的向量为将在参考系下的向量和T阵相乘得到炮管在地理系下的向量：
[0061][0062]解算得到炮管在地理系下的高低角β
t
：
[0063][0064]炮管在地理系下的方位角α
t
[0065][0066]本专利技术的优点和积极效果是：
[0067]本专利技术通过构建坐标系；并在火炮处于初始状态时，记录初始状态的测量值；同时在火炮处于抬高状态时，记录抬高状态的测量值；根据火炮处于的不同状态记录的测量值，经过坐标系的转换，解算炮管的姿态。本专利技术用差分GPS辅助光学测量，提供绝对信息，通过补偿等手段获得炮管的真实姿态。即吸取了光学测量的优势，又可获得地理坐标系下炮管的姿态信息。
附图说明
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光学差分GPS组合的高精度调炮检测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、构建坐标系；步骤2、火炮处于初始状态时，记录初始状态的测量值；步骤3、火炮处于抬高状态时，记录抬高状态的测量值；步骤4、根据步骤1的坐标系以及步骤2和步骤3记录的测量值解算炮管的姿态。2.根据权利要求1所述的一种基于光学差分GPS组合的高精度调炮检测方法，其特征在于：所述步骤1的坐标系包括：参考系、火炮系、转台系、相机系和地理系。参考系O
‑
XYZ：原点在火炮回转中心为O，Y轴为初始状态时火炮回转中心到十字叉丝中心的连线，并指向十字叉丝中心，X轴为火炮横轴指向右侧，Z轴指向天顶，构成右手系；火炮系O
‑
X
P
Y
P
Z
P
：原点在火炮回转中心为O，Y
P
轴为炮管轴线，X
P
轴为火炮横轴指向右侧，Z
P
轴指向天顶，构成右手系；转台系O
T
‑
X
T
Y
T
Z
T
：原点在转台中心为O
T
，Y
T
轴为转台零位线(炮管轴线)，XT轴为转台横轴(转轴)指向右侧，ZT轴指向天顶，构成右手系；摄像头安装在单轴转台的中心，摄像机的相机系O
M
‑
X
M
Y
M
Z
M
：原点在相机中心为O
M
，Y
M
轴为相机光轴，X
M
轴为转台横轴指向右侧，Z
M
轴指向天顶，构成右手系；地理系Ot
‑
XtYtZt：东北天坐标系。3.根据权利要求1所述的一种基于光学差分GPS组合的高精度调炮检测方法，其特征在于：所述步骤2中火炮初始状态为火炮处于水平的位置，其横滚角为γ；火炮瞄准正前方十字叉丝；通过水准气泡将平台横轴调至水平；平台转角输出为0；火炮初始状态的测量值为：火炮回转中心到转台中心的距离L；激光测距模块测得转台中心到十字叉丝中心的距离L1；第一个卫星天线电气相位中心到转台中心的距离l1；第二个卫星天线电气相位中心到十字叉丝中心的距离l2；卫星定向仪输出高低角β'和地理坐标系方位角α，高低角4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮燕燕，赵帅，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零七研究所，
类型：发明
国别省市：