【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于精密伺服设备，具体涉及一种立式五轴转台相对空间指向误差的分析方法及修正方法和修正系统。
技术介绍
1、五轴转台是光学制导半实物仿真系统中的核心设备，其主要功能在于模拟制导武器和目标的运动，以实现制导武器和目标之间相对空间关系的仿真。随着以光学制导为主导的精确制导技术的不断发展，五轴转台在仿真领域得到广泛应用。然而，在实际仿真应用中，由于存在安装误差、机械误差、控制误差等，导致装在其上的制导武器的位置、姿态以及目标的相对位置与理想状态有所差异，从而降低了仿真系统的精度和试验结果的可信度。
2、五轴转台由两轴转台和三轴转台组合而成，其中两轴转台作为外两框，三轴转台作为内三框。外两框与内三框彼此独立，通过轴系运动可以形成各自的空间指向。当对外两框与内三框施以相同的指令时，理论上它们的空间指向应完全相同。但对于实际设备，由于存在各种误差，将导致两者之间的相对空间指向存在误差。因此，需要寻找一种合适的方法，通过对五轴转台相对空间指向建模，并基于此模型推导得到指向误差的数学表达式，从而实现对五轴转台相对空间指向误差的修正。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种立式五轴转台相对空间指向误差的分析方法，通过光学仪器自准直仪对立式五轴转台的相对空间指向进行测量，并基于多体理论对立式五轴转台的相对空间指向进行建模并得到近似数学模型，再对模型中的误差参数进行辨识并得到误差模型，为后续修正的基础。
2、本专利技术还提供一种立式五轴转台相对空间指向误差的修正方法，为了修
3、本专利技术还提供一种立式五轴转台相对空间指向误差的修正系统，为了实现修正五轴转台相对空间指向误差的方法。
4、本专利技术通过以下技术方案实现：
5、一种立式五轴转台相对空间指向误差的分析方法，所述分析方法为，通过光学仪器自准直仪对立式五轴转台的相对空间指向进行测量，并基于多体理论对立式五轴转台的相对空间指向进行建模并得到近似数学模型，再对模型中的误差参数进行辨识并得到误差模型。
6、进一步的，所述分析方法具体包括以下步骤：
7、步骤1：控制五轴转台的外两框与内三框以相同的速度与加速度，从相同的初始位置，持续运动到相同的目标位置，多次测量外两框与内三框的相对指向误差；
8、步骤2：基于步骤1的测量结果，基于多体理论对五轴转台外两框建模；
9、步骤3：基于五轴转台外两框的机械关系与运动特点，分析潜在的误差项；
10、步骤4：基于步骤3的误差项，推导并得出特征矩阵，进一步推导得到空间指向模型；
11、步骤5：根据步骤4的空间指向模型推导x向与y向实际指向与理想指向角度差的数学模型；
12、步骤6：根据自准直仪的测量值对步骤5的x向与y向实际指向与理想指
13、向角度差的数学模型进行未知参数的辨识得到误差模型。
14、进一步的，所述步骤1具体为，在五轴转台运动过程中，实时采集自准直仪的测量数据，得到转台运动中每一个位置的空间相对指向误差，分别为x向实际指向与理想指向的角度差与y向实际指向与理想指向的角度差，记为为δx与δy。
15、进一步的，所述步骤2具体为，根据低序体理论，外两框的理想空间指向可以表示为，
16、rideal＝t01p t01s t12p t12s r0 (1)
17、而在误差作用下，外两框的实际空间指向可以表示为，
18、rreal＝t01p t01pe t01s t01se t12p t12pe t12s t12se r0 (2)
19、式中，r0表示初始空间指向向量，即(1,0,0,1)t；rideal表示无误差作用下外两框的理想空间指向，即内三框的实际空间指向；rreal表示在误差作用下外两框的实际空间指向；t01p表示外两框偏航轴相对于基座的相对位置变换矩阵；t01pe表示外两框偏航轴相对于基座的相对位置误差变换矩阵；t01s表示外两框偏航轴相对于基座的相对运动变换矩阵；t01se表示外两框偏航轴相对于基座的相对运动误差变换矩阵；t12p表示外两框俯仰轴相对于外两框偏航轴的相对位置变换矩阵；t12pe表示外两框俯仰轴相对于外两框偏航轴的相对位置误差变换矩阵；t12s表示外两框俯仰轴相对于外两框偏航轴的相对运动变换矩阵；t12se表示外两框俯仰轴相对于外两框偏航轴的相对运动误差变换矩阵；
20、在此基础上，定义相对空间指向误差为
21、
22、后续在分析补偿效果时，主要以该指标为评判标准。
23、进一步的，所述步骤3具体为经过分析，五轴转台外两框的空间指向误差的机械误差部分由垂直度、相交度、回转倾角误差、回转位置误差、角位置误差引起。
24、进一步的，所述步骤4具体为如下
25、t01p＝i4×4，t12p＝i4×4
26、
27、
28、
29、其中，a表示外两框偏航轴旋转角度；b表示外两框俯仰轴旋转角度。
30、基于任意误差项δ均为小量，则sin(δ)＝δ，cos(δ)＝1，同时忽略高阶小量化简原则对上述式(2)进行化简；最终化简结果如下
31、rideal＝[x,y,z,1]t (4)
32、其中，
33、
34、进一步化简，令
35、
36、将(6)式带入(5)式中，得到化简结果如下
37、
38、此为误差作用下，立式五轴转台外两框实际空间指向的矢量表示。
39、进一步的，所述步骤5具体为根据转序与旋转关系可知
40、
41、sin(b+δy)＝-z (9)
42、将(7)式的化简结果带入(8)，(9)式中，得到x向与y向实际指向与理想指向角度差数学模型，
43、
44、
45、进一步的，所述步骤6具体为，将(10)式表示成基本形式如下
46、
47、对(11)式作几点说明：
48、为估计值，a＝[ax ay]t为参数矩阵。ax，ay形式如下，其中n表示用于辨识的数据数量
49、
50、x＝[δ1 δ2 δ3 δ4 δ5 δ6]t为待辨识的参数，ε为误差项。
51、因此，自准直仪实测值与估计值之间的差值为
52、
53、其中，δ＝[δx δy]t为自准直仪实际的x，y两向测量值。
54、基于最小二乘法的思想，采用残差的平方和作为估计效果的评判标准，即
55、q＝(δ-ax)t(δ-ax) (13)
56、令得到x的估计值如下式(14)所示
57、
58、一种立式五轴转台相对空间指向误差的修正方法，所述修正方法使用如上述的分析方法所得到本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种立式五轴转台相对空间指向误差的分析方法，其特征在于，所述分析方法为，通过光学仪器自准直仪对立式五轴转台的相对空间指向进行测量，并基于多体理论对立式五轴转台的相对空间指向进行建模并得到近似数学模型，再对模型中的误差参数进行辨识并得到误差模型。
2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述分析方法具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述步骤1具体为，在五轴转台运动过程中，实时采集自准直仪的测量数据，得到转台运动中每一个位置的空间相对指向误差，分别为X向实际指向与理想指向的角度差与Y向实际指向与理想指向的角度差，记为为ΔX与ΔY。
4.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述步骤2具体为，根据低序体理论，外两框的理想空间指向可以表示为，
5.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述步骤3具体为经过分析，五轴转台外两框的空间指向误差的机械误差部分由垂直度、相交度、回转倾角误差、回转位置误差、角位置误差引起。
6.根据权利要求5所述的分析方法，其特征在于，所述步骤4具体为如下
7.根据权利要求6所述的分析方法，其特征在于，所述步骤5具体为根据转序与旋转关系可知
8.根据权利要求7所述的分析方法，其特征在于，所述步骤6具体为，将(10)式表示成基本形式如下
9.一种立式五轴转台相对空间指向误差的修正方法，其特征在于，所述修正方法使用如权利要求8所述的分析方法所得到的误差模型对立式五轴转台的相对空间指向误差进行修正；
10.一种立式五轴转台相对空间指向误差的修正系统，其特征在于，所述修正系统使用如权利要求9所述的修正方法，所述修正系统包括，
...【技术特征摘要】
1.一种立式五轴转台相对空间指向误差的分析方法，其特征在于，所述分析方法为，通过光学仪器自准直仪对立式五轴转台的相对空间指向进行测量，并基于多体理论对立式五轴转台的相对空间指向进行建模并得到近似数学模型，再对模型中的误差参数进行辨识并得到误差模型。
2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述分析方法具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述步骤1具体为，在五轴转台运动过程中，实时采集自准直仪的测量数据，得到转台运动中每一个位置的空间相对指向误差，分别为x向实际指向与理想指向的角度差与y向实际指向与理想指向的角度差，记为为δx与δy。
4.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述步骤2具体为，根据低序体理论，外两框的理想空间指向可以表示为，
5.根据权利要求2...
【专利技术属性】
技术研发人员：张博锐，王力，李聪敏，樊星，陈松林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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