测量船码头动态标校方法研究.pdf

第2 9 卷第6 期 2 0 1 0 年1 2 月 飞行器测控学报 J o u r n a lo fS p a c e c r a f tT T & CT e c h n o l o g y V 0 1 2 9N o 6 D e c 2 0 1 0 测量船码头动态标校方法研究 钟德安，张同双，李晓勇，陶小红 ( 中国卫星海上测控部江苏江阴2 1 4 4 3 1 ) 摘要：在分析传统坞内标校基本原理的基础上，针对测量船在码头停泊状态下的摇摆特点。建立了码头动态水平 和方位参考基准，推导了水平基准计算公式，设计了测量船码头动态标校方法。该方法直接采用标校电视正向瞄 标法标校雷达角度零位，减少了传统标校中以望远镜作为中介带来的转换误差。标校结果表明，标校精度与船姿 测量精度密切相关。 关键词：测量船；坞内标校；动态标校；标校电视 中图分类号：V 5 5 6 文献标识码：A文章编号：1 6 7 4 5 6 2 0 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 2 0 0 4 S t u d yo nD y n a m i cC a l i b r a t i o nM e t h o df O r I n s t r u m e n t a t i o nS h i pa tW h a r f Z H O N GD e a n 。Z H A N GT o n g s h u a n g ，L IX i a o y o n g ，T A 0X i a o h o n g ( C h i n aS a t e l l i t eM a r i t i m eT r a c k i n ga n dC o n t r o lD e p a r t m e n t ，J i a n g y i n ，J i a n g s uP r o v i n c e2 14 4 3 1 ) A b s t r a c t ：O nt h eb a s i so ft h et r a d i t i o n a ld o c kc a l i b r a t i o np r i n c i p l ea n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fi n s t r u m e n t a t i o ns h i p r o c k e da tw h a r f aw h a r fd y n a m i cc a l i b r a t i o nr e f e r e n c ed a t u mi n c l u d i n gt h eh o r i z o n t a la n da z i m u t h a li ss e tu p ，t h e c a c u l a t i n gf o r m u l ao fd e t e r m i n i n gt h eh o r i z o n t a ld a t u mi sd e r i v e da n dt h ed y n a m i cc a l i b r a t i o nm e t h o di sd e s i g n e d T h ec a l i b r a t i o nT Vi su s e dd i r e c t l yf o ra n g l e - z e r oc a l i b r a t i n gi nt h em e t h o d ，w h i c hl e s s e n st h et r a n s f o r m a t i o ne r r o r c a u s e db yt e l e s c o p ew h e nb e i n gam e d i ai nt h et r a d i t i o n a ld o c kc a l i b r a t i o n T h er e s u l ts h o w st h a tt h ec a l i b r a t i o np r e c i s i o ni sm a i n l yr e l e v a n tt Ot h ea t t i t u d ed e t e r m i n a t i o np r e c i s i o no fi n s t r u m e n t i o ns h i p K e y w o r d s ：I n s t r u m e n t i o nS h i p ；D o c kC a l i b r a t i o n ；D y n a m i cC a l i b r a t i o n ；C a l i b r a t i o nT V U 5 I罱 为确保测量船的测量精度，必须适时对测量设 备误差参数进行标校。传统坞内标校方法组织实施 难度大、周期长，一般只在测量船建成时或设备进行 了较大规模的技术改造后才进行u 一。然而有些原因 导致雷达系统误差的变化( 如标校电视光轴发生变 化等情况) 无法用传统方法标定心j ，久而久之会影响 测量船的测量精度。为了提高和保持测量船的测量 精度，需要解决动态条件下测量船测量设备高精度 的误差标校问题。 为了解决测量船经常性的标校问题，文献I - 3 1 提 出了利用船载精密经纬仪与雷达同步测量恒星的星 体标校法，该方法标校结果重复精度低。文献 1 提 出了基于标校经纬仪的坞内标校方法，但该方法仍 需测量船进船坞坐墩。 本文提出了基于码头条件的测量船标校方法， 某远望号测量船在码头停泊状态下利用该方法对船 载测量设备进行了标校试验，标校的成功为动态条 件下测量船高精度标校进行了有益的尝试。 l传统坞内标校原理 传统坞内标校是让测链船进船坞坐墩，使之静 止不动，并在船坞四周建立方位标、距离标、校准塔 和大地测量基准点等标校设施，以真地平和方位标 的大地测量成果为基准，对各测量设备进行全面标 校，获得高精度的零位和轴系误差数据，建立船载测 量设备统一的惯导甲板坐标系J j 。 必须在坞内进行标校的项目主要包括雷达的方 位转盘不水平度、光机偏差、角度零位，标校经纬仪 的竖轴差，惯导感应同步器电气零位，变形测量设备 的零位等 5 。其中方位转盘不水平度( 竖轴差) 采用 - 收稿日期：2 0 1 0 0 5 1 5 ；修曰日期：2 0 1 0 0 9 2 9 第一作者简介：钟德安( 1 9 6 4 一) ，男，硕士，高级工程坪，主要研究方向为测量鲁标校技术；E m a i l ：z d a l 0 1 4 1 2 6 c o m 万方数据 第6 期钟德安，等：测展船码头动态标校万法研究 水平仪测馈法，光机偏差、角度零位采用蠼远镜或标 校电视正倒镜瞄标法，惯导感应同步器电气零位和 变形测量设备的零位采用开机统计法。 2 码头标校基准的建立 2 1 方位及水平参考基准 传统坞内标校以测馈船艏艉线为标校的方位参 考基准，以真地平为水平参考基准。码头标校仍以 测世船艏艉线为方位参考基准，由于此时测量船相 对真地平处于动态之中，因此应另选水平参考基准。 水平参考基准的选择主要考虑其对标校精度的影 响，并兼顾标校实施的方便性和基准的平整性，综合 考虑这些因素首选惯导小平台为水平参考基准。由 于船体处在不停的摇摆中，标校中需要的惯导小平 台任意时刻、任意方向相对真地平的倾斜量可用以 下方法测量： 1 ) 在惯导小平台上沿船体艏艉向和左右向各放 一台水平仪，分别读取任意时刻水平仪读数M _ 囊、 M 左f i ； 2 ) 设该时刻小平台相对真地平的最大倾斜量为 雠白、对应的最大倾斜方向为A 平f r ，则有以下方程 f M m a 一风竹Xc o s A 种 1M 左右一雠白Xs i n A 平台 解方程可得 卢辛竹一 彳左右s i n - a r c t a n ( M 危l | M 艏_ ) ( 2 ) A 平台= a r c t a n ( M 左右 彳精艉) ( 3 ) 3 ) 该时刻小平台任意A ，方向相对真地平的倾 斜量M ，按下式计算 M = M 左“Xc o s - A ，一a r c t a n ( M | 左l l M 麓) s i n - a r c t a n ( M 庄l ，M 艏囊) ( 4 ) 2 2 测基准 传统坞内标校采用望远镜正倒镜瞄标法标校 角度零位，然后根据望远镜光轴与标校电视光轴 间的不平行度将标校结果换算至标校电视光轴 上。角度零位包括方位零位、俯仰零位方位零位 是机械轴与船艏艉线平行时方位轴角编码器输出 值俯仰零位是当标校电视光轴与方位转盘平面 平行时俯仰轴角编码器输出值。码头标校时采用 标校电视正镜瞄标法标校角度零位，此时方位零 位的含义为标校电视光轴与船艏艉线平行时方位 轴角编码器输出值。码头标校中采用标校电视正 镜瞄标法的优点是减少了传统标校中以望远镜作 为过渡带来的中间环节误差。 2 3时间基准 传统坞内标校时各标校项目无同步录取数据要 求。码头标校时各参加标校的设备应同步录取数 据，并按时间对应关系进行数据处理。 3 码头标校方法 测量船除了安装有测量雷达外，还安装有测量 船体姿态的船姿船位测量设备( 包括惯导、标校经纬 仪和变形测量设备) 。码头标校项目包括雷达方位 转盘不水平度( 标校经纬仪竖轴差) 、角度零位，惯导 纵摇、横摇和航向电气零位，变形测量设备零位。 3 1 标校设施 主要标校设施包括：在码头附近设置若干方 位标；在码头附近设置3 个大地测量控制点，其中 一个作为主控点( 用于放置激光全站仪) ，控制点应 具有3 等大地测量控制网精度。 3 2 雷达方位转盘不水平度标校 以惯导小平台为参考基准标校雷达方位转盘不 水平度，该项目应安排在雷达角度零位前标校，步骤 如下： 1 ) 在方位转盘不水平度检测平台上放置一水平 仪； 2 ) 在惯导小平台上沿船体艏艉向和左右向各放 一台水平仪； 3 ) 方位转盘方位从0 。开始。每转3 0 。读取雷达 方位编码器读数A l 、雷达方位转盘水平仪读数 M 雷达。，惯导小平台水平仪与雷达方位转盘水平仪 同步读数M _ 麓。、M 左右。，直到3 6 0 。，并按下式计算 惯导小平台与方位转盘对应方位角上的倾斜量 M 平白 厦辜f t 。= 玎毫右。Xc o s 3 0Xi a r c t a n ( 往右，M a _ 。) s i n - a r c t a n ( M 左右，M _ _ ) ( 5 ) 式中i 为方位转盘方位角编号，i = 0 ，1 ，2 玎， 方位为0 。时，i = 0 。 4 ) 利用最b - - 乘法按下式拟合出雷达方位转盘 相对惯导小平台的最大倾斜量风和最大倾斜量所 在的方位角A 。 M 霄沾。一M 早f ，。= M o + 恳c o s ( A 。一A 。) ( 6 ) 式中M 0 为常数。 3 3 标校经纬仪竖轴差标校 标校经纬仪竖轴差的标校同样以惯导小平台为 参考基准方法同雷达方位转盘不水平度标校，该项 目应安排在惯导航向电气零位前标校。 万方数据 2 2 色行器测控学报第2 9 卷 3 4 惯导纵、横摇电气零位标校 以惯导小平台为参考基准标校惯导纵摇、横摇 电气零位，该项目应安排在雷达角度零位前标校。 步骤如下： 1 ) 在惯导小平台的纵向、横向各放一台水平仪； 2 ) 惯导启动，正常校，并保持最佳工作状态； 3 ) 同步读取t ，时刻惯导小平台水平仪的纵、横 摇读数加台i 、锋台i 和惯导纵、横摇读数导。、 导，； 4 ) 按步骤3 ) 重复5 次以上，并按下式计算船惯 导纵、横摇电气零位导。、导。 n 导。一2 j ( 导。僻白，) n ( 7 ) f 一1 n 导。一：( 导。一锋台。) n ( 8 ) i - - 1 式中i 为重复测量次数，i 一1 ，2 行，卵5 。 3 5 惯导航向电气零位标校 以船体艏艉线为基准，统计惯导航向电气零位， 该项臼应安排在雷达角度零位前标校。步骤如下： 1 ) 惯导启动，正常校，并保持最佳工作状态； 2 ) 标校经纬仪测恒星解算惯导的航向差，即为 惯导的航向电气零位K 惯碍。 3 6 变形测量设备零位标校 在测量船上，变形测量设备是其他测量设备和 惯导连接的纽带，使测量船上不同原点的测量坐标 系能相互转换。变形测量设备标校项目只有零位统 计一项，变形测量设备开机自检并保持最佳工作状 态。录取变形测量设备输出值妇形。、形。、K 变形。， 即为变形测量设备的纵摇角零位、横摇角零位和航 向角零位。 3 7 雷达角度零位标校 雷达角度零位应在雷达方位转盘不水平度、标 校经纬仪竖轴差、惯导电气零位标校完毕后，与变形 测量设备零位标校同时进行。同时标校经纬仪测恒 星解算惯导航向差。方法是用惯导的输出值作为船 的航向( 修正航向差后的惯导航向值) 、水平基准，大 地测量给出方位标相对雷达三轴中心的大地方位角 和俯仰角，同时记录雷达标校电视瞄准方位标时方 位和俯仰编码器读数、方位标在标校电视中的脱靶 量，综合求解雷达方位、俯仰零位。参加设备包括激 光全站仪、雷达、惯导、标校经纬仪、变形测量设备。 步骤如下： 1 ) 在雷达三轴中心上方安装激光全站仪的合作 讣R R O , Nc o s E c , c o s A , l , , ， l ：J 2 K y 。l ：j Q 2 ) K l o1o l l oo1 万方数据 第6 期钟德安等：测 l J 9 t ，卵5 头动念标校办法研究 2 3 - 1 00 轴中心为原点的地平坐标系中的R 。、A 地平。、E 地甲，； 0 = 1 0 c o s O 。一s i n 0 。I 9 ) 由步骤8 ) 得到的A 地平，、E 地平，与步骤2 ) 得到 0 s i n O , c o s 6 , f 的大地测蜒结果进行比对。统计雷达的方位角、俯仰 X ，、y 。，、Z 。为t ，时刻方位标在以雷达三轴中心为 角系统误差和随机误差 孑窖詈! 篓竺雾署兰竺竺雾竺芸立誓：。孑：耋 A 。一奎c A 地平；一A 畎地。，理 c 3 ， z ，时刻方位标在以雷达三轴中心为原点的地平坐标 管 系中的等墨分警5、。，。E 。一奎( E 地平。一E 0 大地，) “ ( 1 4 ) 8 ) 由X 2 ，、y 2 。、z 2 计算t ，时刻方位标在以雷达三 j d A o 一 ：( A 地甲，一A o 大地，一A o ) ( A 地平，一A o 大地。一A o ) ( 押1 ) ( 1 5 ) 式中A 。、E o 分别为最终标校的雷达方位零位和 俯仰零位；盯A 。、口E 。分别为雷达方位角和俯仰角零 位标校随机误差；打为有效测鼍数据组数。订一1 ，2 ， 3 ，以3 0 。 4 标校结果 4 1标校结果 某远望号测蛙船利用卜述方法进行了标校雷 达角度零位可以反映标校精度图l 、图2 分别为雷 达方位零位和俯仰零位标校结果图。图中横坐标为 有效测量数据组数纵坐标为零位标校值。 八八厂弋 V V V V l357 9l l1 3 1