一种发射筒倾角动态测量装置

摘要

本发明公开了一种发射筒倾角动态测量装置及方法，包括：斜置石英加速度计、水平石英加速度计、MEMS陀螺和楔形本体，还包括：信号采集与处理模块、电源模块、外壳、连接器。其中，斜置石英加速度计测量与发射筒轴向夹角为45°方向的重力加速度分量，通过三角函数关系得到静态条件下的发射筒俯仰角；水平石英加速度计用于确定车体的横滚角；发射筒调整时，通过MEMS陀螺测量俯仰角速度，进行积分得到动态俯仰角。本装置克服了传统倾角测量装置在大倾角下测量精度差的问题，且量程大、测量精度高，而且能够实现动态测量，尤其适用于垂直发射情况下的发射筒倾角动态测量。

权利要求

1.一种发射筒倾角动态测量装置，其特征在于：包括斜置石英加速度计、水平石英加速度计、MEMS陀螺、楔形本体、信号采集与处理模块、电源模块、外壳、连接器；

所述楔形本体安装在外壳的底板上，包括一个与底面夹角为45°的倾斜安装面和一个与底面垂直的垂直安装面，两个安装面相互垂直；

所述斜置石英加速度计安装在楔形本体的倾斜安装面上，其测量轴与安装面垂直；

所述水平石英加速度计和MEMS陀螺安装在楔形本体的垂直安装面上，其测量轴均与安装面垂直。

2.一种利用如权利要求1所述装置对发射筒倾角进行动态测量的方法，包括如下步骤：

1)安装倾角测量装置

将该倾角测量装置安装于发射筒外壁的安装面上，保证发射筒的俯仰轴与倾角测量装置MEMS陀螺的测量轴平行，纵轴与测量装置的X轴平行；

2)进行分量测量

利用所述斜置石英加速度计、水平石英加速度计和MEMS陀螺分别得到楔形本体倾斜安装面法线方向比力 水平方向比力 和角速度测量值

3)利用三角函数关系得到发射筒倾斜角

①当发射筒静止时，按照如下公式计算发射筒的倾角和车体的横滚角：其中：θ是发射筒的俯仰角，γ是车体的横滚角，g是当地的重力加速度；

②当发射筒俯仰角调整时，利用MEMS陀螺测量的俯仰角速度积分得到俯仰角增量，从而确定发射筒在动态过程中的俯仰角，计算公式如下：其中，θ是发射筒的俯仰角，γ是车体的横滚角，g是当地的重力加速度，t0表示发射筒开始调整的时刻，t1表示当前时刻，θ0是发射筒开始调整时刻的俯仰角；

数据采集与处理模块通过MEMS陀螺测量的角速度自动判定发射筒是否处于静止状态，从而选择相应的公式更新发射筒的俯仰角和车体横滚角信息。

说明书

一种发射筒倾角动态测量装置

技术领域

[0001] 本发明涉及工程测量技术领域，尤其涉及一种用于测量发射筒动态倾角的倾角测量装置。

背景技术

[0002] 发射车在作战前需要调整发射筒(发射架)的射角，其倾角调整范围通常为-10°～+100°。为了保证导弹初始射角精确无误，必须采用精度较高的倾角测量装置来测量发射筒的倾角。现有的倾角测量装置通常利用加速度计来感应地球重力加速度，从而确定加速度计测量轴与水平面的夹角。由于加速度计包含测量误差，当倾角增大时，加速度计的倾角测量分辨率会不断变差，因此，现有的倾角测量装置的量程通常在±20°范围内，无法满足发射筒的倾角测量要求。此外，在发射筒调整过程中，加速度计的测量值中包含运动加速度项，直接用加速度计反算倾角会出现误差，角运动越快，测量误差越大，这个误差称为“动态误差”，因此无法实现发射筒调整过程中的动态倾角测量。针对上述问题，需要一种大量程的动态倾角测量装置，来满足发射筒在静止中以及调整中的高精度倾角测量需求。

发明内容

[0003] 本发明提供一种发射筒倾角动态测量装置，解决现有的倾角测量装置量程小、动态测量误差大的问题。

[0004] 为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种发射筒倾角动态测量装置，包括：斜置石英加速度计、水平石英加速度计、MEMS陀螺和楔形本体，还包括：信号采集与处理模块、电源模块、外壳、连接器；

[0005] 所述楔形本体安装在外壳的底板上，其包括一个与底面夹角为45°的倾斜安装面和一个与底面垂直的垂直安装面，两个安装面相互垂直；

[0006] 所述斜置石英加速度计安装在倾斜安装面上，其测量轴与安装面垂直；

[0007] 所述水平石英加速度计和MEMS陀螺安装在楔形本体的垂直安装面上，其测量轴均与安装面垂直；

[0008] 所述信号采集与处理模块采集两个石英加速度计和MEMS陀螺的测量信号，进行误差补偿和信号滤波，利用处理过的双轴加速度信号和单轴角速度信号解算双轴倾角信息，即为发射筒的俯仰角和车体的横滚角；

[0009] 所述连接器提供装置内部信号和外部信号的连接接口；

[0010] 所述电源模块为系统提供稳压电源。

[0011] 本发明的工作原理：倾角测量装置安装在发射筒外壁的安装面上，保证发射筒的俯仰轴与倾角测量装置MEMS陀螺的测量轴平行，纵轴与测量装置的X轴平行。斜置石英加速度计测量与发射筒轴向夹角为45°方向的重力加速度分量，水平石英加速度计测量车体的横向加速度分量，MEMS陀螺测量俯仰角速度，信号采集和处理模块经过采集和处理得到斜置石英加速度计的比力测量值 水平石英加速度计的比力测量值 和MEMS陀螺的角速度测量值 自动判定发射筒是否处于静止状态。

[0012] 当发射筒静止时，按照如下公式计算发射筒的倾角和车体的横滚角。

[0013]

[0014] 其中，θ是发射筒的俯仰角，γ是车体的横滚角，g是当地的重力加速度。

[0015] 当发射筒俯仰角调整时，利用MEMS陀螺测量的俯仰角速度积分得到俯仰角增量，从而确定发射筒在动态过程中的俯仰角，计算公式如下。

[0016]

[0017] 其中，t0表示发射筒开始调整的时刻，t1表示当前时刻，θ0是发射筒开始调整时刻的俯仰角。

[0018] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明结构简单，便于安装，拆卸维修方便；当使用本装置测量发射筒倾角时，在发射筒水平时，加速度计实际的倾角是-45°，当发射筒的倾角在-10°～+100°内变化时，加速度计实际的倾角变化范围是-55°～+55°，在这个范围内，加速度计能够保证较高的测量精度，有效增大测量的量程，尤其适用于仰角大的垂直发射情况；采用水平和斜置石英加速度计分别测量双轴倾角信息，利用MEMS陀螺直接测量倾角变化过程中的角速度，然后将角速度进行积分得到角增量，将角增量叠加到运动起始时刻的倾角上，实时得到角运动过程中的倾角值，避免动态误差的出现，有效提高测量精度，对发射筒调整时能够有效进行动态测量；利用角速度自动判定发射筒是否处于静止状态，智能化程度高，准确度高。

附图说明

[0019] 附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

[0020] 图1一种发射筒倾角动态测量装置结构图；

[0021] 图2一种发射筒倾角动态测量装置安装示意图。

[0022] 图中标号：1-斜置石英加速度计、2-水平石英加速度计、3-MEMS陀螺、4-楔形本体、5-数据采集和处理模块、6-电源模块、7-外壳、8-连接器、9-发射筒。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

[0024] 一种发射筒倾角动态测量装置，包括：斜置石英加速度计1、水平石英加速度计2、MEMS陀螺3和楔形本体4，还包括：信号采集与处理模块5、电源模块6、外壳7、连接器8。

[0025] 楔形本体4安装在外壳7的底板上，其包括一个与底面夹角为45°的倾斜安装面和一个与底面垂直的垂直安装面，两个安装面相互垂直；将斜置石英加速度计1安装在倾斜安装面上，保证其测量轴与安装面垂直；将水平石英加速度计2和MEMS陀螺3安装在楔形本体4的垂直安装面上，保证水平石英加速度计2和MEMS陀螺3的测量轴与安装面垂直；信号采集与处理模块5与斜置石英加速度计1、水平石英加速度计2、MEMS陀螺3通过导线连接，采集两个石英加速度计和MEMS陀螺3的测量信号，进行误差补偿和信号滤波，利用处理过的双轴加速度信号和单轴角速度信号解算双轴倾角信息，即为发射筒俯仰角和车体横滚角；连接器8提供装置内部信号和外部信号的连接接口。

[0026] 工作时，将倾角测量装置安装在发射筒9外壁的安装面上，保证发射筒的俯仰轴与倾角测量装置MEMS陀螺3的测量轴平行，纵轴与测量装置的X轴平行。信号采集和处理模块5经过采集和处理得到斜置石英加速度计1的比力测量值 水平石英加速度计2的比力测量值 和MEMS陀螺3的角速度测量值 根据角速度测量值自动判定发射筒是否处于静止状态。

[0027] 当发射筒静止时，按照如下公式计算发射筒的倾角和车体的横滚角。

[0028]

[0029] 其中，θ是发射筒的俯仰角，γ是车体的横滚角，g是当地的重力加速度。

[0030] 当发射筒俯仰角调整时，利用MEMS陀螺测量的俯仰角速度积分得到俯仰角增量，从而确定发射筒在动态过程中的俯仰角，计算公式如下：

[0031]

[0032] 其中，t0表示发射筒开始调整的时刻，t1表示当前时刻，θ0是发射筒开始调整时刻的俯仰角。

[0033] 数据采集与处理模块通过MEMS陀螺测量的角速度自动判定发射筒是否处于静止状态，从而选择相应的公式更新发射筒的俯仰角和车体横滚角信息。