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专利名称：一种应用于飞机总装配的雷达数字化校靶方法
技术领域：
本发明涉及校靶方法，尤其涉及一种应用于飞机总装配的雷达数字化校靶方法。
背景技术：
雷达是空中武器系统的重要组成部分，它的技术水平决定了军用飞机的作战性 能。其主要用于控制(包括制导)机载武器，实施空中警戒、侦查，保障准确航行和飞行安 全等，是现代军机的重要技术装备。保证雷达的准确安装是保障其正常工作的前提和基础。 多年来我国的雷达校靶方法依然沿袭着传统的光学校靶手段，自动化程度低，测量数据的 可信度差，工作现场所占的空间大，严重抑制了校靶精度的提高和校靶效率的提升。

发明内容
本发明的目的是针对传统光学校靶技术的不足和提升飞机总装自动化、集成化水 平的迫切需求，提出了一种应用于飞机总装的雷达数字化校靶方法。应用于飞机总装配的雷达数字化校靶方法包括如下步骤1)将飞机调平，并使得激光跟踪仪的测量坐标系与飞机总装配站位的装配坐标系 统一，调整雷达校靶装置上的水泡居中；2)利用激光跟踪仪测量2#、12#测量点，在计算机内构造飞机对称轴线；3)启动测量程序，采用手动测量模式或自动测量模式完成雷达校靶装置上的靶标 点测量；4)计算并图形显示雷达安装方向相对飞机构造水平面和对称轴线的偏差，即以虚 拟靶板模拟真实靶板给出图像化的雷达校靶结果，并提示调整方向，如果计算偏差在允许 偏差范围之内则完成雷达校靶，否则转步骤5)；5)根据计算机的提示，人工调整雷达指向，完成调整后，重复步骤3) 步骤4)，直 至达到雷达校靶要求。所述的校靶装置包括靶标、水泡、靶座及其过渡板、雷达、雷达框，雷达固定在雷达 框上，雷达上端设有靶座及其过渡板，在靶座及其过渡板上设有靶标和水泡，靶标、水泡、靶 座及其过渡板组成雷达校靶装置。所述的利用激光跟踪仪测量2#、12#测量点，在计算机内构造飞机对称轴线步骤 包括1)利用激光跟踪仪测量2#、12#两个测量点P2fl，P12fl P2tt — (x2#，y2#，z2#)，P12# 一 (Xi2#，Υ 2#，ζ 2#)；2)将 Ρ2#，P12fl 投影至 XOZ 平面，获得投影点 Ρ2# ιxoz, P12fl ιχοζ = (x2#，0，z2#)，i^2# = (Ii2#,0, zu#)；3)则P12/X°ZP2# ±x°z即确定飞机对称轴线L L(t) = P^foz+t-dP 丄 XOZ ρ 丄XOZ其中，rf = |ρχχοζ^χχοζ|，表征飞机对称轴线L的方向。所述的计算并图形显示雷达安装方向相对飞机构造水平面和对称轴线的偏差步 骤包括1)利用激光跟踪仪测量2个靶标点Pmi，Pm2 Pmi — (Xmi，Jmi ‘ zMi)，— (%2，Jm^ ΖΜ2)；2)根据 Pmi = (χΜ1，yM1, ζΜ1)，Pm2 = (xM2, yM2, ζκ)，将其向 XOZ 平面投影，可计算雷 达的方位误差θ yaw ^yaw=arctan ^LZfML. L」"7Y 一 V λΜ2 λΜ\3)根据 Pmi = (χΜ1，yM1, zM1)，Pm2 = (xM2, yM2, ζκ)，将其向 XOY 平面投影，可计算雷 达的俯仰误差θ pitch ^pitch =arctan ^2 ；
XM2 XM14)计算雷达在模拟靶板上瞄准点的位置P丄=(0,ym,zM1)—靴标点Pmi在模拟靶板上的投影点，Pa^a =(0,γΜΑ,zMA)—瞄准点Pma在模拟靶板上的投影点，P^AJdeal = i^yMAJdeal ^MAJdea,)——理想瞄准点Pm—Ideal在模拟靶板上的投影点，Dev = Dx tan识——Pma丄相对Pmi丄的偏移量，
DevO = Dx tan^0——PMJdeal 丄相对 Pmi 丄的偏移量，其中，D——靴标点Pmi至实际靶板的距离，φ0——雷达与飞机对称轴线的标准安装偏角；φ——雷达相对飞机对称轴线的空间偏角，其计算如下首先，计算雷达航向方向
dd贝Ij，炉=arccos丨丨甽丨丨 J。urs 丨丨=arccos(cWrac_)，
φ=π-φ；4. 1)瞄准点Pm/的计算过程如下由PmiPm2确定直线Lk LE(t) =PM1+tdE其中，A =dms = |d丨I，表征直线、的方向，表征直线Lk的方向贝IJ，Pm= Lk (t' ) = PM1+t' dE<formula>formula see original document page 7</formula>
<formula>formula see original document page 7</formula>4. 2)瞄准点Pma Ideal ι的计算过程如下首先，需计算出Pm2应调至的理想位置Pm2 Ideal，其计算过程如下设PmiPm,与飞机对称轴线重合，且I |PM1PM, I I = I IPmiPm2I I，其确定直线Ltl :L。(t) =PMi+td0
<formula>formula see original document page 7</formula>从而，通过矢量旋转可求得PM2 IdMl <formula>formula see original document page 7</formula>由PM1PM2—Ideal 确定直线 LK—Ideal <formula>formula see original document page 7</formula>其中，= Np p "~f，表征直线Lk Ideal的万向<formula>formula see original document page 7</formula>根据户丄—=(0，yMA Ideal, zMAJdea,)，即求得 Pttudeal 丄。本发明的优点在于1)较之现有的传统光学校靶方法，数字化校靶测量系统可有 效提高校靶精度，大幅提升校靶效率，并显著减轻了校靶过程对工作现场空间大小的依赖； 2)进一步提高了飞机总装的自动化，集成化水平。


图1为依据本发明实施方式的雷达校靶装置示意图；图2(a)为依据本发明实施方式的雷达校靶测量布局侧视图；图2(b)为依据本发明实施方式的雷达校靶测量布局正视图；图3为依据本发明实施方式的雷达校靶计算示意图4为依据本发明实施方式的雷达校靶软件系统流程图。图中靶标1、水泡2、靶座及其过渡板3、雷达4、雷达框5、某型飞机6、雷达校靶装 置(装有靶标)7、激光跟踪仪8、确定飞机对称轴线的2#和12#测量点9、机身支撑10、机 翼支撑11。
具体实施例方式本发明结合了先进的激光跟踪仪测量技术和辅助校靶装置，利用数字化测量手段实现某型飞机雷达校靶的工艺过程。其实现过程主要包含两个步骤首先，合理选择反映雷 达位姿的测量点，以高精度的激光跟踪测量技术获取其实际安装位姿；继而，计算实际安装 位姿相对理论目标位姿的偏差，同时将偏差结果在计算机上予以直观的图像化显示，并且， 一旦当位姿偏差超出给定阈值时，系统自动给出有效可行的雷达位姿调整方案。本发明有 机融合了机械设计、激光测量、数据处理、计算机成像、网络通信等诸多技术，较之现有的传 统光学校靶方法，数字化校靶测量系统可有效提高校靶精度，大幅提升校靶效率。 以下从雷达校靶的装置及其工作原理，测量方法，测量精度分析，偏差计算方法和 软件�？榈纳杓莆甯龇矫娑岳状锸�字化校靶系统予以介绍。某型飞机雷达校靶的技术要求是在飞机雷达框安装面的精度满足要求的前提 下，雷达安装后的方位、俯仰误差结果在士 10'(最大值)的范围内；如果大于士 10'则应 在雷达上进行安装误差的修正，修正范围控制在士4'至士6'之间。1.雷达校靶装置及其工作原理雷达校靶装置如图1所示，由雷达校靶模板、2个用于激光跟踪测量的磁性靶标安 装座及水泡组成。其技术参数和性能指标如下1)校靶模板能安装到雷达上，模板的工作表面和工作轴线能正确反映雷达的水平 面位置和雷达的朝向，其偏差不超过0. 02度；2)雷达校靶系统的校靶精度能够满足飞机雷达校靶的设计要求；3)校靶装置安装简单，操作方便。工作原理调整水泡居中，以保证雷达校靶装置在横滚方向正确校准；通过测量中央安装座 上的2个靶标点，并将测量值分别向XOZ平面和XOY平面投影，可计算雷达校靶装置的方位 误差和俯仰误差。2.测量布局和测量实施方法测量布局雷达校靶布局如图2所示。激光跟踪仪8放在某型飞机6侧面，通过测量2#、12# 测量点9和雷达校靶装置上的靶标点7，实现对雷达安装方向相对飞机构造水平面和对称 轴线的偏差测量，某型飞机6通过机身支撑10和机翼支撑11支撑。雷达校靶装置上的靶 标点布置如图1所示，两个靶标中心必须与当前使用的望远镜方向重合。两个靶标中心连 线代表了原望远镜2的方向。测量实施方法1)将飞机调平，即调整飞机的横向方向和纵向方向水平，做法是在飞机的左右 机翼对称布置两个测量点，两点的高度差在0. 5mm内即达到横向调平，沿飞机机身方向布置两个测量点，两点的高度差在0. 5mm内达到纵向调平，其次，使得激光跟踪仪的测量坐标 系与飞机总装配站位的装配坐标系统一，这里，激光跟踪仪的测量坐标系指激光跟踪仪开 启后，自动默认建立的空间坐标系，而飞机总装配站位的装配坐标系指根据现场飞机总装 配的布局由设计人员所定义的空间坐标系，统一两者的方法是通过测量布置在地面上的 若干个公共观测点，获得这些公共观测点的实测值，即上述点在激光跟踪仪测量坐标系下 的空间坐标值，继而，读取上述公共观测点在该装配站位的装配坐标系下的名义值，对上述 两类数值应用经典的点匹配算法，即可实现两个坐标系的统一，调整雷达校靶装置上的水 泡居中；2)利用激光跟踪仪测量2#、12#测量点，在计算机内构造飞机对称轴线；3)启动测量程序，采用手动测量模式或自动测量模式完成雷达校靶装置上的靶标 点测量；4)计算并图形显示雷达安装方向相对飞机构造水平面和对称轴线 的偏差，即以虚 拟靶板模拟真实靶板给出图像化的雷达校靶结果，并提示调整方向，如果计算偏差在允许 偏差范围之内则完成雷达校靶，否则转步骤5)；5)根据计算机的提示，人工调整雷达指向，完成调整后，重复步骤3) 步骤4)，直 至达到雷达校靶要求。3.测量精度分析Leica AT901-LR型激光跟踪仪的精度指标在全量程(水平方向360°，垂直方 向+45°，可达到测头的最大测量范围80m)范围内，对单点测量的不确定度为=Uxyz = 士 15 μ m+6 μ m/m，其中，“Uxyz”定义为被测点的实测三维坐标值和名义三维坐标值之间的偏差。测量靶标点时，激光跟踪测量系统的误差主要来源于四个方面1、激光跟踪仪的 测量误差a，2、靶标安装座的定位误差b，3、激光跟踪仪转站误差c，4、地基震动误差d。结 合相关的误差分析计算，可得a彡士 15μ +120μπι，b = 士0. 0127mm，c = 0.05mm，d = 0. 006mm。综合以上四方面的误差，在测量靶标点的过程中，激光跟踪测量系统的总的不确 定度为￡<yla2 +b2 +C2 +d2 =0.145 mm根据雷达校靶装置上靶标点的间距L，可计算出俯仰和方位测量误差，分别如下
Λε0.145 Λ 。
没 tertn = arctan— = arctan-二 0.014
ε-航向L600
Λε0.145
Oc.古枏 二 arctan — = arctan-= 0.014
ε-方位L600因雷达校靶方位和俯仰精度的要求值均为士 10'(即士0.17° )，测量精度为要 求值的1/10以下，故可满足精度要求。4.偏差计算方法图3是雷达校靶计算示意图，其基本计算过程如下1)利用激光跟踪仪测量2#、12#两个测量点P2s，P12fl
P2# 一 (父2#，又2#，Z2#)，Pl2# — (X12#，Yl2#，Z12#)；将P2#，P12fl 投影至 XOZ 平面，获得投影点 Ρ2# ι xoz, P12fl ^ xoz P2社 =(12#,0，之2#)，= (X12#,0,Z12#)；则Ρ12# ι X°ZP2# ±x°z即确定飞机对称轴线L L(t) = Pl^f0z+t-d
P 丄 XOZ P 丄 XOZ其中j = | ;χΟΖ||，表征飞机对称轴线L的方向。
2)利用激光跟踪仪测量2个靶标点Pmi，Pm2 Pmi — (Xmi，Jmi ‘ zMi)，— (%2，Jm^ ΖΜ2)；3)根据 Pmi = (χΜ1，yM1，zM1)，Pm2 = (xM2, yM2，ζκ)，将其向 XOZ 平面投影，可计算雷 达的方位误差θyaw(注雷达安装后，其方位误差应不大于士 10')^yaw ^arctan z^2；
XM2 — XM14)根据 Pmi = (xM1, yM1, zM1)，Pm2 = (xM2, yM2, ζΕ)，将其向 XOY 平面投影，可计算雷 达的俯仰误差θ pit。h(注雷达安装后，其俯仰误差应不大于士 10')^ltch =arctan^'^2 ；
XM2 XMl5)计算雷达在模拟靶板上瞄准点的位置，如图3所示Pm1=(O5^15Zmi)—靴标点Pmi在模拟靶板(Υ0Ζ平面)上的投影点，——瞄准点Pma在模拟靶板(Υ0Ζ平面)上的投影点，P^A_Ideal = (0,yMAJdeal,zMAJdeal)——理想瞄准点 Pma Idealal 在模拟靶板(Υ0Ζ 平面)上 的投影点，Dev = Dx tan φ——Pma丄相对Pmi丄的偏移量，DevO = Dx tan^0——PMJdeal 丄相对 Pmi 丄的偏移量，其中，D——靴标点Pmi至实际靶板(建坐标系时使其平行于YOZ平面)的距离，φ ——雷达与飞机对称轴线的标准安装偏角；φ——雷达相对飞机对称轴线的空间偏角，其计算如下首先，计算雷达航向方向贝Ij，炉-arccos 丨丨厂丨丨=arccos(i/</racours)，
φ=π-φ；5. 1)瞄准点Pm/的计算过程如下
由PmiPm2确定直线Lk LE(t) =PM1+tdE
P P其中，A= +Ο二I，表征直线Lk的方向贝lJ，PM = LK(t' ) = PM1+t' dE其中t' 二 丨丨Ρμι/>μ4丨丨=_-~ ^ ， Ildl cosHKII根据P丄=(O,Zm4)，即求得 Pm/ ；5. 2)瞄准点Pma Idea/的计算过程如下首先，需计算出Pm2应调至的理想位置Pm2 Ideal，其计算过程如下如图3所示，设PmiPm,与飞机对称轴线重合，且I |PM1PM, I I = I IPmiPm2 I I，其确定直 线L0 L0 (t) = PM1+td0
P P其中，^ 二 Ipm\Pm,\\ = d，表征直线Ltl的方向则，PM,=L0 (t' ) = PM1+t' d0其中，他2丨丨从而，通过矢量旋转可求得PM2Jdeal
UlJdeal, yMl Jdeal, 2MlJdeal, =
1 ο ο ο Γι 0 0 0]「1 0 0 O-
0 1 0 0 0 COsp0 Sinp0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 -Sin^0 COS^0 0 0 0 1 0
_~XM1 ~yMX -2Ml 1JL0 0 0 1JLxMl yM\ zMl由PM1PM2—Ideal 确定直线 LK—Ideal LEJdeal (t) = PM1+tdEJdeal
W^Λ/Ι-^Λ/2 Ideal . ,.,,,、，其中，<」_ = H-~ρ表征直线Lk Ideal的万向
II-iMl-fMl^efl/1)则，PmaIdeal = Liudeal (t ‘ ) = PM1+t ‘ dEJdeal
「 1 “ , , W^Ml-^MA IdealD其中， '=^——^J=-,-,
\dR_Idea,\C^Q\dRJdeal\根据Ideal= W' Ideal，ZMA Ideal )，即求得Pma Ideal ‘5.软件�？樯杓聘�据雷达校靶的工艺步骤和特点，提供图示化向导式操作界面，使得操作人员可 以根据图示化的操作向导，按照指定的步骤高效完成雷达校靶任务；依次实现飞机对称轴线数据的读取、靶标点自动或手动测量、雷达俯仰偏差计算 、雷达方位偏差计算、计算结果 的可视化显示(模拟实际的靶板给出图像化的雷达校靶结果)、调整方法提示等功能。其基 本流程如图4所示。
权利要求
一种应用于飞机总装配的雷达数字化校靶方法，其特征在于包括如下步骤1)将飞机调平，并使得激光跟踪仪的测量坐标系与飞机总装配站位的装配坐标系统一，调整雷达校靶装置上的水泡居中；2)利用激光跟踪仪测量2#、12#测量点，在计算机内构造飞机对称轴线；3)启动测量程序，采用手动测量模式或自动测量模式完成雷达校靶装置上的靶标点测量；4)计算并图形显示雷达安装方向相对飞机构造水平面和对称轴线的偏差，即以虚拟靶板模拟真实靶板给出图像化的雷达校靶结果，并提示调整方向，如果计算偏差在允许偏差范围之内则完成雷达校靶，否则转步骤5)；5)根据计算机的提示，人工调整雷达指向，完成调整后，重复步骤3)～步骤4)，直至达到雷达校靶要求。
2.根据权利要求1所述的一种应用于飞机总装配的雷达数字化校靶方法，其特征在于 所述的校靶装置包括靶标(1)、水泡(2)、靶座及其过渡板(3)、雷达(4)、雷达框(5)，雷达 (4)固定在雷达框(5)上，雷达(4)上端设有靶座及其过渡板(3)，在靶座及其过渡板(3) 上设有靶标(1)和水泡(2)，靶标(1)、水泡(2)、靶座及其过渡板(3)组成雷达校靶装置。
3.根据权利要求1所述的一种应用于飞机总装配的雷达数字化校靶方法，其特征在于 所述的利用激光跟踪仪测量2#、12#测量点，在计算机内构造飞机对称轴线步骤包括1)利用激光跟踪仪测量2#、12# 两个测量点 P2#，P12fl :P2fl = (x2fl, y2#，z2fl)，P12fl = (x12fl, Yl2#，Z12#)；2)将P2S，P12fl投影至XOZ平面，获得投影点P2#ixoz, P12fl ixoz P2# =，Pu§ = (x12#,0,z12#)；3)则P12/X°ZP2/X°Z即确定飞机对称轴线L<formula>formula see original document page 2</formula>其中，= pfxozpxxoz，表征飞机对称轴线L的方向。
4.根据权利要求1所述的一种应用于飞机总装配的雷达数字化校靶方法，其特征在于 所述的计算并图形显示雷达安装方向相对飞机构造水平面和对称轴线的偏差步骤包括1)利用激光跟踪仪测量2个靶标点PM1，PEPn 一 (XM1，Jul ‘ ZM1)，PM2 一 (XM2，，ZM2)；2)根据PM1= (xM1, yM1，zM1)，PM2 = (xM2, yM2，zj，将其向XOZ平面投影，可计算雷达的 方位误差0 yaw ^yaw=arctanZM2~ZM1 ；XM2 ~~XM\3)根据PM1= (xM1, yM1，zM1), PM2 = (xM2, yM2，zj，将其向XOY平面投影，可计算雷达的 俯仰误差0 pitch ^^arctan^1"^2 ；XM2 ~XMl4)计算雷达在模拟靶板上瞄准点的位置Pm=(0,yMV^)——靴标点PM1在模拟靶板上的投影点，PMA 二 (0,yMA,ZMA)——瞄准点Pm在模拟靶板上的投影点，PMAJdea, = i^yMAjaeal^MAMeal)——理想瞄准点PM—Ideal在模拟靶板上的投影点，Dev = Dxtanφ——Pm丄相对PM1 -1的偏移量，DevO = D*tanφ一Pm Ideal丄相对PM1丄的偏移量， 其中，D——靴标点PM1至实际靶板的距离， %——雷达与飞机对称轴线的标准安装偏角； <P——雷达相对飞机对称轴线的空间偏角，其计算如下 首先，计算雷达航向方向<formula>formula see original document page 3</formula>则<formula>formula see original document page 3</formula>(4. 1)瞄准点P /的计算过程如下 由PM1P 2确定直线Le LE(t) = PM1+tdE 其中，<formula>formula see original document page 3</formula>，表征直线h的方向 则，<formula>formula see original document page 3</formula> 其中,<formula>formula see original document page 3</formula><formula>formula see original document page 3</formula>根据< =(0,^,—)，即求得Pmi ；(4. 2)瞄准点PM Idea/的计算过程如下首先，需计算出PM2应调至的理想位置PM2—IdMl，其计算过程如下设PM1PM,与飞机对称轴线重合，且<formula>formula see original document page 3</formula>，其确定直线<formula>formula see original document page 3</formula>其中，式= ，表征直线1(1的方向 则，PM, =L0(t' ) = PM1+t' d0其中，<formula>formula see original document page 3</formula>从而，通过矢量旋转可求得PM2_ideal;<formula>formula see original document page 3</formula><formula>formula see original document page 4</formula>的方向<formula>formula see original document page 4</formula>其中，dR Ideal = iip，表征直线 Lk Ideal<formula>formula see original document page 4</formula>)，艮口求得 PmA Ideal '其中 根据&
全文摘要
本发明公开了一种应用于飞机总装配的雷达数字化校靶方法。包括如下步骤1)将飞机调平，激光跟踪仪的测量坐标系与飞机总装配站位的装配坐标系统一，调整雷达校靶装置上的水泡居中；2)利用激光跟踪仪测量2#、12#点，由计算机自动构造飞机对称轴线；3)启动测量程序，采用手动或自动测量模式完成雷达校靶装置上的靶标点测量；4)计算并图形显示雷达安装方向相对飞机构造水平面和对称轴线的偏差，如果达到要求则完成雷达校靶，否则继续；5)根据计算机的提示，人工调整雷达指向，调整后，重复步骤3)～步骤4)，直至达到校靶要求。本发明有效提升校靶精度和效率，减轻校靶作业对工作现场空间大小依赖；提高飞机总装自动化、集成化水平。
文档编号G01S7/497GK101833088SQ20101013675
公开日2010年9月15日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者任英武, 俞慈君, 孔翠萍, 宋西民, 李江雄, 柯映林, 樊新田, 王青, 边柯柯 申请人:浙江大学