一种发射筒倾角动态测量装置的制造方法
【专利摘要】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。
【专利说明】
-种发射筒倾角动态测量装置
技术领域
[0001] 本发明设及工程测量技术领域，尤其设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，运个误差称为"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W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巧螺和模形本体，还包括:信号采集与处 理模块、电源模块、外壳、连接器；
[0005] 所述模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巧螺安装在模形本体的垂直安装面上，其测量轴均 与安装面垂直；
[000引所述信号采集与处理模块采集两个石英加速度计和MEMS巧螺的测量信号，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巧螺的巧慢轴平行，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巧螺测量俯仰角速度，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>4、水平石英加速度计的比力测量值式6和MEMS巧螺的角速 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]
(1)
[0014] 其中，0是发射筒的俯仰角，丫是车体的横滚角，g是当地的重力加速度。
[0015] 当发射筒俯仰角调整时，利用MEMS巧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，to表示发射筒开始调整的时刻，ti表示当前时刻，00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°~巧5°，在运 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巧螺直接 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-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巧螺、4-模形本体、 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] -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巧螺3和模形本体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] 模形本体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I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巧螺3安装在模形本体4 的垂直安装面上，保证水平石英加速度计2和MEMS巧螺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巧螺3通过导线连接，采集两 个石英加速度计和MEMS巧螺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巧螺3的巧慢轴平行，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巧螺3的角速度测量值A,，根据角速度测量值自动判定发射筒是否处于静止 状态。
[0027] 巧发射简静Ih时.巧照血下公式计算发射筒的倾角和车体的横滚角。
[002引
U )
[0029] 其中，0是发射筒的俯仰角，丫是车体的横滚角，g是当地的重力加速度。
[0030] 当发射筒俯仰角调整时，利用MEMS巧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]
(2)
[0032] 其中，to表示发射筒开始调整的时刻，ti表示当前时刻，00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巧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。
【主权项】
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。2. 根据权利要求1所述的发射筒倾角动态测量装置，其特征在于: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。3. 根据权利要求1所述的发射筒倾角动态测量装置，其特征在于: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。4. 根据权利要求1所述的发射筒倾角动态测量装置，其特征在于: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。5. -种利用如权利要求1-4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叫^ 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，to表示发射筒开 始调整的时刻，七表示当前时刻，θ〇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。
【文档编号】G01C21/18GK105953770SQ201610551895
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月13日
【发明人】董进龙, 葛晓飞, 王忠晶, 郑丽莹
【申请人】北京机械设备研究所