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1測量方案

為了完成小靶面姿態測量任務，設計了由智能全站儀、平面鏡、地面校準標組成的短基線高精度姿態測量系統。在任務執行過程中主要解決好坐標的定制，多設備數據的坐標轉換拼接及姿態解算問題。

1.1坐標體系定義天線安裝平臺坐標體系為飛機架水平后的機體坐標系（測量系統的輔助坐標系）：Y軸沿指定的坐標原點指向飛機機頭，Z指向天，X與YZ平面垂直構成右手系。在進行測量前，根據飛機標示點對飛機架水平；根據一臺全站儀測量飛機上的軸線點把全站儀測量坐標定制成輔助坐標系；或者對飛機上的三個點或多個已知點坐標進行測量，根據已知點的測量值與理論值坐標解算輔助飛機坐標系與測量系統坐標系的轉換關系，然后將全站儀坐標定制到輔助飛機系統坐標。天線安裝平臺坐標系與天線陣面坐標系的關系如圖1所示。

1.2自準直測量原理

自準直測量原理如圖2所示，光源發出光線照明位于物鏡焦平面上的分劃板，O點在物鏡光軸上，那么由它發出的光線通過物鏡后，成一束與光軸平行的平行光束射向反射鏡，當反射鏡面垂直于光軸時，光線仍然按原路返回，經物鏡后仍成像在分劃板上O處，與原目標重合。利用全站儀自準直測量以平面鏡的鏡面法線提供一條方位基準，用全站儀照準鏡面，合理設置儀器位置并調整其視準軸方向，使儀器的視準軸與鏡面的法線重合，則全站儀的視準軸方向即代表了該法線方位基準；垂直角代表了垂直度，這樣一來就利用全站儀自準直測量法完成目標照準自動化測量并獲得想獲取的角度值。

1.3測量過程1）首先進行飛機水平架設；2）根據測量點的布局進行控制點布設；3）調整全站儀符合自準值測量模式。置視準軸與鏡面大概垂直，再上下左右微動儀器，并將望遠鏡焦距慢慢調到無窮大，直至觀測到鏡面上的光斑落在全站儀測量鏡面上，然后利用ATR（自動瞄準）模式進行測量，使光斑的中心與承影面中心完全重合即實現自準直測量；4）坐標定制。依據地面校準標采用后方交會把設備調整到安裝平臺坐標體系；5）進行自準值測量獲取角度信息；6）代入后處理軟件獲取相關要求天線靶面與安裝平臺三軸夾角。

1.4靶面平臺三軸夾角計算由全站儀自準值測量獲得的角度為方位角A，俯仰角E，由解析幾何原理可以推算出靶面法向量。

2試驗驗證及誤差分析

3.1檢核方法為了對首次使用的測量方法精度進行檢核，利用自準直儀（平行光管：精度1s）對全站儀自準直測量法進行了精度檢核，對于同一鏡面，在同一狀態下，利用全站儀自準直測量與平行光管測量結果進行比對，看結果統計是否在測量精度要求0．02°范圍內，試驗現場測試如圖4所示。首先調整鏡面與固定平臺幾乎垂直，調整平行光管與鏡面平行，并記錄初始測量狀態，調整全站儀完全與鏡面垂直記錄初始測量結果；然后利用角度調整儀器，每調節一個刻度，角度變化25s，首先固定航向，調整俯仰，對于每一個狀態利用全站儀自準直測量一次，用自準直儀（平行光管）進行測量一次，測量出同一狀態的俯仰結果進行比對，看兩個設備測量的在同一狀態下的結果差是否在測量要求的范圍以內；俯仰比對完畢，然后再固定俯仰，調整航向，按照上面測量模式進行狀態比對，檢查其航向變換是否在要求的精度范圍以內。

2.2測試結果固定航向，變化俯仰，平行光管與全站儀自準直測量結果如圖5所示，具體數據如表1所示，俯仰方差3．5s。 固定俯仰，調整航向，平行光管與全站儀自準直測量結果如圖6，具體數據由于篇幅略，數據統計航向變化方差為4．2s。兩個設備對同一狀態進行測量，其狀態差均在10s以內。對兩種測量設備測量的差進行方差統計，俯仰變化方差為3．5s，航向變化方差在4．2s，因此全站儀自準直測量與自準直儀測量結果一致，完全滿足角度測量精度0．02°的要求。

3結語

利用全站儀自準直測量方法能夠進行短基線高精度的小角度測量，該方法通過了檢核試驗，其測量精度比常規利用定位信息反求姿態精度高一個數量級。該測量模式已經應用在飛行試驗小靶面測試過程中，取得了很好的應用效果。

作者：何紅麗 單位：中國飛行試驗研究院