CN104567787B - 动态测角系统测量精度的标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于测控技术领域，具体涉及一种动态测角系统测量精度的标定方法，目的是提供一种能够标定基于转台的高速动态角采集系统的方法。它包括、测试准备、安装标定装置、动态角基准测定和角度标定步骤。本方法采用安装标定装置步骤，将标定装置与转台的角度传感器同轴安装，为动态角提供了静止基准角，消除了系统误差。对动态测角系统进行校准后显示，其测量值在低速状态下（低于1°/s）分散性低于0.1″，说明该标定系统中角度传感器和同轴安装的用于产生脉冲信号的角度编码器的零位位置差重复性很好，相对角位移量很小，满足了高精度标定的需求。

Description

动态测角系统测量精度的标定方法

技术领域

本发明属于测控技术领域，具体涉及一种动态测角系统测量精度的标定方法。

背景技术

高精度的转台主要用于惯导产品，星敏感器等产品的校准和某些弹上部件的运动仿真，转台所能达到的指标精度一定程度也反映了国防工业的发展水平。随着各类被测试产品的动态性能的提高，转台的动态角位置测量能力作为一项重要指标，在越来越多的项目中被要求。国内因此对动态测角系统开始了专门的研究，与之相对应的精度标定方法的研发也迫在眉睫。

动态角位置，即运动中的回转体在某个指定时刻的实际角位置。时刻值和位置作为概念的构成因素，缺一不可。动态测角一般指的是处于回转中的运动体的测角系统收到一个时间脉冲，于是把该时刻回转体自身角位置测量出来的过程，所以动态测角系统一般都有脉冲触发功能。动态测角系统精度的标定方法致力于寻找比动态测角系统更高数量级精度的标准来评估动态角位置的精度。

动态测角系统的误差一般都由处理电路的各种延时造成的。以转台为例，转台的位置传感器一般为光电编码器或者感应同步器。二者均在转动过程中发出可以辨别位置的正弦波，产生正弦波的过程是一个光电转换过程，耗时基本上忽略不计，要获得转台的角位置，就需要对正弦波进行处理转换。对于运动状态的转台来说，位置传感器在发出正弦波的同时依然在运动，当该正弦波被处理转换成位置值时，转台已经处于另外的角位置，也就不是当前的动态角位置。动态角的测量误差主要是由于转台角速率和测角系统延时的乘积造成的，简称“速率引入误差”，此外也有“加速度引入误差”等误差源的存在。但凡动态测角系统，电子元器件的工作必然导致延时，此延时就会造成动态测角误差。

目前国内对于动态测角产品的标定方法处于起步阶段。这主要是动态测角产品的研究也只是刚刚起步。目前而言，动态测角集中于拍照的方法：即通过高速相机或者其他CCD产品成像，通过后台分析来获得动态角位置。其通过成像的方法获取从测角系统投影出的标准模板图形，结合图像评价软件定性给出测角系统的综合性能，辅助完成对测角系统的标定。该标定方法借助成像的方法，成本过高，后台处理麻烦且对高速动态角的测量并不理想。此外也有尝试使用以一定角速度或角加速度运行的的靶标作为标准，控制被校准系统以该方式运动，对比二者运动方式的差异，来达到动态精度校准。实际上该方法中，靶标的作为校准基准，其自身的动态测角误差数量级已经远高于角秒级（″），只能用于低精度的动态精度标定，并不能满足高精度标定的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够标定基于转台的高速动态角采集系统的动态测角系统测量精度的标定方法。

本发明是这样实现的：

一种动态测角系统测量精度的标定方法，包括如下步骤：

第一步：测试准备；

连接动态测角装置与转台的角度传感器；

第二步：安装标定装置；

在转台上安装标定装置，将标定装置与转台的角度传感器同轴安装，标定装置的可旋转部分固定安装在转台的转轴上，标定装置的读数头电路固定在转台的非转动壳体上，读数头电路与可旋转部分根据标定装置安装要求安装；

第三步：动态角基准测定；

为转台和标定装置供电，驱动转台以ω₀＝0.1°/s的角速度转动，带动标定装置的可旋转部分转动，i次采集标定装置的零位脉冲信号；该零位脉冲信号作为同步脉冲信号发送给动态测角装置；动态测角系统对转台的角度传感器进行角位置信号采集，转台i次以ω₀的角速度经过标定装置的零位时，同步脉冲信号触发动态测角装置的测量值为θ₀₀，θ₀₁，θ₀₂，θ₀₃……..θ_0i，则近似静止位置θ₀为：

第四步：角度标定；

依次驱动转台以ω₁，ω₂，……，ω_j的角速度转动，带动标定装置的可旋转部分转动，在每个角速度下i次采集标定装置的零位脉冲信号；该零位脉冲信号作为同步脉冲信号发送给动态测角装置；动态测角系统对转台的角度传感器进行角位置信号采集，得到同步脉冲信号到达时刻的数字角度信号θ_ij，其中，j为速率点序号，j为自然数，i为第j个速率点下的第i个采样点，i为自然数；

则在角速率为ω_j时动态测角系统的动态测角误差为：

Δθ_jmax＝Max|θ_nj-θ₀| （2）

式中，1≤n≤i，n为自然数。

如上所述的测试准备步骤，动态测角装置包括角位置信号模数转换模块、同步脉冲接收装置和数据处理中心；其中，角位置信号模数转换模块分别与同步脉冲接收装置和数据处理中心连接，角位置信号模数转换模块对转台的角度传感器信号进行模数转换得到数字角度信号，然后在同步脉冲接收装置接收到同步脉冲信号时，将数字角度信号发送给数据处理中心；同步脉冲接收装置接收同步脉冲信号，并将该同步脉冲信号发送给角位置信号模数转换模块；数据处理中心接收数字角度信号，以备后续分析使用。

如上所述的安装标定装置步骤中，标定装置为光电编码器、圆光栅或磁栅。对于光电编码器，其动盘压紧在转台的转轴上，定盘固定在转台的非转动壳体上，定盘上的读数头与动盘的间隙在0.5～1.5mm范围内。

本发明的有益效果是：

本方法采用安装标定装置步骤，将标定装置与转台的角度传感器同轴安装，为动态角提供了静止基准角，消除了系统误差。对动态测角系统进行校准后显示，其测量值在低速状态下（低于1°/s）分散性低于0.1″，说明该标定系统中角度传感器和同轴安装的用于产生脉冲信号的角度编码器的零位位置差重复性很好，相对角位移量很小，满足了高精度标定的需求。

附图说明

图1是本发明的一种动动态测角系统测量精度的标定方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种动态测角系统测量精度的标定方法进行介绍：

如图1所示，一种动态测角系统测量精度的标定方法，包括如下步骤：

第一步：测试准备；

连接动态测角装置与转台的角度传感器。一般，动态测角装置包括角位置信号模数转换模块、同步脉冲接收装置和数据处理中心。其中，角位置信号模数转换模块分别与同步脉冲接收装置和数据处理中心连接，它对转台的角度传感器信号进行模数转换得到数字角度信号，然后在同步脉冲接收装置接收到同步脉冲信号时，将数字角度信号发送给数据处理中心。同步脉冲接收装置接收同步脉冲信号，并将该同步脉冲信号发送给角位置信号模数转换模块。数据处理中心接收数字角度信号，以备后续分析使用。

第二步：安装标定装置；

在现有的转台上安装标定装置，将标定装置与转台的角度传感器同轴安装，标定装置的可旋转部分固定安装在转台的转轴上，标定装置的读数头电路固定在转台的非转动壳体上，读数头电路与可旋转部分根据标定装置安装要求安装。在本实施例中，标定装置为光电编码器、圆光栅或磁栅。对于光电编码器，其动盘压紧在转台的转轴上，定盘固定在转台的非转动壳体上，定盘上的读数头与动盘的间隙在0.5～1.5mm范围内，如0.5mm、1mm或1.5mm。

第三步：动态角基准测定；

为转台和标定装置供电，驱动转台以ω₀＝0.1°/s的角速度转动，带动标定装置的可旋转部分转动，i次采集标定装置的零位脉冲信号。该零位脉冲信号作为同步脉冲信号发送给动态测角装置。动态测角系统对转台的角度传感器进行角位置信号采集，取此时的基准角速度为近似静止状态，则标定装置的零位相对于转台角度传感器的位置θ₀为近似静止位置，转台i次以ω₀的角速度经过标定装置的零位时，同步脉冲信号触发动态测角装置的测量值为θ₀₀，θ₀₁，θ₀₂，θ₀₃........θ_0i，则近似静止位置θ₀为：

第四步：角度标定；

依次驱动转台以ω₁，ω₂，……，ω_j的角速度转动，带动标定装置的可旋转部分转动，在每个角速度下i次采集标定装置的零位脉冲信号。该零位脉冲信号作为同步脉冲信号发送给动态测角装置。动态测角系统对转台的角度传感器进行角位置信号采集，得到同步脉冲信号到达时刻的数字角度信号θ_ij，其中，j为速率点序号，j为自然数，i为第j个速率点下的第i个采样点，i为自然数。

则在角速率为ω_j时动态测角系统的动态测角误差为：

Δθ_jmax＝Max|θ_nj-θ₀| （2）

式中，1≤n≤i，n为自然数。

本方法采用安装标定装置步骤，将标定装置与转台的角度传感器同轴安装，为动态角提供了静止基准角，消除了系统误差。对动态测角系统进行校准后显示，其测量值在低速状态下（低于1°/s）分散性低于0.1″，说明该标定系统中角度传感器和同轴安装的用于产生脉冲信号的角度编码器的零位位置差重复性很好，相对角位移量很小，满足了高精度标定的需求。

Claims (4)

1.一种动态测角系统测量精度的标定方法，包括如下步骤：第一步：测试准备；连接动态测角系统与转台的角度传感器；第二步：安装标定装置；在转台上安装标定装置，将标定装置与转台的角度传感器同轴安装，标定装置的可旋转部分固定安装在转台的转轴上，标定装置的读数头电路固定在转台的非转动壳体上，读数头电路与可旋转部分根据标定装置安装要求安装；第三步：动态角基准测定；为转台和标定装置供电，驱动转台以ω₀＝0.1°/s的角速度转动，带动标定装置的可旋转部分转动，i次采集标定装置的零位脉冲信号；该零位脉冲信号作为同步脉冲信号发送给动态测角系统；动态测角系统对转台的角度传感器进行角位置信号采集，转台i次以ω₀的角速度经过标定装置的零位时，同步脉冲信号触发动态测角系统的测量值为θ₀₀，θ₀₁，θ₀₂，θ₀₃……..θ_0i，则近似静止位置θ₀为：

第四步：角度标定；依次驱动转台以ω₁，ω₂，……，ω_j的角速度转动，带动标定装置的可旋转部分转动，在每个角速度下i次采集标定装置的零位脉冲信号；该零位脉冲信号作为同步脉冲信号发送给动态测角系统；动态测角系统对转台的角度传感器进行角位置信号采集，得到同步脉冲信号到达时刻的数字角度信号θ_ij，其中，j为速率点序号，j为自然数，i为第j个速率点下的第i个采样点，i为自然数；则在角速率为ω_j时动态测角系统的动态测角误差为：

Δθ_jmax＝Max|θ_nj-θ₀|……(2)式中，1≤n≤i，n为自然数。

2.根据权利要求1所述的一种动态测角系统测量精度的标定方法，其特征在于：所述的测试准备步骤，动态测角系统包括角位置信号模数转换模块、同步脉冲接收装置和数据处理中心；其中，角位置信号模数转换模块分别与同步脉冲接收装置和数据处理中心连接，角位置信号模数转换模块对转台的角度传感器信号进行模数转换得到数字角度信号，然后在同步脉冲接收装置接收到同步脉冲信号时，将数字角度信号发送给数据处理中心；同步脉冲接收装置接收同步脉冲信号，并将该同步脉冲信号发送给角位置信号模数转换模块；数据处理中心接收数字角度信号，以备后续分析使用。

3.根据权利要求1所述的一种动态测角系统测量精度的标定方法，其特征在于：所述的安装标定装置步骤中，标定装置为光电编码器、圆光栅或磁栅。

4.根据权利要求3所述的一种动态测角系统测量精度的标定方法，其特征在于：所述的光电编码器的动盘压紧在转台的转轴上，定盘固定在转台的非转动壳体上，定盘上的读数头与动盘的间隙在0.5～1.5mm范围内。