CN109765938A - 一种自主定向装置以及自主定向装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自主定向装置。本发明的自主定向装置包括：寻北系统、激光自准直系统、自动调平系统和平移系统；所述激光自准直系统与所述寻北系统固定在一起，且所述激光自准直系统与所述寻北系统的铅锤轴重合；所述寻北系统设置在所述自动调平系统上面，且所述自动调平系统可对所述寻北系统和所述激光自准直系统进行调平；所述自动调平系统设置在所述平移系统上，且可随所述平移系统水平移动；所述平移系统在所述激光自准直系统向平移系统发送平移命令时进行平移运动。本发明还公开了一种自主定向装置的控制方法。本发明提供的自主定向装置和控制方法可实现全自动自主定向。

Description

一种自主定向装置以及自主定向装置的控制方法

技术领域

本发明涉及定向领域，特别涉及一种自主定向装置以及自主定向装置的控制方法。

背景技术

在火箭或导弹的发射过程中，需要通过瞄准设备对弹上棱镜进行准直测量，测量其方位上的误差角度，确定火箭或导弹的初始方位信息，建立发射惯性坐标系，保证火箭或导弹的发射精度。

目前，在火箭或导弹发射前，通常采用激光自准直仪进行方位角测量。测量前，将激光自准直仪和标杆仪分别架设在两个经过调平的支撑平台上，这两个支撑平台架设在两个已知的大地坐标点上，操作手通过调节激光自准直仪的水平旋钮和方位旋钮瞄准标杆仪，确定激光自准直仪的方位，再通过激光自准直仪瞄准箭上或弹上棱镜，从而确定火箭或导弹的初始方位角。

这种手动操作方式，人为因素影响大，作业时间长，尤其是需要提前测量激光自准直仪和标杆仪架设位置的大地坐标，影响导弹的机动发射能力。

发明内容

本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种自主定向装置。所述自主定向装置包括：寻北系统、激光自准直系统、自动调平系统和平移系统；

所述激光自准直系统与所述寻北系统固定在一起，且所述激光自准直系统与所述寻北系统的铅锤轴重合；

所述激光自准直系统与所述寻北系统设置在所述自动调平系统上面，且所述自动调平系统可对所述寻北系统和所述激光自准直系统进行调平；

所述自动调平系统设置在所述平移系统上，且可随所述平移系统水平移动；

所述平移系统在所述激光自准直系统向平移系统发送平移命令时进行平移运动。

在一些实施例中，所述自动调平系统包括：倾角仪、调平支脚、调平连接组件以及控制器；

所述倾角仪设置在所述寻北系统的下方，且所述倾角仪与所述激光自准直系统以及所述寻北系统三者的铅锤轴重合；

所述倾角仪与所述激光自准直系统以及所述寻北系统通过所述调平支脚设置在所述调平连接组件上；

所述调平连接组件设置在所述平移系统上；

所述控制器在读取所述倾角仪的测量数据后，获得所述自主定向装置的倾斜角，并自动控制调平支脚进行升降运动，完成对激光自准直系统和寻北系统的调平。

在一些实施例中，所述调平支脚为液压调平支脚，其通过液压来控制调平支脚的升降。

在一些实施例中，所述调平支脚为三个，且所述调平支脚为三个以激光自准直系统的中心为圆心的圆上均匀分布。

在一些实施例中，所述自主定向装置还包括支撑平台和支撑平台支腿；

所述平移系统设置在所述支撑平台上，所述支撑平台通过支撑平台支腿进行支撑和调平。

在一些实施例中，所述支撑平台支腿为液压支腿，其通过液压来控制所述支撑平台支腿的升降。

在一些实施例中，所述支撑平台支腿为三个，且所述支撑平台支腿在所述支撑平台上均匀设置。

另一方面，本发明实施例还提供了如前所述的自主定向装置的控制方法，所述自主定向装置的控制方法包括步骤：

发送启动命令以启动调平系统；

调平系统获取自主定向装置的倾斜角，对寻北系统和激光自准直系统进行调平操作；

调平系统向寻北系统发送启动寻北命令；

寻北系统进入测量模式，并在完成自主定向装置与地球自转北向之间夹角的测量后，向激光自准直系统发送启动准直命令；

激光自准直系统在目标区域进行目标搜索；

若目标在搜索范围内，激光自准直系统解算出目标的失准角，并结束测量；

若目标不在搜索范围内，激光自准直系统向平移系统发送平移命令，对新的区域进行搜索直至目标在搜索范围内。

在一些实施例中，所述自动调平系统包括：倾角仪、调平支脚、调平连接组件以及控制器；

所述倾角仪设置在所述寻北系统的下方，且所述倾角仪与所述激光自准直系统以及所述寻北系统三者的铅锤轴重合；

所述述倾角仪与所述激光自准直系统以及所述寻北系统通过所述调平支脚设置在所述调平连接组件上；

所述调平连接组件设置在所述平移系统上；

所述步骤：调平系统获取自主定向装置的倾斜角，对寻北系统和激光自准直系统进行调平进行调平操作，具体为：

所述控制器在读取所述倾角仪的测量数据后，获得所述自主定向装置的倾斜角，并自动控制调平支脚进行升降运动，完成对激光自准直系统和寻北系统的调平。

在一些实施例中，所述步骤：激光自准直系统在目标区域进行目标搜索，具体为：激光自准直系统通过其自身的方位轴电机和俯仰轴电机驱动其光学镜头在目标区域进行搜索，扫描安装在目标物上的棱镜。

本发明的技术效果：本发明公开的自主定向装置通过寻北系统、激光自准直系统、自动调平系统和平移系统的配合来实现自主定向装置的全自动自主定向，相较于手动操作方式中人为因素影响大，作业时间长，尤其是需要提前测量激光自准直仪和标杆仪架设位置的大地坐标，影响导弹的机动发射能力的缺点，本发明的自主定向装置和控制方法可实现全自动自主定向，可以减小人为因素影响、缩短发射准备时间、增强导弹机动性，对提升整体战斗力具有重要意义。

附图说明

图1示意性示出根据本发明一个实施例的自主定向装置的整体结构示意图；

图2示意性示出根据本发明一个实施例的自主定向装置的控制方面流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

参考图1所示，示意出了根据本发明一个实施例的自主定向装置100。所述自主定向装置100包括：

寻北系统2、激光自准直系统1、自动调平系统和平移系统6；

所述激光自准直系统1与所述寻北系统2固定在一起，且所述激光自准直系统1与所述寻北系统2的铅锤轴重合；

所述寻北系统2设置在所述自动调平系统上面，且所述自动调平系统可对所述寻北系统2和所述激光自准直系统1进行调平；

所述自动调平系统设置在所述平移系统6上，且可随所述平移系统6水平移动；

所述平移系统6在所述激光自准直系统1向平移系统6发送平移命令时进行平移运动。

在一些实施例中，所述寻北系统主要由陀螺仪、精密转台，测角编码器等组成，将动调陀螺安装在水平转台上，其敏感轴与台面平行，感应地球自转角速度。控制转台从起始位置逆时针旋转、停顿、旋转、停顿、……，一周内转台间隔停顿n个转角位置，在每个转角位置静止时采集陀螺信号；在转台停顿的第i个位置，采集陀螺信号的同时，通过读取安装在转台轴系上的编码器值获得该位置的角度信息；当转台完成一周的转动后，通过获得的陀螺数据和编码器数据拟合出寻北数据曲线，寻北数据曲线的峰值点相位值即为寻北系统编码器零位与地球自转北向之间的夹角。

在一些实施例中，激光自准直系统主要由照准架(含方位角编码器和俯仰角编码器)和准直光学镜头组成。将准直光学镜头安装在照准架上，准直光学镜头利用光学自准直测角原理测量其光轴与被测目标之间的相对角度。

在一些实施例中，所述平移系统6包括平移导轨，以及控制电机，所述控制电机可使平移系统上的物体相对于平移导轨进行平移运动。

在一些实施例中，所述自动调平系统包括：倾角仪3、调平支脚4、调平连接组件5以及控制器(未示意出)；

所述倾角仪3设置在所述寻北系统2的下方，且所述倾角仪3与所述激光自准直系统1以及所述寻北系统2三者的铅锤轴重合；

所述倾角仪3与所述激光自准直系统1以及所述寻北系统2通过所述调平支脚4设置在所述调平连接组件5上；

所述调平连接组件5设置在所述平移系统6上；

所述控制器在读取所述倾角仪3的测量数据后，获得所述自主定向装置的倾斜角，并自动控制调平支脚4进行升降运动，完成对激光自准直系统1和寻北系统2的调平。

在一些实施例中，所述调平支脚4为液压调平支脚，其通过液压来控制调平支脚4的升降。可以理解的是，所述调平支脚4也可通过其他的方式进行升降的控制。

在一些实施例中，所述调平支脚4为三个，且所述调平支脚4为三个以激光自准直系统1的中心为圆心的圆上均匀分布。所述调平支脚4设置为三个，更为稳定，也便于对所述调平支脚4进行调平操作。可以理解的是，所述调平支脚4可以设置为三个或三个以上。

在一些实施例中，所述自主定向装置100还包括支撑平台7和支撑平台支腿8；

所述平移系统6设置在所述支撑平台7上，所述支撑平台7通过支撑平台支腿8进行支撑和调平。所述平移系统6的设置可增大准直仪的测量范围。

在一些实施例中，所述支撑平台支腿8为支撑平台支腿，其通过液压来控制所述支撑平台支腿8的升降。可以理解的是，所述支撑平台支腿8也可通过其他的方式进行升降的控制。

在一些实施例中，所述支撑平台支腿8为支撑平台支腿三个，且所述支撑平台支腿8在所述支撑平台上均匀设置。所述支撑平台支腿8设置为三个，更为稳定，也便于对所述支撑平台支腿8进行调平操作。可以理解的是，所述支撑平台支腿8可以设置为三个或三个以上。

参考图1和图2所示，本发明实施例还提供了如前所述的自主定向装置的控制方法，所述自主定向装置的控制方法包括步骤：

S1，发送启动命令以启动调平系统；

S2，调平系统获取自主定向装置的倾斜角，对寻北系统和激光自准直系统进行调平操作；

S3，调平系统向寻北系统发送启动寻北命令；

S4，寻北系统进入测量模式，并在完成自主定向装置与地球自转北向之间夹角的测量后，向激光自准直系统发送启动准直命令；

S5，激光自准直系统在目标区域进行目标搜索；

S6，若目标在搜索范围内，激光自准直系统解算出目标的失准角，并结束测量；

S7，若目标不在搜索范围内，激光自准直系统向平移系统发送平移命令，对新的区域进行搜索直至目标在搜索范围内。

在一些实施例中，所述自动调平系统包括：倾角仪、调平支脚、调平连接组件以及控制器；

所述倾角仪设置在所述寻北系统的下方，且所述倾角仪与所述激光自准直系统以及所述寻北系统三者的铅锤轴重合；

所述倾角仪与所述激光自准直系统以及所述寻北系统通过所述调平支脚设置在所述调平连接组件上；

所述调平连接组件设置在所述平移系统上；

所述步骤S2：调平系统获取自主定向装置的倾斜角，对寻北系统和激光自准直系统进行调平操作，具体为：

所述控制器在读取所述倾角仪的测量数据后，获得所述自主定向装置的倾斜角，并自动控制调平支脚进行升降运动，完成对激光自准直系统和寻北系统的调平。

在一些实施例中，所述步骤S5：激光自准直系统在目标区域进行目标搜索，具体为：激光自准直系统通过其自身的方位轴电机和俯仰轴电机驱动其光学镜头在目标区域进行搜索，扫描安装在目标物上的棱镜。

在一些实施例中，在进行步骤S1之前，还可包括步骤：将本发明实施例的全自动定向装置放置在支撑平台上，通过调节支撑平台支腿对支撑平台进行粗调平；完成对支撑平台的粗调平后，定向装置上电启动，平移系统启动，将平移系统移动至最左端，然后向调平系统发送启动调平命令。在本发明实施例中，所述粗调平是指调平精度不高的调平。支撑平台支腿的调平精度一般为5′左右，而全自动定向装置工作要求精确调平，调平精度为优于10″，其自身调节能力最大为1°，所以为了适应地面环境，进行了液压粗调平。在本发明实施例中，步骤：完成对支撑平台的粗调平后，定向装置上电启动，平移系统启动，将平移系统移动至最左端是对平移系统的复位操作，本发明实施例中设定平移系统的最左端为复位端，当然也可以设定最右端为复位端。在确定复位端后，设备每次上电启动后都会以设定端点复位。

下面结合具体的实施例对本发明提供的自主定向装置100进行详细的说明。

实施例1：

图1所示，为本发明一个实施例的自主定向装置100的整体结构示意图。所述自主定向装置100包括：激光自准直系统1，寻北系统2，倾角仪3，均匀分布在圆周上的三个调平支脚4，调平连接组件5，平移系统6。其中倾角仪3、调平支脚4和调平连接组件5共同构成调平系统。本发明装置中各系统的电子学通讯和数据处理电路均置于箱体内部，本示意图中未作标记。

激光自准直系统1安装在寻北系统2的上方，倾角仪3安装在寻北系统2的下方，通过装校，使三者的铅锤轴重合，并将它们固连在一起。固连在一起的激光自准直系统1、寻北系统2和倾角仪3通过三个调平支脚4架在调平连接组件5上。所述调平支脚4为液压调平支脚。调平连接组件5固定在平移系统6的平台上。所述平移系统6包括平移导轨，以及控制电机，所述控制电机可使平移系统上的物体相对于平移导轨进行平移运动。

本发明实施例的自主定向装置的控制方法的具体控制流程为：

(a)将本发明的全自动定向装置放置在支撑平台上，通过调节三个支撑平台支腿对支撑平台进行粗调平；

(b)完成对支撑平台的粗调平后，全自动定向装置上电启动，平移系统的控制电机启动，将平移系统的平台移动到平移系统的最左端，然后向调平系统发送启动调平命令；

(c)调平系统的控制器读取倾角仪的测量数据，获得全自动自主定向装置的倾斜角，自动控制三个调平支脚进行升降运动，完成对激光自准直系统和寻北系统的调平，调平系统的控制器向寻北系统发送启动寻北命令。在本发明的实施中，调平系统的控制器可根据倾角仪的具体型号进行具体设计，倾角仪的数据输出形式不同，对应的控制器也会相应变化。

(d)寻北系统进入测量模式，当寻北系统完成自主定向装置与地球自转北向之间夹角的测量后，向激光自准直系统发送启动准直命令；

(e)激光自准直系统通过其自身的方位轴电机和俯仰轴电机驱动其光学镜头在目标区域进行搜索，扫描安装在目标上的棱镜，所述目标可为火箭或导弹。如果棱镜在激光自准直系统的有效搜索范围内，则激光自准直系统发出的准直光会照射在棱镜上并返回激光自准直系统，激光自准直系统自动解算出棱镜的失准角，测量结束；如果激光自准直系统在有效搜索范围内无法搜索到返回光，则说明棱镜不在激光自准直系统的有效搜索范围内，则执行步骤(f)。在本发明的实施例中，所述有效搜索范围是根据具体的应用需求预先设定的，本发明实施例的自主定向装置可以实现水平方向和俯仰方向360°全范围内的搜索，但实际应用中会针对具体应用环境预先设定搜索范围，所以文中没有进行具体的约束。本发明实施例的自主定向装置可设定的有效搜索范围为水平方向-3°―3°，俯仰方向0°―5°

(f)激光自准直系统向平移系统发送平移命令，平移系统水平向右移动一定距离，带动激光自准直系统进入下一搜索区域，并向激光自准直系统发送启动准直命令，激光自准直系统执行步骤(e)，对新的区域进行搜索。

本发明通过自动调平、自动寻北、自动搜索并准直测量，实现了无依托、快速、准确测量出火箭或导弹发射的初始方位角，为发射控制系统提供依据。

本发明的技术效果：本发明公开的自主定向装置通过寻北系统、激光自准直系统、自动调平系统和平移系统的配合来实现自主定向装置的全自动自主定向，相较于手动操作方式中人为因素影响大，作业时间长，尤其是需要提前测量激光自准直仪和标杆仪架设位置的大地坐标，影响导弹的机动发射能力的缺点，本发明的自主定向装置和控制方法可实现全自动自主定向，可以减小人为因素影响、缩短发射准备时间、增强导弹机动性，对提升整体战斗力具有重要意义。

本领域内的技术人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自主定向装置，其特征在于，包括：寻北系统、激光自准直系统、自动调平系统和平移系统；

所述激光自准直系统与所述寻北系统固定在一起，且所述激光自准直系统与所述寻北系统的铅锤轴重合；

所述寻北系统设置在所述自动调平系统上面，且所述自动调平系统可对所述寻北系统和所述激光自准直系统进行调平；

所述自动调平系统设置在所述平移系统上，且可随所述平移系统水平移动；所述平移系统在所述激光自准直系统向平移系统发送平移命令时进行平移运动。

2.根据权利要求1所述的自主定向装置，其特征在于，所述自动调平系统包括：倾角仪、调平支脚、调平连接组件以及控制器；

所述倾角仪设置在所述寻北系统的下方，且所述倾角仪与所述激光自准直系统以及所述寻北系统三者的铅锤轴重合；

所述倾角仪与所述激光自准直系统以及所述寻北系统通过所述调平支脚设置在所述调平连接组件上；

所述调平连接组件设置在所述平移系统上；

所述控制器在读取所述倾角仪的测量数据后，获得所述自主定向装置的倾斜角，并自动控制调平支脚进行升降运动，完成对激光自准直系统和寻北系统的调平。

3.根据权利要求2所述的自主定向装置，其特征在于，所述调平支脚为液压调平支脚，其通过液压来控制调平支脚的升降。

4.根据权利要求2或3所述的自主定向装置，其特征在于，所述调平支脚为三个，且所述调平支脚为三个以激光自准直系统的中心为圆心的圆上均匀分布。

5.根据权利要求1-4任一项所述的自主定向装置，其特征在于，还包括支撑平台和支撑平台支腿；

所述平移系统设置在所述支撑平台上，所述支撑平台通过支撑平台支腿进行支撑和调平。

6.根据权利要求5所述的自主定向装置，其特征在于，所述支撑平台支腿为液压支腿，其通过液压来控制所述支撑平台支腿的升降。

7.根据权利要求5所述的自主定向装置，其特征在于，所述支撑平台支腿为三个，且所述支撑平台支腿在所述支撑平台上均匀设置。

8.一种如权利要求1所述的自主定向装置的控制方法，其特征在于，包括步骤：

发送启动命令以启动调平系统；

调平系统获取自主定向装置的倾斜角，对寻北系统和激光自准直系统进行调平进行调平操作；

调平系统向寻北系统发送启动寻北命令；

寻北系统进入测量模式，并在完成自主定向装置与地球自转北向之间夹角的测量后，向激光自准直系统发送启动准直命令；

激光自准直系统在目标区域进行目标搜索；

若目标在搜索范围内，激光自准直系统解算出目标的失准角，并结束测量；若目标不在搜索范围内，激光自准直系统向平移系统发送平移命令，对新的区域进行搜索直至目标在搜索范围内。

9.根据权利要求8所述的自主定向装置的控制方法，其特征在于，所述自动调平系统包括：倾角仪、调平支脚、调平连接组件以及控制器；

所述倾角仪设置在所述寻北系统的下方，且所述倾角仪与所述激光自准直系统以及所述寻北系统三者的铅锤轴重合；

所述述倾角仪与所述激光自准直系统以及所述寻北系统通过所述调平支脚设置在所述调平连接组件上；

所述调平连接组件设置在所述平移系统上；

所述步骤：调平系统获取自主定向装置的倾斜角，对寻北系统和激光自准直系统进行调平操作，具体为：

所述控制器在读取所述倾角仪的测量数据后，获得所述自主定向装置的倾斜角，并自动控制调平支脚进行升降运动，完成对激光自准直系统和寻北系统的调平。

10.根据权利要求8或9所述的自主定向装置的控制方法，其特征在于，所述步骤：激光自准直系统在目标区域进行目标搜索，具体为：激光自准直系统通过其自身的方位轴电机和俯仰轴电机驱动其光学镜头在目标区域进行搜索，扫描安装在目标物上的棱镜。