發(fā)布時(shí)間：2020-02-22 10:17

【摘要】：定向瞄準(zhǔn)系統(tǒng)是由具有定向功能的尋北系統(tǒng)和具有瞄準(zhǔn)功能的準(zhǔn)直經(jīng)緯儀系統(tǒng)組成的方位測量系統(tǒng)。定向瞄準(zhǔn)系統(tǒng)用于測量特定目標(biāo)和地理北向的夾角,廣泛應(yīng)用于礦山開采、隧道挖掘、測繪和軍事等領(lǐng)域。但是,當(dāng)前的定向瞄準(zhǔn)系統(tǒng)自動(dòng)化程度較低,在工作過程中需要手工調(diào)平、手工對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)、人工解算方位角度等,已無法滿足現(xiàn)代測量自動(dòng)化快速化的要求。因此,建立定向瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,對(duì)其自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,構(gòu)建一體化的定向瞄準(zhǔn)系統(tǒng),使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)平、自動(dòng)尋北、自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)功能具有重要的價(jià)值。為了實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)定向瞄準(zhǔn)系統(tǒng),本文建立了轉(zhuǎn)軸自動(dòng)調(diào)平、速率陀螺捷聯(lián)尋北和準(zhǔn)直經(jīng)緯儀自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)合作目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)各個(gè)部分的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,得出了它們對(duì)定向瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的測量精度和自動(dòng)測量時(shí)間的影響。本文的主要研究工作和研究成果如下,1.建立了基于雙軸傾角儀差分測量轉(zhuǎn)軸傾角的數(shù)學(xué)模型,該模型大大降低了傾角儀溫度漂移影響,適用于各種大小、各種截面光滑度的轉(zhuǎn)軸傾角測量�；谵D(zhuǎn)軸傾角和高點(diǎn)不動(dòng)的調(diào)節(jié)策略,采用角度閉環(huán)的方法調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸傾角,克服了步進(jìn)電機(jī)失步和外部干擾的影響。2.建立了基于速率陀螺捷聯(lián)尋北方案的數(shù)學(xué)模型。該模型描述了陀螺在各個(gè)轉(zhuǎn)位的輸出和陀螺隨機(jī)誤差、陀螺零偏漂移、陀螺安裝誤差、轉(zhuǎn)軸安裝誤差、轉(zhuǎn)位點(diǎn)數(shù)、編碼器精度、工作緯度的數(shù)學(xué)關(guān)系。根據(jù)數(shù)學(xué)模型和誤差傳遞理論,得出了系統(tǒng)各個(gè)元件參數(shù)和系統(tǒng)裝調(diào)誤差對(duì)尋北精度的影響。討論了尋北精度和自動(dòng)尋北時(shí)間的關(guān)系。因此,用戶可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和數(shù)學(xué)模型選取合適的陀螺和編碼器,確定陀螺和轉(zhuǎn)軸的安裝精度。同時(shí),在尋北精度和自動(dòng)尋北時(shí)間之間找到平衡點(diǎn)。3.建立了準(zhǔn)直經(jīng)緯儀自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)合作目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型。提出了自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)策略,首先在大范圍快速找到目標(biāo)(粗對(duì)準(zhǔn)),然后小范圍精確對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)(精對(duì)準(zhǔn)),最后移動(dòng)光斑到CCD零位。根據(jù)合作目標(biāo)傾斜角度的大小,介紹了無需移動(dòng)導(dǎo)軌和需要移動(dòng)導(dǎo)軌的對(duì)準(zhǔn)模型。提出了使用直角棱鏡和多齒分度臺(tái)標(biāo)定準(zhǔn)直經(jīng)緯儀的方法,消除了準(zhǔn)直經(jīng)緯儀系統(tǒng)誤差對(duì)測量的影響,提高了測量精度。4.基于尋北系統(tǒng)和準(zhǔn)直經(jīng)緯儀系統(tǒng)搭建了同基座安裝的定向瞄準(zhǔn)測量系統(tǒng)。提出了定向瞄準(zhǔn)測量系統(tǒng)中尋北系統(tǒng)和準(zhǔn)直經(jīng)緯儀系統(tǒng)夾角的標(biāo)定方案。根據(jù)制作的樣機(jī)對(duì)定向瞄準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)定和精度測試等試驗(yàn)。定向瞄準(zhǔn)測量系統(tǒng)在民用和軍事領(lǐng)域發(fā)揮著十分重要的作用。本文研究了定向瞄準(zhǔn)系統(tǒng)自動(dòng)化測量的整機(jī)模型,提出了整機(jī)的標(biāo)定方法。對(duì)系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸自動(dòng)調(diào)平、自動(dòng)尋北和準(zhǔn)直經(jīng)緯儀自動(dòng)搜索對(duì)準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行了建模和仿真分析,為設(shè)計(jì)高精度全自動(dòng)定向瞄準(zhǔn)系統(tǒng)提供了重要的理論依據(jù)。同時(shí),本文完成了系統(tǒng)樣機(jī)的制作,為全自動(dòng)定向瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的使用和推廣奠定了工程基礎(chǔ)。
【圖文】：

化發(fā)展取得了巨大的進(jìn)步，下面將詳細(xì)介紹近幾年自動(dòng)化程度比較螺經(jīng)緯儀。圖 1.4 為 GYROMAT5000 尋北系統(tǒng)[35]和 Leica 全站儀系品。當(dāng)前，DMT 公司定向精度最高的產(chǎn)品是 GYROMAT5T5000 的測量精度不受地球磁場的影響，可以全天候工作。其工部有一個(gè)吊絲陀螺，由于陀螺本身的旋轉(zhuǎn)、地球的自轉(zhuǎn)和重力作繞著北向振蕩。儀器內(nèi)部的專用掃描系統(tǒng)可以根據(jù)陀螺的振蕩自動(dòng)向。GYROMAT5000 具有以下特點(diǎn)：快速和全自動(dòng)測量；不需要戶可根據(jù)自己的要求選擇經(jīng)緯儀或者全站儀；測量精度最高可達(dá)可完成測量。Leica 公司的全站儀 TS16 的角度測量精度等級(jí)可設(shè)″、5″，面板上的顯示分辨率可以達(dá)到 0.1″。當(dāng) GYROMAT5000 完，GYROMAT5000 把北向的數(shù)據(jù)傳送到 TS16，TS16 接收到角度指的角度，使得 TS16 發(fā)射的激光指向北向，實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)。GYROMA和 Leica 全站儀系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了陀螺經(jīng)緯儀系統(tǒng)的自動(dòng)尋北，但是儀器然需要人工參與。Leica 全站儀只是實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)移動(dòng)特定角度，還目標(biāo)的自主搜索對(duì)準(zhǔn)。

化發(fā)展取得了巨大的進(jìn)步，下面將詳細(xì)介紹近幾年自動(dòng)化程度比較螺經(jīng)緯儀。圖 1.4 為 GYROMAT5000 尋北系統(tǒng)[35]和 Leica 全站儀系品。當(dāng)前，DMT 公司定向精度最高的產(chǎn)品是 GYROMAT5T5000 的測量精度不受地球磁場的影響，可以全天候工作。其工部有一個(gè)吊絲陀螺，由于陀螺本身的旋轉(zhuǎn)、地球的自轉(zhuǎn)和重力作繞著北向振蕩。儀器內(nèi)部的專用掃描系統(tǒng)可以根據(jù)陀螺的振蕩自動(dòng)向。GYROMAT5000 具有以下特點(diǎn)：快速和全自動(dòng)測量；不需要戶可根據(jù)自己的要求選擇經(jīng)緯儀或者全站儀；測量精度最高可達(dá)可完成測量。Leica 公司的全站儀 TS16 的角度測量精度等級(jí)可設(shè)″、5″，面板上的顯示分辨率可以達(dá)到 0.1″。當(dāng) GYROMAT5000 完，GYROMAT5000 把北向的數(shù)據(jù)傳送到 TS16，TS16 接收到角度指的角度，，使得 TS16 發(fā)射的激光指向北向，實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)。GYROMA和 Leica 全站儀系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了陀螺經(jīng)緯儀系統(tǒng)的自動(dòng)尋北，但是儀器然需要人工參與。Leica 全站儀只是實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)移動(dòng)特定角度，還目標(biāo)的自主搜索對(duì)準(zhǔn)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH74

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2581882