基于激光干涉条纹的联合基座相对变形测量方法

　　惯性导航设备的动态试验目前都是利用天文测量的方法，即惯性导航设备为天文测量设备提供试验载体的摇摆参数，天文导航设备利用高精度的位置和时间信息进行恒星的捕获和方位角、高度角测量，利用天文定位原理得到载体的摇摆信息，与惯性导航设备提供的摇摆信息进行比较，从而对惯性导航设备输出的姿态信息进行检验。为保证天文导航设备能够准确检验惯性导航设备的技战术性能，应保证两种设备安装于同一基座上，但由于天文导航设备必须具备测天条件，因此该设备应安装于载体甲板面，而惯性导航设备安装于导航舱室内。为保证两者之间的相对变形最小，设计了联合基座，如图 1 所示[1]：安装基座为吊挂式，下部悬空，不与任何物体接触造成拉伸、扭转力矩，避免基座内部，特别是上下基座间的变形。下基座上设置水平基准平台，上刻舰船纵横向标志线供设备安装标校使用。上下基座之间除用 4 根圆柱形管材连接、支撑外，在其上部和下部基座处设置加强筋，抑制在舰船运动和设备安装后产生的变形[2]。

　　实践证明，采用联合基座可以将上下基座之间的相对变形控制在 1′以内，为此在小角度变形条件下进行联合基座相对变形的实时测量比较容易实现[3]。如图 1 所示，天文导航设备与惯性导航设备安装于联合基座上，由于舰船的运动和流体的阻力等影响，上下基座之间会产生一定的变形。如前所述，该变形虽然可以控制在 1′以内，但是由于惯性设备精度高，联合基座的相对变形对天导设备的测量精度会产生很大影响，必须采用高精度相对变形测量技术以实现惯性基准的准确传递，从而实现对惯性设备所输出的姿态信息进行有效校正。

　　1 联合基座相对变形测量方案

　　舰船在运动过程中，由于联合基座的相对位移和其他外界因素的干扰，联合基座存在相对变形，上下基座之间有一个随机姿态差。因此，天文导航设备不能直接取用惯性导航设备提供的姿态信息，必须采用高精度变形测量技术以实现惯性信息的准确传递，从而实现对惯性导航设备输出的姿态信息进行有效修正。具体方案是：在联合基座安装天文导航设备的上平台底部安装激光器、光栅和准直光学系统组成的发射光源，在联合基座下平台安装 CCD 接收系统，以测量联合基座之间的相对变形，如图 2 所示。在进行相对变形测量时，首先通过 CCD 相机接收激光干涉条纹图像，然后将模拟视频信号转换为数字图像，并对其进行一系列的图像处理，从图像中提取出条纹，再根据条纹位置以及倾角信息计算出相对姿态角变化信息，经数据处理后，通过数据接口将姿态角数据发送给天文导航设备主控制计算机。如图 3 为相对变形测量原理框图。