本发明涉及标校经纬仪，尤其涉及一种船载标校经纬仪的竖轴差检测装置及方法。
背景技术：
1、船载标校经纬仪的竖轴差是指方位转盘平面和惯导甲板坐标系基准平面的不平行度，又称竖轴不垂直度或大盘不水平。当船载标校经纬仪存在竖轴差时，方位轴就不垂直于惯导甲板坐标系的水平基准面，竖轴差通常采用最大倾斜量和最大倾斜方向这两个参数来表示，竖轴差会引起标校经纬仪的方位角和俯仰角的测量误差，标校经纬仪在装船后，通常利用差分电子水平仪对船载标校经纬仪的竖轴差进行测量，但由于船载标校经纬仪受船体的运动状态的影响较大，在测量过程中为减小测量误差，船体的纵摇角和横摇角的变化较小且变化缓慢，并且利用船载标校经纬仪测量离散方向时，待测量的每个方向都需要人工操作，测量效率较低。
技术实现思路
1、本发明为解决现有的船载标校经纬仪的竖轴差检测方法在测量过程中为减小测量误差，要求船体的纵摇角和横摇角的变化较小且变化缓慢，且在进行离散方向的测量时，待测量的每个方向都需要人工操作，测量效率较低等缺点，提供一种船载标校经纬仪的竖轴差检测装置及方法，能够实现对船载标校经纬仪的360°连续实时测量，更精准的获取船载标校经纬仪的竖轴差状态。
2、本发明提出的船载标校经纬仪的竖轴差检测装置，包括第一测量模块、第二测量模块、信号发生模块和测试运算模块，其中，第一测量模块安装在船体甲板上，第二测量模块安装在船载标校经纬仪的方位转盘上，信号发生模块通过线缆分别与第一测量模块和第二测量模块的外部同步端口相连，测试运算模块通过线缆分别与第一测量模块和第二测量模块的数据输出端口相连，测试运算模块还通过串口或网络接口与信号发生模块相连。
3、优选地，测试运算模块接收用户发出的测试指令，并将测试指令发送至信号发生模块，信号发生模块根据测试指令向第一测量模块和第二测量模块发出同步脉冲信号，第一测量模块和第二测量模块根据同步脉冲信号输出方向余弦矩阵，测试运算模块根据第一测量模块和第二测量模块在两个不同时刻输出的方向余弦矩阵，实现对船载标校经纬仪的竖轴差的检测。
4、优选地，第一测量模块为基准惯导。
5、优选地，第二测量模块为随动惯导。
6、优选地，信号发生模块为脉冲信号发生器。
7、优选地，测试运算模块为计算机。
8、本发明提出的船载标校经纬仪的竖轴差检测方法，利用船载标校经纬仪的竖轴差检测装置实现，具体包括如下步骤：
9、s1：将第一测量模块和第二测量模块接上电源，使第一测量模块和第二测量模块完成初始对准；
10、s2：测试运算模块将用户发出的测试指令发送至信号发生模块，信号发生模块同时向对准后的第一测量模块和第二测量模块发送第一同步脉冲，测试运算模块同时接收并记录第一测量模块和第二测量模块在第一时刻输出的方向余弦矩阵：
11、（1）；
12、（2）；
13、其中，为导航坐标系，为第一测量模块在第一时刻的载体坐标系，为第二测量模块在第一时刻的载体坐标系，为第一测量模块在第一时刻输出的方向余弦矩阵，为第二测量模块在第一时刻输出的方向余弦矩阵；
14、s3：将船载标校经纬仪沿着方位轴转动角度 α，并利用船载标校经纬仪的编码器记录角度 α；
15、s4：测试运算模块将用户发出的测试指令再次发送至信号发生模块，信号发生模块同时向对准后的第一测量模块和第二测量模块发送第二同步脉冲，测试运算模块同时接收并记录第一测量模块和第二测量模块在第二时刻输出的方向余弦矩阵：
16、（3）；
17、（4）；
18、其中，为第一测量模块在第二时刻的载体坐标系，为第二测量模块在第二时刻的载体坐标系，为第一测量模块在第二时刻输出的方向余弦矩阵，为第二测量模块在第二时刻输出的方向余弦矩阵；
19、s5：通过下式计算在第一时刻和第二时刻，第二测量模块相对于第一测量模块的姿态矩阵：
20、（5）；
21、（6）；
22、其中，为在第一时刻，第二测量模块相对于第一测量模块的姿态矩阵，为在第二时刻，第二测量模块相对于第一测量模块的姿态矩阵；
23、s6：根据式（5）-（6），计算在第一时刻和第二时刻之间，第二测量模块相对于第一测量模块的姿态矩阵；
24、s7：根据步骤s6的计算结果，结合角度 α计算船载标校经纬仪的竖轴偏向x轴的误差角和竖轴偏向y轴的误差角。
25、优选地，在第一时刻和第二时刻之间，第二测量模块相对于第一测量模块的姿态矩阵的计算公式为：
26、（7）；
27、其中，x为第二测量模块相对于第一测量模块的姿态矩阵，为以船体甲板坐标系为基准，第二测量模块在第一时刻的载体坐标系，为以船体甲板坐标系为基准，第二测量模块在第二时刻的载体坐标系。
28、优选地，船载标校经纬仪的竖轴偏向x轴的误差角和竖轴偏向y轴的误差角的计算公式为：
29、（8）；
30、、和为姿态矩阵x的第三行和第三列元素，为船载标校经纬仪的竖轴偏向x轴的误差角，为船载标校经纬仪的竖轴偏向y轴的误差角。
31、优选地，角度 α不为0°、180°或360°。
32、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：
33、（1）本发明根据用户发出的测试指令，利用信号发生模块同时向对准后的第一测量模块和第二测量模块发送第一同步脉冲和第二同步脉冲，并根据测试运算模块的记录结果实现对船载标校经纬仪的竖轴差的动态测量，且检测过程不受船体运动状态的影响。
34、（2）第一测量模块和第二测量模块都是全空间连续工作的，因此，本发明的测量不受任何空间和时间的限制，本发明能够实现对船载标校经纬仪的360°连续实时测量，且能够更准确的获取竖轴差的状态。
1.一种船载标校经纬仪的竖轴差检测装置，其特征在于，包括第一测量模块、第二测量模块、信号发生模块和测试运算模块，其中，所述第一测量模块安装在船体甲板上，所述第二测量模块安装在所述船载标校经纬仪的方位转盘上，所述信号发生模块通过线缆分别与所述第一测量模块和所述第二测量模块的外部同步端口相连，所述测试运算模块通过线缆分别与所述第一测量模块和所述第二测量模块的数据输出端口相连，所述测试运算模块还通过串口或网络接口与所述信号发生模块相连。
2.根据权利要求1所述的船载标校经纬仪的竖轴差检测装置，其特征在于，所述测试运算模块接收用户发出的测试指令，并将所述测试指令发送至所述信号发生模块，所述信号发生模块根据所述测试指令向所述第一测量模块和所述第二测量模块发出同步脉冲信号，所述第一测量模块和所述第二测量模块根据所述同步脉冲信号输出方向余弦矩阵，所述测试运算模块根据所述第一测量模块和所述第二测量模块在两个不同时刻输出的方向余弦矩阵，实现对所述船载标校经纬仪的竖轴差的检测。
3.根据权利要求1所述的船载标校经纬仪的竖轴差检测装置，其特征在于，所述第一测量模块为基准惯导。
4.根据权利要求1所述的船载标校经纬仪的竖轴差检测装置，其特征在于，所述第二测量模块为随动惯导。
5.根据权利要求1所述的船载标校经纬仪的竖轴差检测装置，其特征在于，所述信号发生模块为脉冲信号发生器。
6.根据权利要求1所述的船载标校经纬仪的竖轴差检测装置，其特征在于，所述测试运算模块为计算机。
7.一种船载标校经纬仪的竖轴差检测方法，利用权利要求1-6中任意一项所述的船载标校经纬仪的竖轴差检测装置实现，其特征在于，具体包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的船载标校经纬仪的竖轴差检测方法，其特征在于，在第一时刻和第二时刻之间，所述第二测量模块相对于所述第一测量模块的姿态矩阵的计算公式为：
9.根据权利要求8所述的船载标校经纬仪的竖轴差检测方法，其特征在于，所述船载标校经纬仪的竖轴偏向x轴的误差角和竖轴偏向y轴的误差角的计算公式为：
10.根据权利要求7所述的船载标校经纬仪的竖轴差检测方法，其特征在于，所述角度α不为0°、180°或360°。
