雙經緯儀復瞄精度檢測方法研究

王咸鋒 朱毅杰 曾 刊 賴文娟

（1、中國兵器裝備集團第五八研究所，四川 綿陽621000 2、浙江工程設計有限公司，浙江 杭州310000）

隨著武器裝備自動化、信息化程度日益提高，火炮首發(fā)命中以及連續(xù)打擊能力的提高，對火炮的操瞄精度要求增高，調炮精度、復瞄精度成為其關鍵性指標。目前對火炮調炮精度的測量方法有單經緯儀測量系統(tǒng)、雙經緯儀測量系統(tǒng)、全站儀測量系統(tǒng)等。復瞄精度的測量沿用的調炮精度的測量方法，但復瞄精度在實際的測量過程中，測量方法有所不同，其間存在較大的系統(tǒng)誤差以及隨機誤差。為降低誤差影響，在雙經緯儀調炮精度測量法的基礎上，研究分析了各主要的誤差來源，提出了復瞄精度測量方法，降低了誤差，提高了測量準確度。

1 雙經緯儀檢測系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)組成

雙經緯儀調炮精度測量系統(tǒng)由兩臺經緯儀（或全站儀）、便攜式PC 機、測量軟件、調試線纜等組成。

1.2 工作原理

雙經緯儀檢測系統(tǒng)利用經緯儀測角功能對身管軸線進行角度測量，通過測得的角度求得身管軸線的方向角和高低角。雖然兩經緯儀架設時不能保證其回轉中心點在同一水平面上，但根據(jù)經緯儀測量原理可知其測得的方位角不受此影響，高低角需要避免交叉使用。為描述簡潔方便，假定兩經緯儀回轉中心在同一水平面上。

如圖1 所示：

圖1 雙經緯儀檢測系統(tǒng)原理圖

O1、O2為兩臺經緯儀的三軸中心，以點O1和點O2連線為X軸，過O1點的鉛錘方向為Z 軸，右手法則確定Y 軸建立如圖所示坐標系。P1和P2是身管上的兩觀測點，其連線與身管軸線平行。點P1'、P2'是點P1、P2在XY 平面上的投影。點P1'是點P2在直線P1P1'上的垂足，直線P1'P2'與X 軸交與點Q，則方位角為θ 為∠O1QP1'，俯仰角為φ 為∠P1P2P1'。

O1點觀測到P1點的方位角和俯仰角為α1、β1，O2點觀測到P1點的方位角和俯仰角為α2、β2，O1點觀測到P2點的方位角和俯仰角為α3、β3，O2點觀測到P1點的方位角和俯仰角為α4、β4。根據(jù)空間幾何關系，可推導出方位角θ 和俯仰角φ：

1.3 測量步驟

調炮精度的測量是將經緯儀架在合理的位置，然后測量身管運動到不同目標位置時的準確度。復瞄精度的測量與調炮精度不同，復瞄精度是指火炮在射擊后自動修正射向的精度指標，是測量身管在擊發(fā)前后的偏移量。在復瞄精度的測量過程中，經緯儀布站距離一般為6～10 米，由于兩次測量之間火炮需要發(fā)射一枚炮彈，為保證測量設備不受沖擊波影響，常將測量設備搬離至安全區(qū)域，擊發(fā)完畢后再重新架設經緯儀。工程試驗中常采取固定點經緯儀架設法，固定經緯儀支架與地面接觸的三個點，或全站儀中心點等，使兩次架設經緯儀的三軸中心連線保持一致。

其通常的測試步驟為：

（1）選取觀測點，架設經緯儀，調平對瞄；

（2）火炮運動至目標位置，啟動自動復瞄功能；

（3）經緯儀測量火炮方位角和高低角；

（4）測量完畢后撤走經緯儀，火炮擊發(fā)并自動復瞄；

（5）經緯儀架設回原位置，調平對瞄后，進行第二次測量；

（6）重復4-5 步驟直至完成一組測試。

2 雙經緯儀復瞄精度測量誤差研究

在雙經緯儀調炮精度測量過程中，存在經緯儀自身測角誤差、經緯儀調平對心誤差、操作者觀瞄誤差及布站方式誤差等方面。雙經緯儀復瞄精度測量過程中，除了上述誤差外，還存在經緯儀架設誤差，測繪點選取誤差等。其中已有大量學者對前四種誤差進行了分析，并提出了較好的優(yōu)化方案，本文著重對后兩種誤差進行分析。

2.1 經緯儀架設誤差分析

在實際的操作過程中，因場地條件、試驗設備、操作人員等因素，導致經緯儀架設誤差過大。全站儀可利用觀測地面坐標點的方法，使回轉中心保持一致，減小架設誤差，也可采用定點標桿法測量經緯儀架設誤差δ1。

選取兩定觀測點Q1、Q2，射擊前經緯儀三軸中心為Q1、Q2，利用雙經緯儀調炮精度測量法可測得經緯儀三軸中心連線、Q1、Q2與定點Q1、Q2連線的夾角θ1。設備撤走執(zhí)行射擊任務后，經緯儀重新架設，三軸中心點偏離至O1'、O2'，此時測得Q1'、O2' 連線與定點Q1、Q2連線的夾角θ2，如圖2 所示。則可計算出經緯儀架設誤差δ1=Δθ=θ2-θ1

圖2 經緯儀架設誤差測量原理圖

2.2 測繪點選取誤差

在調炮精度、復瞄精度實際測量中，由于無法直接測量身管中心軸線，通常是在身管表面選取觀測點P1、P2，使得P1、P2連線與身管中心軸線平行。此時P1、P2連線可近似代替身管中心軸線。實際測量中，由于條件限制，觀測點P1、P2處身管半徑、R1、R2不相等。火炮射擊后，火炮姿態(tài)若發(fā)生變化，橫傾姿態(tài)角為γ，觀測點P1、P2移動至P1、P2'，如圖3 所示。此時引入方位角誤差δ2、高低角誤差δ3對測量結果進行修正：

圖3 測繪點選取誤差測量原理圖

3 軟件實現(xiàn)

此軟件是在Windows 系統(tǒng)下，基于VC 的MFC 對話框類的Win32 可執(zhí)行程序，在調炮精度檢測功能基礎上，增加復瞄精度檢測的誤差補償功能。實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與記錄、誤差補償、結論計算等。

其界面如圖4 所示。

圖4

4 試驗驗證

使用該雙經緯儀復瞄精度檢測系統(tǒng)對某車載火炮復瞄精度進行了多次測試，其檢測結果如表1。

表1 復瞄精度測試結果表

5 結論

該檢測系統(tǒng)根據(jù)工程實際需要，在調炮精度檢測的基礎上進行了改進，能夠勝任復瞄精度檢測任務，并成功應用于某型號項目的研制和生產過程。其檢測數(shù)據(jù)的自動采集提高了工作效率，對誤差的優(yōu)化補償克服了試驗條件、測試環(huán)節(jié)的不利影響，提高了檢測精度。