一種艦炮差分校準裝置設計

■張曉明

（作者單位：92326 部隊）

隨著艦炮武器系統的發展，艦炮武器系統的作戰能力已從打擊水面目標發展到抗擊飛機、反艦導彈等空中目標，對艦炮武器系統的精度要求越來越高。要確保艦炮武器系統能夠滿足射擊精度要求，就要對艦炮武器系統進行系統聯調，其中最重要的是軸線一致性校準。軸線一致性校準的目的是使艦炮武器系統的搜索雷達探測軸線、跟蹤雷達跟蹤軸線、光電跟蹤儀跟蹤軸線、艦炮炮管發射軸線與艦艏艉線平行。目前軸線一致性校準的主要方法是瞄星法：利用相距較近的兩條線在無窮遠處相交則認為這兩條線平行的原理，通過在艦艏艉線上架設大地經緯儀作為基準軸線，讓大地經緯儀和艦炮武器系統的某個裝備同時瞄準同一顆星星，計算此時大地經緯儀和該裝備的方位角和高低角的偏差，來判斷該裝備的方位軸線是否與艦艏艉線平行、高低軸線零位是否是水平零位。瞄星法要求艦艇處于靜水或船塢中、艦體基本保持水平，否則難于正確架設大地經緯儀，也無法保證基準設備和被校裝備同時瞄準星星，因此對環境條件要求較苛刻。本文擬提供一種艦炮差分校準裝置的設計，取代普通的大地經緯儀，實現在非靜水、裝載平衡要求不高的條件下快速進行艦炮武器系統軸線一致性校準。

1 系統組成

本校準裝置由自調平平臺、基準組件、炮瞄鏡組件、基準水平測量器、角度攝像機、便攜式加固計算機、電纜等組成。由于搜索雷達、跟蹤雷達、光電跟蹤儀的軸線上都有攝像設備，只需要找到接口把圖像傳過來就行，因此本文只對炮的瞄星進行闡述。

自調平平臺用于安裝基準組件，可自動調整基準組件的安裝面傾角，使基準組件的旋轉平面與基準水平測量器測量的平面平行。

標校裝置構成示意圖

基準組件用于提供基準軸線，并拍攝軸線上觀察的圖像，提供基準軸線的方位角、高低角的角度數據。

炮瞄鏡組件用于拍攝炮管軸線上觀察的圖像。

角度攝像機用于拍攝火控設備顯示的炮管的方位角、高低角。

便攜式加固計算機用于顯示基準組件、炮瞄鏡組件拍攝的圖像，接收基準組件的角度數據，接收角度攝像機的圖像并通過圖像處理得到炮的角度數據，經過圖像處理和計算，得出炮的方位軸線與艦艏艉線的偏差、高低軸線零位與水平零位的偏差。

2 工作原理

2.1 自調平平臺

要進行軸線一致性校準，首先要使校準裝置的軸線旋轉平面與被校裝備的軸線旋轉平面平行。當艦艇不處于靜水且裝載不均衡時，被校裝備的軸線旋轉平面通常不在水平狀態，因此無法通過常用的調節水平的方法來使校準裝置的軸線旋轉平面與被校裝備平行。

本校準裝置采用差分水平測量加自動調整的方法來使校準裝置的軸線旋轉平面與被校裝置平行。在進行軸線一致性校準前，艦炮武器系統各個裝備的軸線旋轉平面已經與艦艇基準平臺平行。將基準水平測量器放置在艦艇基準平臺上，它的雙軸水平傳感器就能夠實時感知艦艇基準平臺相對于水平面的縱向傾角W1 和橫向傾角Q1。校準裝置的自調平平臺架設在艦艏艉線上并對準艦艏艉線，它的雙軸水平傳感器也能實時感知自調平平臺相對于水平面的縱向傾角W2 和橫向傾角Q2。當校準裝置的自調平平臺不動時，雖然因為艦艇搖晃，W1、W2、Q1、Q2 在不斷變化，但W1 和W2 之間的誤差A、Q1 和Q2 之間的誤差B 保持不變。自調平平臺內的單片機可以實時計算出誤差值A、B，并以此誤差值驅動自調平平臺內對應調整螺栓的驅動電機，調整自調平平臺的傾角，使A、B 逐漸減小，并最終等于0，從而使自調平平臺與艦艇基準平臺平行。這樣，校準裝置的軸線旋轉平面就與被校裝備的軸線旋轉平面平行。

2.2 軸線校準

自調平平臺調平后，將架設在其上的基準組件對準艦艏的艦艏艉線標志，并將旋轉角置零，此時基準組件的方位瞄準線的零位就為艦艏艉線的零位。當自調平平臺與被校裝備的軸線旋轉平面平行后，基準組件的高低瞄準線的零位就為水平零位。

將炮瞄鏡組件插進炮管，此時炮瞄鏡組件的瞄準線與炮管的瞄準線重合。

當基準組件和炮瞄鏡組件同時瞄準同一顆星星時，它們的實時圖像傳送到計算機，計算機能夠截取某一時刻以該星星為參照物的圖像，通過圖像處理，可以得到兩個圖像中瞄準點中心與星星的偏差，這個偏差經過換算，可以得出兩個組件所代表的瞄準線與瞄準星星的角度偏差，把角度偏差加上此時各自的方位角、高低角，對比就可測出炮管的瞄準線與艦艏艉線的偏差。

3 具體設計

3.1 基準水平測量器

基準水平測量器就是一個高精度的動態雙軸水平傳感器，在其上設置X軸、Y 軸標志，放置在基準平臺上時Y軸與艦艏艉線平行。

3.2 自調平平臺

自調平平臺由上底板、下底板、調節支腳1、調節支腳2、固定支腳、單片機、雙軸傾角傳感器、外殼及接口、三角架等組成。其中下底板與三角架連接，上底板用于安裝基準組件；可調節支腳1 和可調節支腳2 內的驅動電機，受單片機控制，可上下調節高度，并與固定支腳共同支撐上底板；雙軸傾角傳感器可感應上底板的水平狀態，并將信息傳遞給單片機；單片機根據便攜式加固計算機的控制信號啟動自調平程序，可設置成差分調平模式（自身的傾角數據與接收的傾角數據對比進行調平），也可設置成水平調平模式（僅依據自身的傾角數據進行調平）；與基準水平測量器接口用于接收基準水平測量器送出的傾角信號，與便攜式加固計算機接口用于將自調平平臺的傾角狀態信息，基準組件的圖像信號和方位角、高低角數據傳送給便攜式加固計算機，并接收便攜式加固計算機發出的控制信號。三角架用于固定基準組件，固定螺母設計為中空，以便于基準組件的艦艏艉線定位光線通過。

便攜式加固計算機

3.3 基準組件

基準組件安裝在自調平平臺上底板上。選用具有實時發送望遠鏡方位角、高低角數據，能夠設置方位角零位等功能的數字式大地經緯儀，并在其上加裝CCD 攝像機拍攝望遠鏡瞄準的圖像，并通過電纜將圖像和望遠鏡的方位角、高低角數據傳遞給計算機。設置標識自調平平臺雙軸傳感器Y 軸的標志，用處于此位置時的大地經緯儀望遠鏡瞄準艦艏艉線幫助自調平平臺的雙軸傳感器Y 軸與艦艏艉線平行。

自調平平臺

炮瞄鏡組件

3.4 炮瞄鏡組件

炮瞄鏡組件插在炮管上，包括望遠鏡、CCD 攝像機、插桿等。望遠鏡、CCD攝像機、插桿的軸線重合。炮管匹配部件安裝在插桿的安裝座上，不同口徑的炮管選擇不同大小的炮管匹配部件。

3.5 炮方位角高低角攝像機

為了實現同一時刻方位角、高低角的對比，需要實時獲得基準組件和炮的方位角、高低角數據。基準組件的方位角、高低角由其內置的數字式大地經緯儀送出。由于目前圖像識別技術已相當成熟，從通用性和不改動裝備考慮，采用攝像機直接拍攝火控設備上顯示的角度數據，傳給便攜式加固計算機進行圖像處理得出炮的方位角、高低角數據的方式。

3.6 便攜式加固計算機

便攜式加固計算機包含3 路視頻采集電路。其中2 路視頻輸入電路的視頻信號與電子分劃信號混合后送視頻采集電路，另一路則直接送視頻采集電路。電子分劃生成電路的功能是產生電子分劃信號，位置修正電路的功能是調整電子分劃在視場中的位置。視頻混合電路的功能是將輸入視頻信號和經過位置修正的電子分劃視頻信號進行疊加形成混合視頻信號。視頻采集電路將視頻信號轉換成數字信號送CPU 處理。

便攜式加固計算機采用windows 操作系統，應用軟件包括顯示模塊、圖像采集驅動模塊、圖像處理模塊、標校模塊、數據存貯模塊等。

顯示模塊將經過混頻的2 路視頻圖像、炮和基準組件的方位角高低角數據、自調平平臺的水平狀態、測量結果等分別顯示在屏幕上，供操作手可以實時觀察。圖像采集驅動模塊用于實現視頻采集電路與操作系統的連接。圖像處理模塊用于處理某一時刻截取的2 路視頻圖像，獲得2 個圖像內的星體位置與十字分劃線原點的偏差；同時進行圖像識別，獲得火控設備圖像中的炮的角度數據。標校模塊用于發出控制命令，實現圖像截取、數據計算等。數據存貯和復現模塊可以記錄每次標校的相關數據。

（作者單位：92326 部隊）