雙經緯儀測試火炮方位角誤差重復性分析

周培雯，申 健，李 玲

(成都晉林機械有限責任公司技術中心，成都 611930)

自動調炮精度是檢測某產品火控系統的重要標準及戰技指標，直接影響到其射擊精度，也是評估該火炮火控系統性能的必測項目。調炮精度的測量過程實際上是測量身管指向變化量的過程。在測量過程中，雙經緯儀因其適應性強、可靠性高，成本較低等特點，得到了廣泛應用。

在用雙經緯儀對該產品進行自動調炮精度檢測過程中，發現在同等條件下連續測量的2組數據(見表1)方位均方差出入較大。分析2組在相同表尺、方位的數據，發現同1方位角度的數據重復性差，表尺誤差重復性相差0.49 mil，方位誤差重復性相差0.72 mil，使得測量結果可信度不高。

表1 在同等條件下連續測量的2組數據 單位：mil

1 引起調炮精度重復性誤差的分析

任意抽取1門未交驗合格的該產品進行調炮精度測試，從經緯儀精度誤差、火控系統自身誤差、經緯儀布站位置等幾個方面進行分析，希望能找出導致精度誤差重復性差的主要因素。

1.1 人為測量誤差

在測量過程中，由于測試人員的視覺誤差各不相同，故在對同一被測目標的測量過程中會產生一定的觀測角誤差，這是影響誤差重復性的原因之一。對調炮精度重復測量20次取平均值，其綜合觀測角誤差為 2.7″，即 0.01 mil。

1.2 經緯儀精度誤差

為判斷經緯儀對誤差重復性的影響，現用精度為1″的全站儀替代經緯儀對被測對象進行重復性檢測，通過報數據、手動錄入的方式進行操作，檢測得到的數據見表2，方位誤差重復性為0.61 mil，與之前用經緯儀測得的0.72 mil進行比較，可以看出2組數據相差不大。所以經緯儀精度誤差對誤差重復性的影響較小。

1.3 火控系統自身誤差

由于該型產品采用火控系統進行控制、操作，存在一定誤差，為了消除其對檢測精度的影響，將測試對象調到(1000，0)，關閉總電源，對火炮進行重復性檢測。經檢測，方位誤差重復性為0.71 mil(見表3)，與之前用經緯儀測得的0.72 mil進行比較，可知僅相差 0.01 mil。

1.4 兩標識點之間的距離

根據雙經緯儀交會測量的空間模型，兩標識點之間的距離越大，所得數據越準確。將炮口上的十字線標識點移至炮口制退器，炮尾上的十字線標識點向后移100 mm，使2點間的距離加長，其中兩經緯儀之間距離為4.2 m，距炮膛中心線7.6 m。經檢測方位誤差重復性為0.52 mil(見表4)，可以看出加長兩標識點之間距離對減小表尺、方位誤差有一定改善。

表2 全站儀測試數據(表尺1000 mil方位0 mil)

表3 火控系統自身誤差測試數據(表尺1000 mil方位0 mil)

表4 增大兩標識點距離后的測試數據(表尺1000 mil方位0 mil)

1.5 經緯儀布站位置

由于樣本在表尺為1000 mil時，兩標識點在空間上的投影為其長度的1/2，其空間坐標見圖1。

圖1 空間坐標

已知被測2點間距離d為2 m，通過式(1)對調炮數據進行分析、調整雙經緯儀的位置，得出最佳布站點見圖2，其在(1000，0)重復性測試數據見表5，得出重復性誤差為0.16 mil＜0.2 mil。

其中:xp1、xp2、yp1、yp2、zp1、zp2分別為 P1、P2 點的空間坐標。

由于該型產品方向射角范圍為±500mil，當樣本轉到極限角度時，經緯儀無法進行測量，故對其測量位置進行細微調整，得到最終布站位置見圖3，其位置如下所示。調整位置后測得的數據見表6。

圖2 最佳布站位置

圖3 最終布站位置

表5 最佳布站位置測試數據(表尺1000 mil方位0 mil)

通過上述分析可以看出:人為測量誤差、經緯儀精度誤差、火控系統自身誤差對方位誤差重復性影響較小;兩標識點之間距離對減小表尺、方位誤差有一定改善;經緯儀布站位置成為影響方位誤差重復性的最主要因素。人為測量誤差、經緯儀精度誤差、火控系統自身誤差、兩標識點之間距離和調整經緯儀布站位置后的總重復性誤差不大于0.3 mil。

2 試驗驗證

表6 調整位置后測試數據(1000，500)(1000，0)(1000，-500)

隨機抽取3門樣本進行重復性及自動調炮精度檢測試驗，經緯儀布置在圖3所示的位置，而且每個樣本在相同方位、表尺的情況下測試3次，其測量數據見表7～表9。分析表中數據可以看出:表尺誤差、方位誤差重復性均小于0.2 mil，自動調炮精度誤差變化表尺為 0.05 mil、方位為 0.01 mil，最大調炮精度誤差小于1 mil，滿足精度要求，消除了因為重復性誤差大引起的自動調炮精度不穩定的現象，因此該布站點滿足測量要求，其測試數據真實可信。

表9 樣本3單位：mil

3 結束語

在自動調炮精度檢測過程中，儀器的擺放位置是影響精度重復性的重要因素。經緯儀交會法測量自行火炮調炮精度的測量誤差由經緯儀觀測角的測量誤差引起，采用經緯儀最佳布站方式可以提高測量精度，通過經緯儀合理布站，可將重復性誤差控制在0.3 mil以內，有效消除因為重復性誤差大引起的自動調炮精度不穩定的現象，此時測量出的調炮數據才真實可信。需要注意的是，不同產品根據其結構特點，都會在最佳布站位置基礎上，根據實際情況作適當位置調整，以滿足測試需求。

［1］孫澤林，王昭，翟喚春.雙經緯儀交會測量火炮調炮精度的誤差分析與抑制［J］.光學精密工程，2011，19(10)：2434-2441.

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［3］李凱，袁峰，丁振良，仇振林.基于神經網絡逼近的雙經緯儀視覺測量誤差補償研究［C］//中國自動化學會控制理論專業委員會A卷，2011.