基于全站儀的火箭炮操瞄精度檢測裝置研發*

涂家海,方安國,張金萍,張建新,潘喜利

(1 襄陽職業技術學院汽車工程學院,湖北襄陽 441051;2 湖北江山重工有限責任公司,湖北襄陽 441057)

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基于全站儀的火箭炮操瞄精度檢測裝置研發*

涂家海1,方安國2,張金萍2,張建新2,潘喜利1

(1 襄陽職業技術學院汽車工程學院,湖北襄陽 441051;2 湖北江山重工有限責任公司,湖北襄陽 441057)

為了在火箭炮裝調中快捷測量操瞄精度、管間平行度等特性,設計了一種基于全站儀的火箭炮自動操瞄精度檢測裝置。利用全站儀測量原理建立了火箭炮精度測量的空間解算模型,在預先標定火箭炮管上兩十字貼標記點的前提下,給出了精度檢測、管間平行度檢測方法及流程,并設計了相應的軟件。試用結果表明,裝置檢測精度控制在1mil內,操作快捷,提高了檢測速度。此設計為火箭炮操瞄精度檢測提供了一種簡明實用的解決方案,滿足了精度快速檢測的要求。

電子信息技術;精度檢測裝置;全站儀;火箭炮

0 引言

火箭炮操瞄精度檢測與補償是火箭炮裝調重要過程,主要檢測對象為火箭炮高低角及方位角[1-2]。檢測數據作為火箭炮自動操瞄精度補償的重要依據。長期以來,總裝校驗依靠瞄準系統、瞄準具和光學象限儀等設備來檢測,后期數據處理需人工干預,檢測周期長,操作繁瑣,測量精度受人工操作影響較大。全站儀作為一種集光測距、電子測角和微計算機功能于一體的測量儀器,可實現數據自動記錄、傳輸、檢查、計算處理[3]。為此,設計了一種基于全站儀的火箭炮自動操瞄精度檢測裝置,用于實測火箭炮操瞄特性[4],包括火箭炮零線、管間平行度及調炮精度,為快捷獲取火箭炮的各種操瞄參數,為火箭炮操瞄精度補償提供了一種簡明實用的解決方案。

1 系統組成

檢測系統硬件構成是以智能型全站儀為核心傳感器,主要包括全站儀、計算機、通信設備及電源設備組成。全站儀由光電測距儀,電子經緯儀和微型計算機組成,可以自動測距、測角(水平角、天頂角),自動記錄和計算,而且精度高,速度快[5-6]。全站儀測量指定點的水平角、天頂角及距離,通過串口通信輸入到計算機,由計算機完成高低角、方位角、零線、管間平行度及調炮精度計算與數據處理。系統軟件由瞄準零線檢測模塊、管間平行度檢測模塊、調炮精度檢測模塊等模塊組成。

2 基于全站儀精度檢測原理及方法

檢測原理是利用全站儀測量火箭炮管兩十字貼中心標記點坐標值,通過二點空間坐標求解火箭炮管指向角(方位角及高低角),2次身管指向角之差即為實際調轉角度,實際調轉角度與預期值之差即為火箭炮操瞄精度。

圖1 方位角及高低角示意圖

如圖1所示,首先以全站儀中心為原點o,以全站儀水平角為零的方向為x軸,以鉛垂方向為z軸,用右手法則確定y軸,建立空間坐標系[7],G點、E點分別是火箭炮管的兩十字貼中心標記點,其連線GE與火箭炮膛軸線平行,G、E點空間點坐標分別記為G(xG,yG,zG),E(xE,yE,zE)。接著全站儀可測量G點的水平角αG,天頂角βG和斜距DG,可得到G點的坐標為:

(1)

按同樣方法測量求得E點坐標值。

如圖1所示,G′E′是GE線段在xoy平面的投影線,GE與其投影G′E′夾角β即高低角,G′E′與x軸夾角θ是方位角,其值分別由公式(2)、公式(3)求算。

(2)

(3)

火箭炮精度檢測方法,首先在火箭炮行程范圍設置m目標點,對每個目標點n次重復調炮檢測,對測試數據計算,得出火箭炮在各目標點的偏差及精度。第i目標點的方位角均方差及高低角均方差分別可由公式(4)及公式(5)求算。

(4)

(5)

式中:θj為對i目標點第j次調炮方位角測量值;θ為i目標點方位角;βj為對i目標點第j次調炮高低角測量值;β為i目標點高低角;n為該組調炮檢測次數(n一般為7)。

3 軟件設計

軟件部分包括瞄準零線檢測模塊、管間平行度檢測模塊、調炮精度檢測模塊等模塊。

瞄準零線檢測是炮身縱橫水平、瞄準具各分劃歸零的前提下,瞄準線與基準管膛軸線相互平行檢測。通過對基準管軸線、瞄鏡軸線分別二點采樣測量,計算出管軸線與瞄鏡軸線的高低角偏差及方位角偏差,根據計算結果進行零線規正。

管間平行度檢測是火箭炮基準管與其它管平行度的檢測。通過對基準管軸線、其它管軸線分別二點采樣測量,計算出基準管與其它管軸線的高低角偏差及方位角偏差。

調炮精度檢測是將火箭炮行程范圍內設m個目標位置點,分別對m個目標位置點進行n次操瞄檢測,計算出各目標位置點平均位置偏差及均方差,各目標位置點最大均方差可視為火箭炮操瞄精度。程序流程見圖2所示。

圖2 調炮精度檢測流程圖

4 應用案例

為了驗證裝置的正確性與有效性,在總裝測試期間,利用該裝置對某火箭炮進行精度及管間平行度測試,并與傳統測量方式進行了比較。試量結果如表1所示,基于全站儀瞄準檢測裝置和傳統測量方式對調炮精度測量時,由于人為操作誤差和儀器本身誤差,兩者測量結果存在一定的誤差,但在合理誤差范圍值之內。

表1 測量調炮精度(891,490)數據(單位:mil)

5 結束語

文中針對火箭炮裝調精度快捷檢測的需要,以火箭炮自動操瞄方位角、高低角為研究對象,設計開發基于全站儀的火箭炮瞄準檢測裝置,用于測量火箭炮操瞄特性,主要包括零線檢測、火箭炮管間平行度檢測及火箭炮調炮精度檢測。該檢測裝置具有安裝簡便、檢測快捷、數據結果準確等優點,為火箭炮精度檢測與補償提供一種簡明實用的解決方案。

[1] 陳福紅, 馬大為, 胡智琦, 等. 火箭炮自動操瞄系統動態滑模控制 [J]. 彈箭與制導學報, 2014, 34(2): 154-157.

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[3] 王勃慧. 全站儀及測距全站儀使用方法淺談 [J]. 西部探礦工程, 2008(3): 130-133.

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Research and Development of Rocket Launcher’s Precision Aiming System Based on Total Station Apparatus

TU Jiahai1,FANG Anguo2,ZHANG Jinping2,ZHANG Jianxin2,PAN Xili1

(1 Automotive Engineering Institute, Xiangyang Vocational and Technical College, Hubei Xiangyang 441051, China;2 Hubei Jiangshan Heavy Industries Co. Ltd, Hubei Xiangyang 441057, China)

In order to test aiming precision and parallelism quickly, an automatical aiming precision detection device for rocket launcher was developed based on total station apparatus. Firstly, space calculating models were built to test the rocket launcher’s precision, then the ways and procedures were proposed to test the aiming precision and parallelism and relevant software was designed. It is turned out that the device detection accuracy is controlled within 1 mil and operation and test are also improved. This provides a concise and practical solution for rocket launcher’s aiming precision testing

electronic information technology; precision detection device; total station apparatus; rockets

2015-06-08

湖北省科技支撐計劃項目(2014BAA047)資助

涂家海(1968-),男,湖北仙桃人,副教授，碩士，研究方向：測量及自動控制。

TJ393

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