一種新型校靶模式的研究

李 皊，余 松，王彥曉，薛秀麗

(航空工業洪都,江西南昌 330024)

0 引言

校靶是為保證飛機武器系統射擊、投放的準確性，對機載武器與火力控制系統的協調關系或安裝正確性的檢驗、調整，目的是為了消除軍械設備在制造、安裝和使用中產生的誤差，確保武器與雷達、航炮等目標瞄準設備處于良好的配合狀態，以提高武器的射擊命中率。

通常軍械系統的瞄準線與飛機水平基準線保持平行。機載雷達、航炮等設備的瞄準武器的武器軸線在使用過程中需要與軍械系統的瞄準線保持規定的角度關系。利用機外測試設備保證武器軸線與飛機的水平基準線有規定空間位置關系的過程就是校靶。校靶的目的是為了消除軍械設備在制造、安裝和使用中產生的誤差，確保武器與雷達、航炮等目標瞄準設備處于良好的配合狀態，以提高武器的射擊命中率。

本文根據軍用飛機校靶的需求，克服傳統校靶弊端，提出光電瞄準校靶方法，相對傳統校靶模式而言，該方法縮短了校靶距離，簡化了校靶過程，并對所得圖像進行數字化處理，增加校靶的自動化程度，克服了傳統主觀測量存在的判讀誤差。

1 傳統校靶模式

校靶分為熱校靶和冷校靶。熱校靶是用實彈射擊方式檢驗飛機射擊武器與瞄準裝置協調關系的一種方法。熱校靶需要在晝間和較好氣象條件下，在專門的飛機校靶場地進行。冷校靶，是用專用設備調整飛機射擊武器與瞄準裝置關系位置。目前通過校靶鏡使武器軸線對準靶板的標校點來達到校靶目的。

具體的冷校靶方法如下：

1）飛機進入校靶場地，利用水平儀按飛機水平測量圖的要求將飛機調平。

2）將冷校靶板放置在離飛機航炮口一段距離處，冷校靶板的對稱軸線相對在飛機的對稱軸線上，冷校靶板平穩固定。首先調節冷校靶板使靶板的水平基準線與飛機的水平基準線重合，再調節靶板的對稱軸線與飛機的對稱軸線重合，最后調節靶板與地面垂直。

3）依據飛機校靶規范要求調整武器的安裝軸線使校靶鏡上的十字標線中心對準靶板上校靶點。

冷校靶方法通過校靶鏡直接進行主觀測量，傳統且成熟，可晝夜在開闊的場地進行，校靶過程比實彈校靶的簡便易行，能滿足航炮校靶的一般精度要求。因此，冷校靶方法被廣泛采用。但該方法也存在明顯的不足，除了需要專門的開闊的校靶場地外，使用對象和范圍還受到限制，例如對于艦載機的校靶就非常困難，且校靶精度有限，另外，傳統校靶需要調整飛機姿態及靶板的相對位置，整個步驟繁瑣，費時費力。為此，提出一套新型校靶方法并研制新型校靶設備是適應當前航空高速發展的需要。

2 新型校靶模式的研究

光電校靶系統有三方面組成：電子校靶板，激光發射器和視頻顯示鏡。由于不同型號飛機設計瞄準具的安裝支架結構不同，故光電瞄準具的設計有所不同，但是原理和操作步驟是一致的，可以選取貨架產品，對于計算機處理顯示系統的硬件部分選用貨架產品，軟件系統根據光電校靶的原理編寫程序，可以借用目前常用的捷聯算法。

2.1 電子靶板的安裝與校準

以電子校靶激光發射點為基準原點O,X軸與飛機的水平基準線平行，建立電子靶板基準坐標如圖1所示，并建立電子靶板的靶面為基準面。電子靶板的激光發射器發出的激光線A在基準面ZOX上，與X軸成α角度，并在基準面YOX上的投影與飛機對稱軸線在基準面YOX重合，故理論上激光線A將與飛機蒙皮相交形成標記點Q。根據飛機框、肋、口蓋或緊固連接件的特殊結構設計電子靶板的安裝支架，實際上由于電子靶板安裝后位置有偏差，激光線A與飛機蒙皮相交點P與標識點Q不重合（見圖2），通過調整電子靶板安裝支架微調機構使得P點與標記點Q重合，而后鎖緊微調機構，即完成了電子靶板的安裝與調校。

2.2 機載射擊武器安裝支架調整方式的選取

校靶的目的就是標校機載射擊武器安裝支架的安裝是否達到預定設計的位置，從而保證機載射擊武器安裝在支架后實際射擊軸線與理論軸線相重合。安裝支架的調整可以通過自動和手動兩種方式。兩種方式調節的原理一致（見圖3和圖4），但是所需研制的設備、工具將有所不同。針對機載射擊武器安裝支架自動調整方法而言，需要在飛機與機載設計武器安裝支架位置處安裝伺服機構，支架的設計可以借用球桿儀或球桿儀組件的理論與結構設計結構。此種方法涉及飛機安裝支架及機載射擊武器安裝支架的結構更改，且更改后的支架安裝在飛機上涉及到重量、強度、結構、航電、軍械等相關專業的協調，此方法更改變動工作量較大，可以考慮在新研機型上試用，對于目前型號的飛機考慮手動調節安裝支架。

2.3 激光發射器的安裝與標校

目前飛機配備的瞄準具與傳統冷校靶板相匹配使用，即利用瞄準具通過光標十字進行校靶工作。瞄準具一般安裝在機載射擊武器上，當機載武器位置變化時，瞄準具隨機載武器一起相對飛機的位置發生變化，但瞄準具相對機載射擊武器的位置不變。故瞄準具安裝在機載射擊武器上時，需要標校瞄準具安裝位置是否到位。當瞄準具安裝到位后，觀看瞄準儀上的十字靶標與冷校靶靶上的十字靶標是否重合，如果不重合，通過調節機載射擊武器的安裝機構，使瞄準儀上的十字靶標與冷校靶靶上的十字靶標相重合。針對本文提出的新型校靶方法，傳統配套校靶的瞄準具已不再適合使用。瞄準具需被激光發射器替代，電子靶板直接接受激光發射器發射的光源，省略工作人員觀察光標十字的工作步驟。激光發射器的設計可以借鑒電子靶板的結構形式。根據不同的機載武器，可以設計成不同的安裝支架（見圖 5）。

2.4 機載射擊武器校準與調校

理論上機載射擊武器的標校點以飛機的水平基準線和對稱線為基本坐標系建立其位置坐標關系。以圖6示例某型飛機需要標校的各個靶點，根據靶點圖在電子靶板上設置電子靶標（見圖7所示）。

瞄準具安裝在機載武器的支架之后，利用光電瞄準具的激光發射器將模擬機載射擊武器的射擊線，激光模擬線與電子靶板靶標相交與一坐標，電子靶板上的靶標見示意圖7，電子靶標由點陣坐標傳感器和坐標刻度板組成，傳感器根據激光模擬線在坐標刻度板的位置傳輸坐標信息于計算機，并顯示與理論坐標值的偏差位置，通過調整機載射擊武器安裝螺母，使激光發射點與標校點一致。校靶理論框圖見圖8。

2.5 視頻顯示鏡的設計

視頻顯示鏡可以借用工業視頻內窺鏡的工學設計，適合在手掌操作，能快速的進行檢測校靶點空間坐標，同時根據需求調節機載射擊武器的安裝支架，實現實時觀測實時調整。同時，視頻顯示系統設計固定底座吸盤，能實時安全的吸附在機載武器調節支架附近位置，便于觀察，解放工作人員手持操作，并且在整個校靶過程中僅需一個人即可以完成整個校靶過程，節省人力。

視頻顯示鏡將電子校靶的傳感器通過總線連接，利用軟件處理系統將校靶比對坐標反饋在視頻顯示鏡的顯示屏上。工作人員通過視頻顯示鏡手柄上快捷按鈕，能快速給出機載射擊武器安裝支架的調節命令，記錄調整過程視頻步驟，實時記載圖像，利用簡捷快速的標題輸入功能來區分圖像，并儲存在SD卡中。

視頻顯示鏡通過鋰電池及充電器方便可靠的提供工作電源，也可以通過AC適配器提供電源。考慮工作人員在惡劣環境下工作的情況，視頻顯示鏡要做到防雨、防沙、防塵，并且能根據外界環境的不同調整顯示屏亮度，真實清晰的顯示圖像。

3 兩種校靶模式的對比分析

傳統校靶模式與新型光電校靶模式的對比分析見表1。

表1 校靶模式對比分析表

傳統校靶模式需要調整飛機水平姿態，并且校靶板需要根據飛機姿態進行相應調節，費時費力，操作繁瑣。傳統校靶時需要校靶板、標尺及其固定支架、經緯儀，水平儀、瞄準具等，所需設備種類較多，攜帶不方便。冷校靶板的設計具有六個自由度的空間調節功能，以滿足與飛機相對位置的調整。另外，飛機校靶靶點分散，致使靶面面積大，冷校靶板的整體體積大，故設計的體積較大，運輸使用不便。需要開闊的視野，地面、風速、光照等均有限制。在艦面上不能實施校靶工作。光電校靶模式不需要調整飛機姿態，省時省力，操作簡易。電子靶板、支架、瞄準具、顯示器等設備體積小，重量輕，自動化程度高，使用簡捷方便。此外，無環境條件的限制，任意機型隨時隨地均可以實施校靶工作。

4 結語

數字化的高性能光電校靶系統解放了觀察者的眼睛，排除了軍用飛機校靶過程中人為的不確定因素，使校靶過程自動化，可提高校靶精度，縮短校靶時間，解決傳統校靶模式的弊端，給軍用飛機武器定期與不定期校靶提供可靠保證，因此，光電校靶儀的研制是一項提高我軍軍用飛機作戰效能的基礎性工程。

[1]賈秋銳,趙思宏,陳博專.機載武器校準儀的設計與分析[J].光學精密工程，2004，12(4);88-91.

[2]趙思宏,高曉龍,賈秋銳.某型飛機火控校靶儀的研究與設計[J].光學精密工程，2003，11(6)：15-18.

[3]劉娟娟.軍用飛機校靶儀光學系統設計.碩士學位論文，2010.