基于全站仪的身管火炮零线检校方法研究

张 光,任国全,张英堂,张培林

(军械工程学院,河北石家庄 050003)

身管火炮零线的检查规正就是在炮身纵横水平、瞄准具各分划归零的前提下,使瞄准线和炮膛轴线相互平行,这是整个武器系统投入作战前的一项必不可少的准备工作,对射弹能否命中目标起着决定性的作用。传统的零线检查规正方法有“远方瞄准点法”和“检查板法”等,但是“远方瞄准点法”存在着“炮膛轴和视轴误差”[1-3];“检查板法”中由于炮身俯仰、炮身倾斜和检查板放置不当等因素也会带来误差[4],这些误差直接影响了检查规正的效果,最终对射击造成不良影响。为此,本文提出了一种新型的基于全站仪的身管火炮零线检校方法。

1 系统结构组成

该检校系统由1台高精度全站仪、1台笔记本计算机(作为数据处理器)和两个瞄准板等组成。全站仪是集电子经纬仪、光电测距仪和微电脑处理器于一体的测绘设备,它既可以测得空间点的水平角、天顶角和斜距,还可以进行数据传输。全站仪安放在支架上,使用前必须先调水平,用数据线与数据处理器相连。系统由全站仪测量指定瞄准点的水平角、天顶角和斜距,测得数据通过数据线和通信接口输入到计算机内,由计算机完成数据处理。

2 零线检校系统的工作原理

2.1 空间坐标系的建立

以全站仪中心为原点O,以全站仪水平角为零的方向为 x轴,以铅垂方向为z轴,用右手法则确定y轴[5],建立空间坐标系,如图1所示。当全站仪对准坐标空间内一点M时,可以测量得到该点的水平角α、天顶角β和斜距D,通过解算可以得到M点的空间坐标值。

2.2 零线检查原理

对于传统的“远方瞄准点法”和“检查板法”,一种方法是使瞄准线和炮膛轴线同时瞄准1 000m处的不动点,另一种方法是使瞄准线和炮膛轴线分别瞄准40m处检查板上的两个十字线,这两种方法从原理上就只能使瞄准线和炮膛轴线概略平行。基于全站仪的这种新的零线检校方法将瞄准线和炮膛轴线分别直接引出,经检校后使两条引出线绝对平行,也就是使瞄准线和炮膛轴线绝对平行。

如图2所示,将身管调整到纵横水平,通过击针孔,炮口十字线中心b1瞄准前方1号瞄准板上的十字线中心a1;将周式瞄准镜转到30-00,上下左右移动2号瞄准板,使瞄准镜瞄准2号瞄准板上的十字线中心a2。此时1号瞄准板十字线中心a1和炮口十字线中心b1构成了炮膛轴线的引出线;2号瞄准板十字线中心a2和瞄准镜镜头中心b2构成瞄准线的引出线。用全站仪分别瞄准1号瞄准板十字线中心a1、炮口十字线中心b1、2号瞄准板十字线中心a2和瞄准镜镜头中心b2,将全站仪测得的各点的水平角、天顶角和斜距传给数据处理器,数据处理器利用已编好的程序分别计算出各点的空间坐标值,再分别计算出炮膛轴线和瞄准线的高低角和方向角,进行比较,给出瞄准线相对于炮膛轴线的角度偏差,最后根据角度偏差给出零线检查结果。

2.3 零线规正方法

根据数据处理器给出的瞄准线相对于炮膛轴线的高低角和方向角偏差,对瞄准线做出适当调整。对于高低偏差,如果为正,就说明瞄准线相对于炮膛轴线抬起了一个角度,那么就调整瞄准镜的俯仰转螺,使瞄准线按照偏差的大小向下转过一个角度,反之亦然;对于方向偏差,如果为正,就说明瞄准线相对于炮膛轴线向右错开一个角度,那么就调整瞄准镜的方向转螺,使瞄准线按照偏差的大小向左转过一个角度,反之亦然。之后再用全站仪进行测量,根据数据处理器的偏差再进行调整,直到瞄准线和炮膛轴线达到要求的平行度。这时瞄准镜方向分划应为30-00,俯仰分划应归0,否则进行转动瞄准镜分划环或重新刻线的规正。

3 零线检校的解算过程

3.1 空间点坐标的解算

根据图2,将M点向水平面xOy投影[6],根据各量的空间位置关系,可以计算得到空间任意点M的坐标值为:

3.2 瞄准线和炮膛轴线角度偏差的解算

3.2.1 高低角偏差的解算

如图3所示,假设用全站仪测得的a1、b1、a2和b24个点的水平角、天顶角和斜距参量分别为:a1(αa1,βa1,Da1)、b1(αb1,βb1,Db1)、a2(αa2,βa2,Da2)和b2(αb2,βb2,Db2)。由公式(1)得到a1点的空间点坐标为:

用同样的方法可以得到另外3点的空间坐标,分别记为b1(xb1,yb1,zb1)、a2(xa2,ya2,za2),b2(xb2,yb2,zb2)。

将a1b1和a2b2向水平面xOy投影,两线与水平面的夹角分别为:

式中:

瞄准线a2 b2相对于炮膛轴线a1 b1的高低角偏差θ为:

3.2.2 方向角偏差的解算

如图4所示,将a1b1和a2b2向水平面 xOy投影,两投影线与 x轴的夹角分别为φ1和φ2。

求解 φ1:

因为建立的坐标系是逆时针为正的,瞄准中顺时针为正,所以瞄准线相对炮膛轴线的方向角偏差φ为:

4 结 论

本文提出了一种使用全站仪对火炮零线检查规正的新方法,这种方法精度高,简单易操作[7-9]。该方法可以在火炮射击前使用,也可在工厂验收及部队技术检查时使用。并且只要将处理器的程序加以改变,还可以应用到对身管火炮零位、射角不一致、瞄准线错位和调炮精度等参数的检查规正中,可有效地解决以往对火炮瞄准装置进行检查规正时存在的误差大、操作繁琐等问题,而且利用数据处理器的接口还可完成和其他一些检测设备的综合。但由于条件限制,该方法还未在火炮瞄准装置的零线检查规正中具体试验,还需进一步实践验证。

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