双经纬仪测试火炮方位角误差重复性分析

周培雯，申 健，李 玲

(成都晋林机械有限责任公司技术中心，成都 611930)

自动调炮精度是检测某产品火控系统的重要标准及战技指标，直接影响到其射击精度，也是评估该火炮火控系统性能的必测项目。调炮精度的测量过程实际上是测量身管指向变化量的过程。在测量过程中，双经纬仪因其适应性强、可靠性高，成本较低等特点，得到了广泛应用。

在用双经纬仪对该产品进行自动调炮精度检测过程中，发现在同等条件下连续测量的2组数据(见表1)方位均方差出入较大。分析2组在相同表尺、方位的数据，发现同1方位角度的数据重复性差，表尺误差重复性相差0.49 mil，方位误差重复性相差0.72 mil，使得测量结果可信度不高。

表1 在同等条件下连续测量的2组数据 单位：mil

1 引起调炮精度重复性误差的分析

任意抽取1门未交验合格的该产品进行调炮精度测试，从经纬仪精度误差、火控系统自身误差、经纬仪布站位置等几个方面进行分析，希望能找出导致精度误差重复性差的主要因素。

1.1 人为测量误差

在测量过程中，由于测试人员的视觉误差各不相同，故在对同一被测目标的测量过程中会产生一定的观测角误差，这是影响误差重复性的原因之一。对调炮精度重复测量20次取平均值，其综合观测角误差为 2.7″，即 0.01 mil。

1.2 经纬仪精度误差

为判断经纬仪对误差重复性的影响，现用精度为1″的全站仪替代经纬仪对被测对象进行重复性检测，通过报数据、手动录入的方式进行操作，检测得到的数据见表2，方位误差重复性为0.61 mil，与之前用经纬仪测得的0.72 mil进行比较，可以看出2组数据相差不大。所以经纬仪精度误差对误差重复性的影响较小。

1.3 火控系统自身误差

由于该型产品采用火控系统进行控制、操作，存在一定误差，为了消除其对检测精度的影响，将测试对象调到(1000，0)，关闭总电源，对火炮进行重复性检测。经检测，方位误差重复性为0.71 mil(见表3)，与之前用经纬仪测得的0.72 mil进行比较，可知仅相差 0.01 mil。

1.4 两标识点之间的距离

根据双经纬仪交会测量的空间模型，两标识点之间的距离越大，所得数据越准确。将炮口上的十字线标识点移至炮口制退器，炮尾上的十字线标识点向后移100 mm，使2点间的距离加长，其中两经纬仪之间距离为4.2 m，距炮膛中心线7.6 m。经检测方位误差重复性为0.52 mil(见表4)，可以看出加长两标识点之间距离对减小表尺、方位误差有一定改善。

表2 全站仪测试数据(表尺1000 mil方位0 mil)

表3 火控系统自身误差测试数据(表尺1000 mil方位0 mil)

表4 增大两标识点距离后的测试数据(表尺1000 mil方位0 mil)

1.5 经纬仪布站位置

由于样本在表尺为1000 mil时，两标识点在空间上的投影为其长度的1/2，其空间坐标见图1。

图1 空间坐标

已知被测2点间距离d为2 m，通过式(1)对调炮数据进行分析、调整双经纬仪的位置，得出最佳布站点见图2，其在(1000，0)重复性测试数据见表5，得出重复性误差为0.16 mil＜0.2 mil。

其中:xp1、xp2、yp1、yp2、zp1、zp2分别为 P1、P2 点的空间坐标。

由于该型产品方向射角范围为±500mil，当样本转到极限角度时，经纬仪无法进行测量，故对其测量位置进行细微调整，得到最终布站位置见图3，其位置如下所示。调整位置后测得的数据见表6。

图2 最佳布站位置

图3 最终布站位置

表5 最佳布站位置测试数据(表尺1000 mil方位0 mil)

通过上述分析可以看出:人为测量误差、经纬仪精度误差、火控系统自身误差对方位误差重复性影响较小;两标识点之间距离对减小表尺、方位误差有一定改善;经纬仪布站位置成为影响方位误差重复性的最主要因素。人为测量误差、经纬仪精度误差、火控系统自身误差、两标识点之间距离和调整经纬仪布站位置后的总重复性误差不大于0.3 mil。

2 试验验证

表6 调整位置后测试数据(1000，500)(1000，0)(1000，-500)

随机抽取3门样本进行重复性及自动调炮精度检测试验，经纬仪布置在图3所示的位置，而且每个样本在相同方位、表尺的情况下测试3次，其测量数据见表7～表9。分析表中数据可以看出:表尺误差、方位误差重复性均小于0.2 mil，自动调炮精度误差变化表尺为 0.05 mil、方位为 0.01 mil，最大调炮精度误差小于1 mil，满足精度要求，消除了因为重复性误差大引起的自动调炮精度不稳定的现象，因此该布站点满足测量要求，其测试数据真实可信。

表9 样本3单位：mil

3 结束语

在自动调炮精度检测过程中，仪器的摆放位置是影响精度重复性的重要因素。经纬仪交会法测量自行火炮调炮精度的测量误差由经纬仪观测角的测量误差引起，采用经纬仪最佳布站方式可以提高测量精度，通过经纬仪合理布站，可将重复性误差控制在0.3 mil以内，有效消除因为重复性误差大引起的自动调炮精度不稳定的现象，此时测量出的调炮数据才真实可信。需要注意的是，不同产品根据其结构特点，都会在最佳布站位置基础上，根据实际情况作适当位置调整，以满足测试需求。

［1］孙泽林，王昭，翟唤春.双经纬仪交会测量火炮调炮精度的误差分析与抑制［J］.光学精密工程，2011，19(10)：2434-2441.

［2］曾刊，赖文娟.双经纬仪调炮精度检测系统［J］.兵工自动化，2011，30(7)：73-75.

［3］李凯，袁峰，丁振良，仇振林.基于神经网络逼近的双经纬仪视觉测量误差补偿研究［C］//中国自动化学会控制理论专业委员会A卷，2011.