基于全站仪的火箭炮操瞄精度检测装置研发*

涂家海,方安国,张金萍,张建新,潘喜利

(1 襄阳职业技术学院汽车工程学院,湖北襄阳 441051;2 湖北江山重工有限责任公司,湖北襄阳 441057)



基于全站仪的火箭炮操瞄精度检测装置研发*

涂家海1,方安国2,张金萍2,张建新2,潘喜利1

(1 襄阳职业技术学院汽车工程学院,湖北襄阳 441051;2 湖北江山重工有限责任公司,湖北襄阳 441057)

为了在火箭炮装调中快捷测量操瞄精度、管间平行度等特性,设计了一种基于全站仪的火箭炮自动操瞄精度检测装置。利用全站仪测量原理建立了火箭炮精度测量的空间解算模型,在预先标定火箭炮管上两十字贴标记点的前提下,给出了精度检测、管间平行度检测方法及流程,并设计了相应的软件。试用结果表明,装置检测精度控制在1mil内,操作快捷,提高了检测速度。此设计为火箭炮操瞄精度检测提供了一种简明实用的解决方案,满足了精度快速检测的要求。

电子信息技术;精度检测装置;全站仪;火箭炮

0 引言

火箭炮操瞄精度检测与补偿是火箭炮装调重要过程,主要检测对象为火箭炮高低角及方位角[1-2]。检测数据作为火箭炮自动操瞄精度补偿的重要依据。长期以来,总装校验依靠瞄准系统、瞄准具和光学象限仪等设备来检测,后期数据处理需人工干预,检测周期长,操作繁琐,测量精度受人工操作影响较大。全站仪作为一种集光测距、电子测角和微计算机功能于一体的测量仪器,可实现数据自动记录、传输、检查、计算处理[3]。为此,设计了一种基于全站仪的火箭炮自动操瞄精度检测装置,用于实测火箭炮操瞄特性[4],包括火箭炮零线、管间平行度及调炮精度,为快捷获取火箭炮的各种操瞄参数,为火箭炮操瞄精度补偿提供了一种简明实用的解决方案。

1 系统组成

检测系统硬件构成是以智能型全站仪为核心传感器,主要包括全站仪、计算机、通信设备及电源设备组成。全站仪由光电测距仪,电子经纬仪和微型计算机组成,可以自动测距、测角(水平角、天顶角),自动记录和计算,而且精度高,速度快[5-6]。全站仪测量指定点的水平角、天顶角及距离,通过串口通信输入到计算机,由计算机完成高低角、方位角、零线、管间平行度及调炮精度计算与数据处理。系统软件由瞄准零线检测模块、管间平行度检测模块、调炮精度检测模块等模块组成。

2 基于全站仪精度检测原理及方法

检测原理是利用全站仪测量火箭炮管两十字贴中心标记点坐标值,通过二点空间坐标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为实际调转角度,实际调转角度与预期值之差即为火箭炮操瞄精度。

图1 方位角及高低角示意图

如图1所示,首先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,建立空间坐标系[7],G点、E点分别是火箭炮管的两十字贴中心标记点,其连线GE与火箭炮膛轴线平行,G、E点空间点坐标分别记为G(xG,yG,zG),E(xE,yE,zE)。接着全站仪可测量G点的水平角αG,天顶角βG和斜距DG,可得到G点的坐标为:

(1)

按同样方法测量求得E点坐标值。

如图1所示,G′E′是GE线段在xoy平面的投影线,GE与其投影G′E′夹角β即高低角,G′E′与x轴夹角θ是方位角,其值分别由公式(2)、公式(3)求算。

(2)

(3)

火箭炮精度检测方法,首先在火箭炮行程范围设置m目标点,对每个目标点n次重复调炮检测,对测试数据计算,得出火箭炮在各目标点的偏差及精度。第i目标点的方位角均方差及高低角均方差分别可由公式(4)及公式(5)求算。

(4)

(5)

式中:θj为对i目标点第j次调炮方位角测量值;θ为i目标点方位角;βj为对i目标点第j次调炮高低角测量值;β为i目标点高低角;n为该组调炮检测次数(n一般为7)。

3 软件设计

软件部分包括瞄准零线检测模块、管间平行度检测模块、调炮精度检测模块等模块。

瞄准零线检测是炮身纵横水平、瞄准具各分划归零的前提下,瞄准线与基准管膛轴线相互平行检测。通过对基准管轴线、瞄镜轴线分别二点采样测量,计算出管轴线与瞄镜轴线的高低角偏差及方位角偏差,根据计算结果进行零线规正。

管间平行度检测是火箭炮基准管与其它管平行度的检测。通过对基准管轴线、其它管轴线分别二点采样测量,计算出基准管与其它管轴线的高低角偏差及方位角偏差。

调炮精度检测是将火箭炮行程范围内设m个目标位置点,分别对m个目标位置点进行n次操瞄检测,计算出各目标位置点平均位置偏差及均方差,各目标位置点最大均方差可视为火箭炮操瞄精度。程序流程见图2所示。

图2 调炮精度检测流程图

4 应用案例

为了验证装置的正确性与有效性,在总装测试期间,利用该装置对某火箭炮进行精度及管间平行度测试,并与传统测量方式进行了比较。试量结果如表1所示,基于全站仪瞄准检测装置和传统测量方式对调炮精度测量时,由于人为操作误差和仪器本身误差,两者测量结果存在一定的误差,但在合理误差范围值之内。

表1 测量调炮精度(891,490)数据(单位:mil)

5 结束语

文中针对火箭炮装调精度快捷检测的需要,以火箭炮自动操瞄方位角、高低角为研究对象,设计开发基于全站仪的火箭炮瞄准检测装置,用于测量火箭炮操瞄特性,主要包括零线检测、火箭炮管间平行度检测及火箭炮调炮精度检测。该检测装置具有安装简便、检测快捷、数据结果准确等优点,为火箭炮精度检测与补偿提供一种简明实用的解决方案。

[1] 陈福红, 马大为, 胡智琦, 等. 火箭炮自动操瞄系统动态滑模控制 [J]. 弹箭与制导学报, 2014, 34(2): 154-157.

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[3] 王勃慧. 全站仪及测距全站仪使用方法浅谈 [J]. 西部探矿工程, 2008(3): 130-133.

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[6] 邢立新, 沈中卿. 某型火箭炮数据采集设备的设计与实现 [J]. 兵工自动化, 2014，33(8): 69-71.

[7] 张光, 任国全, 张英堂, 等. 基于全站仪的身管火箭炮零线检校方法研究 [J]. 火炮发射与控制学报, 2010，31(3): 76-79.

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

湖北省科技支撑计划项目(2014BAA047)资助

涂家海(1968-),男,湖北仙桃人,副教授，硕士，研究方向：测量及自动控制。

TJ393

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