坦克炮口弯曲变形量自动测量装置

作者/袁威，西南计算机有限责任公司

坦克炮口弯曲变形量自动测量装置

作者/袁威，西南计算机有限责任公司

鉴于传统坦克炮口弯曲量测量效率低、精度差，而且不具备实时性的缺点，提出一种基于PSD（位置灵敏探测器）的坦克炮口弯曲量自动测量装置。该装置通过与安装在炮口端的反射镜配合，对炮口的弯曲变形量进行检测。然后通过对PSD光敏面上的光点位置变化，输出相应的模拟量，再经过信号放大、整形、采集、滤波等数字化处理后，实时输出炮口弯曲修正量，发送给火控计算机进行弹道修正。经过该装置提供的炮口弯曲量的实时修正，可有效提高坦克的射击命中率。

坦克火炮；弯曲变形量；位置灵敏探测器；自动测量装置

引言

在现代战争中，坦克是陆地作战的重型武器，也是作战的主要武器之一，它的火力性能主要体现在作战威力和射击精度两个方面，尤其是射击精度，更是坦克武器系统考核的一项主要指标，火控系统更是将其作为研究的重点。

在实际的作战和训练中，由于坦克发射炮弹过程中，炮口会摩擦发热，所以总是不可避免的存在着发热弯曲变形，而这会影响炮弹的出射角，正所谓“差之毫厘，谬之千里”，所以对坦克炮口弯曲变形的精确测量是确保坦克射击精度的关键因素。

而传统的坦克炮口弯曲量是通过安装前置反射镜在车外人工进行测量，然后在车内人工装订修正量，这样不仅仅是效率低、精度差，而且不具备实时性，已经完全不能适应现代战争的需要了。因此，实时、有效的修正坦克炮口弯曲变形量才能有效保证坦克的射击精度，同时也才能最大限度的发挥坦克的作战威力[1,2]。过合理设置分流层和收集电流的电极,然后根据各电极上收集到的电流信号的比例来最后确定入射光的位置。

与其他CCD 和 CMOS等器件相比较而言，具有多种不可比拟的优势，因此，在各种测量领域其都将有很好的应用前景[3]。

自动测量装置是一种利用PSD的工作特性，通过与安装在坦克炮口端的反光镜配合，对坦克炮口射击时的弯曲变形量进行检测的一种测量装置。当炮口发生弯曲变形时，反光镜也会随之发生偏转。此时，激光光源发出的光束入射到反射镜，经过反射镜的反射后，光束到达PSD的光敏面上，此时，PSD就会输出一个相对于“零位”的位置偏移量，炮口弯曲量越大，光点离“零位”的相对位置越远。PSD对光点位置变化会输出相应的模拟量，再经过对模拟信号的放大、整形、采集、滤波等数字化处理后，最终转换为炮口弯曲变形校正所需的校正量，实时发送给火控计算机进行弹道修正，有效提高坦克在炮口弯曲变形时的命中率[4]。

图1 炮口弯曲变形量自动测量装置原理框图

鉴于这种情况，本文设计了一种基于PSD（位置灵敏探测器）的坦克炮口弯曲变形量的自动测量装置，可实现坦克炮口弯曲变形量的车内自动、实时测量和修正，进而可以实现坦克车内自动、实时修正炮口弯曲变形量，提升坦克火炮的校炮效率和射击精度。

1.设计原理

PSD是一种独特的半导体光电器件，和普通光电二极管相比较而言，它的PN结结构、工作状态、光电转换原理等相类似，但它的工作原理却与普通光电二极管完全不同，它不仅仅是光电转换器，更重要的是它对光电流的分配,通

图2 炮口弯曲变形量自动测量装置光学原理示意图

图1为坦克炮口弯曲变形量自动测量装置的原理框图。自动测量装置只要由激光光源、炮口发射镜、PSD、位置偏移量处理器、以及火控计算机等部分组成。

图2为坦克炮口弯曲变形量自动测量装置的光学原理示意图[5,6]。

由图2中可以看出，当火炮炮口在初始阶段时，炮口没有发生变形，没有弯曲量，此时，由激光光源发射的光束经过反射镜反射后返回至PSD光敏面，形成一个光斑，此时可以测量到该位置值，将该位置a设为“理论零值”。当坦克炮口在发射炮弹过程中，由于多种原因会造成坦克炮口发生弯曲，此时再由激光光源发射的光束经过反射镜反射后返回至PSD光敏面时，形成的光斑就会偏离原先没有弯曲量时的“理论零值”，将该位置值设为b。而a与b点之间的距离就是光斑的位移距离s，s 与反射镜角位移，也就是炮口弯曲量的关系式如（1）所示：

式中：θ—炮口偏移量；s—光点在 PSD 上的位移；f —接收系统物镜的焦距。可以看出，通过测量光点在PSD上的位置偏移量，能够有效地测量到坦克炮口的弯曲变形量，并最终通过火控计算机实时修正射击角度，提升火炮的校炮效率和射击精度。

2.实际操作及注意事项

在实际操作过程中，初始对准的时候，通过安放、调节炮口弯曲变形量自动测量装置，使激光光束入射到反射镜，并使光点尽量处于反射镜的几何中心位置，然后调节反光镜，使得经过反光镜反射后的光点落在二维PSD位置灵敏探测器光敏面的中心点位置附近，形成炮口位置在PSD位置灵敏探测器上的“理论零值”。

若炮口在使用过程中发生了弯曲量，则激光光点经过反射镜反射后在PSD位置灵敏探测器光敏面上就会出现远离“理论零值”的相对位置。此时，通过炮口弯曲变形量自动测量装置的信号转换后，就可以将炮口弯曲变形校正所需的校正量，实时、有效的提供给火控计算机，最终达到提高坦克射击精度的良好效果。

在方案的实施过程中，需要合理的选择激光光源、合理的应用PSD光电探测器，以及有效的标定激光能量的集中性和信噪的匹配问题，做到系统的最优化。同时，考虑系统的密封性能以及对恶劣天气条件的适应性应用。

3.结语

本文设计了一种基于PSD（位置灵敏探测器）的坦克炮口弯曲变形量的自动测量装置，可实现坦克炮口弯曲变形量的车内自动、实时测量和修正，进而可以实现坦克车内自动、实时修正炮口弯曲变形量，提升坦克火炮的校炮效率和射击精度。同时，该自动测量装置可以在其他多种口径的火炮中推广应用，具有非常广阔的应用前景。

＊ [1]樊成军.身管弯曲对火炮射击精度影响分析[D].南京:南京理工大学.2002.

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＊ [3]于丽霞，王福明.一维PSD 器件及其在测量中的应用[J].现代电子技术，2007(7)：143-144.

＊ [4]陈冉,王长江,刘广华.一种基于PSD的光电自动校炮装置[J]应用光学，2014，35(6)：971-975.

＊ [5]刘荣艳.嵌入式炮口抖动测量系统研究[J].应信息通信，2015(10)：18-19.

＊ [6]张冬,王振宏.PSD光电自准直仪工作原理及误差分析[J].学术交流,2014,12:46-47.

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＊ [8]孙强,冯婕,安静等,基于 PSD 的机载光电稳瞄系统稳定精度的测量方法[J].电子测试,2016(14):49-50.

＊ [9]刘斌，陆永华,杨超. 基于PSD 的激光跟踪测量控制系统研究[J].机电工程,2015,32(8):1033-1037,1055.

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