双经纬仪复瞄精度检测方法研究

王咸锋 朱毅杰 曾 刊 赖文娟

（1、中国兵器装备集团第五八研究所，四川 绵阳621000 2、浙江工程设计有限公司，浙江 杭州310000）

随着武器装备自动化、信息化程度日益提高，火炮首发命中以及连续打击能力的提高，对火炮的操瞄精度要求增高，调炮精度、复瞄精度成为其关键性指标。目前对火炮调炮精度的测量方法有单经纬仪测量系统、双经纬仪测量系统、全站仪测量系统等。复瞄精度的测量沿用的调炮精度的测量方法，但复瞄精度在实际的测量过程中，测量方法有所不同，其间存在较大的系统误差以及随机误差。为降低误差影响，在双经纬仪调炮精度测量法的基础上，研究分析了各主要的误差来源，提出了复瞄精度测量方法，降低了误差，提高了测量准确度。

1 双经纬仪检测系统

1.1 系统组成

双经纬仪调炮精度测量系统由两台经纬仪（或全站仪）、便携式PC 机、测量软件、调试线缆等组成。

1.2 工作原理

双经纬仪检测系统利用经纬仪测角功能对身管轴线进行角度测量，通过测得的角度求得身管轴线的方向角和高低角。虽然两经纬仪架设时不能保证其回转中心点在同一水平面上，但根据经纬仪测量原理可知其测得的方位角不受此影响，高低角需要避免交叉使用。为描述简洁方便，假定两经纬仪回转中心在同一水平面上。

如图1 所示：

图1 双经纬仪检测系统原理图

O1、O2为两台经纬仪的三轴中心，以点O1和点O2连线为X轴，过O1点的铅锤方向为Z 轴，右手法则确定Y 轴建立如图所示坐标系。P1和P2是身管上的两观测点，其连线与身管轴线平行。点P1'、P2'是点P1、P2在XY 平面上的投影。点P1'是点P2在直线P1P1'上的垂足，直线P1'P2'与X 轴交与点Q，则方位角为θ 为∠O1QP1'，俯仰角为φ 为∠P1P2P1'。

O1点观测到P1点的方位角和俯仰角为α1、β1，O2点观测到P1点的方位角和俯仰角为α2、β2，O1点观测到P2点的方位角和俯仰角为α3、β3，O2点观测到P1点的方位角和俯仰角为α4、β4。根据空间几何关系，可推导出方位角θ 和俯仰角φ：

1.3 测量步骤

调炮精度的测量是将经纬仪架在合理的位置，然后测量身管运动到不同目标位置时的准确度。复瞄精度的测量与调炮精度不同，复瞄精度是指火炮在射击后自动修正射向的精度指标，是测量身管在击发前后的偏移量。在复瞄精度的测量过程中，经纬仪布站距离一般为6～10 米，由于两次测量之间火炮需要发射一枚炮弹，为保证测量设备不受冲击波影响，常将测量设备搬离至安全区域，击发完毕后再重新架设经纬仪。工程试验中常采取固定点经纬仪架设法，固定经纬仪支架与地面接触的三个点，或全站仪中心点等，使两次架设经纬仪的三轴中心连线保持一致。

其通常的测试步骤为：

（1）选取观测点，架设经纬仪，调平对瞄；

（2）火炮运动至目标位置，启动自动复瞄功能；

（3）经纬仪测量火炮方位角和高低角；

（4）测量完毕后撤走经纬仪，火炮击发并自动复瞄；

（5）经纬仪架设回原位置，调平对瞄后，进行第二次测量；

（6）重复4-5 步骤直至完成一组测试。

2 双经纬仪复瞄精度测量误差研究

在双经纬仪调炮精度测量过程中，存在经纬仪自身测角误差、经纬仪调平对心误差、操作者观瞄误差及布站方式误差等方面。双经纬仪复瞄精度测量过程中，除了上述误差外，还存在经纬仪架设误差，测绘点选取误差等。其中已有大量学者对前四种误差进行了分析，并提出了较好的优化方案，本文着重对后两种误差进行分析。

2.1 经纬仪架设误差分析

在实际的操作过程中，因场地条件、试验设备、操作人员等因素，导致经纬仪架设误差过大。全站仪可利用观测地面坐标点的方法，使回转中心保持一致，减小架设误差，也可采用定点标杆法测量经纬仪架设误差δ1。

选取两定观测点Q1、Q2，射击前经纬仪三轴中心为Q1、Q2，利用双经纬仪调炮精度测量法可测得经纬仪三轴中心连线、Q1、Q2与定点Q1、Q2连线的夹角θ1。设备撤走执行射击任务后，经纬仪重新架设，三轴中心点偏离至O1'、O2'，此时测得Q1'、O2' 连线与定点Q1、Q2连线的夹角θ2，如图2 所示。则可计算出经纬仪架设误差δ1=Δθ=θ2-θ1

图2 经纬仪架设误差测量原理图

2.2 测绘点选取误差

在调炮精度、复瞄精度实际测量中，由于无法直接测量身管中心轴线，通常是在身管表面选取观测点P1、P2，使得P1、P2连线与身管中心轴线平行。此时P1、P2连线可近似代替身管中心轴线。实际测量中，由于条件限制，观测点P1、P2处身管半径、R1、R2不相等。火炮射击后，火炮姿态若发生变化，横倾姿态角为γ，观测点P1、P2移动至P1、P2'，如图3 所示。此时引入方位角误差δ2、高低角误差δ3对测量结果进行修正：

图3 测绘点选取误差测量原理图

3 软件实现

此软件是在Windows 系统下，基于VC 的MFC 对话框类的Win32 可执行程序，在调炮精度检测功能基础上，增加复瞄精度检测的误差补偿功能。实现了数据采集与记录、误差补偿、结论计算等。

其界面如图4 所示。

图4

4 试验验证

使用该双经纬仪复瞄精度检测系统对某车载火炮复瞄精度进行了多次测试，其检测结果如表1。

表1 复瞄精度测试结果表

5 结论

该检测系统根据工程实际需要，在调炮精度检测的基础上进行了改进，能够胜任复瞄精度检测任务，并成功应用于某型号项目的研制和生产过程。其检测数据的自动采集提高了工作效率，对误差的优化补偿克服了试验条件、测试环节的不利影响，提高了检测精度。