雙聯(lián)裝火炮武器系統(tǒng)零位檢測(cè)和規(guī)正方法

楊 廣，李 卓，吉亞林

(1.江蘇自動(dòng)化研究所，江蘇 連云港 222061;2.91663部隊(duì)，山東 青島 266071)

交匯式雙聯(lián)裝火炮武器系統(tǒng)主要是指結(jié)構(gòu)形式類(lèi)似俄羅斯通古斯卡系統(tǒng)(車(chē)載)和卡什坦系統(tǒng)［1］(如圖1所示)(艦載)的火(艦)炮武器系統(tǒng)。其火炮裝置與跟蹤指向器共架安裝，火炮裝置聯(lián)裝兩座火炮單元，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省使用面積，可以消除艦艇甲板變形對(duì)系統(tǒng)精度的影響，提高系統(tǒng)性能和作戰(zhàn)效能。除此之外，為了提高毀傷概率，左、右炮管之間具有一個(gè)固定的夾角——交匯角，能使彈丸有效匯聚［2］，因而在主要攔截區(qū)段具有較高的密集度。

火炮武器系統(tǒng)零位的檢測(cè)和規(guī)正(簡(jiǎn)稱(chēng)“標(biāo)定”)用來(lái)檢查跟蹤傳感器和火炮零位，并進(jìn)行必要的調(diào)整，消除由于安裝或基座變形引起的機(jī)械安裝零位誤差。是武器系統(tǒng)試驗(yàn)和使用過(guò)程中一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性工作，這是火炮武器系統(tǒng)精確探測(cè)、跟蹤和打擊目標(biāo)的前提和基礎(chǔ)。武器系統(tǒng)零位檢測(cè)的常規(guī)方法主要是瞄星法。但是在交匯式雙聯(lián)裝火炮武器系統(tǒng)中，炮管指向與火炮中心軸線存在一個(gè)固定的夾角，如果采用傳統(tǒng)的瞄星法對(duì)雙聯(lián)裝火炮進(jìn)行零位檢測(cè)，在任一炮管上安裝瞄鏡，也只能獲得該炮管瞄準(zhǔn)星體時(shí)的方位角，而不是火炮的實(shí)際方位瞄準(zhǔn)角，也就不能使用所測(cè)得的偏差值規(guī)正火炮零位。因此本文提出一種適用于交匯式雙聯(lián)裝火炮武器系統(tǒng)的標(biāo)定方法。

圖1 卡什坦系統(tǒng)作戰(zhàn)模塊

1 瞄星法的基本原理

瞄星法是指用被選做基準(zhǔn)零位的設(shè)備和被檢設(shè)備上的光學(xué)設(shè)備同時(shí)瞄準(zhǔn)天上某一星體進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定的方法，如圖2所示。

由于星體十分遙遠(yuǎn)，D1和D2的長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于L，L可以忽略不計(jì)，圖2中的α角無(wú)限接近于0，那么同時(shí)瞄準(zhǔn)它的兩個(gè)設(shè)備的光軸可認(rèn)為是完全平行的，無(wú)需考慮各設(shè)備在系統(tǒng)中的相對(duì)位置及其基線修正等因素［3］。這樣可以用基準(zhǔn)零位設(shè)備的測(cè)量值作為真值來(lái)規(guī)正被檢測(cè)設(shè)備的零位偏差［4］。

圖2 瞄星示意圖

采用瞄星法檢測(cè)火炮零位需要在炮管上安裝瞄鏡，并使瞄鏡光軸與炮管中心線的方向保持一致。炮管指向反映了火炮的真實(shí)架位，瞄星時(shí)，炮管指向與真值設(shè)備的測(cè)量值的偏差就是火炮的零位偏差。

跟蹤傳感器、單管火炮甚至兩炮管平行安裝的雙聯(lián)裝火炮武器系統(tǒng)均可采用瞄星法進(jìn)行零位檢測(cè)。但是對(duì)于兩炮管指向存在交匯角的雙聯(lián)裝火炮，火炮的實(shí)際方位瞄準(zhǔn)角無(wú)法通過(guò)直接觀測(cè)的方式獲得，能夠直接觀測(cè)得到的只是安裝瞄鏡的炮管瞄準(zhǔn)星體時(shí)的方位角。如圖3所示，如果在零位檢測(cè)時(shí)瞄鏡安裝在左側(cè)炮管上，當(dāng)操作手已經(jīng)按照跟蹤傳感器跟蹤角度控制火炮中心軸線也指向該星體時(shí)，左側(cè)炮管實(shí)際上已向右偏離該星體，此時(shí)還得手動(dòng)向左調(diào)轉(zhuǎn)火炮使得左側(cè)炮管瞄準(zhǔn)星體。這個(gè)調(diào)轉(zhuǎn)角度可視作炮管方位角和火炮實(shí)際方位瞄準(zhǔn)角的差值，即是炮管交匯角在水平面的投影，由空間幾何原理可知，該投影角是一個(gè)隨著火炮高低指向動(dòng)態(tài)變化的變量。要火炮操作手根據(jù)這個(gè)角度變量手動(dòng)調(diào)轉(zhuǎn)火炮并使得炮管一直瞄準(zhǔn)星體幾乎是一個(gè)不可能完成的任務(wù)。所以，必須使用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算這個(gè)變化的角度量，實(shí)時(shí)地修正到控制火炮調(diào)轉(zhuǎn)的火炮瞄準(zhǔn)角中，自動(dòng)控制炮管瞄準(zhǔn)星體。

圖3 交匯式雙聯(lián)裝火炮方位角誤差示意圖

本文提出了一種采用零飛方式自動(dòng)控制火炮炮管瞄準(zhǔn)星體的武器系統(tǒng)零位標(biāo)定方法。

2 本文標(biāo)定方法思路

零飛檢查是一種將射彈飛行時(shí)間tf設(shè)置為“零”時(shí)的系統(tǒng)綜合性檢查，可檢查除提前量解算及外彈道誤差影響外的整個(gè)系統(tǒng)綜合精度，是火炮武器系統(tǒng)在沒(méi)有目標(biāo)真值的情況下，進(jìn)行武器系統(tǒng)精度檢查的一種常用試驗(yàn)方法。

在跟蹤傳感器穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)的前提下，控制火炮指向目標(biāo)，并在炮管上加裝零飛儀，此時(shí)目標(biāo)處于零飛儀光學(xué)傳感器的視場(chǎng)內(nèi)，目標(biāo)偏離零飛儀視場(chǎng)中心的角度差就是武器系統(tǒng)的零飛精度。

在武器系統(tǒng)的跟蹤傳感器和火炮的水平度滿足系統(tǒng)指標(biāo)要求的前提下，交匯式雙聯(lián)裝火炮武器系統(tǒng)可采用零飛方式進(jìn)行火炮零位標(biāo)定。該方法選擇星體作為跟蹤目標(biāo)進(jìn)行武器系統(tǒng)零飛檢查，火控計(jì)算機(jī)按照零飛方式實(shí)時(shí)計(jì)算火炮控制諸元，并在諸元數(shù)據(jù)中加入根據(jù)火炮交匯角和俯仰角修正的方位瞄準(zhǔn)角誤差，使得加裝零飛儀的炮管能夠?qū)?zhǔn)目標(biāo);在零飛儀上讀取到火炮瞄準(zhǔn)誤差作為諸元修正量，控制火炮逐漸準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)星體，直至零飛儀的火炮瞄準(zhǔn)誤差滿足要求;最后將總的諸元修正量作為火炮零位誤差用于零位規(guī)正，從而實(shí)現(xiàn)快速標(biāo)定。標(biāo)定的基本流程見(jiàn)圖4。

圖4 交匯式雙聯(lián)裝火炮武器系統(tǒng)的標(biāo)定流程圖

3 標(biāo)定實(shí)施步驟

某交匯式雙聯(lián)裝火炮武器系統(tǒng)主要配置有跟蹤傳感器(跟蹤雷達(dá)或光電跟蹤儀)、火控設(shè)備和雙聯(lián)裝火炮等設(shè)備?；鹂卦O(shè)備是武器系統(tǒng)的火力控制中心，負(fù)責(zé)操控跟蹤傳感器，接收其跟蹤數(shù)據(jù)，求取目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，解算射擊諸元，控制火炮瞄準(zhǔn)射擊。該武器系統(tǒng)按照下列步驟實(shí)施零位標(biāo)定。

1)步驟1:測(cè)量并調(diào)準(zhǔn)炮管交匯點(diǎn)

火炮的交匯點(diǎn)距離是按照系統(tǒng)統(tǒng)一要求在工廠設(shè)置好的，但在火炮的拆裝和運(yùn)輸過(guò)程中有可能會(huì)改變，其誤差將直接影響系統(tǒng)零位一致性的標(biāo)定，所以這里首先提供一種測(cè)量方法，以準(zhǔn)確獲取火炮的交匯點(diǎn)距離，并調(diào)整左右兩炮管的交匯角使得兩管的交匯角保持一致。具體措施如下:

①瞄靶板測(cè)量左右炮管的交匯角

制作靶板，立于火炮前方某一距離，利用火炮兩側(cè)旋回架基準(zhǔn)瞄準(zhǔn)線的平行性，通過(guò)C、D兩點(diǎn)處的瞄鏡在靶板上標(biāo)記出J、K兩點(diǎn);通過(guò)左右炮管的校靶鏡，瞄準(zhǔn)靶板并標(biāo)記測(cè)量點(diǎn)M和N;通過(guò)J、K、M、N之間的距離計(jì)算炮管實(shí)際交匯點(diǎn)。原理示意如圖5。

圖5 交匯角測(cè)量原理示意圖

②調(diào)整并驗(yàn)證左右炮管的交匯角

調(diào)整左右管炮管交匯角，使得交匯點(diǎn)在預(yù)設(shè)距離處，并基本保持兩炮管的交匯角一致。

2)步驟2:標(biāo)定跟蹤傳感器零位

采用常規(guī)瞄星法標(biāo)定跟蹤器傳感器的零位，使其與經(jīng)緯儀零位一致，確保跟蹤傳感器對(duì)星體的跟蹤精度。

3)步驟3:控制火炮瞄準(zhǔn)星體

在選定的炮管上架設(shè)零飛儀，裝定火炮交匯距離值，設(shè)置武器系統(tǒng)進(jìn)入零飛方式?？刂齐娨暩櫰鞑东@并跟蹤選定的星體，根據(jù)跟蹤器的目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)，武器系統(tǒng)按照零飛方式實(shí)時(shí)計(jì)算火炮控制諸元。此諸元數(shù)據(jù)中包含了根據(jù)火炮的交匯角和火炮俯仰角修正的方位瞄準(zhǔn)角，使得控制裝有零飛儀的炮管能夠瞄準(zhǔn)目標(biāo)。

根據(jù)空間幾何原理可知(如圖6)，火炮高低指向越高，火炮的交匯點(diǎn)距離在水平面的投影越靠近火炮旋回點(diǎn)，這樣，炮管的實(shí)際方位角與火炮的方位瞄準(zhǔn)角的差越大。零位檢測(cè)和規(guī)正過(guò)程中就要考慮增加這部分誤差的修正。

圖6 左右交匯炮管的空間關(guān)系圖

4)步驟4:諸元修正，控制火炮精確對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)

在零飛儀顯示器上讀取火炮瞄準(zhǔn)誤差數(shù)據(jù)，并在火控設(shè)備按照火炮瞄準(zhǔn)誤差數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)修正諸元參數(shù)，直到零飛儀上讀取的火炮瞄準(zhǔn)誤差數(shù)據(jù)滿足要求為止。

火控設(shè)備將總的諸元修正量作為火炮的零位偏差發(fā)送給火炮，實(shí)施火炮零位規(guī)正，完成武器系統(tǒng)標(biāo)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種新的標(biāo)定方法，實(shí)現(xiàn)了交匯式雙聯(lián)裝火炮進(jìn)行武器系統(tǒng)零位檢測(cè)和規(guī)正，跟蹤器和火炮的瞄星過(guò)程只需在火控設(shè)備上操控完成，與常規(guī)瞄星法相比，標(biāo)定效率高，可顯著加快標(biāo)定進(jìn)度，節(jié)約人力，適用于艦載、車(chē)載交匯式雙聯(lián)裝火炮武器系統(tǒng)。

［1］介龍濤.國(guó)外艦炮系統(tǒng)發(fā)展綜述［J］.國(guó)防技術(shù)基礎(chǔ)，2002.

［2］孫世巖，邱志明.雙聯(lián)裝艦炮自動(dòng)機(jī)軸線夾角設(shè)計(jì)與火控修正［J］.彈道學(xué)報(bào)，2010，22(2):86-89.

［3］顧穎閩，鄭劍波，王嘉蘇.互瞄法在艦載武器系統(tǒng)電氣零位標(biāo)定中的應(yīng)用［J］.指揮控制與仿真，2010，32(3):104-107.

［4］胡志強(qiáng)，許秉信.艦炮武器系統(tǒng)零位檢測(cè)與規(guī)正方法［J］.火力與指揮控制，2007，32(4):81-84.