一種新型校靶模式的研究

李 皊，余 松，王彥曉，薛秀麗

(航空工業(yè)洪都,江西南昌 330024)

0 引言

校靶是為保證飛機(jī)武器系統(tǒng)射擊、投放的準(zhǔn)確性，對(duì)機(jī)載武器與火力控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)關(guān)系或安裝正確性的檢驗(yàn)、調(diào)整，目的是為了消除軍械設(shè)備在制造、安裝和使用中產(chǎn)生的誤差，確保武器與雷達(dá)、航炮等目標(biāo)瞄準(zhǔn)設(shè)備處于良好的配合狀態(tài)，以提高武器的射擊命中率。

通常軍械系統(tǒng)的瞄準(zhǔn)線與飛機(jī)水平基準(zhǔn)線保持平行。機(jī)載雷達(dá)、航炮等設(shè)備的瞄準(zhǔn)武器的武器軸線在使用過程中需要與軍械系統(tǒng)的瞄準(zhǔn)線保持規(guī)定的角度關(guān)系。利用機(jī)外測(cè)試設(shè)備保證武器軸線與飛機(jī)的水平基準(zhǔn)線有規(guī)定空間位置關(guān)系的過程就是校靶。校靶的目的是為了消除軍械設(shè)備在制造、安裝和使用中產(chǎn)生的誤差，確保武器與雷達(dá)、航炮等目標(biāo)瞄準(zhǔn)設(shè)備處于良好的配合狀態(tài)，以提高武器的射擊命中率。

本文根據(jù)軍用飛機(jī)校靶的需求，克服傳統(tǒng)校靶弊端，提出光電瞄準(zhǔn)校靶方法，相對(duì)傳統(tǒng)校靶模式而言，該方法縮短了校靶距離，簡(jiǎn)化了校靶過程，并對(duì)所得圖像進(jìn)行數(shù)字化處理，增加校靶的自動(dòng)化程度，克服了傳統(tǒng)主觀測(cè)量存在的判讀誤差。

1 傳統(tǒng)校靶模式

校靶分為熱校靶和冷校靶。熱校靶是用實(shí)彈射擊方式檢驗(yàn)飛機(jī)射擊武器與瞄準(zhǔn)裝置協(xié)調(diào)關(guān)系的一種方法。熱校靶需要在晝間和較好氣象條件下，在專門的飛機(jī)校靶場(chǎng)地進(jìn)行。冷校靶，是用專用設(shè)備調(diào)整飛機(jī)射擊武器與瞄準(zhǔn)裝置關(guān)系位置。目前通過校靶鏡使武器軸線對(duì)準(zhǔn)靶板的標(biāo)校點(diǎn)來達(dá)到校靶目的。

具體的冷校靶方法如下：

1）飛機(jī)進(jìn)入校靶場(chǎng)地，利用水平儀按飛機(jī)水平測(cè)量圖的要求將飛機(jī)調(diào)平。

2）將冷校靶板放置在離飛機(jī)航炮口一段距離處，冷校靶板的對(duì)稱軸線相對(duì)在飛機(jī)的對(duì)稱軸線上，冷校靶板平穩(wěn)固定。首先調(diào)節(jié)冷校靶板使靶板的水平基準(zhǔn)線與飛機(jī)的水平基準(zhǔn)線重合，再調(diào)節(jié)靶板的對(duì)稱軸線與飛機(jī)的對(duì)稱軸線重合，最后調(diào)節(jié)靶板與地面垂直。

3）依據(jù)飛機(jī)校靶規(guī)范要求調(diào)整武器的安裝軸線使校靶鏡上的十字標(biāo)線中心對(duì)準(zhǔn)靶板上校靶點(diǎn)。

冷校靶方法通過校靶鏡直接進(jìn)行主觀測(cè)量，傳統(tǒng)且成熟，可晝夜在開闊的場(chǎng)地進(jìn)行，校靶過程比實(shí)彈校靶的簡(jiǎn)便易行，能滿足航炮校靶的一般精度要求。因此，冷校靶方法被廣泛采用。但該方法也存在明顯的不足，除了需要專門的開闊的校靶場(chǎng)地外，使用對(duì)象和范圍還受到限制，例如對(duì)于艦載機(jī)的校靶就非常困難，且校靶精度有限，另外，傳統(tǒng)校靶需要調(diào)整飛機(jī)姿態(tài)及靶板的相對(duì)位置，整個(gè)步驟繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為此，提出一套新型校靶方法并研制新型校靶設(shè)備是適應(yīng)當(dāng)前航空高速發(fā)展的需要。

2 新型校靶模式的研究

光電校靶系統(tǒng)有三方面組成：電子校靶板，激光發(fā)射器和視頻顯示鏡。由于不同型號(hào)飛機(jī)設(shè)計(jì)瞄準(zhǔn)具的安裝支架結(jié)構(gòu)不同，故光電瞄準(zhǔn)具的設(shè)計(jì)有所不同，但是原理和操作步驟是一致的，可以選取貨架產(chǎn)品，對(duì)于計(jì)算機(jī)處理顯示系統(tǒng)的硬件部分選用貨架產(chǎn)品，軟件系統(tǒng)根據(jù)光電校靶的原理編寫程序，可以借用目前常用的捷聯(lián)算法。

2.1 電子靶板的安裝與校準(zhǔn)

以電子校靶激光發(fā)射點(diǎn)為基準(zhǔn)原點(diǎn)O,X軸與飛機(jī)的水平基準(zhǔn)線平行，建立電子靶板基準(zhǔn)坐標(biāo)如圖1所示，并建立電子靶板的靶面為基準(zhǔn)面。電子靶板的激光發(fā)射器發(fā)出的激光線A在基準(zhǔn)面ZOX上，與X軸成α角度，并在基準(zhǔn)面YOX上的投影與飛機(jī)對(duì)稱軸線在基準(zhǔn)面YOX重合，故理論上激光線A將與飛機(jī)蒙皮相交形成標(biāo)記點(diǎn)Q。根據(jù)飛機(jī)框、肋、口蓋或緊固連接件的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電子靶板的安裝支架，實(shí)際上由于電子靶板安裝后位置有偏差，激光線A與飛機(jī)蒙皮相交點(diǎn)P與標(biāo)識(shí)點(diǎn)Q不重合（見圖2），通過調(diào)整電子靶板安裝支架微調(diào)機(jī)構(gòu)使得P點(diǎn)與標(biāo)記點(diǎn)Q重合，而后鎖緊微調(diào)機(jī)構(gòu)，即完成了電子靶板的安裝與調(diào)校。

2.2 機(jī)載射擊武器安裝支架調(diào)整方式的選取

校靶的目的就是標(biāo)校機(jī)載射擊武器安裝支架的安裝是否達(dá)到預(yù)定設(shè)計(jì)的位置，從而保證機(jī)載射擊武器安裝在支架后實(shí)際射擊軸線與理論軸線相重合。安裝支架的調(diào)整可以通過自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式。兩種方式調(diào)節(jié)的原理一致（見圖3和圖4），但是所需研制的設(shè)備、工具將有所不同。針對(duì)機(jī)載射擊武器安裝支架自動(dòng)調(diào)整方法而言，需要在飛機(jī)與機(jī)載設(shè)計(jì)武器安裝支架位置處安裝伺服機(jī)構(gòu)，支架的設(shè)計(jì)可以借用球桿儀或球桿儀組件的理論與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。此種方法涉及飛機(jī)安裝支架及機(jī)載射擊武器安裝支架的結(jié)構(gòu)更改，且更改后的支架安裝在飛機(jī)上涉及到重量、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、航電、軍械等相關(guān)專業(yè)的協(xié)調(diào)，此方法更改變動(dòng)工作量較大，可以考慮在新研機(jī)型上試用，對(duì)于目前型號(hào)的飛機(jī)考慮手動(dòng)調(diào)節(jié)安裝支架。

2.3 激光發(fā)射器的安裝與標(biāo)校

目前飛機(jī)配備的瞄準(zhǔn)具與傳統(tǒng)冷校靶板相匹配使用，即利用瞄準(zhǔn)具通過光標(biāo)十字進(jìn)行校靶工作。瞄準(zhǔn)具一般安裝在機(jī)載射擊武器上，當(dāng)機(jī)載武器位置變化時(shí)，瞄準(zhǔn)具隨機(jī)載武器一起相對(duì)飛機(jī)的位置發(fā)生變化，但瞄準(zhǔn)具相對(duì)機(jī)載射擊武器的位置不變。故瞄準(zhǔn)具安裝在機(jī)載射擊武器上時(shí)，需要標(biāo)校瞄準(zhǔn)具安裝位置是否到位。當(dāng)瞄準(zhǔn)具安裝到位后，觀看瞄準(zhǔn)儀上的十字靶標(biāo)與冷校靶靶上的十字靶標(biāo)是否重合，如果不重合，通過調(diào)節(jié)機(jī)載射擊武器的安裝機(jī)構(gòu)，使瞄準(zhǔn)儀上的十字靶標(biāo)與冷校靶靶上的十字靶標(biāo)相重合。針對(duì)本文提出的新型校靶方法，傳統(tǒng)配套校靶的瞄準(zhǔn)具已不再適合使用。瞄準(zhǔn)具需被激光發(fā)射器替代，電子靶板直接接受激光發(fā)射器發(fā)射的光源，省略工作人員觀察光標(biāo)十字的工作步驟。激光發(fā)射器的設(shè)計(jì)可以借鑒電子靶板的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)不同的機(jī)載武器，可以設(shè)計(jì)成不同的安裝支架（見圖 5）。

2.4 機(jī)載射擊武器校準(zhǔn)與調(diào)校

理論上機(jī)載射擊武器的標(biāo)校點(diǎn)以飛機(jī)的水平基準(zhǔn)線和對(duì)稱線為基本坐標(biāo)系建立其位置坐標(biāo)關(guān)系。以圖6示例某型飛機(jī)需要標(biāo)校的各個(gè)靶點(diǎn)，根據(jù)靶點(diǎn)圖在電子靶板上設(shè)置電子靶標(biāo)（見圖7所示）。

瞄準(zhǔn)具安裝在機(jī)載武器的支架之后，利用光電瞄準(zhǔn)具的激光發(fā)射器將模擬機(jī)載射擊武器的射擊線，激光模擬線與電子靶板靶標(biāo)相交與一坐標(biāo)，電子靶板上的靶標(biāo)見示意圖7，電子靶標(biāo)由點(diǎn)陣坐標(biāo)傳感器和坐標(biāo)刻度板組成，傳感器根據(jù)激光模擬線在坐標(biāo)刻度板的位置傳輸坐標(biāo)信息于計(jì)算機(jī)，并顯示與理論坐標(biāo)值的偏差位置，通過調(diào)整機(jī)載射擊武器安裝螺母，使激光發(fā)射點(diǎn)與標(biāo)校點(diǎn)一致。校靶理論框圖見圖8。

2.5 視頻顯示鏡的設(shè)計(jì)

視頻顯示鏡可以借用工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡的工學(xué)設(shè)計(jì)，適合在手掌操作，能快速的進(jìn)行檢測(cè)校靶點(diǎn)空間坐標(biāo)，同時(shí)根據(jù)需求調(diào)節(jié)機(jī)載射擊武器的安裝支架，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)觀測(cè)實(shí)時(shí)調(diào)整。同時(shí)，視頻顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)固定底座吸盤，能實(shí)時(shí)安全的吸附在機(jī)載武器調(diào)節(jié)支架附近位置，便于觀察，解放工作人員手持操作，并且在整個(gè)校靶過程中僅需一個(gè)人即可以完成整個(gè)校靶過程，節(jié)省人力。

視頻顯示鏡將電子校靶的傳感器通過總線連接，利用軟件處理系統(tǒng)將校靶比對(duì)坐標(biāo)反饋在視頻顯示鏡的顯示屏上。工作人員通過視頻顯示鏡手柄上快捷按鈕，能快速給出機(jī)載射擊武器安裝支架的調(diào)節(jié)命令，記錄調(diào)整過程視頻步驟，實(shí)時(shí)記載圖像，利用簡(jiǎn)捷快速的標(biāo)題輸入功能來區(qū)分圖像，并儲(chǔ)存在SD卡中。

視頻顯示鏡通過鋰電池及充電器方便可靠的提供工作電源，也可以通過AC適配器提供電源?？紤]工作人員在惡劣環(huán)境下工作的情況，視頻顯示鏡要做到防雨、防沙、防塵，并且能根據(jù)外界環(huán)境的不同調(diào)整顯示屏亮度，真實(shí)清晰的顯示圖像。

3 兩種校靶模式的對(duì)比分析

傳統(tǒng)校靶模式與新型光電校靶模式的對(duì)比分析見表1。

表1 校靶模式對(duì)比分析表

傳統(tǒng)校靶模式需要調(diào)整飛機(jī)水平姿態(tài)，并且校靶板需要根據(jù)飛機(jī)姿態(tài)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，操作繁瑣。傳統(tǒng)校靶時(shí)需要校靶板、標(biāo)尺及其固定支架、經(jīng)緯儀，水平儀、瞄準(zhǔn)具等，所需設(shè)備種類較多，攜帶不方便。冷校靶板的設(shè)計(jì)具有六個(gè)自由度的空間調(diào)節(jié)功能，以滿足與飛機(jī)相對(duì)位置的調(diào)整。另外，飛機(jī)校靶靶點(diǎn)分散，致使靶面面積大，冷校靶板的整體體積大，故設(shè)計(jì)的體積較大，運(yùn)輸使用不便。需要開闊的視野，地面、風(fēng)速、光照等均有限制。在艦面上不能實(shí)施校靶工作。光電校靶模式不需要調(diào)整飛機(jī)姿態(tài)，省時(shí)省力，操作簡(jiǎn)易。電子靶板、支架、瞄準(zhǔn)具、顯示器等設(shè)備體積小，重量輕，自動(dòng)化程度高，使用簡(jiǎn)捷方便。此外，無環(huán)境條件的限制，任意機(jī)型隨時(shí)隨地均可以實(shí)施校靶工作。

4 結(jié)語

數(shù)字化的高性能光電校靶系統(tǒng)解放了觀察者的眼睛，排除了軍用飛機(jī)校靶過程中人為的不確定因素，使校靶過程自動(dòng)化，可提高校靶精度，縮短校靶時(shí)間，解決傳統(tǒng)校靶模式的弊端，給軍用飛機(jī)武器定期與不定期校靶提供可靠保證，因此，光電校靶儀的研制是一項(xiàng)提高我軍軍用飛機(jī)作戰(zhàn)效能的基礎(chǔ)性工程。

[1]賈秋銳,趙思宏,陳博專.機(jī)載武器校準(zhǔn)儀的設(shè)計(jì)與分析[J].光學(xué)精密工程，2004，12(4);88-91.

[2]趙思宏,高曉龍,賈秋銳.某型飛機(jī)火控校靶儀的研究與設(shè)計(jì)[J].光學(xué)精密工程，2003，11(6)：15-18.

[3]劉娟娟.軍用飛機(jī)校靶儀光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì).碩士學(xué)位論文，2010.