作者/袁威,西南計(jì)算機(jī)有限責(zé)任公司
坦克炮口彎曲變形量自動(dòng)測(cè)量裝置
作者/袁威,西南計(jì)算機(jī)有限責(zé)任公司
鑒于傳統(tǒng)坦克炮口彎曲量測(cè)量效率低、精度差,而且不具備實(shí)時(shí)性的缺點(diǎn),提出一種基于PSD(位置靈敏探測(cè)器)的坦克炮口彎曲量自動(dòng)測(cè)量裝置。該裝置通過(guò)與安裝在炮口端的反射鏡配合,對(duì)炮口的彎曲變形量進(jìn)行檢測(cè)。然后通過(guò)對(duì)PSD光敏面上的光點(diǎn)位置變化,輸出相應(yīng)的模擬量,再經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、整形、采集、濾波等數(shù)字化處理后,實(shí)時(shí)輸出炮口彎曲修正量,發(fā)送給火控計(jì)算機(jī)進(jìn)行彈道修正。經(jīng)過(guò)該裝置提供的炮口彎曲量的實(shí)時(shí)修正,可有效提高坦克的射擊命中率。
坦克火炮;彎曲變形量;位置靈敏探測(cè)器;自動(dòng)測(cè)量裝置
在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中,坦克是陸地作戰(zhàn)的重型武器,也是作戰(zhàn)的主要武器之一,它的火力性能主要體現(xiàn)在作戰(zhàn)威力和射擊精度兩個(gè)方面,尤其是射擊精度,更是坦克武器系統(tǒng)考核的一項(xiàng)主要指標(biāo),火控系統(tǒng)更是將其作為研究的重點(diǎn)。
在實(shí)際的作戰(zhàn)和訓(xùn)練中,由于坦克發(fā)射炮彈過(guò)程中,炮口會(huì)摩擦發(fā)熱,所以總是不可避免的存在著發(fā)熱彎曲變形,而這會(huì)影響炮彈的出射角,正所謂“差之毫厘,謬之千里”,所以對(duì)坦克炮口彎曲變形的精確測(cè)量是確保坦克射擊精度的關(guān)鍵因素。
而傳統(tǒng)的坦克炮口彎曲量是通過(guò)安裝前置反射鏡在車(chē)外人工進(jìn)行測(cè)量,然后在車(chē)內(nèi)人工裝訂修正量,這樣不僅僅是效率低、精度差,而且不具備實(shí)時(shí)性,已經(jīng)完全不能適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的需要了。因此,實(shí)時(shí)、有效的修正坦克炮口彎曲變形量才能有效保證坦克的射擊精度,同時(shí)也才能最大限度的發(fā)揮坦克的作戰(zhàn)威力[1,2]。過(guò)合理設(shè)置分流層和收集電流的電極,然后根據(jù)各電極上收集到的電流信號(hào)的比例來(lái)最后確定入射光的位置。
與其他CCD 和 CMOS等器件相比較而言,具有多種不可比擬的優(yōu)勢(shì),因此,在各種測(cè)量領(lǐng)域其都將有很好的應(yīng)用前景[3]。
自動(dòng)測(cè)量裝置是一種利用PSD的工作特性,通過(guò)與安裝在坦克炮口端的反光鏡配合,對(duì)坦克炮口射擊時(shí)的彎曲變形量進(jìn)行檢測(cè)的一種測(cè)量裝置。當(dāng)炮口發(fā)生彎曲變形時(shí),反光鏡也會(huì)隨之發(fā)生偏轉(zhuǎn)。此時(shí),激光光源發(fā)出的光束入射到反射鏡,經(jīng)過(guò)反射鏡的反射后,光束到達(dá)PSD的光敏面上,此時(shí),PSD就會(huì)輸出一個(gè)相對(duì)于“零位”的位置偏移量,炮口彎曲量越大,光點(diǎn)離“零位”的相對(duì)位置越遠(yuǎn)。PSD對(duì)光點(diǎn)位置變化會(huì)輸出相應(yīng)的模擬量,再經(jīng)過(guò)對(duì)模擬信號(hào)的放大、整形、采集、濾波等數(shù)字化處理后,最終轉(zhuǎn)換為炮口彎曲變形校正所需的校正量,實(shí)時(shí)發(fā)送給火控計(jì)算機(jī)進(jìn)行彈道修正,有效提高坦克在炮口彎曲變形時(shí)的命中率[4]。
圖1 炮口彎曲變形量自動(dòng)測(cè)量裝置原理框圖
鑒于這種情況,本文設(shè)計(jì)了一種基于PSD(位置靈敏探測(cè)器)的坦克炮口彎曲變形量的自動(dòng)測(cè)量裝置,可實(shí)現(xiàn)坦克炮口彎曲變形量的車(chē)內(nèi)自動(dòng)、實(shí)時(shí)測(cè)量和修正,進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)坦克車(chē)內(nèi)自動(dòng)、實(shí)時(shí)修正炮口彎曲變形量,提升坦克火炮的校炮效率和射擊精度。
PSD是一種獨(dú)特的半導(dǎo)體光電器件,和普通光電二極管相比較而言,它的PN結(jié)結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)、光電轉(zhuǎn)換原理等相類(lèi)似,但它的工作原理卻與普通光電二極管完全不同,它不僅僅是光電轉(zhuǎn)換器,更重要的是它對(duì)光電流的分配,通
圖2 炮口彎曲變形量自動(dòng)測(cè)量裝置光學(xué)原理示意圖
圖1為坦克炮口彎曲變形量自動(dòng)測(cè)量裝置的原理框圖。自動(dòng)測(cè)量裝置只要由激光光源、炮口發(fā)射鏡、PSD、位置偏移量處理器、以及火控計(jì)算機(jī)等部分組成。
圖2為坦克炮口彎曲變形量自動(dòng)測(cè)量裝置的光學(xué)原理示意圖[5,6]。
由圖2中可以看出,當(dāng)火炮炮口在初始階段時(shí),炮口沒(méi)有發(fā)生變形,沒(méi)有彎曲量,此時(shí),由激光光源發(fā)射的光束經(jīng)過(guò)反射鏡反射后返回至PSD光敏面,形成一個(gè)光斑,此時(shí)可以測(cè)量到該位置值,將該位置a設(shè)為“理論零值”。當(dāng)坦克炮口在發(fā)射炮彈過(guò)程中,由于多種原因會(huì)造成坦克炮口發(fā)生彎曲,此時(shí)再由激光光源發(fā)射的光束經(jīng)過(guò)反射鏡反射后返回至PSD光敏面時(shí),形成的光斑就會(huì)偏離原先沒(méi)有彎曲量時(shí)的“理論零值”,將該位置值設(shè)為b。而a與b點(diǎn)之間的距離就是光斑的位移距離s,s 與反射鏡角位移,也就是炮口彎曲量的關(guān)系式如(1)所示:
式中:θ—炮口偏移量;s—光點(diǎn)在 PSD 上的位移;f —接收系統(tǒng)物鏡的焦距??梢钥闯觯ㄟ^(guò)測(cè)量光點(diǎn)在PSD上的位置偏移量,能夠有效地測(cè)量到坦克炮口的彎曲變形量,并最終通過(guò)火控計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)修正射擊角度,提升火炮的校炮效率和射擊精度。
在實(shí)際操作過(guò)程中,初始對(duì)準(zhǔn)的時(shí)候,通過(guò)安放、調(diào)節(jié)炮口彎曲變形量自動(dòng)測(cè)量裝置,使激光光束入射到反射鏡,并使光點(diǎn)盡量處于反射鏡的幾何中心位置,然后調(diào)節(jié)反光鏡,使得經(jīng)過(guò)反光鏡反射后的光點(diǎn)落在二維PSD位置靈敏探測(cè)器光敏面的中心點(diǎn)位置附近,形成炮口位置在PSD位置靈敏探測(cè)器上的“理論零值”。
若炮口在使用過(guò)程中發(fā)生了彎曲量,則激光光點(diǎn)經(jīng)過(guò)反射鏡反射后在PSD位置靈敏探測(cè)器光敏面上就會(huì)出現(xiàn)遠(yuǎn)離“理論零值”的相對(duì)位置。此時(shí),通過(guò)炮口彎曲變形量自動(dòng)測(cè)量裝置的信號(hào)轉(zhuǎn)換后,就可以將炮口彎曲變形校正所需的校正量,實(shí)時(shí)、有效的提供給火控計(jì)算機(jī),最終達(dá)到提高坦克射擊精度的良好效果。
在方案的實(shí)施過(guò)程中,需要合理的選擇激光光源、合理的應(yīng)用PSD光電探測(cè)器,以及有效的標(biāo)定激光能量的集中性和信噪的匹配問(wèn)題,做到系統(tǒng)的最優(yōu)化。同時(shí),考慮系統(tǒng)的密封性能以及對(duì)惡劣天氣條件的適應(yīng)性應(yīng)用。
本文設(shè)計(jì)了一種基于PSD(位置靈敏探測(cè)器)的坦克炮口彎曲變形量的自動(dòng)測(cè)量裝置,可實(shí)現(xiàn)坦克炮口彎曲變形量的車(chē)內(nèi)自動(dòng)、實(shí)時(shí)測(cè)量和修正,進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)坦克車(chē)內(nèi)自動(dòng)、實(shí)時(shí)修正炮口彎曲變形量,提升坦克火炮的校炮效率和射擊精度。同時(shí),該自動(dòng)測(cè)量裝置可以在其他多種口徑的火炮中推廣應(yīng)用,具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
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