雙經(jīng)緯儀復(fù)瞄精度檢測(cè)方法研究

王咸鋒 朱毅杰 曾 刊 賴(lài)文娟

（1、中國(guó)兵器裝備集團(tuán)第五八研究所，四川 綿陽(yáng)621000 2、浙江工程設(shè)計(jì)有限公司，浙江 杭州310000）

隨著武器裝備自動(dòng)化、信息化程度日益提高，火炮首發(fā)命中以及連續(xù)打擊能力的提高，對(duì)火炮的操瞄精度要求增高，調(diào)炮精度、復(fù)瞄精度成為其關(guān)鍵性指標(biāo)。目前對(duì)火炮調(diào)炮精度的測(cè)量方法有單經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)、雙經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)、全站儀測(cè)量系統(tǒng)等。復(fù)瞄精度的測(cè)量沿用的調(diào)炮精度的測(cè)量方法，但復(fù)瞄精度在實(shí)際的測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量方法有所不同，其間存在較大的系統(tǒng)誤差以及隨機(jī)誤差。為降低誤差影響，在雙經(jīng)緯儀調(diào)炮精度測(cè)量法的基礎(chǔ)上，研究分析了各主要的誤差來(lái)源，提出了復(fù)瞄精度測(cè)量方法，降低了誤差，提高了測(cè)量準(zhǔn)確度。

1 雙經(jīng)緯儀檢測(cè)系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)組成

雙經(jīng)緯儀調(diào)炮精度測(cè)量系統(tǒng)由兩臺(tái)經(jīng)緯儀（或全站儀）、便攜式PC 機(jī)、測(cè)量軟件、調(diào)試線纜等組成。

1.2 工作原理

雙經(jīng)緯儀檢測(cè)系統(tǒng)利用經(jīng)緯儀測(cè)角功能對(duì)身管軸線進(jìn)行角度測(cè)量，通過(guò)測(cè)得的角度求得身管軸線的方向角和高低角。雖然兩經(jīng)緯儀架設(shè)時(shí)不能保證其回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)在同一水平面上，但根據(jù)經(jīng)緯儀測(cè)量原理可知其測(cè)得的方位角不受此影響，高低角需要避免交叉使用。為描述簡(jiǎn)潔方便，假定兩經(jīng)緯儀回轉(zhuǎn)中心在同一水平面上。

如圖1 所示：

圖1 雙經(jīng)緯儀檢測(cè)系統(tǒng)原理圖

O1、O2為兩臺(tái)經(jīng)緯儀的三軸中心，以點(diǎn)O1和點(diǎn)O2連線為X軸，過(guò)O1點(diǎn)的鉛錘方向?yàn)閆 軸，右手法則確定Y 軸建立如圖所示坐標(biāo)系。P1和P2是身管上的兩觀測(cè)點(diǎn)，其連線與身管軸線平行。點(diǎn)P1'、P2'是點(diǎn)P1、P2在XY 平面上的投影。點(diǎn)P1'是點(diǎn)P2在直線P1P1'上的垂足，直線P1'P2'與X 軸交與點(diǎn)Q，則方位角為θ 為∠O1QP1'，俯仰角為φ 為∠P1P2P1'。

O1點(diǎn)觀測(cè)到P1點(diǎn)的方位角和俯仰角為α1、β1，O2點(diǎn)觀測(cè)到P1點(diǎn)的方位角和俯仰角為α2、β2，O1點(diǎn)觀測(cè)到P2點(diǎn)的方位角和俯仰角為α3、β3，O2點(diǎn)觀測(cè)到P1點(diǎn)的方位角和俯仰角為α4、β4。根據(jù)空間幾何關(guān)系，可推導(dǎo)出方位角θ 和俯仰角φ：

1.3 測(cè)量步驟

調(diào)炮精度的測(cè)量是將經(jīng)緯儀架在合理的位置，然后測(cè)量身管運(yùn)動(dòng)到不同目標(biāo)位置時(shí)的準(zhǔn)確度。復(fù)瞄精度的測(cè)量與調(diào)炮精度不同，復(fù)瞄精度是指火炮在射擊后自動(dòng)修正射向的精度指標(biāo)，是測(cè)量身管在擊發(fā)前后的偏移量。在復(fù)瞄精度的測(cè)量過(guò)程中，經(jīng)緯儀布站距離一般為6～10 米，由于兩次測(cè)量之間火炮需要發(fā)射一枚炮彈，為保證測(cè)量設(shè)備不受沖擊波影響，常將測(cè)量設(shè)備搬離至安全區(qū)域，擊發(fā)完畢后再重新架設(shè)經(jīng)緯儀。工程試驗(yàn)中常采取固定點(diǎn)經(jīng)緯儀架設(shè)法，固定經(jīng)緯儀支架與地面接觸的三個(gè)點(diǎn)，或全站儀中心點(diǎn)等，使兩次架設(shè)經(jīng)緯儀的三軸中心連線保持一致。

其通常的測(cè)試步驟為：

（1）選取觀測(cè)點(diǎn)，架設(shè)經(jīng)緯儀，調(diào)平對(duì)瞄；

（2）火炮運(yùn)動(dòng)至目標(biāo)位置，啟動(dòng)自動(dòng)復(fù)瞄功能；

（3）經(jīng)緯儀測(cè)量火炮方位角和高低角；

（4）測(cè)量完畢后撤走經(jīng)緯儀，火炮擊發(fā)并自動(dòng)復(fù)瞄；

（5）經(jīng)緯儀架設(shè)回原位置，調(diào)平對(duì)瞄后，進(jìn)行第二次測(cè)量；

（6）重復(fù)4-5 步驟直至完成一組測(cè)試。

2 雙經(jīng)緯儀復(fù)瞄精度測(cè)量誤差研究

在雙經(jīng)緯儀調(diào)炮精度測(cè)量過(guò)程中，存在經(jīng)緯儀自身測(cè)角誤差、經(jīng)緯儀調(diào)平對(duì)心誤差、操作者觀瞄誤差及布站方式誤差等方面。雙經(jīng)緯儀復(fù)瞄精度測(cè)量過(guò)程中，除了上述誤差外，還存在經(jīng)緯儀架設(shè)誤差，測(cè)繪點(diǎn)選取誤差等。其中已有大量學(xué)者對(duì)前四種誤差進(jìn)行了分析，并提出了較好的優(yōu)化方案，本文著重對(duì)后兩種誤差進(jìn)行分析。

2.1 經(jīng)緯儀架設(shè)誤差分析

在實(shí)際的操作過(guò)程中，因場(chǎng)地條件、試驗(yàn)設(shè)備、操作人員等因素，導(dǎo)致經(jīng)緯儀架設(shè)誤差過(guò)大。全站儀可利用觀測(cè)地面坐標(biāo)點(diǎn)的方法，使回轉(zhuǎn)中心保持一致，減小架設(shè)誤差，也可采用定點(diǎn)標(biāo)桿法測(cè)量經(jīng)緯儀架設(shè)誤差δ1。

選取兩定觀測(cè)點(diǎn)Q1、Q2，射擊前經(jīng)緯儀三軸中心為Q1、Q2，利用雙經(jīng)緯儀調(diào)炮精度測(cè)量法可測(cè)得經(jīng)緯儀三軸中心連線、Q1、Q2與定點(diǎn)Q1、Q2連線的夾角θ1。設(shè)備撤走執(zhí)行射擊任務(wù)后，經(jīng)緯儀重新架設(shè)，三軸中心點(diǎn)偏離至O1'、O2'，此時(shí)測(cè)得Q1'、O2' 連線與定點(diǎn)Q1、Q2連線的夾角θ2，如圖2 所示。則可計(jì)算出經(jīng)緯儀架設(shè)誤差δ1=Δθ=θ2-θ1

圖2 經(jīng)緯儀架設(shè)誤差測(cè)量原理圖

2.2 測(cè)繪點(diǎn)選取誤差

在調(diào)炮精度、復(fù)瞄精度實(shí)際測(cè)量中，由于無(wú)法直接測(cè)量身管中心軸線，通常是在身管表面選取觀測(cè)點(diǎn)P1、P2，使得P1、P2連線與身管中心軸線平行。此時(shí)P1、P2連線可近似代替身管中心軸線。實(shí)際測(cè)量中，由于條件限制，觀測(cè)點(diǎn)P1、P2處身管半徑、R1、R2不相等。火炮射擊后，火炮姿態(tài)若發(fā)生變化，橫傾姿態(tài)角為γ，觀測(cè)點(diǎn)P1、P2移動(dòng)至P1、P2'，如圖3 所示。此時(shí)引入方位角誤差δ2、高低角誤差δ3對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正：

圖3 測(cè)繪點(diǎn)選取誤差測(cè)量原理圖

3 軟件實(shí)現(xiàn)

此軟件是在Windows 系統(tǒng)下，基于VC 的MFC 對(duì)話框類(lèi)的Win32 可執(zhí)行程序，在調(diào)炮精度檢測(cè)功能基礎(chǔ)上，增加復(fù)瞄精度檢測(cè)的誤差補(bǔ)償功能。實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與記錄、誤差補(bǔ)償、結(jié)論計(jì)算等。

其界面如圖4 所示。

圖4

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

使用該雙經(jīng)緯儀復(fù)瞄精度檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)某車(chē)載火炮復(fù)瞄精度進(jìn)行了多次測(cè)試，其檢測(cè)結(jié)果如表1。

表1 復(fù)瞄精度測(cè)試結(jié)果表

5 結(jié)論

該檢測(cè)系統(tǒng)根據(jù)工程實(shí)際需要，在調(diào)炮精度檢測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，能夠勝任復(fù)瞄精度檢測(cè)任務(wù)，并成功應(yīng)用于某型號(hào)項(xiàng)目的研制和生產(chǎn)過(guò)程。其檢測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集提高了工作效率，對(duì)誤差的優(yōu)化補(bǔ)償克服了試驗(yàn)條件、測(cè)試環(huán)節(jié)的不利影響，提高了檢測(cè)精度。