一種艦炮差分校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)

■張曉明

（作者單位：92326 部隊(duì)）

隨著艦炮武器系統(tǒng)的發(fā)展，艦炮武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力已從打擊水面目標(biāo)發(fā)展到抗擊飛機(jī)、反艦導(dǎo)彈等空中目標(biāo)，對艦炮武器系統(tǒng)的精度要求越來越高。要確保艦炮武器系統(tǒng)能夠滿足射擊精度要求，就要對艦炮武器系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，其中最重要的是軸線一致性校準(zhǔn)。軸線一致性校準(zhǔn)的目的是使艦炮武器系統(tǒng)的搜索雷達(dá)探測軸線、跟蹤雷達(dá)跟蹤軸線、光電跟蹤儀跟蹤軸線、艦炮炮管發(fā)射軸線與艦艏艉線平行。目前軸線一致性校準(zhǔn)的主要方法是瞄星法：利用相距較近的兩條線在無窮遠(yuǎn)處相交則認(rèn)為這兩條線平行的原理，通過在艦艏艉線上架設(shè)大地經(jīng)緯儀作為基準(zhǔn)軸線，讓大地經(jīng)緯儀和艦炮武器系統(tǒng)的某個(gè)裝備同時(shí)瞄準(zhǔn)同一顆星星，計(jì)算此時(shí)大地經(jīng)緯儀和該裝備的方位角和高低角的偏差，來判斷該裝備的方位軸線是否與艦艏艉線平行、高低軸線零位是否是水平零位。瞄星法要求艦艇處于靜水或船塢中、艦體基本保持水平，否則難于正確架設(shè)大地經(jīng)緯儀，也無法保證基準(zhǔn)設(shè)備和被校裝備同時(shí)瞄準(zhǔn)星星，因此對環(huán)境條件要求較苛刻。本文擬提供一種艦炮差分校準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)，取代普通的大地經(jīng)緯儀，實(shí)現(xiàn)在非靜水、裝載平衡要求不高的條件下快速進(jìn)行艦炮武器系統(tǒng)軸線一致性校準(zhǔn)。

1 系統(tǒng)組成

本校準(zhǔn)裝置由自調(diào)平平臺(tái)、基準(zhǔn)組件、炮瞄鏡組件、基準(zhǔn)水平測量器、角度攝像機(jī)、便攜式加固計(jì)算機(jī)、電纜等組成。由于搜索雷達(dá)、跟蹤雷達(dá)、光電跟蹤儀的軸線上都有攝像設(shè)備，只需要找到接口把圖像傳過來就行，因此本文只對炮的瞄星進(jìn)行闡述。

自調(diào)平平臺(tái)用于安裝基準(zhǔn)組件，可自動(dòng)調(diào)整基準(zhǔn)組件的安裝面傾角，使基準(zhǔn)組件的旋轉(zhuǎn)平面與基準(zhǔn)水平測量器測量的平面平行。

標(biāo)校裝置構(gòu)成示意圖

基準(zhǔn)組件用于提供基準(zhǔn)軸線，并拍攝軸線上觀察的圖像，提供基準(zhǔn)軸線的方位角、高低角的角度數(shù)據(jù)。

炮瞄鏡組件用于拍攝炮管軸線上觀察的圖像。

角度攝像機(jī)用于拍攝火控設(shè)備顯示的炮管的方位角、高低角。

便攜式加固計(jì)算機(jī)用于顯示基準(zhǔn)組件、炮瞄鏡組件拍攝的圖像，接收基準(zhǔn)組件的角度數(shù)據(jù)，接收角度攝像機(jī)的圖像并通過圖像處理得到炮的角度數(shù)據(jù)，經(jīng)過圖像處理和計(jì)算，得出炮的方位軸線與艦艏艉線的偏差、高低軸線零位與水平零位的偏差。

2 工作原理

2.1 自調(diào)平平臺(tái)

要進(jìn)行軸線一致性校準(zhǔn)，首先要使校準(zhǔn)裝置的軸線旋轉(zhuǎn)平面與被校裝備的軸線旋轉(zhuǎn)平面平行。當(dāng)艦艇不處于靜水且裝載不均衡時(shí)，被校裝備的軸線旋轉(zhuǎn)平面通常不在水平狀態(tài)，因此無法通過常用的調(diào)節(jié)水平的方法來使校準(zhǔn)裝置的軸線旋轉(zhuǎn)平面與被校裝備平行。

本校準(zhǔn)裝置采用差分水平測量加自動(dòng)調(diào)整的方法來使校準(zhǔn)裝置的軸線旋轉(zhuǎn)平面與被校裝置平行。在進(jìn)行軸線一致性校準(zhǔn)前，艦炮武器系統(tǒng)各個(gè)裝備的軸線旋轉(zhuǎn)平面已經(jīng)與艦艇基準(zhǔn)平臺(tái)平行。將基準(zhǔn)水平測量器放置在艦艇基準(zhǔn)平臺(tái)上，它的雙軸水平傳感器就能夠?qū)崟r(shí)感知艦艇基準(zhǔn)平臺(tái)相對于水平面的縱向傾角W1 和橫向傾角Q1。校準(zhǔn)裝置的自調(diào)平平臺(tái)架設(shè)在艦艏艉線上并對準(zhǔn)艦艏艉線，它的雙軸水平傳感器也能實(shí)時(shí)感知自調(diào)平平臺(tái)相對于水平面的縱向傾角W2 和橫向傾角Q2。當(dāng)校準(zhǔn)裝置的自調(diào)平平臺(tái)不動(dòng)時(shí)，雖然因?yàn)榕炌u晃，W1、W2、Q1、Q2 在不斷變化，但W1 和W2 之間的誤差A(yù)、Q1 和Q2 之間的誤差B 保持不變。自調(diào)平平臺(tái)內(nèi)的單片機(jī)可以實(shí)時(shí)計(jì)算出誤差值A(chǔ)、B，并以此誤差值驅(qū)動(dòng)自調(diào)平平臺(tái)內(nèi)對應(yīng)調(diào)整螺栓的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，調(diào)整自調(diào)平平臺(tái)的傾角，使A、B 逐漸減小，并最終等于0，從而使自調(diào)平平臺(tái)與艦艇基準(zhǔn)平臺(tái)平行。這樣，校準(zhǔn)裝置的軸線旋轉(zhuǎn)平面就與被校裝備的軸線旋轉(zhuǎn)平面平行。

2.2 軸線校準(zhǔn)

自調(diào)平平臺(tái)調(diào)平后，將架設(shè)在其上的基準(zhǔn)組件對準(zhǔn)艦艏的艦艏艉線標(biāo)志，并將旋轉(zhuǎn)角置零，此時(shí)基準(zhǔn)組件的方位瞄準(zhǔn)線的零位就為艦艏艉線的零位。當(dāng)自調(diào)平平臺(tái)與被校裝備的軸線旋轉(zhuǎn)平面平行后，基準(zhǔn)組件的高低瞄準(zhǔn)線的零位就為水平零位。

將炮瞄鏡組件插進(jìn)炮管，此時(shí)炮瞄鏡組件的瞄準(zhǔn)線與炮管的瞄準(zhǔn)線重合。

當(dāng)基準(zhǔn)組件和炮瞄鏡組件同時(shí)瞄準(zhǔn)同一顆星星時(shí)，它們的實(shí)時(shí)圖像傳送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)能夠截取某一時(shí)刻以該星星為參照物的圖像，通過圖像處理，可以得到兩個(gè)圖像中瞄準(zhǔn)點(diǎn)中心與星星的偏差，這個(gè)偏差經(jīng)過換算，可以得出兩個(gè)組件所代表的瞄準(zhǔn)線與瞄準(zhǔn)星星的角度偏差，把角度偏差加上此時(shí)各自的方位角、高低角，對比就可測出炮管的瞄準(zhǔn)線與艦艏艉線的偏差。

3 具體設(shè)計(jì)

3.1 基準(zhǔn)水平測量器

基準(zhǔn)水平測量器就是一個(gè)高精度的動(dòng)態(tài)雙軸水平傳感器，在其上設(shè)置X軸、Y 軸標(biāo)志，放置在基準(zhǔn)平臺(tái)上時(shí)Y軸與艦艏艉線平行。

3.2 自調(diào)平平臺(tái)

自調(diào)平平臺(tái)由上底板、下底板、調(diào)節(jié)支腳1、調(diào)節(jié)支腳2、固定支腳、單片機(jī)、雙軸傾角傳感器、外殼及接口、三角架等組成。其中下底板與三角架連接，上底板用于安裝基準(zhǔn)組件；可調(diào)節(jié)支腳1 和可調(diào)節(jié)支腳2 內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，受單片機(jī)控制，可上下調(diào)節(jié)高度，并與固定支腳共同支撐上底板；雙軸傾角傳感器可感應(yīng)上底板的水平狀態(tài)，并將信息傳遞給單片機(jī)；單片機(jī)根據(jù)便攜式加固計(jì)算機(jī)的控制信號啟動(dòng)自調(diào)平程序，可設(shè)置成差分調(diào)平模式（自身的傾角數(shù)據(jù)與接收的傾角數(shù)據(jù)對比進(jìn)行調(diào)平），也可設(shè)置成水平調(diào)平模式（僅依據(jù)自身的傾角數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)平）；與基準(zhǔn)水平測量器接口用于接收基準(zhǔn)水平測量器送出的傾角信號，與便攜式加固計(jì)算機(jī)接口用于將自調(diào)平平臺(tái)的傾角狀態(tài)信息，基準(zhǔn)組件的圖像信號和方位角、高低角數(shù)據(jù)傳送給便攜式加固計(jì)算機(jī)，并接收便攜式加固計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號。三角架用于固定基準(zhǔn)組件，固定螺母設(shè)計(jì)為中空，以便于基準(zhǔn)組件的艦艏艉線定位光線通過。

便攜式加固計(jì)算機(jī)

3.3 基準(zhǔn)組件

基準(zhǔn)組件安裝在自調(diào)平平臺(tái)上底板上。選用具有實(shí)時(shí)發(fā)送望遠(yuǎn)鏡方位角、高低角數(shù)據(jù)，能夠設(shè)置方位角零位等功能的數(shù)字式大地經(jīng)緯儀，并在其上加裝CCD 攝像機(jī)拍攝望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)的圖像，并通過電纜將圖像和望遠(yuǎn)鏡的方位角、高低角數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)。設(shè)置標(biāo)識(shí)自調(diào)平平臺(tái)雙軸傳感器Y 軸的標(biāo)志，用處于此位置時(shí)的大地經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)艦艏艉線幫助自調(diào)平平臺(tái)的雙軸傳感器Y 軸與艦艏艉線平行。

自調(diào)平平臺(tái)

炮瞄鏡組件

3.4 炮瞄鏡組件

炮瞄鏡組件插在炮管上，包括望遠(yuǎn)鏡、CCD 攝像機(jī)、插桿等。望遠(yuǎn)鏡、CCD攝像機(jī)、插桿的軸線重合。炮管匹配部件安裝在插桿的安裝座上，不同口徑的炮管選擇不同大小的炮管匹配部件。

3.5 炮方位角高低角攝像機(jī)

為了實(shí)現(xiàn)同一時(shí)刻方位角、高低角的對比，需要實(shí)時(shí)獲得基準(zhǔn)組件和炮的方位角、高低角數(shù)據(jù)?；鶞?zhǔn)組件的方位角、高低角由其內(nèi)置的數(shù)字式大地經(jīng)緯儀送出。由于目前圖像識(shí)別技術(shù)已相當(dāng)成熟，從通用性和不改動(dòng)裝備考慮，采用攝像機(jī)直接拍攝火控設(shè)備上顯示的角度數(shù)據(jù)，傳給便攜式加固計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理得出炮的方位角、高低角數(shù)據(jù)的方式。

3.6 便攜式加固計(jì)算機(jī)

便攜式加固計(jì)算機(jī)包含3 路視頻采集電路。其中2 路視頻輸入電路的視頻信號與電子分劃信號混合后送視頻采集電路，另一路則直接送視頻采集電路。電子分劃生成電路的功能是產(chǎn)生電子分劃信號，位置修正電路的功能是調(diào)整電子分劃在視場中的位置。視頻混合電路的功能是將輸入視頻信號和經(jīng)過位置修正的電子分劃視頻信號進(jìn)行疊加形成混合視頻信號。視頻采集電路將視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送CPU 處理。

便攜式加固計(jì)算機(jī)采用windows 操作系統(tǒng)，應(yīng)用軟件包括顯示模塊、圖像采集驅(qū)動(dòng)模塊、圖像處理模塊、標(biāo)校模塊、數(shù)據(jù)存貯模塊等。

顯示模塊將經(jīng)過混頻的2 路視頻圖像、炮和基準(zhǔn)組件的方位角高低角數(shù)據(jù)、自調(diào)平平臺(tái)的水平狀態(tài)、測量結(jié)果等分別顯示在屏幕上，供操作手可以實(shí)時(shí)觀察。圖像采集驅(qū)動(dòng)模塊用于實(shí)現(xiàn)視頻采集電路與操作系統(tǒng)的連接。圖像處理模塊用于處理某一時(shí)刻截取的2 路視頻圖像，獲得2 個(gè)圖像內(nèi)的星體位置與十字分劃線原點(diǎn)的偏差；同時(shí)進(jìn)行圖像識(shí)別，獲得火控設(shè)備圖像中的炮的角度數(shù)據(jù)。標(biāo)校模塊用于發(fā)出控制命令，實(shí)現(xiàn)圖像截取、數(shù)據(jù)計(jì)算等。數(shù)據(jù)存貯和復(fù)現(xiàn)模塊可以記錄每次標(biāo)校的相關(guān)數(shù)據(jù)。

（作者單位：92326 部隊(duì)）