双经纬仪复瞄精度检测方法研究

2020-09-23王咸锋朱毅杰赖文娟

科学技术创新 2020年28期

王咸锋朱毅杰曾刊赖文娟

（1、中国兵器装备集团第五八研究所，四川绵阳621000 2、浙江工程设计有限公司，浙江杭州310000）

随着武器装备自动化、信息化程度日益提高，火炮首发命中以及连续打击能力的提高，对火炮的操瞄精度要求增高，调炮精度、复瞄精度成为其关键性指标。目前对火炮调炮精度的测量方法有单经纬仪测量系统、双经纬仪测量系统、全站仪测量系统等。复瞄精度的测量沿用的调炮精度的测量方法，但复瞄精度在实际的测量过程中，测量方法有所不同，其间存在较大的系统误差以及随机误差。为降低误差影响，在双经纬仪调炮精度测量法的基础上，研究分析了各主要的误差来源，提出了复瞄精度测量方法，降低了误差，提高了测量准确度。

1 双经纬仪检测系统

1.1 系统组成

双经纬仪调炮精度测量系统由两台经纬仪（或全站仪）、便携式PC 机、测量软件、调试线缆等组成。

1.2 工作原理

双经纬仪检测系统利用经纬仪测角功能对身管轴线进行角度测量，通过测得的角度求得身管轴线的方向角和高低角。虽然两经纬仪架设时不能保证其回转中心点在同一水平面上，但根据经纬仪测量原理可知其测得的方位角不受此影响，高低角需要避免交叉使用。为描述简洁方便，假定两经纬仪回转中心在同一水平面上。

如图1 所示：

图1 双经纬仪检测系统原理图

O1、O2为两台经纬仪的三轴中心，以点O1和点O2连线为X轴，过O1点的铅锤方向为Z 轴，右手法则确定Y 轴建立如图所示坐标系。P1和P2是身管上的两观测点，其连线与身管轴线平行。点P1'、P2'是点P1、P2在XY 平面上的投影。点P1'是点P2在直线P1P1'上的垂足，直线P1'P2'与X 轴交与点Q，则方位角为θ 为∠O1QP1'，俯仰角为φ 为∠P1P2P1'。

O1点观测到P1点的方位角和俯仰角为α1、β1，O2点观测到P1点的方位角和俯仰角为α2、β2，O1点观测到P2点的方位角和俯仰角为α3、β3，O2点观测到P1点的方位角和俯仰角为α4、β4。根据空间几何关系，可推导出方位角θ 和俯仰角φ：

1.3 测量步骤

调炮精度的测量是将经纬仪架在合理的位置，然后测量身管运动到不同目标位置时的准确度。复瞄精度的测量与调炮精度不同，复瞄精度是指火炮在射击后自动修正射向的精度指标，是测量身管在击发前后的偏移量。在复瞄精度的测量过程中，经纬仪布站距离一般为6～10 米，由于两次测量之间火炮需要发射一枚炮弹，为保证测量设备不受冲击波影响，常将测量设备搬离至安全区域，击发完毕后再重新架设经纬仪。工程试验中常采取固定点经纬仪架设法，固定经纬仪支架与地面接触的三个点，或全站仪中心点等，使两次架设经纬仪的三轴中心连线保持一致。

其通常的测试步骤为：

（1）选取观测点，架设经纬仪，调平对瞄；

（2）火炮运动至目标位置，启动自动复瞄功能；

（3）经纬仪测量火炮方位角和高低角；

（4）测量完毕后撤走经纬仪，火炮击发并自动复瞄；

（5）经纬仪架设回原位置，调平对瞄后，进行第二次测量；

（6）重复4-5 步骤直至完成一组测试。

2 双经纬仪复瞄精度测量误差研究

在双经纬仪调炮精度测量过程中，存在经纬仪自身测角误差、经纬仪调平对心误差、操作者观瞄误差及布站方式误差等方面。双经纬仪复瞄精度测量过程中，除了上述误差外，还存在经纬仪架设误差，测绘点选取误差等。其中已有大量学者对前四种误差进行了分析，并提出了较好的优化方案，本文着重对后两种误差进行分析。

2.1 经纬仪架设误差分析

在实际的操作过程中，因场地条件、试验设备、操作人员等因素，导致经纬仪架设误差过大。全站仪可利用观测地面坐标点的方法，使回转中心保持一致，减小架设误差，也可采用定点标杆法测量经纬仪架设误差δ1。

选取两定观测点Q1、Q2，射击前经纬仪三轴中心为Q1、Q2，利用双经纬仪调炮精度测量法可测得经纬仪三轴中心连线、Q1、Q2与定点Q1、Q2连线的夹角θ1。设备撤走执行射击任务后，经纬仪重新架设，三轴中心点偏离至O1'、O2'，此时测得Q1'、O2' 连线与定点Q1、Q2连线的夹角θ2，如图2 所示。则可计算出经纬仪架设误差δ1=Δθ=θ2-θ1

图2 经纬仪架设误差测量原理图

2.2 测绘点选取误差

在调炮精度、复瞄精度实际测量中，由于无法直接测量身管中心轴线，通常是在身管表面选取观测点P1、P2，使得P1、P2连线与身管中心轴线平行。此时P1、P2连线可近似代替身管中心轴线。实际测量中，由于条件限制，观测点P1、P2处身管半径、R1、R2不相等。火炮射击后，火炮姿态若发生变化，横倾姿态角为γ，观测点P1、P2移动至P1、P2'，如图3 所示。此时引入方位角误差δ2、高低角误差δ3对测量结果进行修正：