多口径火炮炮管的调炮通用检测与非接触测量方法及系统与流程

1.本发明涉及火炮精度调试技术领域，具体涉及多口径火炮炮管的调炮通用检测与非接触测量方法及系统。


背景技术：

2.调炮精度可用于检验火炮火控系统中的惯性导航系统和随动等系统的精度，是火炮射击时能否命中目标的关键战技指标之一。常见的双经纬仪检测方法是在火炮身管外围粘贴十字标记，再对该标记进行测量从而得到火炮轴线所处的高低角及方位角。该方法由于不同型号火炮炮身直径不同，粘贴十字标记存在误差，而补偿方法对十字标记与轴线误差测量有较高精度要求，测试方法复杂。
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一种炮管轴线引出方法，公开了利用炮管前端和尾端的两点标靶及一台全站仪，根据炮管的高低角从而将火炮炮管轴线引出，进而实现调炮。但是该公开方案确认炮管轴线后，在对炮管抬角测试或偏角测试时，炮身会遮挡在标靶和全站仪之间，从而影响全站仪对标靶位置的确认；另外，当较长的炮管抬起时，由于炮管自身重量会使得炮身发生微小变形，进而使得两标靶与轴线夹角发生微小变化，由于火炮打击目标的距离较远，会使得因炮身变化产生的误差被放大，进而影响检查精度。故，需要一种更好的确认炮管轴线及提高调炮精度的方案。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的不足，本发明提供多口径火炮炮管的调炮通用检测与非接触测量方法及系统。
5.多口径火炮炮管的调炮通用检测与非接触测量方法，包括以下步骤：步骤1，建立空间坐标关系：步骤1.1：在炮管的正前方或正后方架设第一经纬仪，并在该第一经纬仪上安装第一测北仪，在距所述第一测北仪五十米外的位置架设第二测北仪；通过移动第一测北仪使得第一测北仪和第二测北仪的连线与北向重合；步骤1.2：在距所述炮管三米外的位置架设第二经纬仪和第三经纬仪，所述第二经纬仪和第三经纬仪分别与所述炮管的炮口端端部和炮身端端部一一对应设置；步骤1.3：获取所述第一经纬仪、第二经纬仪和第三经纬仪的坐标点，并以第二经纬仪或第三经纬仪的坐标点为原点构建空间坐标系，穿过所述第二经纬仪和第三经纬仪的直线为所述空间坐标系的x轴；获取所述第一测北仪和第二测北仪的坐标点，并以两者之间的连线作为所述空间坐标系的北向信息矢量；步骤2，标定炮管的轴线在所述空间坐标系内的位置：步骤2.1：在炮管的炮口端端部和炮尾端端部的侧面上粘贴三个十字标，并使所述三个十字标之间的连线组成三角形结构，所述三个十字标与所述第二经纬仪及第三经纬仪位于所述炮管的同一侧；
步骤2.2：调整炮管并通过第一经纬仪穿瞄所述炮管的轴线，根据第一经纬仪的指向参数获得炮管的轴线在所述空间坐标系内的重合线；同时，通过所述第二经纬仪和第三经纬仪对瞄所述三个十字光标，根据所述第二经纬仪和第三经纬仪的指向参数的交点获得所述三个十字光标在所述空间坐标系内的坐标，进而得到所述三角形结构在所述空间坐标系内的重合面；步骤2.3：计算获得所述重合面和所述重合线之间的参考关系；步骤3，调整所述炮管的指向，根据所述北向信息矢量、所述重合面及所述重合面和所述重合线之间的参考关系，获得所述重合线即所述炮管在所述空间坐标系内的指向信息和空间上的打击方位信息；步骤4：根据所述炮管在所述空间坐标系内的指向信息调整所述炮管自身的参数信息。
6.进一步：步骤5：设定目标位置并计算获得理论重合面位置，输入到达目标位置的指令使炮管自动调整指向，测得所述炮管实际到达位置对应的实际重合面位置，对比实际重合面位置和理论重合面位置，从而对所述炮管的调炮精度进行测量。
7.进一步：所述步骤2.2中，在所述第一经纬仪穿瞄所述炮管的轴线时，根据被测炮管类型，在所述炮管的炮口或炮尾端面粘贴十字线并使所述十字线的中心与所述炮管的轴线重合，如十字线位于加榴炮的炮口端面或箱式火箭炮的炮尾端面，转动所述炮管的方向机和高低机，使得第一经纬仪的光轴与所述炮管的十字线中心、击针孔中心重合，其中将炮管上的击针拆卸掉，从而露出所述击针孔。
8.进一步：当所述炮管上不含击针孔时，在所述炮管中加装校验工装，在所述校验工装上设置校验孔并使所述校验孔的中心位于所述炮管的轴线上，比如火箭炮，此时，使得第一经纬仪的光轴与所述炮管的十字线中心、校验孔中心重合。
9.多口径火炮炮管的调炮通用检测与非接触测量系统，包括：第一经纬仪，位于炮管的正前方或正后方；第二经纬仪和第三经纬仪，位于所述炮管的同一侧且分别与所述炮管的炮口端端部和炮尾端端部一一对应；三个标靶，分别粘贴在所述炮管的炮口端端部和炮尾端端部的侧面上，所述三个标靶之间的连线组成三角形结构并与所述第二经纬仪及第三经纬仪位于所述炮管的同一侧；第一测北仪，设置在所述第一经纬仪上；第二测北仪，设置在距所述第一测北仪大于五十米的位置；数据处理终端，用于采集和处理数据。
10.进一步：所述数据处理终端包括用于室外的手持式数据处理终端和用于室内的笔记本，所述手持式数据处理终端和笔记本均用于自动采集经纬仪发送的角度数据、卫星北向数据、完成指向解算及输出测量结果。
11.进一步：所述第二经纬仪和第三经纬仪距所述炮管的距离均大于三米。
12.进一步：在所述炮管的炮口端断面或炮尾端断面上设有十字线，所述十字线的中心位于所述炮管的轴线上；所述炮管设有击针孔，所述击针孔位于所述炮管的轴线上。
13.进一步：所述炮管为火箭筒，在所述火箭筒的中部固设有校验工装，所述校验工装
设置的校验孔的中心位于所述火箭筒的轴线上。
14.本发明的有益效果：1.采用三经纬仪检测方案，在使用过程中无需对原始炮管进行任何更改，仅需在炮管侧壁粘贴十字标即可，相较于传统炮管加装靶板、卡箍卡具等方式，对原炮身不会造成二次损伤，且因靶板、卡箍卡具自身重量对炮身转动过程中带入的误差进行了有效的避免，大幅度提升了检验精度。
15.2.以数学理论为基础，检测过程中在空间内以“线面”解算为主要模型，有效解决了相似“线线”解算模型因实际炮管抬升位置不同，炮管自身形变对检验精度引入的误差，可做到炮管全姿态下检验，解决“线线”模型无法在高角状态下（即炮管抬升超过50
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以上）检测的问题；另外，通过两台经纬仪共同作用并确认三个十字标的空间坐标，从而解析炮管的轴线指向，两台经纬仪拾点简化了计算过程，由于调炮过程中炮管自身对重合面的影响很小，从而提高了炮管轴线指向的精度。
16.3.由于第一测北仪和第二测北仪的作用，使得本发明具备自主定向功能，能够在不借助外部定向设备的检测工况下，为炮管提供精确的绝对指向，降低了bd测地班组相关工作难度，提升了检验效率。
17.4.本方案采用三经纬仪检验办法，布站架设之后无需进行反复移动和变换，有效的避免双经纬仪、全站仪等检测方法因设备移动所引入的人为操作误差。
附图说明
18.图1为本发明的系统布局示意图；图2为本发明中经纬仪、测北仪及空间坐标系建议示意图；图3为本发明中测量过程内相关检测原理的示意图。
19.图中，1、炮管；2、十字标；31、第一经纬仪；32、第二经纬仪；33、第三经纬仪；41、第一测北仪；42、第二测北仪。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明做详细说明。下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本发明实例中的左、中、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
21.多口径火炮炮管的调炮通用检测与非接触测量方法，包括以下步骤：步骤1，建立空间坐标关系：步骤1.1：在炮管的正前方或正后方架设第一经纬仪，并在该第一经纬仪上安装第一测北仪，在距所述第一测北仪五十米外的位置架设第二测北仪；通过移动第一测北仪使得第一测北仪和第二测北仪的连线与北向重合；步骤1.2：在距所述炮管三米外的位置架设第二经纬仪和第三经纬仪，所述第二经纬仪和第三经纬仪分别与所述炮管的炮口端端部和炮身端端部一一对应设置；步骤1.3：获取所述第一经纬仪、第二经纬仪和第三经纬仪的坐标点，并以第二经纬仪或第三经纬仪的坐标点为原点构建空间坐标系，穿过所述第二经纬仪和第三经纬仪的
直线为所述空间坐标系的x轴，炮管处于零位时，第二经纬仪和第三经纬仪之间的连线与所述炮管的轴线平行设置；获取所述第一测北仪和第二测北仪的坐标点，并以两者之间的连线作为所述空间坐标系的北向信息矢量；步骤2，标定炮管的轴线在所述空间坐标系内的位置：步骤2.1：在炮管的炮口端端部和炮尾端端部的侧面上粘贴三个十字标，具体的，在炮口端端部上下并列设置两个十字标，在炮尾端端部设置有一个十字标，并使所述三个十字标之间的连线组成三角形结构，所述三个十字标与所述第二经纬仪及第三经纬仪位于所述炮管的同一侧；步骤2.2：调整炮管并通过第一经纬仪穿瞄所述炮管的轴线，根据第一经纬仪的指向参数获得炮管的轴线在所述空间坐标系内的重合线；同时，通过所述第二经纬仪和第三经纬仪对瞄所述三个十字光标，根据所述第二经纬仪和第三经纬仪的指向参数的交点获得所述三个十字光标在所述空间坐标系内的坐标，进而得到所述三角形结构在所述空间坐标系内的重合面；步骤2.3：计算获得所述重合面和所述重合线之间的参考关系；步骤3，调整所述炮管的指向，根据所述北向信息矢量、所述重合面及所述重合面和所述重合线之间的参考关系，获得所述重合线即所述炮管在所述空间坐标系内的指向信息和空间上的打击方位信息；步骤4：根据所述炮管在所述空间坐标系内的指向信息调整所述炮管自身的参数信息。
22.步骤5：设定目标位置并计算获得理论重合面位置，输入到达目标位置的指令使炮管自动调整指向，测得所述炮管实际到达位置对应的实际重合面位置，对比实际重合面位置和理论重合面位置，从而对所述炮管的调炮精度进行测量。
23.其中，所述步骤2.2中，在所述第一经纬仪穿瞄所述炮管的轴线时，根据被测炮管类型，在所述炮管的炮口或炮尾端面粘贴十字线并使所述十字线的中心与所述炮管的轴线重合，如十字线位于加榴炮的炮口端面或箱式火箭炮的炮尾端面，转动所述炮管的方向机和高低机，使得第一经纬仪的光轴与所述炮管的十字线中心、击针孔中心重合，将炮管上的击针拆卸掉，从而露出所述击针孔。当所述炮管上不含击针孔时，在所述炮管中加装校验工装，在所述校验工装上设置校验孔并使所述校验孔的中心位于所述炮管的轴线上，比如火箭炮，此时，使得第一经纬仪的光轴与所述炮管的十字线中心、校验孔中心重合。
24.多口径火炮炮管的调炮通用检测与非接触测量系统，包括：第一经纬仪，位于炮管的正前方或正后方；第二经纬仪和第三经纬仪，位于所述炮管的同一侧且分别与所述炮管的炮口端端部和炮尾端端部一一对应；三个标靶，分别粘贴在所述炮管的炮口端端部和炮尾端端部的侧面上，所述三个标靶之间的连线组成三角形结构并与所述第二经纬仪及第三经纬仪位于所述炮管的同一侧；第一测北仪，设置在所述第一经纬仪上；第二测北仪，设置在距所述第一测北仪大于五十米的位置；数据处理终端，用于采集和处理数据。
25.其中，炮管处于零位时，第二经纬仪和第三经纬仪之间的连线与所述炮管的轴线平行设置，所述数据处理终端包括用于室外的手持式数据处理终端和用于室内的笔记本，所述手持式数据处理终端和笔记本均用于自动采集经纬仪发送的角度数据、卫星北向数据、完成指向解算及输出测量结果。所述第二经纬仪和第三经纬仪距所述炮管的距离均大于三米。在所述炮管的炮口端断面或炮尾端断面上设有十字线，所述十字线的中心位于所述炮管的轴线上；所述炮管设有击针孔，所述击针孔位于所述炮管的轴线上。所述炮管为火箭筒，在所述火箭筒的中部固设有校验工装，所述校验工装设置的校验孔的中心位于所述火箭筒的轴线上。
26.与现有技术相比：1.本技术方案检测主要是以炮管转动角度的检测目标，采用非接触式测量可避免因器材加装对炮管引入的二次误差。炮管在出厂后，其自身重量一定，高低机、方位机两个转动机构所能够带动的负载一定，若在炮管人为加装靶板、卡箍卡具会增加炮管重量，从而导致炮管调转位置有所偏差，该误差量因加装工具不一致，故无法有效消除。
27.2.线面模型即是指采用三点确定一个平面，穿炮管后确定火力轴线从而确定线和面的相对位置，该平面与线的关系在高低向状态下空间夹角位置关系并不会随着炮管下垂而产生波动。线线模型是指用双靶板或其他方式标记出一条空间上的线，该线与火力轴线相对位置会因炮管的抬升导致线产生变化姿态敏感度高，进而影响到火力轴线与该线之间的相对位置关系变化。因此采用该方法在高角状态下测量该线，按照低角状态下所标定的空间相对位置去解算会产生测量值与实际真值不符的现象。同理在高角状态下标定，在低角状态下去测量也还是无法避免该现象，且该误差值无法因位置不同进行均衡。
28.3.目前我国火炮分为带有惯导定位和非惯导定位两种制式装备，无惯导定位装备在野外作战时需有专门测地测向班组在射击阵地进行方向标绘，过程十分繁杂。而带有惯导定位的装备，也需要日常对惯导定位等参数进行校准，故本发明系统因测北仪的存在，可完成该功能。
29.4.两经纬仪方案，因为必须要有一台经纬进行“穿瞄”操作即在炮口进行穿线，故会进行移动，穿瞄后还需采用该台经纬仪在炮身一侧参与观瞄故进行了二次移动，两次移动无法精准确保移动前和移动后的位置一致，故会导致测量精度误差量较大。
30.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。