一种用于武装飞机侦察相机光轴的校靶仪的制作方法

本实用新型属于武器装备技术领域，涉及一种用于武装飞机侦察相机光轴的校靶仪。

背景技术：

武装飞机（直升机）可以携带导弹、火箭、航炮、炸弹等多种武器，对敌目标实施空中打击，打击效果依赖于武器系统的精度。但在实际使用中，由于受温度、冲击、振动及疲劳变形等因素的影响，武器系统的瞄准精度会发生变化，因此需要采用校靶仪定时对飞机（直升机）的武器系统的轴向进行标校，简称校靶。

校靶是使武器系统各装置的光、电、机械轴线与基准坐标轴线协调一致或保持一定的空间位置关系的所有校准、调整操作的总称，它是一项经常性的、直接关系到机载武器命中率及整个武器系统任务效率的重要工作。现有的校靶方法是采用原始的顶飞机、对准、立靶标或画靶图、再调整的方法进行武器系统校靶，这种校靶方法费时费力、效率低、精度低，而且校靶设备的结构复杂，严重制约着校靶工作的效率、武器命中率和大机群出动的速度。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用于武装飞机侦察相机光轴的校靶仪，可快速、准确、高自动化的标校出武器系统的轴向偏差，实现红外相机和可见光相机系统及其他相关轴的轴向校准，它不仅适用于飞机（直升机）在陆地停放下的校靶，更适用于舰载情况下的小空间动态校靶，具有通用性强、智能化程度高、效率显著的特点。

本实用新型的技术方案如下：

一种用于武装飞机侦察相机光轴的校靶仪，包括安装在机壳内部的光学系统、图像处理单元和惯性测量仪组成；所述惯性测量仪的航向轴方向与光学系统的光轴方向保持一致；所述的光学系统包括光源和聚焦透镜组，光源经过聚焦透镜组后平行出射至侦察相机镜头,侦察相机包括相机镜头和设置在相机镜头焦点处的图像传感器，图像传感器输出的视频图像信号通过联接电缆传输至图像处理单元。

上述用于武装飞机侦察相机光轴的校靶仪中，所述的光学系统还包括在聚焦透镜组光轴上设置的第一胶合半反棱镜，所述的光源为在第一胶合半反棱镜的反射光路上设置的钨丝灯。

上述用于武装飞机侦察相机光轴的校靶仪中，所述钨丝灯和第一胶合半反棱镜之间设置有十字形光阑。

上述用于武装飞机侦察相机光轴的校靶仪中，所述的光学系统还包括在聚焦透镜组光轴上设置的第二胶合半反棱镜，所述的光源为在第二胶合半反棱镜的反射光路上设置的可见光激光器。

上述用于武装飞机侦察相机光轴的校靶仪中，所述的可见光激光器为输出光斑为十字的绿光激光器。

上述用于武装飞机侦察相机光轴的校靶仪中，所述的惯性测量仪为光纤捷联式惯性导航系统，所述的图像传感器为ccd传感器。

上述用于武装飞机侦察相机光轴的校靶仪中，校靶仪主机上还设置有显示屏。

上述用于武装飞机侦察相机光轴的校靶仪中，侦察相机包括可见光相机和近红外相机。

本实用新型的有益技术效果如下：

1、本实用新型通过光学系统与惯性测量仪相组合实现了侦察相机轴向平行性的校准，经计算机判读和运算能够自动测量出当前时刻侦察相机光轴的轴向偏差。这种校靶方法标校精度高，使用方便快捷，克服了传统主观测量存在的判读误差，增加了校靶的自动化程度，不仅适用于飞机（直升机）在维护和装配情况下使用，还可在舰载、机库、强风或狭小而杂乱的工作空间下使用，将操作人员从繁杂而冗长的校靶过程中解放出来。

2、本实用新型在整个校靶过程中只有校靶仪上的自带的高精度惯导存在漂移误差，对于控制在1小时以内的校靶过程来说，惯导漂移较小，而且系统采用ccd图像显示和计算机运算，全程均通过传感器直接检查，避免了人眼判读带来的误差，这就大大提高了校靶系统的精度，设备体积小，重量轻，可手持操作，同时采用模块化设计，维修性好，互换性好，容易拓展到所有武装飞机（直升机）。

附图说明

图1为本实用新型校靶仪主机的组成原理示意图；

图2为本实用新型校靶仪光学系统的组成原理图；

图3为本实用新型校靶仪中钨丝灯光源用于武器相机校准原理图；

图4为本实用新型校靶仪中可见光激光器用于武器相机校准原理图；

图5为本发明斜入射光线引起的成像偏差原理示意图；

图6为本实用新型校靶仪中光学系统和惯导组合实现空间姿态参数测量原理图。

附图标记如下：

1-光学系统；2-图像处理单元；3-显示屏；4-惯性测量仪；5-机壳；6-镜筒；8-侦察相机；9-联接电缆；10-光轴；11-次镜；12-主镜；13-第一胶合半反棱镜；14-第二胶合半反棱镜；15-图像传感器；16-光阑；17-钨丝灯；18-可见光激光器；20-主控单元；21-像点；70-相机镜头。

具体实施方式

如图1-5所示，校靶仪系统由校靶仪主机、主控单元20、基准平面镜61及其工装、武器系统转接件、三脚架和连接电缆9组成。

图2中，校靶仪主机包括安装在机壳5内部的光学系统1、图像处理单元2、显示屏3和惯性测量仪4组成；其中惯性测量仪的航向轴方向与光学系统1的光轴方向保持一致。侦察相机8包括相机镜头70和设置在相机镜头70焦点处的图像传感器15。图像传感器15输出的视频图像信号通过联接电缆9传输至图像处理单元2。

光学系统1包括依次按照光轴10方向同轴设置的次镜11、主镜12、第一胶合半反棱镜13和第二胶合半反棱镜14，次镜11和主镜12均为中空结构，空间位置上构成了聚焦透镜组；在第一胶合半反棱镜13、第二胶合半反棱镜14的反射光路上分别设置有钨丝灯17和可见光激光器18，钨丝灯17和第一胶合半反棱镜13之间设置有十字形光阑16，可见光激光器18为输出光斑为十字的绿光激光器，光斑呈十字，发散角不大于0.2mrad。钨丝灯17发射光谱为0.47～5μm，兼顾可见光、近红外和中红外，光学系统安装在镜筒6内。

如图3和图4所示，应用时，钨丝灯17发光，通过十字光阑16后入射到第一胶合半反棱镜13上，再反射到由次镜11、主镜12组成的卡式系统中，从而准直输出到相机镜头70上，钨丝灯17可在可见光相机和红外相机上成像；也可以由绿光十字激光器18发射准直十字激光，经第二胶合半反棱镜14反射后直接通过次镜11的中心通光孔传输到相机镜头70上，利用此光路可对可见光相机轴线进行校靶。系统调试中可见光激光器18发出的激光与钨丝灯17和光阑16组合发出的光具有较高的同轴度，故光学系统为自准直系统。

惯性测量仪4采用市售的光纤捷联式惯性导航系统，基于光纤陀螺原理，体积小、重量轻，以方便手持测量，光纤捷联惯性导航组件由高精度三轴光纤陀螺和加速度计组成，安装在校靶仪主机的基机壳上，与准直光学测量组件轴向平行放置，主要用于实时测量校靶仪主机的姿态角。光纤捷联惯性导航通过测量载体的转动角速率和加速度信息，高速实时计算出载体的航向角、俯仰角、横滚角等数据信息。

图像处理单元2对图像传感器15的成像视频数据进行处理和计算，校靶仪主机上安装有一块显示屏3，主要用于控制指令的输入和测量结果的显示，选用8寸液晶显示屏，带触屏功能，用于开机后校靶模式、校靶时间、机型、机号等数据输入和的选择，同时可以显示两惯性导航的测量误差、成像位置和校靶测量结果。

主控单元20由工控机、供电电源模块组成，它是系统的运算控制中心，通过接收机载惯导的姿态数据、校靶仪主机的姿态数据以及ccd的空间成像数据进行运算和图像处理，最终计算出侦察相机的轴偏角。

图5中，当校靶仪输出的平行光以θ的夹角（近傍轴条件）入射至相机镜头70后，在与图像传感器15距离l的位置成像，由于相机镜头70的焦距为f，则有

l=2fθ

反之，根据l和f也可计算出偏差角θ。

如图6所示，本实用新型校靶仪的方向和角度参照机载导航的姿态定义。其中光轴10的方向与校靶仪惯性测量仪4的航向轴（y轴）方向一致，从校靶仪出射的平行光经过相机镜头70后，成像在图像传感器15的像点21上，x轴和z轴代表图像传感器15的像素坐标轴。根据图3和图4的原理可知，只要获取像点21在图像传感器的x轴和z轴上的坐标lx和lz，以及相机镜头70的焦距f，即可知道基准平面镜的偏差角，从而计算得到被校准轴在x轴和z轴方向的轴向偏差角θx和θz，并有

θx=lx/f

θz=lz/f

而光轴10的方向与校靶仪惯性测量仪4的航向轴（y轴）方向一致，故计算中将惯性测量仪4的角度参数与光学系统的轴向偏差角相加即可换算为被校准轴的姿态角，其中α表示航向角，β表示俯仰角，γ表示横滚角。假设被校准轴的真实姿态角为ω（α2，β2，γ2），而校准仪上惯性测量系统获得的角度参数为（α1，β1，γ1），校准仪上轴向偏差角为（θx，θz），则由ω（α1+θx，β1+θz，γ1）经过简单的坐标变换得可以得到ω（α2，β2，γ2）。实际测量中只要确保成像点21在图像传感器15的有效像素范围内即可满足测量要求，实现快速的轴向校准。

三脚架（可选）：支撑校靶仪主机，保证设备的稳定架设。

连接电缆：包括通信电缆和供电电缆，用于图像视频的传输和设备供电连接。

众所周知，飞机（直升机）在陆地停放时的校靶情况较为简单，而在舰载情况下，由于飞机（直升机）的机身姿态会受舰体移动发生实时变化，并且校靶场地狭小、海洋气候环境恶劣，同时机体还会受海浪影响发生摇摆，或受轮胎弹性形变发生倾斜，或受起落架减震装置的影响发生晃动等，给舰载机的校靶工作增加了很多困难。为了有效地解决这些问题，校靶仪中采用了惯性测量技术来实时获取被校靶相机光轴的空间姿态，经计算机判读和运算能够自动测量出当前时刻相机光轴的轴向偏差，从而将其轴线方向调整为飞机纵轴（基准轴线）相一致或规定角度。如果标校出的轴向误差超出了系统分配的误差范围，那么就需要调校相机的机械结构，使其轴向误差限定在系统允许的范围内。操作员通过显示屏3进行校靶模式选择和操作指令输入，图像处理单元2将校靶结果输出到显示屏3上进行显示，显示屏3包括上位屏和侧位屏，根据现场操作的方便程度分别显示不同的内容。

本实用新型的校靶仪可实现对可见光/红外相机等飞机上关联轴线的校准，整个校靶过程中只有校靶仪的惯导存在漂移误差，对于控制在1小时以内的校靶过程来说，惯导漂移较小，而且系统采用ccd图像显示和计算机运算，全程都是通过传感器直接检查，避免了人眼判读带来的误差，这就大大提高了校靶系统的精度。