本實(shí)用新型屬于火炮動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用空間三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)測(cè)量火炮在射擊過(guò)程中火炮身管指向性的裝置。

背景技術(shù)：

火炮是常見的地面打擊武器系統(tǒng)，具有射程遠(yuǎn)、密集度高、威力大、機(jī)動(dòng)性好等特點(diǎn)，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮著巨大作用?；鹋谠谏鋼魻顟B(tài)下身管指向性即高低角和方位角，是火炮的一項(xiàng)非常重要的技術(shù)參數(shù)，將影響到整個(gè)武器系統(tǒng)的打擊精度，火炮武器系統(tǒng)的定型試驗(yàn)必須對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，從而對(duì)火炮性能作出綜合評(píng)價(jià)。目前，傳統(tǒng)的身管指向測(cè)量是通過(guò)對(duì)其隨動(dòng)控制系統(tǒng)中傳動(dòng)裝置的測(cè)量，依靠角度傳感器得到結(jié)果，測(cè)量對(duì)象并非火炮身管本身，因此沒(méi)有形成對(duì)火控系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的閉環(huán)測(cè)量。同時(shí)也有一些試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)采用GPS方法和基于高精度經(jīng)緯儀的身管指向測(cè)量系統(tǒng)，這些方法安裝調(diào)試過(guò)程復(fù)雜、精度不高，不適用于高動(dòng)態(tài)、大范圍運(yùn)動(dòng)情況下火炮系統(tǒng)動(dòng)態(tài)精度測(cè)試。除此之外，火炮在射擊過(guò)程中處在強(qiáng)顛簸、強(qiáng)振動(dòng)、大角加速度運(yùn)動(dòng)中，加之射擊現(xiàn)場(chǎng)多煙霧、多沙塵，這些因素也會(huì)對(duì)火炮身管指向性測(cè)量帶來(lái)嚴(yán)重的影響。所以火炮身管指向性測(cè)量是火炮試驗(yàn)的一個(gè)難題。

因此，本領(lǐng)域亟需一種新的測(cè)量技術(shù)來(lái)解決現(xiàn)存的這些問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種空間三坐標(biāo)法檢測(cè)火炮身管射擊狀態(tài)下指向性裝置用來(lái)解決傳統(tǒng)的身管指向測(cè)量方法沒(méi)有形成對(duì)火控系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的閉環(huán)測(cè)量，測(cè)量系統(tǒng)安裝調(diào)試過(guò)程復(fù)雜、精度不高，火炮在射擊過(guò)程中強(qiáng)顛簸、強(qiáng)振動(dòng)、大角加速度運(yùn)動(dòng)等多種因素影響測(cè)量精度的技術(shù)問(wèn)題。

空間三坐標(biāo)法檢測(cè)火炮身管射擊狀態(tài)下指向性裝置，包括計(jì)算機(jī)、光學(xué)位移傳感器、光學(xué)位移傳感器支架、紅外發(fā)射標(biāo)識(shí)點(diǎn)、紅外光源、氣浮隔振平臺(tái)、沖擊波防護(hù)罩，所述氣浮隔振平臺(tái)的上部固定安裝有光學(xué)位移傳感器支架；所述光學(xué)位移傳感器固定安裝在光學(xué)位移傳感器支架的上部，光學(xué)位移傳感器上設(shè)置有三個(gè)CCD探頭；所述計(jì)算機(jī)與光學(xué)位移傳感器信號(hào)連接；所述沖擊波防護(hù)罩套裝在光學(xué)位移傳感器、光學(xué)位移傳感器支架以及浮隔振平臺(tái)的外部；所述紅外發(fā)射標(biāo)識(shí)點(diǎn)設(shè)置在火炮身管的外部，紅外發(fā)射標(biāo)識(shí)點(diǎn)上設(shè)置有紅外光源。

所述紅外發(fā)射標(biāo)識(shí)點(diǎn)為剛體標(biāo)識(shí)點(diǎn)。

通過(guò)上述設(shè)計(jì)方案，本實(shí)用新型可以帶來(lái)如下有益效果：

本實(shí)用新型中空間三坐標(biāo)法檢測(cè)火炮身管射擊狀態(tài)下指向性裝置基于先進(jìn)的非接觸紅外測(cè)量技術(shù)，選用的紅外發(fā)射標(biāo)識(shí)點(diǎn)為剛體標(biāo)識(shí)點(diǎn)，是與程控軟件相匹配的能夠發(fā)射近紅外光的無(wú)線標(biāo)識(shí)點(diǎn)，便于遠(yuǎn)程控制和操作同時(shí)在測(cè)量過(guò)程中可降低人為因素所引起的誤差。紅外光線對(duì)煙霧的穿透能力比可見光強(qiáng)，能夠有效減小由于火炮射擊所引起的沙塵、煙霧等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾。

空間三坐標(biāo)法檢測(cè)火炮身管射擊狀態(tài)下指向性裝置在光學(xué)位移傳感器支架底部安裝有氣浮隔振平臺(tái)，在整個(gè)測(cè)量裝置外部套有透紅外沖擊波防護(hù)罩，有效緩解了火炮射擊所引起的劇烈振動(dòng)和對(duì)地面產(chǎn)生的沖擊波，減小了射擊現(xiàn)場(chǎng)高動(dòng)態(tài)、強(qiáng)顛簸等外力因素對(duì)空間三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)自身的干擾，從而提高了測(cè)量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

本實(shí)用新型通過(guò)實(shí)時(shí)獲取事先在火炮身管放置的可發(fā)射紅外光源的剛體標(biāo)識(shí)點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，同時(shí)通過(guò)系統(tǒng)匹配軟件對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行數(shù)值分析處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)火炮身管指向狀態(tài)進(jìn)行較為全面的檢測(cè)。

本實(shí)用新型利用空間三維坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)火炮身管指向性的測(cè)量，其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單易行、非接觸、速度快并且適合射擊現(xiàn)場(chǎng)使用。

附圖說(shuō)明

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明：

圖1為本實(shí)用新型一種空間三坐標(biāo)法檢測(cè)火炮身管射擊狀態(tài)下指向性裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型一種空間三坐標(biāo)法檢測(cè)火炮身管射擊狀態(tài)下指向性裝置的測(cè)量方法的原理示意圖。

圖中1-計(jì)算機(jī)、2-光學(xué)位移傳感器、3-光學(xué)位移傳感器支架、4-紅外發(fā)射標(biāo)識(shí)點(diǎn)、5-紅外光源、6-氣浮隔振平臺(tái)、7-沖擊波防護(hù)罩、8-火炮身管、9-CCD探頭。

具體實(shí)施方式

如圖所示，空間三坐標(biāo)法檢測(cè)火炮身管射擊狀態(tài)下指向性裝置，包括計(jì)算機(jī)1、光學(xué)位移傳感器2、光學(xué)位移傳感器支架3、紅外發(fā)射標(biāo)識(shí)點(diǎn)4、紅外光源5、氣浮隔振平臺(tái)6、沖擊波防護(hù)罩7，所述氣浮隔振平臺(tái)6的上部固定安裝有光學(xué)位移傳感器支架3；所述光學(xué)位移傳感器2固定安裝在光學(xué)位移傳感器支架3的上部，光學(xué)位移傳感器2上設(shè)置有三個(gè)CCD探頭9；所述計(jì)算機(jī)1與光學(xué)位移傳感器2信號(hào)連接；所述沖擊波防護(hù)罩7套裝在光學(xué)位移傳感器2、光學(xué)位移傳感器支架3以及浮隔振平臺(tái)6的外部；所述紅外發(fā)射標(biāo)識(shí)點(diǎn)4固定安裝在火炮身管8的外部，紅外發(fā)射標(biāo)識(shí)點(diǎn)4上設(shè)置有紅外光源5。

所述紅外發(fā)射標(biāo)識(shí)點(diǎn)4為剛體標(biāo)識(shí)點(diǎn)。

本實(shí)用新型選取某一火炮身管8作為待測(cè)目標(biāo)，在該火炮身管8上固定放置紅外發(fā)射標(biāo)識(shí)點(diǎn)4，該紅外發(fā)射標(biāo)識(shí)點(diǎn)4是與測(cè)量系統(tǒng)相配套的能夠發(fā)射紅外光源5的無(wú)線通信標(biāo)識(shí)點(diǎn)。整個(gè)測(cè)量過(guò)程中主要是通過(guò)光學(xué)位移傳感器2的三個(gè)CCD探頭9捕捉火炮身管上固定的紅外發(fā)射標(biāo)識(shí)點(diǎn)4發(fā)射的紅外光源5，并在紅外光源5交點(diǎn)處測(cè)量標(biāo)識(shí)點(diǎn)精確的位置信息即實(shí)現(xiàn)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)掃描獲取，獲得的測(cè)量值通過(guò)計(jì)算機(jī)1的API軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)解算處理，可將火炮身管8位置信息實(shí)時(shí)顯示。

空間三坐標(biāo)法檢測(cè)火炮身管射擊狀態(tài)下指向性方法，利用所述的空間三坐標(biāo)法檢測(cè)火炮身管射擊狀態(tài)下指向性裝置，包括以下步驟，并且以下步驟順次進(jìn)行，

步驟一、檢測(cè)系統(tǒng)布設(shè)

①、測(cè)量位置規(guī)劃

將空間三坐標(biāo)法檢測(cè)火炮身管射擊狀態(tài)下指向性裝置放置在待測(cè)火炮側(cè)后方，空間三坐標(biāo)法檢測(cè)火炮身管射擊狀態(tài)下指向性裝置與待測(cè)火炮的垂直距離為1.5m～7m，但從安全角度出發(fā)，優(yōu)選火炮身管射擊狀態(tài)下指向性裝置與待測(cè)火炮的垂直距離范圍是5m～7m；

②、安裝空間三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)

在待測(cè)火炮的火炮身管8上取兩處位置固定放置紅外發(fā)射標(biāo)識(shí)點(diǎn)4，將光學(xué)位移傳感器2、計(jì)算機(jī)1和紅外發(fā)射標(biāo)識(shí)點(diǎn)4按照空間三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)說(shuō)明進(jìn)行連接安裝，形成空間三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)；

步驟二、測(cè)量空間工作坐標(biāo)系建立

在光學(xué)位移傳感器2的有效測(cè)量范圍內(nèi)選取三個(gè)紅外反射標(biāo)識(shí)點(diǎn)，三個(gè)紅外反射標(biāo)識(shí)點(diǎn)位于待測(cè)火炮身管8上或者位于地面上，位于地面上的紅外反射標(biāo)識(shí)點(diǎn)與待測(cè)火炮身管8的距離為0.5m～3m，運(yùn)行空間三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)時(shí)測(cè)量這三個(gè)反紅外標(biāo)識(shí)點(diǎn)，以此紅外反射標(biāo)識(shí)點(diǎn)軸確定的空間為測(cè)量工作空間坐標(biāo)系，后面的測(cè)量基于此坐標(biāo)空間進(jìn)行結(jié)算處理，

其中光學(xué)位移傳感器2的有效測(cè)量范圍為空間三坐標(biāo)法檢測(cè)火炮身管射擊狀態(tài)下指向性裝置與火炮身管8的距離為1.5m處測(cè)量的有效面積為0.5m×0.9m，空間三坐標(biāo)法檢測(cè)火炮身管射擊狀態(tài)下指向性裝置與火炮身管8的距離為7m處測(cè)量的有效面積是3.0m×4.2m；

步驟三、火炮身管指向性初始位置標(biāo)定

選定待測(cè)火炮身管8未射擊靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)刻t₀，通過(guò)空間三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)捕獲并讀取待測(cè)火炮身管8上兩個(gè)紅外發(fā)射標(biāo)識(shí)點(diǎn)4的空間坐標(biāo)分別為O₁(x_o0,y_o0,z_o0)、P₁(x_p0,y_p0,z_p0)，把該時(shí)刻紅外發(fā)射標(biāo)識(shí)點(diǎn)4的坐標(biāo)信息作為火炮身管指向性測(cè)量的初始位置，把待測(cè)火炮身管8看作空間直線，獲得空間向量

步驟四、射擊過(guò)程中火炮身管指向性空間角變化量的測(cè)量

在火炮射擊過(guò)程中選取t_i時(shí)刻，其中，i為自然數(shù)，i＝1,2,3.....n，通過(guò)空間三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)捕獲火炮身管在射擊狀態(tài)下兩個(gè)所述紅外發(fā)射標(biāo)識(shí)點(diǎn)4的空間坐標(biāo)分別為O₂(x_oi,y_oi,z_oi)、P₂(x_pi,y_pi,z_pi)，獲得空間坐標(biāo)向量

設(shè)定和兩向量之間的夾角為θ，由空間向量與角度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系公式：

由反三角函數(shù)關(guān)系可得：

由上述公式獲得的測(cè)量值以待測(cè)火炮身管8的未射擊靜止?fàn)顟B(tài)為基準(zhǔn)，由公式(1)、(2)通過(guò)計(jì)算機(jī)1中的API軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)獲得火炮身管8在射擊狀態(tài)下空間角的變化量Δθ＝θ_n+i-θ_n，其中θ_n+i表示火炮在射擊過(guò)程中任選t_n+i時(shí)刻下火炮身管的空間角，θ_n表示火炮在射擊過(guò)程中任選t_n時(shí)刻下火炮身管的空間角，n為自然數(shù)，n＝1,2,3......，火炮身管射擊狀態(tài)下指向性檢測(cè)完成。