雙經(jīng)緯儀測試火炮方位角誤差重復(fù)性分析

周培雯，申 健，李 玲

(成都晉林機(jī)械有限責(zé)任公司技術(shù)中心，成都 611930)

自動調(diào)炮精度是檢測某產(chǎn)品火控系統(tǒng)的重要標(biāo)準(zhǔn)及戰(zhàn)技指標(biāo)，直接影響到其射擊精度，也是評估該火炮火控系統(tǒng)性能的必測項(xiàng)目。調(diào)炮精度的測量過程實(shí)際上是測量身管指向變化量的過程。在測量過程中，雙經(jīng)緯儀因其適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高，成本較低等特點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。

在用雙經(jīng)緯儀對該產(chǎn)品進(jìn)行自動調(diào)炮精度檢測過程中，發(fā)現(xiàn)在同等條件下連續(xù)測量的2組數(shù)據(jù)(見表1)方位均方差出入較大。分析2組在相同表尺、方位的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)同1方位角度的數(shù)據(jù)重復(fù)性差，表尺誤差重復(fù)性相差0.49 mil，方位誤差重復(fù)性相差0.72 mil，使得測量結(jié)果可信度不高。

表1 在同等條件下連續(xù)測量的2組數(shù)據(jù) 單位：mil

1 引起調(diào)炮精度重復(fù)性誤差的分析

任意抽取1門未交驗(yàn)合格的該產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)炮精度測試，從經(jīng)緯儀精度誤差、火控系統(tǒng)自身誤差、經(jīng)緯儀布站位置等幾個(gè)方面進(jìn)行分析，希望能找出導(dǎo)致精度誤差重復(fù)性差的主要因素。

1.1 人為測量誤差

在測量過程中，由于測試人員的視覺誤差各不相同，故在對同一被測目標(biāo)的測量過程中會產(chǎn)生一定的觀測角誤差，這是影響誤差重復(fù)性的原因之一。對調(diào)炮精度重復(fù)測量20次取平均值，其綜合觀測角誤差為 2.7″，即 0.01 mil。

1.2 經(jīng)緯儀精度誤差

為判斷經(jīng)緯儀對誤差重復(fù)性的影響，現(xiàn)用精度為1″的全站儀替代經(jīng)緯儀對被測對象進(jìn)行重復(fù)性檢測，通過報(bào)數(shù)據(jù)、手動錄入的方式進(jìn)行操作，檢測得到的數(shù)據(jù)見表2，方位誤差重復(fù)性為0.61 mil，與之前用經(jīng)緯儀測得的0.72 mil進(jìn)行比較，可以看出2組數(shù)據(jù)相差不大。所以經(jīng)緯儀精度誤差對誤差重復(fù)性的影響較小。

1.3 火控系統(tǒng)自身誤差

由于該型產(chǎn)品采用火控系統(tǒng)進(jìn)行控制、操作，存在一定誤差，為了消除其對檢測精度的影響，將測試對象調(diào)到(1000，0)，關(guān)閉總電源，對火炮進(jìn)行重復(fù)性檢測。經(jīng)檢測，方位誤差重復(fù)性為0.71 mil(見表3)，與之前用經(jīng)緯儀測得的0.72 mil進(jìn)行比較，可知僅相差 0.01 mil。

1.4 兩標(biāo)識點(diǎn)之間的距離

根據(jù)雙經(jīng)緯儀交會測量的空間模型，兩標(biāo)識點(diǎn)之間的距離越大，所得數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確。將炮口上的十字線標(biāo)識點(diǎn)移至炮口制退器，炮尾上的十字線標(biāo)識點(diǎn)向后移100 mm，使2點(diǎn)間的距離加長，其中兩經(jīng)緯儀之間距離為4.2 m，距炮膛中心線7.6 m。經(jīng)檢測方位誤差重復(fù)性為0.52 mil(見表4)，可以看出加長兩標(biāo)識點(diǎn)之間距離對減小表尺、方位誤差有一定改善。

表2 全站儀測試數(shù)據(jù)(表尺1000 mil方位0 mil)

表3 火控系統(tǒng)自身誤差測試數(shù)據(jù)(表尺1000 mil方位0 mil)

表4 增大兩標(biāo)識點(diǎn)距離后的測試數(shù)據(jù)(表尺1000 mil方位0 mil)

1.5 經(jīng)緯儀布站位置

由于樣本在表尺為1000 mil時(shí)，兩標(biāo)識點(diǎn)在空間上的投影為其長度的1/2，其空間坐標(biāo)見圖1。

圖1 空間坐標(biāo)

已知被測2點(diǎn)間距離d為2 m，通過式(1)對調(diào)炮數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、調(diào)整雙經(jīng)緯儀的位置，得出最佳布站點(diǎn)見圖2，其在(1000，0)重復(fù)性測試數(shù)據(jù)見表5，得出重復(fù)性誤差為0.16 mil＜0.2 mil。

其中:xp1、xp2、yp1、yp2、zp1、zp2分別為 P1、P2 點(diǎn)的空間坐標(biāo)。

由于該型產(chǎn)品方向射角范圍為±500mil，當(dāng)樣本轉(zhuǎn)到極限角度時(shí)，經(jīng)緯儀無法進(jìn)行測量，故對其測量位置進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，得到最終布站位置見圖3，其位置如下所示。調(diào)整位置后測得的數(shù)據(jù)見表6。

圖2 最佳布站位置

圖3 最終布站位置

表5 最佳布站位置測試數(shù)據(jù)(表尺1000 mil方位0 mil)

通過上述分析可以看出:人為測量誤差、經(jīng)緯儀精度誤差、火控系統(tǒng)自身誤差對方位誤差重復(fù)性影響較小;兩標(biāo)識點(diǎn)之間距離對減小表尺、方位誤差有一定改善;經(jīng)緯儀布站位置成為影響方位誤差重復(fù)性的最主要因素。人為測量誤差、經(jīng)緯儀精度誤差、火控系統(tǒng)自身誤差、兩標(biāo)識點(diǎn)之間距離和調(diào)整經(jīng)緯儀布站位置后的總重復(fù)性誤差不大于0.3 mil。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

表6 調(diào)整位置后測試數(shù)據(jù)(1000，500)(1000，0)(1000，-500)

隨機(jī)抽取3門樣本進(jìn)行重復(fù)性及自動調(diào)炮精度檢測試驗(yàn)，經(jīng)緯儀布置在圖3所示的位置，而且每個(gè)樣本在相同方位、表尺的情況下測試3次，其測量數(shù)據(jù)見表7～表9。分析表中數(shù)據(jù)可以看出:表尺誤差、方位誤差重復(fù)性均小于0.2 mil，自動調(diào)炮精度誤差變化表尺為 0.05 mil、方位為 0.01 mil，最大調(diào)炮精度誤差小于1 mil，滿足精度要求，消除了因?yàn)橹貜?fù)性誤差大引起的自動調(diào)炮精度不穩(wěn)定的現(xiàn)象，因此該布站點(diǎn)滿足測量要求，其測試數(shù)據(jù)真實(shí)可信。

表9 樣本3單位：mil

3 結(jié)束語

在自動調(diào)炮精度檢測過程中，儀器的擺放位置是影響精度重復(fù)性的重要因素。經(jīng)緯儀交會法測量自行火炮調(diào)炮精度的測量誤差由經(jīng)緯儀觀測角的測量誤差引起，采用經(jīng)緯儀最佳布站方式可以提高測量精度，通過經(jīng)緯儀合理布站，可將重復(fù)性誤差控制在0.3 mil以內(nèi)，有效消除因?yàn)橹貜?fù)性誤差大引起的自動調(diào)炮精度不穩(wěn)定的現(xiàn)象，此時(shí)測量出的調(diào)炮數(shù)據(jù)才真實(shí)可信。需要注意的是，不同產(chǎn)品根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，都會在最佳布站位置基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)位置調(diào)整，以滿足測試需求。

［1］孫澤林，王昭，翟喚春.雙經(jīng)緯儀交會測量火炮調(diào)炮精度的誤差分析與抑制［J］.光學(xué)精密工程，2011，19(10)：2434-2441.

［2］曾刊，賴文娟.雙經(jīng)緯儀調(diào)炮精度檢測系統(tǒng)［J］.兵工自動化，2011，30(7)：73-75.

［3］李凱，袁峰，丁振良，仇振林.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近的雙經(jīng)緯儀視覺測量誤差補(bǔ)償研究［C］//中國自動化學(xué)會控制理論專業(yè)委員會A卷，2011.