利用地物检查舰炮武器系统机械零位的方法

利用地物检查舰炮武器系统机械零位的 利用地物检查舰炮武器系统机械零位的方 法 2002年第4期 舰船论证参考 SHIPDEMONSTRATIONNo.42002 利用地物检查舰炮武器系统机械零位的方法 李一鸣 (船舶系统工程部) 摘要本文介绍了在小型舰艇上利用地物检查舰炮武器系统机械零位的方法,并推导了修正 公式. 关键词舰炮武器系统机械零位 1研究背景 舰炮武器系统通常由跟踪器(包括跟踪雷达和光电跟踪仪),火控设备,武器及相关设备组成, 系统各设备(如雷达天线,光电指向器,火炮等)都在一定的坐标系下工作.在舰艇上,舰炮武器系 统的跟踪器,武器安装在不同的位置平面上,其坐标系原点是各自的回转中心点,只有当各坐标系 之间的空间位置关系是已知时,系统各设备位置数据才能准确,协调地运行.由于长期使用引起的 磨损,振动引起的零位移动,舰艇变形等因素的影响,各设备坐标系的空间位置的相互关系可能改 变或失调,如果不及时检查和校正,将影响相应的数据精度,进而影响舰炮武器系统的精度,降低武 器系统效能的发挥.舰炮武器系统必须保证跟踪器,武器机械零位的一致性,因此为了保证舰炮武 器系统的这种一致性,必须定期对系统机械零位的一致性进行检测和校正. 下面就本文中涉及到的一些相关的名词作一个简要. 平台:指某一平面,一般都隐含了该平面的方向; 平台坐标系:建立在平台给出的平面上的坐标系; 水平度:指几个平面的法向相互平行的程度; 平行度:指与同一平面关联的几个不同坐标系的对应坐标轴相互平行的程度; 机械零位:指平台坐标系的一个空间方向,该方向和基准平台坐标系的方向一致; 瞄标法:指采用同时瞄准一目标进行设备零位校准的方法,目标包括星体,海上目标,陆上目标 等. 机械零位检查主要指检查设备指向坐标系位置的环节,一般包括两项内容,即水平度检查与平 行度检查.水平度检查可使用象限仪进行,平行度检查采用星体校正法,即所谓"瞄星",或采用海 上目标校正法.在这里主要涉及的是后者. 在系统的系泊航行试验阶段,保障条件较好,通常采用瞄星的办法进行系统机械零位匹配检查 与调整.试验一般选择在天气晴朗,有星的夜间,最好北极星清晰可见;舰艇应在静水中;并以架设 在舰艇平台上的大地经纬仪的数值为值.这种办法的好处是:由于己舰与北极星的距离非常 遥远,可以不考虑大地经纬仪,跟踪器,武器之间的安装位置间隔,认为大地经纬仪,跟踪器,武器在 同一个平台坐标系内,不需进行位置间隔修正,可在同一个平台坐标系内进行检查,校正.但是对 天气,水文,人员训练等有严格要求.一般在系泊航行试验阶段系统首次进行机械零位检查与调整 ? 收稿日期:2002—06—10 李一鸣:利用地物检查舰炮武器系统机械零位的方法27 时应用这种方法. 海上目标校正法一般选择晴朗天气进行,检查时舰艇应处在静水中,对天气等的要求相对较 低.由于己舰与海上目标的距离有限,需要考虑大地经纬仪,跟踪器,武器之间的安装位置间隔,需 进行位置间隔修正.一般不应用在系统系泊航行试验阶段进行的首次机械零位检查与调整,而多 用于首次调整后的检查.下面介绍一种平时利用地物来检查,调整舰炮武器系统的机械零位一致 性的方法.这种方法也多用于首次机械零位检查与调整后的检查,尤其适合小型舰艇上组成相对 简单的武器系统. 2关于检查时机和条件 假设在系泊航行试验阶段,舰炮武器系统已经采用瞄星的办法进行过首次系统机械零位匹配 检查与调整.经过一段时间或射击后,由于长期使用引起的磨损,振动引起的零位移动,舰艇变形 等因素的影响,各设备坐标系的空间位置的相互关系可能改变或失调,这时可利用地物来检查,调 整系统的机械零位一致性. 检查时舰艇应处在静水中;选择晴朗天气;选择的标志物应在舰首尾线附近,标志物应相对孤 立,明显,与舰艇的距离应大于2千米.既可以选择火炮也可以选择跟踪器(包括跟踪雷达和光电 跟踪仪)为基准,这里选择以火炮的机械零位为基准. 3关于检查方法 首先检查火炮机械零位与电气零位的一致性.火控设备发送火炮的瞄星值,协调火炮,观察火 炮是否协调至瞄星值位置.如不一致,可进行调整,使电气零位与机械零位保持一致.以火炮的机 械零位为基准,检查系统跟踪器的机械零位(以跟踪雷达为例).方位和高低机械零位的校准(校 核)分别考虑. 3.1方位机械零位的校准 a.在舰首尾线附近寻找一个垂直标志物(如墙脚,电线杆等,也可人工安装标志物),垂直标志 物与舰艇的距离应大于2千米.跟踪雷达锁定,高低角应在0.左右(可打定位销锁定).火炮用校 靶镜瞄准标志物上的某点,跟踪雷达上的瞄准镜也对准标志物上的同一点;当火炮与雷达同时对准 标志物上的同一点时,读取同一时刻火炮与跟踪雷达的舷角.由于己舰与标志物之间的距离较近, 必须考虑跟踪器与武器的安装位置间隔,进行位置间隔修正(见图1). TR B 图1 目标 首 舰船论证参考2002年第4期 其中:A点:跟踪雷达瞄准镜中心; D':火炮至标志物的水平距离; D:火炮至标志物的斜距离; QG:火炮测量的标志物的舷角; Q:跟踪雷达瞄准镜测量的标志物的舷角; d:跟踪雷达瞄准镜中心至标志物的水平距离; d.:火炮中心至B点的距离; d2:跟踪雷达瞄准镜中心至跟踪雷达中心的水平距离; d:跟踪雷达首尾线至火炮首尾线的水平距离; QG:用火炮舷角QG计算的跟踪雷达瞄准镜测量的舷角值. b.公式 由图1可知,火炮至标志物的水平距离为 D'=Dcos~G 由于选择了高低角在0.左右的标志物作为目标, 则c0S,G?1 所以D'=D 如果雷达与火炮舷角机械零位一致,则有: .n DsinQG+dECOSQR+3 g—DcosQc+d—l-d2sinQR 所以: n. DsinQG+dEcosQR+ Gnrc—DcosQc+d—l-d2sinQR. ?Q=QR—QRG=QR一口rcD瓦sinQc+d2cosQR+d3— 3.2高低机械零位的校准 a.在舰首尾线附近寻找一个水平标志物(如房顶,桥梁等,也可人工安装标志物),垂 直标志物 与舰艇的距离应大于2千米.跟踪雷达锁定.火炮用校靶镜瞄准标志物上的某点, 跟踪雷达上的 瞄准镜也对准标志物上的同一点;当火炮与雷达同时对准标志物上的同一点时,读 取同一时刻跟踪 雷达的高低角,火炮的舷角与高低角.由于己舰与标志物之间的距离较近,必须考 虑跟踪器与武器 的安装位置间隔,进行位置间隔修正.(见图2). A 目标 图2 首 李一鸣:利用地物检查舰炮武器系统机械零位的方法29 其中:A点:跟踪雷达上的瞄准镜中心; D:火炮至标志物的斜距离; ,G:火炮测量的标志物的高低角; e:跟踪雷达瞄准镜测量的标志物的高低角; h.:火炮中心至跟踪雷达中心的高度差; h2:跟踪雷达瞄准镜中心至跟踪雷达中心的高度差; E:RG:用火炮测量值计算的跟踪雷达瞄准镜测量的高低角值; b.公式 由图1可知,标志物至跟踪雷达瞄准镜的水平距离为: d:(DcoseGCOSQR+dl—dEsinQR)+(ScoscGsinQR+d3+d2co—sQR—)2 如果雷达与火炮高低角机械零位一致,则有: 由图2口]知, Dsinec—h1+h2 tg~RG———————————一 .一 Dsin~o—hL+h2 0RGarctg———— 所以: ?e:,R一,RG:口(2) 如果?Q,?,不满足要求,则应该进行调整.调整完毕以后,按照此方法重新检查 (最好选择另 4关于应用上的考虑 这种方法对标志物的要求较低,相对比较简单,易于实现,适用于平时检查舰炮武 器系统的机 械零位,尤其适合于小型舰艇上组成相对简单的舰炮武器系统.经过检查与调整, 可以减小由于长 期使用引起的磨损,振动引起的零位移动,舰艇变形等因素对系统的影响,保证系统零位的一致性, 进而提高舰炮武器系统的精度,保证武器系统效能的发挥.如果能与软件修正相结合,则效果更 佳. 参考资料 1陈秀卿,李一鸣,范波.P29B艇双3O毫米舰炮武器系统技术 2戴维.R'弗里登编.中船总江苏自动化所译. 海军武器系统原理.上海公司.1991年 3戴自立编.现代舰载作战系统.兵器工业出版社. 1990年 作者简介:李一鸣,男,1966年生.1987年毕业于北京航空航天大学电子工程专业.现任高级 工程师.