双经纬仪交会测量火炮调炮精度的误差分析与抑制

　　1　引　言

　　调炮精度是自行火炮火控系统的关键战技指标，直接影响到武器系统射击精度[1]，是靶场评估火控系统性能的必测和常测项目。

　　调炮精度的测量过程实质上就是一个测量身管指向变化量的过程。目前测量身管指向变化的方法较多，其中CCD加网格坐标靶法、点光源加CCD或位敏探测器(PSD)法只适应于身管指向变化很小的场合[2-3]，无法满足调炮精度测量过程中至少60°变化范围的考核要求;双轴速率陀螺测量法或自整角机加精密传动机构的方法都假定身管转动基点不变[4-5]，这不仅与实际情况不符，也没有考虑调炮过程中方位角与俯仰角之间的耦合效应，无法保证测量调炮精度时0.20mil的测量精度要求;GPS测量法只有在两天线间距离大于8m时，才能保证有比较高的测量精度[6]，而且该方法受外界屏蔽和电磁干扰等影响较大，无法适应调炮精度的测量场合。

　　近年来，经纬仪检测技术因具有非接触、适应能力强、可靠性高、结构简单、成本低等特点，在现代工业检测中受到了广泛重视。工业界普遍采用多台经纬仪对空间单个点的 坐标进行交会测量[7-8]。但火炮身管是个长条形圆柱体，以身管上单个点的坐标变化无法表征整根身管空间姿态的变化。因此，兵工行业开发出利用双经纬仪交会测量身管上两标记点的空间坐标，从而解算出身管指向的测量方法，并指出了影响其测量精度的一些误差因素[1]。不过由于该方法没有对系统进行综合定量分析，其测量结果的准确度欠佳;个别文献研究了双经纬仪交会测量身管指向变化时布站方式对测量精度的影响，并阐述了基于两经纬仪之间的基线长一定的前提下，寻求最优布站的具体实现过程[9]，而在实际测量过程中，都是先在身管上扫描确定两标记点(一般自行火炮在出厂时已冲好标记点)，再根据情况进行经纬仪布站。由于先确定两经纬仪之间的基线长，再根据最佳布站方式来确定身管上两标记点间的距离，在实际应用中经常会出现标记点间距离超出身管长度的情况，以致需要反复调整布站方式，操作繁琐，影响试验周期。

　　基于以上情况，本文研究了利用双经纬仪交会测量自行火炮调炮精度的方法，对影响其测量精度的各项因素进行了系统的定量分析，建立了综合的测量误差模型;并在此基础上，研究在预先确定炮管上两标记点的前提下，寻求经纬仪最佳布站方式以抑制其测量误差的具体实现方法，以保证测量数据的准确度和简化操作环节。

　　2　双经纬仪测量调炮精度的原理

　　双经纬仪交会测量法测量调炮精度的原理是利用经纬仪分别测量出火炮身管上两标记点的空间坐标，再利用空间坐标解算出身管指向，两次身管指向角度之差为火炮实际调转角度，火炮实际调转角度与火炮预期调转角度之差即为火炮调炮精度。测量时，在身管上扫描出两标记点P1和P2，以两者的连线代表炮膛轴线，两经纬仪调平、对瞄后，建立如图1所示的测量坐标系。O1为一台经纬仪的三轴中心，O2为另一台经纬仪的布站点，O2′为O2在O1所在水平面的投影点，以O1，O2′点连线为X轴，过O1点的铅垂方向为Z轴，Y轴由右手法则确定[1，7-9]。设P1，P2点坐标分别为(xP1，yP1，zP1)和(xP2，yP2，zP2)，O2，O2′点坐标分别为(L，0，h)和(L，0，0)，L为两经纬仪的基线长，h为两经纬仪的高程差。若O1点观测到P1点的方位角和俯仰角分别为α1和β1，O2点观测到P1点的方位角和俯仰角分别为α2和β2，则P1点坐标及两经纬仪高程差h为：