浅谈炮控系统性能参数测试方案

浅谈炮控系统性能参数测试方案 【摘要】随着高新技术在坦克武器系统研发中的广 泛应用，现行的测试手段已无法满足新型坦克武器系统鉴定 试验的要求。因此，迫切需要开展相应的武器系统总体试验 技术的研究，通过研制高精度的坦克炮控性能测试系统， 来满足试验鉴定的需要。 【关键词】炮控系统；测试参数；光纤陀螺 鉴于目前落后的人工测试手段，为了提高测试精度，缩 短实验周期，兼顾节约实验经费，依据炮控系统测试技术特 点，可选择的测试方案有以下4种 1 CCD点光源； 2 激光器PSD光学测量靶； 3 光纤陀螺； 4 电测法。 1. CCD点光源 将点光源和标尺安装在炮筒的前端，与CCD Charge Coupled Device正对的方向；由点光源在CCD中成像，以 此来识别炮筒的位移；同时在点光源平面处设立标尺，来对 CCD进行标定［1］。其原理如图1所示，在这种方案下，点光 源所成像的位移实际就是炮筒的位移。影响测量精度在于两 个主要的方面，一是CCD的单位像素，一是点光源与CCD之 间的距离变化带来的非线性误差。 图1 CCD点光源测试原理图 2. 激光器PSD光学测量靶 PSD Position Sensitive Detector是一种半导体位 置敏感器件，其工作原理是基于横向光电效应，又称侧向光 生伏特效应或殿巴Dember效应［2］。将激光器固定在炮 管上，发射激光照射到位于炮口正前方的测量靶上。该激光 光点经过光学系统成像于高精度PSD , PSD输出的信号经 过炮控系统测试前端机处理后，经CAN总线传送到计算机中， 计算机计算出光点的位置，入射光点的位置及数据可以在显 示器上实时显示。火炮身管运动时，激光光点的运动轨迹就 显示在计算机屏幕上，根据相应的公式便可计算出炮控系统 的静态参数。其原理如图2所示。 图2激光器PSD测试系统原理图 3. 光纤陀螺 光纤陀螺FOG Fiber Optic Gyroscope,是利用光纤 构成的萨格奈克Sagnac干涉仪［3］,是一种纯光学、全 固态陀螺仪。它具有测量精度高、灵敏度高、环境适应性强、 启动快、重量轻、寿命长和抗冲击能力强等优点以及结构上 的适应性和灵活性［4］。将光纤陀螺安装在火炮身管上，调 整光纤陀螺敏感轴，使敏感轴与火炮身管转动平面垂直，当 光纤陀螺与火炮身管同步转动时，光纤陀螺便可测量出火炮 身管转动的角速度。其原理如图3示。 图3光纤陀螺测试系统原理图 4. 电测法 在炮控系统控制箱上开一测试输出孔，它将炮控系统水 平向和高低向速率陀螺的反馈信号送到测试输出孔，可以利 用该信号进行炮控系统静态参数的测试。但若角速度信号叠 加有干扰，那么积分计算的结果将带来更大的误差累积，最 终导致测试精度的下降。 5. 方案选择 CCD点光源测试方案由于需要使用高速CCD,系统成本 过高；激光器PSD光学测量靶对环境要求较高，不适于在环 境恶劣的条件下使用；电测法成本最低，但其通用性差，且 使用装备自身的传感器测量，这在武器定型实验中是不允许 的；综合考虑，本测试系统选取光纤陀螺作为测试系统的传 感器。 利用光纤陀螺进行角速度的测量，其精度主要受如下因 素影响光纤陀螺自身的测量精度、地球自转速度在陀螺敏 感轴上的分量、光纤陀螺安装的偏差角度、火炮身管的指向、 座圈的倾斜度。角度量的测量精度主要取决于角速度测量精 度、数值积分精度以及积分时间的长短等因素。为了提高炮 控系统性能参数的测量精度，确定上述因素对角速度、角度 量测量精度的影响，必须开展专项研究，从理论、方法和测 试手段上分析各影响因素对测量精度影响的权值，寻求改善 测量精度的最优途径。 综上所述，开展基于光纤陀螺的炮控系统性能参数测试 精度及影响因素的研究是十分必要的。 参考文献 [1] 刘邦俊，徐鹏飞，张建国.型轮式火炮炮控系统 的角位移测量技术.四川兵工学报.2008, 6 58-59. [2] Hamamatsu technical data. Photonics K. K., Solid State Division, Position sensitive detectors, Product Catalogue, 1997 8〜11. [3] 雷蕾.PSD在轻武器立靶坐标测量系统中的应用研 究.中国科学院西安光学精密机械研究所.硕士学位论文. 2008 23〜30. [4] R. M. Hiehn. The Sagnac Effect and the Chirality of Space Time. Proceeding of SPIE. 2007 , 6644 66440L1-13.