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.