作者/袁威，西南計算機有限責任公司

坦克炮口彎曲變形量自動測量裝置

作者/袁威，西南計算機有限責任公司

鑒于傳統(tǒng)坦克炮口彎曲量測量效率低、精度差，而且不具備實時性的缺點，提出一種基于PSD（位置靈敏探測器）的坦克炮口彎曲量自動測量裝置。該裝置通過與安裝在炮口端的反射鏡配合，對炮口的彎曲變形量進行檢測。然后通過對PSD光敏面上的光點位置變化，輸出相應的模擬量，再經(jīng)過信號放大、整形、采集、濾波等數(shù)字化處理后，實時輸出炮口彎曲修正量，發(fā)送給火控計算機進行彈道修正。經(jīng)過該裝置提供的炮口彎曲量的實時修正，可有效提高坦克的射擊命中率。

坦克火炮；彎曲變形量；位置靈敏探測器；自動測量裝置

引言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，坦克是陸地作戰(zhàn)的重型武器，也是作戰(zhàn)的主要武器之一，它的火力性能主要體現(xiàn)在作戰(zhàn)威力和射擊精度兩個方面，尤其是射擊精度，更是坦克武器系統(tǒng)考核的一項主要指標，火控系統(tǒng)更是將其作為研究的重點。

在實際的作戰(zhàn)和訓練中，由于坦克發(fā)射炮彈過程中，炮口會摩擦發(fā)熱，所以總是不可避免的存在著發(fā)熱彎曲變形，而這會影響炮彈的出射角，正所謂“差之毫厘，謬之千里”，所以對坦克炮口彎曲變形的精確測量是確保坦克射擊精度的關鍵因素。

而傳統(tǒng)的坦克炮口彎曲量是通過安裝前置反射鏡在車外人工進行測量，然后在車內人工裝訂修正量，這樣不僅僅是效率低、精度差，而且不具備實時性，已經(jīng)完全不能適應現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需要了。因此，實時、有效的修正坦克炮口彎曲變形量才能有效保證坦克的射擊精度，同時也才能最大限度的發(fā)揮坦克的作戰(zhàn)威力[1,2]。過合理設置分流層和收集電流的電極,然后根據(jù)各電極上收集到的電流信號的比例來最后確定入射光的位置。

與其他CCD 和 CMOS等器件相比較而言，具有多種不可比擬的優(yōu)勢，因此，在各種測量領域其都將有很好的應用前景[3]。

自動測量裝置是一種利用PSD的工作特性，通過與安裝在坦克炮口端的反光鏡配合，對坦克炮口射擊時的彎曲變形量進行檢測的一種測量裝置。當炮口發(fā)生彎曲變形時，反光鏡也會隨之發(fā)生偏轉。此時，激光光源發(fā)出的光束入射到反射鏡，經(jīng)過反射鏡的反射后，光束到達PSD的光敏面上，此時，PSD就會輸出一個相對于“零位”的位置偏移量，炮口彎曲量越大，光點離“零位”的相對位置越遠。PSD對光點位置變化會輸出相應的模擬量，再經(jīng)過對模擬信號的放大、整形、采集、濾波等數(shù)字化處理后，最終轉換為炮口彎曲變形校正所需的校正量，實時發(fā)送給火控計算機進行彈道修正，有效提高坦克在炮口彎曲變形時的命中率[4]。

圖1 炮口彎曲變形量自動測量裝置原理框圖

鑒于這種情況，本文設計了一種基于PSD（位置靈敏探測器）的坦克炮口彎曲變形量的自動測量裝置，可實現(xiàn)坦克炮口彎曲變形量的車內自動、實時測量和修正，進而可以實現(xiàn)坦克車內自動、實時修正炮口彎曲變形量，提升坦克火炮的校炮效率和射擊精度。

1.設計原理

PSD是一種獨特的半導體光電器件，和普通光電二極管相比較而言，它的PN結結構、工作狀態(tài)、光電轉換原理等相類似，但它的工作原理卻與普通光電二極管完全不同，它不僅僅是光電轉換器，更重要的是它對光電流的分配,通

圖2 炮口彎曲變形量自動測量裝置光學原理示意圖

圖1為坦克炮口彎曲變形量自動測量裝置的原理框圖。自動測量裝置只要由激光光源、炮口發(fā)射鏡、PSD、位置偏移量處理器、以及火控計算機等部分組成。

圖2為坦克炮口彎曲變形量自動測量裝置的光學原理示意圖[5,6]。

由圖2中可以看出，當火炮炮口在初始階段時，炮口沒有發(fā)生變形，沒有彎曲量，此時，由激光光源發(fā)射的光束經(jīng)過反射鏡反射后返回至PSD光敏面，形成一個光斑，此時可以測量到該位置值，將該位置a設為“理論零值”。當坦克炮口在發(fā)射炮彈過程中，由于多種原因會造成坦克炮口發(fā)生彎曲，此時再由激光光源發(fā)射的光束經(jīng)過反射鏡反射后返回至PSD光敏面時，形成的光斑就會偏離原先沒有彎曲量時的“理論零值”，將該位置值設為b。而a與b點之間的距離就是光斑的位移距離s，s 與反射鏡角位移，也就是炮口彎曲量的關系式如（1）所示：

式中：θ—炮口偏移量；s—光點在 PSD 上的位移；f —接收系統(tǒng)物鏡的焦距?？梢钥闯?，通過測量光點在PSD上的位置偏移量，能夠有效地測量到坦克炮口的彎曲變形量，并最終通過火控計算機實時修正射擊角度，提升火炮的校炮效率和射擊精度。

2.實際操作及注意事項

在實際操作過程中，初始對準的時候，通過安放、調節(jié)炮口彎曲變形量自動測量裝置，使激光光束入射到反射鏡，并使光點盡量處于反射鏡的幾何中心位置，然后調節(jié)反光鏡，使得經(jīng)過反光鏡反射后的光點落在二維PSD位置靈敏探測器光敏面的中心點位置附近，形成炮口位置在PSD位置靈敏探測器上的“理論零值”。

若炮口在使用過程中發(fā)生了彎曲量，則激光光點經(jīng)過反射鏡反射后在PSD位置靈敏探測器光敏面上就會出現(xiàn)遠離“理論零值”的相對位置。此時，通過炮口彎曲變形量自動測量裝置的信號轉換后，就可以將炮口彎曲變形校正所需的校正量，實時、有效的提供給火控計算機，最終達到提高坦克射擊精度的良好效果。

在方案的實施過程中，需要合理的選擇激光光源、合理的應用PSD光電探測器，以及有效的標定激光能量的集中性和信噪的匹配問題，做到系統(tǒng)的最優(yōu)化。同時，考慮系統(tǒng)的密封性能以及對惡劣天氣條件的適應性應用。

3.結語

本文設計了一種基于PSD（位置靈敏探測器）的坦克炮口彎曲變形量的自動測量裝置，可實現(xiàn)坦克炮口彎曲變形量的車內自動、實時測量和修正，進而可以實現(xiàn)坦克車內自動、實時修正炮口彎曲變形量，提升坦克火炮的校炮效率和射擊精度。同時，該自動測量裝置可以在其他多種口徑的火炮中推廣應用，具有非常廣闊的應用前景。

＊ [1]樊成軍.身管彎曲對火炮射擊精度影響分析[D].南京:南京理工大學.2002.

＊ [2]遲鐵.炮口偏移量測量方法研究[D].長春：長春理工大學，2009.

＊ [3]于麗霞，王福明.一維PSD 器件及其在測量中的應用[J].現(xiàn)代電子技術，2007(7)：143-144.

＊ [4]陳冉,王長江,劉廣華.一種基于PSD的光電自動校炮裝置[J]應用光學，2014，35(6)：971-975.

＊ [5]劉榮艷.嵌入式炮口抖動測量系統(tǒng)研究[J].應信息通信，2015(10)：18-19.

＊ [6]張冬,王振宏.PSD光電自準直儀工作原理及誤差分析[J].學術交流,2014,12:46-47.

＊ [7]吳鴻,陳沖,李超等.一種基于PSD的轉速測量新方法[J]電子測量與儀器學報,2014,28(9):1033-1039.

＊ [8]孫強,馮婕,安靜等,基于 PSD 的機載光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)穩(wěn)定精度的測量方法[J].電子測試,2016(14):49-50.

＊ [9]劉斌，陸永華,楊超. 基于PSD 的激光跟蹤測量控制系統(tǒng)研究[J].機電工程,2015,32(8):1033-1037,1055.

＊ [10]劉嬌月，楊聚慶，董登峰.基于 PSD 的激光跟蹤儀光電瞄準技術應用與研究[J].Instrument Technique and Sensor,2015 Jul:98-100.