CN101660888A - 适用于舰炮武器的光电瞄星仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于舰炮武器的光电瞄星仪。它包括光电瞄具、视频标记电路板及监视器。其中：光电瞄具通过带有分光棱镜的光学系统和CCD摄像器件形成电视和目视两路瞄准通道，目视瞄准通道采用屋脊棱镜而使其成像为正像，光电瞄具通过一个与两路瞄准线同轴的导杆与火炮炮膛可靠连接；视频标记电路板可生成与目视光学分划同轴的电子分划，并可将电视通道产生的视频信号叠加电子分划后输送到监视器。本发明解决了火炮高角度瞄星的难题，操作者可脱离火炮身管而在地面或舰船甲板遥观遥测进行瞄星操作，在火炮低角时也可选择目视瞄准通道进行校靶，本发明不仅适用于舰炮武器系统，而且也可用于陆基牵引高炮及自行高炮武器系统。

Description

适用于舰炮武器的光电瞄星仪

技术领域

本发明涉及一种校准火炮射线的光电仪器，尤其涉及一种利用瞄星法对舰载火炮射线进行校准的光电瞄星仪。

背景技术

现代舰炮武器系统除火炮外一般还配置有雷达、光电跟踪仪等探测传感设备。各设备集成为武器系统后，为确保射击精度、达到预定的毁歼概率，需进行轴线一致性校准、修定，即将火炮射线(即炮膛轴线)、雷达跟踪轴线、光电跟踪仪跟踪轴线校准后修定一致。通常，舰炮武器使用瞄星法即对准北极星的方法进行校准，其具体步骤是，晴朗夜晚在舰炮武器系统所在平台上正北向架设经纬仪，调转火炮、调整经纬仪、雷达、光电跟踪仪，使经纬仪、火炮、雷达、光电跟踪仪的轴线同时对准北极星。实时记录经纬仪、火炮、雷达、光电跟踪仪的方位、俯仰角位置，以经纬仪为基准校准后，对火炮、雷达、光电跟踪仪分别进行角位置修定。瞄星时，雷达、光电跟踪仪均用其自备或自有光学瞄准线对北极星进行对准，而火炮则需借助一个具有光学瞄准线的瞄星装置进行对准。

图1出示了一种传统瞄星装置即由本体1和导杆2组成的光学校靶镜，其光学系统由物镜3、棱镜4、分划板5、目镜6组成(见图2)。瞄星时，将导杆2插入火炮炮膛并与膛壁紧密配合，由于光学校靶镜的瞄准线与导杆2同轴，因而此时光学校靶镜的瞄准线与火炮射线同轴。操作者贴近火炮身管通过光学校靶镜目镜6观察、并下达火炮姿态调整指令，使光学校靶镜瞄准线对准北极星(操作工况如图3所示)，从而实现火炮射线对准北极星。这种光学校靶镜也被其他各种火炮进行地面校靶时广泛使用。然而，用传统光学校靶镜进行瞄星校准存在以下不足：(1)瞄星时火炮仰角较大，炮口位置较高，瞄星人员贴近炮口操作不方便、效率低、精度差且存在人员安全隐患；(2)光学校靶镜成像为镜像即像在左右方向与目标反向，因此，增加了瞄星、校靶的难度，进而导致校准精度降低。

2006年10月，中国专利申请CN2823968公开了一种适用于枪支、火炮校靶的激光校靶器，它由校靶器本体和插入导杆组成。校靶器本体内的激光器及其光学系统与插入导杆装配时实现同轴，插入导杆插入枪膛或炮膛后，激光射线即与武器射线(即武器膛线)一致。校靶时，使激光落在靶上的光点与靶心重合，同时调校武器瞄准线与靶心重合后，激光射线即与武器瞄准线一致，从而实现武器射线与武器瞄准线一致，达到校准武器射击精度的目的。但是，该激光校靶器存在以下不足：(1)由于激光发射能量限制，使激光校靶器仅适用于近距离校靶，不能进行瞄星或对远距目标进行校靶；(2)由于激光发散角的存在，校靶距离较远时，光点尺寸变大，使校靶精度降低。

发明内容

本发明的任务是，为解决光学校靶镜、激光校靶器等在舰炮瞄星或远距校靶时存在的操作性和安全性差、效率和精度低的技术问题，提供一种能在舰炮武器系统陆上联调或装舰现场，按需选择电视或目视对准方式，可方便、高效、精确、安全地进行瞄星和校靶的光电瞄星仪。

为解决上述技术问题，本发明提供的光电瞄星仪包括光电瞄具，电子箱、监视器和两条电缆，所述光电瞄具包括仪器舱、光学系统、物镜筒、目镜筒、与炮膛相匹配的导杆和CCD摄像器件，所述光学系统含有物镜、分光棱镜、屋脊棱镜、分划板和目镜，仪器舱为方形壳体，分光棱镜、CCD摄像器件、屋脊棱镜和分划板均通过相应的连接支架固定在仪器舱的内部，物镜和目镜分别装在所述物镜筒和所述目镜筒中，所述物镜筒和导杆分别固连在所述仪器舱相对的两个侧板上，且导杆的轴线与目视瞄准线同轴，所述目镜筒固连在仪器舱的第三个侧板上，目标空间的光束经物镜会聚后被分光棱镜分成两路，由分光棱镜反射出的光束聚焦到CCD摄像器件的靶面上，由此构成电视瞄准线，由分光棱镜透射的光束经屋脊棱镜反射折转90°后聚焦到分划板上，再经目镜形成平行光，由此构成目视瞄准线；所述CCD摄像器件将光信号转换成电信号后通过第一电缆送入电子箱中；所述电子箱中装有直流电源和视频标记电路板，直流电源用以给所述光电瞄具和视频标记电路板供电，视频标记电路板上集成了电子分划生成电路、位置修正电路和视频混合电路，电子分划生成电路的功能是产生电子分划并送入位置修正电路，位置修正电路的功能是调整电子分划在视场中的位置，以使电视瞄准线与目视瞄准线同轴，视频混合电路的功能是将CCD摄像器件的输出信号和电子分划进行叠加形成混合视频信号，并将混合视频信号通过第二电缆输送到位于地面或舰船甲板的所述监视器进行显示。

根据本发明，所述分光棱镜为立方棱镜，其分光面镀有可将光谱为0.4μm～0.7μm的可见光束按1∶1比例反射和透射的分光膜。

根据本发明，所述分划板上的分划和所述电子分划均为带格值且中心是缺口的十字分划。

本发明的有益效果体现为：

(一)本发明采用共物镜并通过分光镜将目标瞄准线分成两路分别进入电视通道和目视通道，同时利用视频标记电路板为电视通道产生电子分划并且电子分划与目视通道的光学分划对准，此外，再使共物镜与可插入炮膛的导杆同轴，从而为本发明实现具有电视通道和目视通道可选的瞄星仪提供了技术支持，而且还使本发明具有结构紧凑、体积小、重量轻、易于安装等特点瞄星精度显著提高。

(二)本发明在传统瞄星仪的基础上，增加了电视通道，使操作者可以脱离火炮而遥观遥测进行瞄星校准操作，改善了瞄星操作环境，解决了火炮高角度瞄星的难题，消除了安全隐患；而且使用方便、快捷、省力，瞄星效率显著提高。

(三)在火炮低角时也可用本发明的目视瞄准通道进行校靶，由于该通道采用了屋脊棱镜折转光束，因此该通道的光学像为正像，易于使目视瞄准线对准靶心，避免了光学校靶镜成像为镜像而带来的精度低、操作性差的问题。

附图说明

图1是传统光学校靶镜的外形示意图。

图2是传统光学校靶镜的光学系统图。

图3是采用传统光学校靶镜瞄星工况示意图。

图4是本发明光电瞄星仪的组成示意图。

图5是图4中所示光电瞄具的外形示意图。

图6是图4中所示光电瞄具的光学系统示意图。

图7是光电瞄具目视通道分划示意图。

图8是视频标记电路板的原理方框图。

图9是光电瞄具电子分划示意图。

图10是采用本发明光电瞄星仪瞄星工况示意图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

正如图4所示，本发明光电瞄星仪的优选实施例由光电瞄具7、电子箱8、监视器9和两根电缆10、11组成。光电瞄具7包括仪器舱13、光学系统、物镜筒12、目镜筒14、导杆15、插座17和CCD摄像器件21(见图5)。光学系统含有物镜18、分光棱镜19、直角棱镜20、屋脊棱镜22、分划板23和目镜24(见图6)。仪器舱13为方形壳体，分光棱镜19、直角棱镜20、CCD摄像器件21、屋脊棱镜22和分划板23均通过相应的支架固定在仪器舱13的内部，分划板23的支架包含偏心机构。物镜18同轴装在物镜筒12中，物镜筒12固连在仪器舱13的左侧板上(以图面定义)。插座17固连在仪器舱13的上侧板并通过引线与CCD摄像器件21连接，目镜24同轴装在目镜筒14中，目镜筒14固连在仪器舱13的下侧板。导杆15为圆柱体且直径与炮膛直径相匹配，其柱面沿轴向的一条直线上安装了两个簧片16，导杆15固连在仪器舱13的右侧板，其轴线与物镜筒12的轴线重合。插座17通过第一电缆10与电子箱8连接，监视器9通过第二电缆11与电子箱8连接。

在光学系统中，分光棱镜19为立方棱镜，其分光面与物镜18的轴线成45°夹角且镀有分光膜，可将光谱为0.4μm～0.7μm的可见光束按1∶1比例分光。分划板23的分划形式为带格值和中心缺口的十字分划(见图7)，缺口延伸交汇处为分划原点，物镜18轴心与分划原点的连线即为目视瞄准线。利用偏心机构调整分划原点的位置，实现目视瞄准线与导杆轴线同轴。目标空间的光束经物镜18会聚后被分光棱镜19分成两路，由分光棱镜19反射出的光束再经直角棱镜20反射折转90°后聚焦到CCD摄像器件21的靶面上，，由此形成电视瞄准通道；由分光棱镜19透射的光束经屋脊棱镜22反射折转90°后聚焦到分划板23上，再经目镜24形成适于人眼观察的平行光，由此形成目视瞄准通道。由于光线经屋脊棱镜22的反射为上下、左右两个方向的反射，反射后上下、左右均反向，成像关系为倒像，而物镜18所成的像也为倒像，因此目视瞄准通道在分划板23上的成像为一正像，从而避免采用直角棱镜后仅一个方向反射产生镜像的结果，方便操作者观察使用。CCD摄像器件21将光信号转换成电信号后通过插座17和第一电缆10送入电子箱8中。

电子箱8中装有直流电源和视频标记电路板。直流电源担负向光电瞄具7和视频标记电路板供电的功能。视频标记电路板上集成了电子分划生成电路、位置修正电路和视频混合电路(见图8)，电子分划生成电路的功能是产生电子分划并送入位置修正电路，电子分划为带格值和中心缺口的十字分划(见图9)，缺口延伸交汇处为分划原点，物镜18与该分划原点轴线的连线即为电视瞄准线。位置修正电路的功能是调整电子分划在视场中的位置，以使电视瞄准线与导杆轴线同轴，其调整步长左右方向为0.1μs、上下方向为1条电视线(1条电视线等于视场上下方向距离的1/288)。视频混合电路的功能是将CCD摄像器件21的输出信号和电子分划进行叠加形成混合视频信号，并将混合视频信号通过第二电缆11输送到位于地面或舰船甲板的显示终端监视器9进行显示，监视器9显示的图像中含有目标和电十字分划图像。

当采用本发明进行瞄星校准操作时，首先将导杆15插入火炮炮膛并使本发明通电，由于簧片16的弹力作用，使得其对面的杆壁贴靠于火炮膛壁，以保证导杆15的轴线与炮膛轴线(即火炮射线)同轴，亦即本发明的电视瞄准线、目视瞄准线与火炮射线一致。然后，调整火炮方位和俯仰角指向北极星所在星空，若操作者选择不贴近火炮炮管操作，通电后在地面或甲板面即可观察监视器9图像并下达火炮调整指令，使电子分划十字交汇中心即电视瞄准线精确对准北极星，操作工况如图10所示。在火炮低角时，也可选择本发明的目视通道进行校靶：具体操作为，将导杆15插入火炮炮膛且本发明不通电，操作者贴近火炮炮管并通过目镜筒14进行观察并下达火炮调整指令，最终使分划板23的分划中心即目视瞄准线精确对准北极星。

Claims (3)

1.一种适用于舰炮武器的光电瞄星仪，包括光电瞄具[7]，其特征在于：还包括电子箱[8]、监视器[9]和两条电缆[10、11]，所述光电瞄具[7]包括仪器舱[13]、光学系统、物镜筒[12]、目镜筒[14]、与炮膛相匹配的导杆[15]和CCD摄像器件[21]，所述光学系统含有物镜[18]、分光棱镜[19]、屋脊棱镜[22]、分划板[23]和目镜[24]，仪器舱[13]为方形壳体，分光棱镜[19]、CCD摄像器件[21]、屋脊棱镜[22]和分划板[23]均通过相应的连接支架固定在仪器舱[13]的内部，物镜[18]和目镜[24]分别装在所述物镜筒[12]和所述目镜筒[14]中，所述物镜筒[12]和导杆[15]分别固连在所述仪器舱[13]相对的两个侧板上且导杆[15]的轴线与目视瞄准线同轴，所述目镜筒[14]固连在仪器舱[13]的第三个侧板上，目标空间的光束经物镜[18]会聚后被分光棱镜[19]分成两路，由分光棱镜[19]反射出的光束聚焦到CCD摄像器件[21]的靶面上，由此构成电视瞄准线，由分光棱镜[19]透射的光束经屋脊棱镜[22]反射折转90°后聚焦到分划板[23]上，再经目镜[24]形成平行光，由此构成目视瞄准线；所述CCD摄像器件[21]将光信号转换成电信号后通过第一电缆[10]送入电子箱[8]中；所述电子箱[8]中装有直流电源和视频标记电路板，直流电源用以给所述光电瞄具[7]和视频标记电路板供电，视频标记电路板上集成了电子分划生成电路、位置修正电路和视频混合电路，电子分划生成电路的功能是产生电子分划并送入位置修正电路，位置修正电路的功能是调整电子分划在视场中的位置，以使电视瞄准线与所述目视瞄准线同轴，视频混合电路的功能是将CCD摄像器件[21]的输出信号和电子分划进行叠加形成混合视频信号，并将混合视频信号通过第二电缆[11]输送到位于地面或舰船甲板的所述监视器[9]进行显示。

2.根据权利要求1所述的适用于舰炮武器的光电瞄星仪，其特征在于：所述分光棱镜[19]为立方棱镜，其分光面镀有可将光谱为0.4μm～0.7μm的可见光束按1∶1比例反射和透射的分光膜。

3.根据权利要求1或2所述的适用于舰炮武器的光电瞄星仪，其特征在于：所述分划板[23]上的分划和所述电子分划均为带格值且中心是缺口的十字分划。

Images