CN102269541A - 自行高炮炮长瞄准镜动态观瞄装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自行高炮炮长瞄准镜动态观瞄装置，属于火炮观察与瞄准技术领域。该装置在炮手应急操炮时，接收火控计算机发送的目标信息或提前量数据，实时解算出电子光标的坐标值并产生受动态坐标控制的视频信号，显示器将该视频信号转换为可视图像并通过投影系统放大投影到炮长瞄准镜的分划面上，从而使动态电子光标出现在炮长瞄准镜的视场中。本发明解决了炮手通过现有瞄准镜进行应急操炮时存在的反应速度慢、对准精度低、提前量误差大的技术问题，不仅提高了炮手抓住战机的几率，而且减轻了炮手的脑力工作强度和精神压力，进而也大大降低了炮手的差错率。

Description

自行高炮炮长瞄准镜动态观瞄装置

技术领域

本发明属于自行高炮观察与瞄准技术领域，主要涉及一种动态观瞄装置，尤其涉及一种自行高炮炮长瞄准镜用动态观瞄装置，该观瞄装置在自行高炮火控系统采用手动方式工作时，能够在高炮炮长瞄准镜的视场中以动态光标指示目标信息及火炮提前量。 

背景技术

自行高炮伺服系统是由一系列功能单元组合的系统，它接受高炮火控计算机指令并使火炮自动完成方位、俯仰运动。随着技术进步，虽然伺服系统的可靠性在不断提高，但由于其高复杂性仍存在发生故障的可能。因而许多自行高炮设置有应急辅助系统，期于在伺服系统发生故障后以手动方式应急工作，使火炮完成方位、俯仰运动。 

因此，国内部分定型或在研的自行高炮，在伺服系统正常和故障时，分别以下列两种工作方式工作： 

一、自动方式，也是主要工作方式。伺服系统工作正常时，火炮方位、俯仰运动一般以自动方式进行。即以雷达或光电为传感器的搜索跟踪系统搜索、捕获并独立跟踪目标，所获目标空间信息经火控计算机解算以指令发给伺服系统，驱动火炮自动跟踪目标。目标进入射程时，火控计算机解算提前量发往伺服系统，使火炮到达射击提前位置射击； 

二、手动方式，也是应急工作方式。伺服系统发生故障后，雷达或光电搜索跟踪系统仍独立搜索、跟踪目标以获取目标信息，但火炮伺服系统无法执行火控计算机的跟踪指令和提前量指令运动，火炮方位、俯仰只能以手动 方式运动。此时，炮长可通过炮长瞄准镜搜索、观瞄目标，以手动方式操作火炮跟踪目标。目标进入射程时，根据目测的目标方向、速度和距离，估算提前量，将瞄准线对向目标前方“提前位置”，使火炮到达射击提前位置射击。 

图1出示了一种传统炮长瞄准镜的光学原理图，其光学系统由保护窗1、端部棱镜2、物镜组3、五棱镜4、分划板5、目镜6组成。物镜组3将目标空间光束成像在分划板5的分划面上，五棱镜4将物镜组3的成像光路由垂直折转为水平。分划面上刻制有若干尺寸不同的分划圆环，称作“光环”(因而该炮长瞄准镜俗称“光环镜”)，光环中心为瞄准线与分划面的交点。炮长瞄准镜安装在炮塔上，瞄准线方位随镜体及炮塔运动、俯仰由端部棱镜2的运动实现。其方式为：端部棱镜2在俯仰方向从俯角至较高仰角(例如-4°～+44°)随火炮身管以1∶2速比运动，以使炮长瞄准镜瞄准线在俯仰方向从俯角至较高仰角(例如-8°～88°)随火炮身管以1∶1速比同步运动。因而，传统炮长瞄准镜属于非独立瞄准线瞄准镜。 

图2为目标8进入炮长瞄准镜视场中央时，从目镜6观察分划面的情形。光7为一组同心圆环，这些光环的半径由一些目标的典型速度、典型距离及在各典型距离的弹丸飞行时间计算得出代表相应瞄准线的提前量距离。应急工作时，炮长需要估算以上参数及提前量、选择相应光环，用与目标8运动方向相反的光环部位10对准目标，手动使瞄准线及火炮到达提前位置9射击。图2中瞄准线已与目标像8重合，为使瞄准线(及火炮)到达提前位置9，应使光环部位10对准目标8(图中星号9仅为指明空间提前量位置，像面上无此分划符号，以下同)。图3为光环部位10已对准目标8，瞄准线已到达提前量位置9时的视见图。 

“光环镜”具有与火炮射线同轴、视场大、分辨力高、可靠性高，使用方便、无电磁干扰等优点，多数自行高炮除配装雷达或非独立瞄准线光电搜索跟踪系统外，仍然配置直瞄式“光环镜”，作为辅助和应急观瞄通道搜索、捕获、跟踪目标，带炮击毁目标。然而，传统“光环镜”在自行高炮火控系 统中应急工作时存在以下不足：(1)火炮伺服系统发生故障应急工作时，雷达或光电搜索跟踪系统仍然独立搜索、跟踪目标并获取目标信息，但无法利用目标信息及时“导引”目标进入“光环镜”视场，也无法利用火控计算机计算的提前量使火炮到达提前位置。只可人工搜索将目标导入“光环镜”视场、目测目标方向、速度和距离概估提前量，选择与所估提前量对应的光环对准目标；(2)因光环数量有限，光环代表的目标速度和距离也有限。选择提前量光环时，受选光环与实际速度和距离吻合度低。因而用所选光环对准目标，使火炮到达提前位置时，误差大、命中概率低；(3)选择“与目标运动方向相反”的光环部位对准目标时，易产生方向角误差，也使命中概率降低；(4)搜索目标进入视场、目测其方向、速度和距离，估算提前量，选择光环及其相应部位对准目标、使瞄准线及火炮到达提前位置的过程速度慢、耗时多，易丧失战机；(5)用“光环镜”观察应急工作中，操作者需迅速目测、迅速判断、迅速操作，脑力、体力结合强度大、压力大，对操作者素质及熟练程度要求高。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对目前自行高炮通过传统炮长瞄准镜观瞄、手动操高炮时存在的技术问题，提供一种能够在炮长瞄准镜分划面上以动态光标指示目标信息及火炮提前量的炮长瞄准镜动态观瞄装置，以使目标快速进入炮长瞄准镜视场，并使瞄准线及火炮快速、准确到达射击提前位置。 

为解决上述技术问题，本发明提供的炮长瞄准镜动态观瞄装置包括均安装在炮长镜中的电子盒、显示器、投影光学系统和警示灯， 

在所述电子盒中，光标生成电路产生TTL电子光标信号并送入视频混合电路，视频信号发生电路产生低电平视频信号并送入视频混合电路，光标位置电路通过通讯电路接收火控计算机发送的目标信息或提前量数据：当接收数据为目标坐标数据X_T、Y_T时，控制警示灯为熄灭状态，接着分别判断横坐标数 据X_T、纵坐标数据Y_T的绝对值是否大于视频图像中同方向横坐标边缘值X_M的绝对值和同方向纵坐标边缘值Y_M的绝对值，若 

令电子光标的横坐标值X_C＝X_T，否则令电子光标的横坐标值X_C＝X_M；若 令电子光标的纵坐标值Y_C＝Y_T，否则令电子光标的纵坐标值Y_C＝Y_M；当接收数据为提前量坐标数据X_A、Y_A时，则点亮警示灯并令电子光标的坐标值X_C＝-X_A、Y_C＝-Y_A；向视频混合电路输出电子光标的位置控制量，视频混合电路根据光标位置控制信号将TTL电子光标信号镶嵌在低电平视频信号的相应像素点处而形成含有电子光标的混合视频信号并送给所述显示器， 

所述显示器将所述视频混合电路送来的混合视频信号转换为带有电子光标的可视图像； 

所述投影光学系统含有投影透镜、分光棱镜和共用分划板，所述警示灯安装在共用分划板成像区的下方，投影透镜将所述显示器显示的可视图像放大成像且通过分光棱镜反射后聚焦在共用分划板的分划面上，炮长镜观瞄光学系统对目标空间的成像经分光棱镜透射后也聚焦在共用分划板的分划面上，炮手经炮长镜观瞄光学系统的目镜能够同时观察到可视图像、目标和点亮的警示灯。 

本发明的整体技术效果体现在以下几个方面。 

(一)本发明在自行高炮采用应急方式工作时，接收火控计算机发送的目标信息或火炮提前量数据，光标位置电路根据所接收数据实时计算电子光标的坐标位置，产生光标位置控制信号并将其送入视频混合电路，光标生成电路产生的电子光标信号和视频信号发生电路产生的低电平视频信号也被送入视频混合电路，视频混合电路在光标位置控制信号控制下，将电子光标信号镶嵌在低电平视频信号的相应像素点处而形成含有动态电子光标的混合视频信号，经显示器转换和投影系统成像，使动态光标出现在瞄准镜视场中。目标未进入视场时，电子光标指示目标方向，引导炮手操炮使目标尽快进入视场；目标进入视场接近射程时，电子光标指示提前量坐标，引导炮手操炮 使瞄准线及火炮到达射击提前位置。因而，本发明与传统人工搜索、将目标导入“光环镜”视场的方式相比，其目标导入速度快、用时短；与传统光环对准使瞄准线及火炮到达射击提前位置的方式相比，减少了反应时间、提高了操作效率，更易于抓住战机。 

(二)本发明以实时性强、坐标精度高的提前量光标代替传统光环对准方式中某一光环的某一部位，因此，能够使瞄准线及火炮快速、准确到达射击提前位置，提高了火炮的提前量精度和命中概率；与此同时，也减轻了操作者脑力工作强度和精神压力，降低了差错率。 

附图说明

图1是自行高炮炮长瞄准镜的光学系统原理图。 

图2是火炮进入手动跟踪操作时的光环像面状况图。 

图3是火炮进入手动射击提前量操作到位时的光环像面状况图。 

图4是本发明动态观瞄装置的组成即工作原理图。 

图5是动态观瞄装置与炮长瞄准镜光学系统的关系示意图。 

图6是图4所示光标位置电路的工作流程图。 

图7是火炮手动跟踪操作时动态光标在目标未入视场时的像面状况图。 

图8是火炮手动跟踪操作下动态光标和瞄准线趋近目标的像面状况图。 

图9是火炮手动提前量操作向射击提前位置过渡时的像面状况图。 

图10是火炮手动提前量操作到位时的像面状况图。 

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。 

根据图4所示，本发明动态观瞄装置的优选实施例由电子盒12、显示器14、投影光学系统、警示灯17和三根电缆11、13、18组成。电子盒12、显示器14、投影光学系统均通过相应的支架固定在炮长瞄准镜内部，电子盒12通过第一 电缆11与自行高炮火控计算机连接，电子盒12通过第二电缆13与显示器14连接，电子盒12通过第三电缆18与警示灯17连接。 

根据图5所示，投影光学系统含有投影透镜15、分光棱镜16，与观瞄光学系统共用分划板5。装有本发明的炮长瞄准镜，其观瞄光学系统与传统“光环境”类似，包括保护窗1、端部棱镜2、物镜组3、五棱镜4、目镜6。投影光学系统和炮长镜观瞄光学系统的光路通过分光棱镜汇合在一起，目标空间的光束经物镜组3会聚，再经五棱镜4反射将成像光路由垂直折转为水平方向，五棱镜4的出射光束经分光棱镜透射后聚焦到分划板5的分划面上；而投影透镜15将显示器14显示的可视图像再放大成像，经分光棱镜16反射折转90°后，也聚焦到分划板5的分划面上；分划面上的像再经目镜6形成适于人眼观察的平行光。分划面上刻制有贯穿全视场的十字分划，十字分划原点与物镜组3轴心的连线为瞄准线，保护窗1实现炮长瞄准镜产品的密封，端部棱镜2实现瞄准线俯仰随火炮身管同步运动。分光棱镜16为立方棱镜，其分光面镀有分光膜，与投影透镜15及观瞄水平光路的轴线均成45°夹角，将光谱为0.4μm～0.75μm的可见光束按1∶1比例分光。即观瞄光学系统光路和投影光学系统光路在该分光面均透射和反射50％的能量。其结果为，观瞄光学系统光路透射的50％能量和投影光学系统光路反射的50％能量，汇合后聚焦到分划板5的分划面上。根据光的独立传播原理，汇合后各光路独立成像性质不变。投影光学系统的像面与观瞄光学系统的像面重合在同一平面即分划板5的分划面上。分划板5在图像下方的位置上固定警示灯17即发光二极管，警示灯17的点亮与熄灭受光标位置电路的控制，当警示灯17点亮时，警示炮手立即开始进入提前量位置的操作。装配时利用偏心机构调整显示器14及投影透镜15，使显示器14的中心和投影透镜15的轴心及分划板5的十字分划中心位于同一轴线上，实现投影光学系统轴线与目视瞄准线同轴。 

电子盒12包括电源板和视频标记电路板。电源板用以给视频标记电路板、显示器14和提前量警示灯17供电。视频标记电路板上集成了通讯电路、光标 位置电路、光标生成电路、视频信号发生电路和视频混合电路。通讯电路为RS-422型接口电路，采用一块RS-422型接口芯片。其功能是接收火控计算机发送的目标信息或提前量数据并送入光标位置电路。光标生成电路采用微处理器，其功能是产生TTL电子光标信号并送入视频混合电路。视频信号发生电路选用微处理器，其功能是产生低电平视频信号并送入视频混合电路。光标位置电路为内置有电子光标坐标解算软件包的DSP器件，其功能是根据火控计算机发来的数据，实时解算出光标位置控制信号并送入视频混合电路。视频混合电路选用模拟信号选择控制器，其功能是根据光标位置控制信号将TTL电子光标信号镶嵌在低电平视频信号的相应像素点处，亦即视频信号中光标所在像素点选择TTL信号，光标以外像素点选择低电平视频信号，由此形成含有电子光标的混合视频信号并送给显示器14。 

根据图6所示，电子光标解算软件包的操作步骤为：(1)接收火控计算机发来的数据并对其进行判断，(2)当判断接收数据为目标坐标数据X_T、Y_T时，控制警示灯17为熄灭状态，接着分别判断横坐标数据X_T、纵坐标数据Y_T的绝对值是否大于视频图像中同方向横坐标边缘值X_M的绝对值和同方向纵坐标边缘值Y_M的绝对值，若 

令电子光标的横坐标值X_C＝X_T，否则令电子光标的横坐标值X_C＝X_M；若 

令电子光标的纵坐标值Y_C＝Y_T，否则令电子光标的纵坐标值Y_C＝Y_M，(3)当判断接收数据为提前量坐标数据X_A、Y_A时，则点亮警示灯17并令电子光标的坐标值X_C＝-X_A、Y_C-Y_A，(4)向视频混合电路输出电子光标的位置控制量即电子光标的坐标值X_C、Y_C。 

显示器14为一个0.61″的OLED显示器，其功能是将视频混合电路送来的混合视频信号转换为宽高比为4∶3且带有电子光标19的可视图像20(参见图7)。可视图像20相继经投影透镜15、分光棱镜16后聚焦到分划板5的分划面上，因此炮手经目镜6可同时观察到含目标8和电子光标19的图像(参见图8～图10)。 

当自行高炮火炮伺服系统发生故障时，炮手借助本发明以手动方式进行 应急操作。在目标尚未进入视场时，电子盒12中的通讯电路通过第一电缆11接收由雷达或光电搜索跟踪系统获取由火控计算机发送的目标信息，并送入光标位置电路。光标位置电路根据目标信息实时计算电子光标的坐标位置，产生光标位置控制信号并送入视频混合电路，同时，保持警示灯为熄灭状态。光标生成电路产生的TTL电子光标信号和视频信号发生电路产生的低电平视频信号，在视频标记电路板通电工作后即已被送入视频混合电路。视频混合电路根据光标位置控制信号将TTL电子光标信号镶嵌在低电平视频信号的相应像素位置而形成含有电子光标的混合视频信号，混合视频信号通过第二电缆13输送到显示器14并转换为带有电子光标19的可视图像20(参见图7)。投影透镜15将该可视图像20再放大成像，成像光路经分光棱镜16分光50％并折转90°汇合到观瞄光学系统光路内，聚焦到分划板5的分划面上。炮手经目镜6对外界观察的同时，也观察到位于视场边缘目标方向的电子光标19。炮手此时可手动操炮使瞄准线向电子光标19的位置运动，当目标8进入视场后则使瞄准线向目标8运动，并与目标动态重合，实现一定精度的手动跟踪(如图8所示)。 

目标进入射程与目标尚未进入视场的工作过程类似，但所接收的火控计算机数据类型不同、产生的光标位置控制信号也不同。当目标进入射程时，通讯电路接收火控计算机的提前量数据，并送入光标位置电路。光标位置电路根据提前量数据实时计算电子光标的坐标位置，产生光标位置控制信号并送入视频混合电路。光标位置控制信号使电子光标19的位置与火控提前量位置大小相等、方向相反，如图9中电子光标19的位置与提前量位置9对称，对称轴21过瞄准线所在的十字原点且垂直于目标运动方向。同时，光标生成电路产生的TTL电子光标信号和视频信号发生电路产生的低电平视频信号也被送入视频混合电路，在光标位置控制信号控制下形成混合视频信号。同时，通过第三电缆18控制警示灯17点亮。视频混合电路输出的混合视频信号经显示器14转换为可视图像20。投影透镜15将该可视图像20放大成像到分划板5的 分划面上。炮手从目镜6观察目标的同时，也观察到该电子光标19和点亮的警示灯17。此时炮手立刻手动操作火炮，使电子光标19向目标8位置运动，直至对准目标8(如图10所示)，使瞄准线及火炮快速、准确到达射击提前位置9。 

当瞄准镜及火炮对目标手动跟踪存在误差、瞄准线与目标8不重合时(如图8所示)，火控系统可以检测到瞄准线与目标的偏差，并在火控计算机发出的提前量中带进误差修正量，电子光标19只要做到与接收到的修正提前量大小相等、方向相反(相对于瞄准线或十字原点)，在其与目标8重合时，就能够确保瞄准线及火炮到达所需提前位置。 

Claims (3)

1.一种自行高炮炮长瞄准镜动态观瞄装置，其特征在于：该装置包括均安装在炮长镜中的电子盒(12)、显示器(14)、投影光学系统和警示灯(17)，

在所述电子盒(12)中，光标生成电路产生TTL电子光标信号并送入视频混合电路，视频信号发生电路产生低电平视频信号并送入视频混合电路，光标位置电路通过通讯电路接收火控计算机发送的目标信息或提前量数据：当接收数据为目标坐标数据X_T、Y_T时，控制警示灯(17)为熄灭状态，接着分别判断横坐标数据X_T、纵坐标数据Y_T的绝对值是否大于视频图像中同方向横坐标边缘值X_M的绝对值和同方向纵坐标边缘值Y_M的绝对值，若

令电子光标的横坐标值X_C＝X_T，否则令电子光标的横坐标值X_C＝X_M；若

令电子光标的纵坐标值Y_C＝Y_T，否则令电子光标的纵坐标值Y_C＝Y_M；当接收数据为提前量坐标数据X_A、Y_A时，则点亮警示灯(17)并令电子光标的坐标值X_C＝-X_A、Y_C＝-Y_A；向视频混合电路输出电子光标(19)的位置控制量，视频混合电路根据光标位置控制信号将TTL电子光标信号镶嵌在低电平视频信号的相应像素点处而形成含有电子光标的混合视频信号并送给所述显示器(14)，

所述显示器(14)将所述视频混合电路送来的混合视频信号转换为带有电子光标(19)的可视图像(20)；

所述投影光学系统含有投影透镜(15)、分光棱镜(16)和共用分划板(5)，所述警示灯(17)安装在共用分划板(5)成像区的下方，投影透镜(15)将所述显示器(14)显示的可视图像(20)放大成像且通过分光棱镜(16)反射后聚焦在共用分划板(5)的分划面上，炮长镜观瞄光学系统对目标空间的成像经分光棱镜(16)透射后也聚焦在共用分划板(5)的分划面上，炮手经炮长镜观瞄光学系统的目镜(6)能够同时观察到可视图像(20)、目标(8)和点亮的警示灯(17)。

2.根据权利要求1所述的自行高炮炮长瞄准镜动态观瞄装置，其特征在于：所述显示器(14)为0.61″的OLED显示器，所述警示灯(17)为发光二极管。

3.根据权利要求1或2所述的自行高炮炮长瞄准镜动态观瞄装置，其特征在于：所述分光棱镜(16)的分光面上镀制有光谱为0.4μm～0.75μm的半透半反分光膜层。

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