CN103278045B - 火箭方位精密瞄准系统及方法 - Google Patents

Abstract

火箭方位精密瞄准系统及方法，属于光电瞄准测量领域，该系统由直角棱镜、标杆仪、光电瞄准单元、二维导轨和瞄控器组成；方法是将两台光电瞄准单元分别安置于两台二维导轨上，两台二维导轨和标杆仪分别安装于标定好的同一条直线上的三个点，该直线的方向表示最终定位方向；调节光电瞄准单元B的方位角和俯仰角，使光电瞄准单元瞄准标杆仪的标杆中心；调节光电瞄准单元A的方位角和俯仰角，使光电瞄准单元瞄准标杆仪的标杆中心；保持两台光电瞄准单元方位方向不动，通过调节俯仰角使之对准直角棱镜，调节二维导轨方位使两台光电瞄准单元出射激光对准直角棱镜中心；实时测量数据发送到瞄控器上，根据瞄控器输出显示方位角值对直角棱镜进行方位调整。

Description

火箭方位精密瞄准系统及方法

技术领域

本发明涉及一种火箭方位精密瞄准系统及方法，用于运载火箭发射时的初始瞄准，本发明属于光电瞄准测量领域。

背景技术

在运载火箭的发射之前需要对火箭方位位置进行调节，使其精确的对准要发射的方向，这就需要一套精密的实时测量系统，通过对方位角度的实时测量来完成方位的定位调整。

现有的瞄准测量系统中，多采用目视瞄准法进行。该系统包括直角棱镜、标杆仪、两个目视瞄准单元和两个二维导轨。直角棱镜水平安装在火箭平台上，标杆仪安置于经过大地测量后的标杆仪固定点，两二维导轨分别安置于经过大地测量后的二维导轨固定点，三个固定点在一条直线上；两个目视瞄准单元分别设置在两个二维导轨上。该系统及其瞄准方法，主要在于目视瞄准单元的结构及目视瞄准单元对直角棱镜的瞄准步骤，下面结合附图详细描述。

如图1所示，目视瞄准单元2为该系统核心，目视瞄准单元2主要包括瞄准物镜2-1、半反半透镜2-2、调焦镜2-3、分划板2-4、目镜2-5和激光器2-6。激光器2-6发出激光束经过半反半透镜2-2反射后入射到瞄准物镜2-1上，经过瞄准物镜2-1准直后出射光入射到远处的直角棱镜1上，光束经过直角棱镜1的反射后重新入射到瞄准物镜2-1上，经过瞄准物镜2-1会聚后通过半反半透镜2-2，光束再经过调焦镜2-3和分划板2-4后到达目镜2-5，最后由人眼观察。当激光光斑位于分划板2-4左侧时，对火箭进行逆时针调整，当激光光斑位于分划板2-4右侧时，对火箭进行顺时针调整，直到光斑位于分划板2-4中心。

采用目视瞄准法进行瞄准测量时，需要反复多次进行二维导轨平移和目视瞄准才能使之瞄准目标，导致测量时间长，工作步骤繁琐。另外，由于大量使用人眼目视进行瞄准，火箭方位瞄准时精度较低，大约为10″以上，这样的精度水平已经不能满足目前卫星入轨方位瞄准精度要达到2″左右的要求。同时，采用目视接收系统，为了保护使用者眼睛安全，只能采用能量极低的激光，导致在白天进行瞄准过程中需要反复多次才能对准，极大的影响了火箭发射的准备时间，降低了工作效率。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题，提供一种火箭方位精密瞄准系统及方法。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

火箭方位精密瞄准系统，包括直角棱镜、光电瞄准单元A、光电瞄准单元B、二维导轨A、二维导轨B、瞄控器和标杆仪；

直角棱镜水平安装在火箭平台上，标杆仪安置于经过大地测量后的固定点，二维导轨A和二维导轨B分别安置于经过大地测量后的固定点；光电瞄准单元A和光电瞄准单元B分别设置在二维导轨A和二维导轨B上，两个光电瞄准单元结构相同且同轴放置，两个二维导轨结构相同；瞄控器接收两个光电瞄准单元传输的数据；光电瞄准单元A由激光器、第一反射镜、第二反射镜、瞄准物镜、分光镜、分划板、目镜、第三反射镜、成像物镜、分光棱镜、光纤接收器、第四反射镜和图像传感器组成；激光器发出的光束经过第一反射镜后方向改变90°，再经过第二反射镜后方向改变90°，光束同轴经过瞄准物镜出射，经过直角棱镜反射，反射光束先经过瞄准物镜，然后会聚到分光镜上；分光镜将光束按波长分为两路，其中波长658nm的一路光反射回来，经过第三反射镜入射到成像物镜，这部分光再经过分光棱镜后一部分入射到光纤接收器，另一部分经第四反射镜后入射到图像传感器进行图像采集；经过分光镜分出的另一部分光透过分光镜会聚到分划板上，再经过目镜后供人眼目视观察。

火箭方位精密瞄准系统的瞄准方法，包括以下步骤：

1）将直角棱镜水平安装在火箭平台上，将标杆仪安置于标定好的固定点；

2）将光电瞄准单元A和光电瞄准单元B分别安置于二维导轨A和二维导轨B上，通过调节两个二维导轨高度进行调水平，使两光电瞄准单元水平轴与大地水平面平行；

3）首先调节二维导轨B的X轴平移导轨使得光电瞄准单元B在X轴方向对准已经标定好的固定点；之后调节二维导轨B的Y轴平移导轨使得光电瞄准单元B在Y轴方向对准已经标定好的固定点；完成后调节光电瞄准单元B的方位及俯仰方向，使其瞄准标杆仪；在调节完成后对二维导轨A和光电瞄准单元A进行上述同样的操作，使光电瞄准单元A瞄准标杆仪；

4）保持光电瞄准单元A方位方向不动，调节电瞄准单元A俯仰角及二维导轨A的X轴方向导轨位置，通过目视观察，使得光电瞄准单元A光轴对准直角棱镜中心；在调节完成后对二维导轨B和光电瞄准单元B进行同样的操作，使光电瞄准单元B光轴对准直角棱镜中心；

5）根据直角棱镜返回激光光斑位置对火箭进行粗瞄，如果光斑在光电瞄准单元A左侧，对火箭逆时针转动调整；如果光斑在光电瞄准单元A右侧，则对火箭逆时针转动调整；直到返回光斑进入光电瞄准单元A光学瞄准单元视场内；

6）在光斑进入视场内后，激光分别通过瞄准物镜、分光镜、第三反射镜、成像物镜、分光棱镜、第四反射镜最终到达图像传感器；图像传感器根据光斑在其上的位置，计算出测量角度，将角度数据发送给瞄控器；

7）根据瞄控器显示的测量角度数值对火箭上的直角棱镜进行方位角度调整，瞄控器显示符号为“+”时，对火箭上的直角棱镜方位角度进行顺时针转动调整；瞄控器显示符号为“-”时，对火箭上的直角棱镜方位角度进行逆时针转动调整，直到瞄控器显示测量角度数值为“0”，完成火箭的方位精密瞄准。

发明的有益效果是：本发明瞄准系统，采用光电瞄准单元，大大的提高了瞄准定位精度；对激光系统进行优化设计，提高了出射激光的功率，使得瞄准过程易于操作；在接收端采用光电图像传感器接收，激光图像由显示屏实时显示，测量数据由瞄控器实时输出显示，避免了采用目视瞄准激光，提高了使用者安全性。

附图说明

图1为现有瞄准系统中目视瞄准单元的结构示意图。

图2为本发明火箭方位精密瞄准系统结构示意图。

图3为本发明火箭方位精密瞄准系统中光电瞄准单元的结构示意图。

图4为本发明火箭方位精密瞄准系统工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图2所示，火箭方位精密瞄准系统，包括直角棱镜1、光电瞄准单元A3、光电瞄准单元B4、二维导轨A5、二维导轨B6、瞄控器7和标杆仪8。两个光电瞄准单元结构相同且水平同轴放置，两个二维导轨结构相同。

直角棱镜1水平安装在火箭平台上，标志出火箭实际所处的方位方向。标杆仪8安置于经过大地测量后的标杆仪固定点，平移二维导轨A5和平移二维导轨B6分别安置于经过大地测量后的导轨固定点。标杆仪8上的标杆和二维导轨上的光电瞄准单元连线方向标志火箭需要转动到的方位。瞄准系统最终的工作目的是通过调节光电瞄准单元A3和光电瞄准单元B4，来瞄准代表火箭实际所处方位方向的直角棱镜1，实时测量瞄准系统的转动角度，并将该角度值发送到瞄控器7，瞄控器7将角度值输出并显示，最终根据瞄控器7显示的角度值将火箭方位调节到所需的角度位置，实现火箭方位的精密瞄准。

二维导轨的组成是：X轴平移导轨，采用北光世纪仪器有限公司的标准产品MTS317。Y轴平移导轨，采用北光世纪仪器有限公司的标准产品MTS312。

直角棱镜1和标杆仪8属于标准器件，其中直角棱镜1的角精度为1″。标杆仪8选用江阴香江光电仪器有限公司生产的AJ13+AL13精密支架，带有高精度光学对点器和长水准气泡，可精确对中到测量点上。对点精度在1.5m高时为0.5mm，长水准气泡精度20″，标杆轴线与竖轴同轴度小于0.5mm。

两个光电瞄准单元为本火箭方位精密瞄准系统的核心，且两个光电瞄准单元的工作过程完全相同。下面以光电瞄准单元A3为例对其进行详细介绍，如图3所示，由激光器3-1、第一反射镜3-2、第二反射镜3-3、瞄准物镜3-4、分光镜3-5、分划板3-6、目镜3-7、第三反射镜3-8、成像物镜3-9、分光棱镜3-10、光纤接收器3-11、第四反射镜3-12和图像传感器3-13组成。

激光器3-1发出波长为658nm激光光束，激光功率为3mW，具有较高的强度，目视可见且不会伤害人眼，具有良好的大气透过性。

激光器3-1发出的光束经过第一反射镜3-2后方向改变90°，再经过第二反射镜3-3后方向改变90°。光束以同轴的方式经过瞄准物镜3-4出射，经过直角棱镜1反射回来后，先经过瞄准物镜3-4，然后会聚到分光镜3-5上。分光镜3-5将光束按波长分为两路，其中波长658nm的一路光反射回来，经过第三反射镜3-8入射到成像物镜3-9，这部分光再经过分光棱镜3-10后一部分入射到光纤接收器3-11，光纤接收器3-11根据接收到的激光进行测距处理，得到直角棱镜1到光电瞄准单元A3到距离数据，另一部分经第四反射镜3-12后入射到图像传感器3-13进行图像采集并处理，得到测量角度数据，图像传感器3-13将这一数据经过电缆发送到瞄控器7显示。经过光镜3-5分出的另一部分光，其波长非658nm，这部分光束透过分光镜3-5会聚到分划板3-6上，再经过目镜3-7后供人眼目视观察。

经过实验检测，本光电瞄准单元瞄准角度测量精度达到2″。

如图4所示，火箭方位精密瞄准系统的瞄准方法：

1）将直角棱镜1水平安装在火箭平台上，标志出火箭实际所处的方位方向。将标杆仪8设置于标定好的标杆仪固定点。

2）将光电瞄准单元A3和光电瞄准单元B4分别安置于二维导轨A5和二维导轨B6上，通过调节二维导轨高度进行调水平，使两光电瞄准单元水平轴与大地水平面平行。

3）首先调节二维导轨B6的X轴平移导轨使得光电瞄准单元B4在X轴方向对准已经标定好的光电瞄准单元B固定点；之后调节二维导轨B6的Y轴平移导轨使得光电瞄准单元B4在Y轴方向对准已经标定好的光电瞄准单元B固定点，完成后调节光电瞄准单元B4的方位及俯仰方向，使其瞄准标杆仪8。

再调节二维导轨A5的X轴平移导轨使得光电瞄准单元A3在X轴方向对准已经标定好的光电瞄准单元A固定点；之后调节二维导轨A5的Y轴平移导轨使得光电瞄准单元A3在Y轴方向对准已经标定好的光电瞄准单元A固定点。完成后调节光电瞄准单元A3的方位及俯仰方向，使其瞄准标杆仪8。

4）保持光电瞄准单元A3方位方向不动，调节电瞄准单元A3俯仰角及二维导轨A5的X轴方向导轨位置，通过目镜3-7观察，直角棱镜1成像在分划板3-6的中心，实现光电瞄准单元A3光轴对准直角棱镜1中心；在调节完成后对二维导轨B6和光电瞄准单元B4进行同样的操作，实现光电瞄准单元B（4）光轴对准直角棱镜（1）中心。

5）根据直角棱镜1返回激光光斑位置对火箭进行粗瞄，如果光斑在光电瞄准单元A3左侧，对火箭逆时针转动调整；如果光斑在光电瞄准单元A3右侧，则对火箭逆时针转动调整，直到返回光斑进入光电瞄准单元A3光学瞄准单元视场内。

6）在光斑进入视场内后，激光分别通过瞄准物镜3-4、分光镜3-5、第三反射镜3-8、成像物镜3-9、分光棱镜3-10、第四反射镜3-12最终到达图像传感器3-13。图像传感器3-13根据激光光斑在其上的位置，计算出测量角度，通过通讯电缆将角度数据发送给瞄控器7。瞄控器7输出显示测量角度数值及符号。其中“+”表示激光光斑在视场中心右侧，其中“-”表示激光光斑在视场中心左侧。

7）同时，按照步骤5）和步骤6）的过程实施光电瞄准单元B（4）的瞄准。

8）根据瞄控器7显示对火箭上的直角棱镜1进行方位角度调整。瞄控器7符号为“+”时，对火箭上的直角棱镜1方位角度进行顺时针转动调整；符号为“-”时，对火箭上的直角棱镜1方位角度进行逆时针转动调整，直到瞄控器显示测量角度数值为“0”。即可完成火箭的方位精密瞄准。

本发明主要用于运载火箭发射时的初始方位精密瞄准，完成火箭水平方向定向调整。该瞄准系统便于进行瞄准，整个瞄准过程操作简单，效率高，测量角度精度为2″，实现了精密瞄准。

Claims (4)

1.火箭方位精密瞄准系统，包括直角棱镜(1)、光电瞄准单元A(3)、光电瞄准单元B(4)、二维导轨A(5)、二维导轨B(6)、瞄控器(7)和标杆仪(8)；

直角棱镜(1)水平安装在火箭平台上，标杆仪(8)安置于经过大地测量后的固定点，二维导轨A(5)和二维导轨B(6)分别安置于经过大地测量后的固定点；光电瞄准单元A(3)和光电瞄准单元B(4)分别设置在二维导轨A(5)和二维导轨B(6)上，两个光电瞄准单元结构相同且水平同轴放置，两个二维导轨结构相同，瞄控器(7)接收两个光电瞄准单元传输的数据，其特征是，光电瞄准单元A(3)由激光器(3-1)、第一反射镜(3-2)、第二反射镜(3-3)、瞄准物镜(3-4)、分光镜(3-5)、分划板(3-6)、目镜(3-7)、第三反射镜(3-8)、成像物镜(3-9)、分光棱镜(3-10)、光纤接收器(3-11)、第四反射镜(3-12)和图像传感器(3-13)组成；激光器(3-1)发出的光束经过第一反射镜(3-2)后方向改变90°，再经过第二反射镜(3-3)后方向改变90°，光束同轴经过瞄准物镜(3-4)出射，经过直角棱镜(1)反射，反射光束先经过瞄准物镜(3-4)，然后会聚到分光镜(3-5)上；分光镜(3-5)将光束按波长分为两路，其中波长658nm的一路光反射回来，经过第三反射镜(3-8)入射到成像物镜(3-9)，这部分光再经过分光棱镜(3-10)后一部分入射到光纤接收器(3-11)，另一部分经第四反射镜(3-12)后入射到图像传感器(3-13)进行图像采集；经过分光镜(3-5)分出的另一部分光透过分光镜(3-5)会聚到分划板(3-6)上，再经过目镜(3-7)后供人眼目视观察。

2.根据权利要求1所述的火箭方位精密瞄准系统，其特征在于，直角棱镜(1)的角精度为1″。

3.根据权利要求1所述的火箭方位精密瞄准系统，其特征在于，激光器(3-1)发出光波长为658nm，激光功率为3mW。

4.基于权利要求1所述的火箭方位精密瞄准系统的瞄准方法，其特征是，包括以下步骤：

1)将直角棱镜(1)水平安装在火箭平台上，将标杆仪(8)安置于标定好的固定点；

2)将光电瞄准单元A(3)和光电瞄准单元B(4)分别安置于二维导轨A(5)和二维导轨B(6)上，通过调节两个二维导轨高度进行调水平，使两光电瞄准单元水平轴与大地水平面平行；

3)首先调节二维导轨B(6)的X轴平移导轨使得光电瞄准单元B(4)在X轴方向对准已经标定好的固定点；之后调节二维导轨B(6)的Y轴平移导轨使得光电瞄准单元B(4)在Y轴方向对准已经标定好的固定点，完成后调节光电瞄准单元B(4)的方位及俯仰方向，使其瞄准标杆仪(8)；在调节完成后对二维导轨A(5)和光电瞄准单元A(3)进行上述同样的操作，使光电瞄准单元A(3)瞄准标杆仪(8)；

4)保持光电瞄准单元A(3)方位方向不动，调节电瞄准单元A(3)俯仰角及二维导轨A(5)的X轴方向导轨位置，通过目视观察，使得光电瞄准单元A(3)光轴对准直角棱镜(1)中心；在调节完成后对二维导轨B(6)和光电瞄准单元B(4)进行同样的操作，使光电瞄准单元B(4)光轴对准直角棱镜(1)中心；

5)根据直角棱镜(1)返回激光光斑位置对火箭进行粗瞄，如果光斑在光电瞄准单元A(3)左侧，对火箭逆时针转动调整；如果光斑在光电瞄准单元A(3)右侧，则对火箭逆时针转动调整；直到返回光斑进入光电瞄准单元A(3)光学瞄准单元视场内；

6)在光斑进入视场内后，激光分别通过瞄准物镜(3-4)、分光镜(3-5)、第三反射镜(3-8)、成像物镜(3-9)、分光棱镜(3-10)、第四反射镜(3-12)最终到达图像传感器(3-13)；图像传感器(3-13)根据光斑在其上的位置，计算出测量角度，将角度数据发送给瞄控器(7)；

7)同时按照步骤5)和步骤6)的过程实施光电瞄准单元B(4)的瞄准；

8)根据瞄控器(7)显示的测量角度数值对火箭上的直角棱镜(1)进行方位角度调整，瞄控器(7)显示符号为“+”时，对火箭上的直角棱镜(1)方位角度进行顺时针转动调整；瞄控器(7)显示符号为“-”时，对火箭上的直角棱镜(1)方位角度进行逆时针转动调整，直到瞄控器显示测量角度数值为“0”，完成火箭的方位精密瞄准。