CN109900156A - 一种校靶数据获取系统及航炮校靶方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种校靶数据获取系统及航炮校靶方法，所述校靶数据获取系统能够获取横滚角度数据、俯仰角度数据和偏航角度数据，在整个数据获取和调试的过程中无需人工调整校靶镜，以使校靶镜瞄准距离航炮远距离的靶板的过程，也无需人工判断校靶镜是否瞄准靶板，减少了校靶数据获取过程中的人为干预，从而减少了在航炮校靶过程中的人为误差，提升航炮校靶的测量精度和校靶效率的目的。另外，通过实际应用发现，所述校靶数据获取系统的第二数据获取模块和第一数据获取模块之间的水平距离，是现有技术中的校靶镜与靶板之间的水平距离的五分之一，大大降低了利用所述校靶数据获取系统获取校靶数据的场地限制。

Description

一种校靶数据获取系统及航炮校靶方法

技术领域

本发明涉及标定技术领域，更具体地说，涉及一种校靶数据获取系统及航炮校靶方法。

背景技术

航炮，是指飞机或直升机等运载设备上装备的口径大于等于20毫米的自动发射武器。在航炮在运载设备上安装完成后，需要开展校靶过程，以保证航炮与运载设备的相互位置关系准确。另外，运载设备的运行、武器的射击动作以及武器拆装等过程均会导致航炮轴线与运载设备轴线之间的相对位置发生变化，若不进行校正，就会使得航炮不能准确的射击目标。

现有技术中，对航炮的校靶过程就是在运载设备上对瞄准具和航炮的安装位置进行调整。具体地，在航炮的校靶过程中，需要工作人员在运载设备的航炮上安装校靶镜，然后利用校靶镜去瞄准设置在地面上的靶板，以完成航炮的校靶。在这个过程中，由于校靶镜瞄准靶板的过程需要工作人员的人为调整，并且校靶镜是否瞄准靶板也需要工作人员人为确认，整个过程中人工介入过程较多，引入了较大的人为误差，其测量精度和效率均较为低下。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种校靶数据获取系统及航炮校靶方法，以实现减少在航炮校靶过程中的人为误差，提升航炮校靶的测量精度和校靶效率的目的。

为实现上述技术目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种校靶数据获取系统，用于获取航炮的校靶数据，所述航炮设置于运载设备上，所述校靶数据包括偏航角度数据、俯仰角度数据和横滚角度数据中的至少一项；所述校靶数据获取系统包括：第一数据获取模块、第二数据获取模块和坐标标定设备；其中，

所述第一数据获取模块通过安装支架和轴心测量装置安装于所述航炮的炮管上，以使所述第一数据获取模块的轴线、轴心测量装置的轴线和所述航炮的炮管的轴线均重合；

所述第一数据获取模块，用于测量所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据以及所述航炮与所述运载设备的之间的俯仰角度数据，和用于向设置于预设水平面上的第二数据获取模块发送探测光线，根据所述探测光线测量所述第一数据获取模块与所述第二数据获取模块之间的距离，并将测量获得的距离参数发送给所述第二数据获取模块；

所述坐标标定设备用于标定所述运载设备的中轴线，并向所述第二数据获取模块发送标定坐标系；

所述第二数据获取模块用于接收所述标定坐标系和所述探测光线，根据所述探测光线在所述标定坐标系上形成的光斑位置获得横向误差参数，和用于根据所述横向误差参数、所述距离参数和所述第一数据获取模块的安装参数计算所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据；

所述第一数据获取模块的安装参数包括：所述第一数据获取模块与所述运载设备的中轴线的距离、所述第一数据获取模块向所述运载设备的中轴线的偏转角度和所述第一数据获取模块向预设水平面的偏转角度。

可选的，所述第一数据获取模块包括：测距单元和双轴倾角测量单元；所述轴心测量装置包括第一固定端和第二固定端；所述安装支架包括第一基准面和第二基准面；其中，

所述第一固定端用于插入所述航炮的炮管中，并与所述炮管内壁贴合；

所述安装支架固定于所述第二固定端上，所述第一基准面和所述第二基准面与所述轴心测量装置的轴线平行；

所述测距单元和所述双轴倾角测量单元固定在所述安装支架上，且所述测距单元的安装基准面与所述第一基准面贴合，所述双轴倾角测量单元的安装基准面与所述第二基准面贴合；

所述测距单元，用于向设置于预设水平面上的第二数据获取模块发送探测光线，根据所述探测光线测量所述第一数据获取模块与所述第二数据获取模块之间的距离，并将测量获得的距离参数发送给所述第二数据获取模块；

所述双轴倾角测量单元，用于测量所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据以及所述航炮与所述运载设备的之间的俯仰角度数据。

可选的，所述第二数据获取模块根据所述横向误差参数、所述距离参数和所述第一数据获取模块的安装参数计算所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据具体用于，

将所述横向误差参数、所述距离参数和所述第一数据获取模块的安装参数代入第一预设公式中，计算获得所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据；

所述第一预设公式为：其中，表示所述偏航角度信息；d表示所述测距单元与所述运载设备的中轴线的距离；Δx表示所述横向误差参数；α表示所述测距单元向所述运载设备的中轴线的偏转角度；β表示所述测距单元向预设水平面的偏转角度；l_c表示所述距离参数。

可选的，所述坐标标定设备标定所述运载设备的中轴线，并向所述第二数据获取模块发送标定坐标系具体用于，形成第一竖直光平面和第一水平光平面；其中，所述第一竖直光平面经过所述运载设备的第一定位点和第二定位点，以与所述运载设备的中轴线重合；所述第一水平光平面与预设水平面平行，且与所述第一竖直光平面垂直；

所述第一竖直光平面在所述第二数据获取模块的正投影构成标定坐标系的Y轴；

所述第一水平光平面在所述第二数据获取模块的正投影构成标定坐标系的Z轴。

可选的，所述第二数据获取模块根据所述探测光线在所述标定坐标系上形成的光斑位置获得横向误差参数具体用于，获取所述探测光线与所述标定坐标系的YZ平面的第一交点，将所述第一交点与所述标定坐标系的Y轴之间的距离作为所述横向误差参数。

可选的，所述第二数据获取模块包括：接收透射装置、成像装置、入射校准装置和采集装置；其中，

所述接收透射装置，用于接收所述标定坐标系和所述探测光线；

所述成像装置，用于对接收的所述标定坐标系和所述探测光线进行光电转换，以获取所述标定坐标系的坐标图像和所述探测光线的光斑图像；

所述入射校准装置，用于根据所述探测光线的光斑图像调整所述成像装置，以使所述探测光线的光斑图像的椭圆度小于或等于预设值。

可选的，还包括：显示装置；

所述显示装置，用于获取所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据、所述航炮与所述运载设备的之间的俯仰角度数据以及所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据并进行显示。

一种航炮校靶方法，所述航炮校靶方法包括：

提供如上述任一项所述的校靶数据获取系统；

对所述校靶数据获取系统进行初始化，以使所述校靶数据获取系统的第二数据获取模块接收到标定坐标系和探测光线；

利用所述校靶数据获取系统，获取所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据；

根据所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据，调整所述安装支架，以消除所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度误差；

在消除所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据之后，利用所述校靶数据获取系统，获取所述航炮与所述运载设备的之间的俯仰角度数据；

根据所述航炮与所述运载设备的之间的俯仰角度数据，调整所述航炮，以使所述俯仰角度数据小于预设俯仰误差；

在消除所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度误差以及使所述俯仰角度数据小于预设俯仰误差之后，利用所述校靶数据获取系统，获取所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据；

根据所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据，确定所述航炮的虚拟瞄准线与虚拟靶板的第二交点，将所述第二交点与所述虚拟靶板的坐标原点的距离作为所述测量距离；所述虚拟靶板的坐标原点为所述航炮的理论瞄准线与所述虚拟靶板的交点，所述虚拟靶板与所述校靶数据获取系统的第一数据获取模块的距离为预设固定值；

判断所述测量距离是否小于预设偏航数值，如果否，则调整所述航炮，直至所述测量距离小于所述预设偏航数值。

可选的，所述虚拟靶板的获取方法包括：

以平行于所述标定坐标系YZ平面，垂直于所述运载设备的中轴线，且距离所述第一数据获取模块的距离为预设固定值的平面为待建立平面；

以所述航炮的理论瞄准线与所述待建立平面的交点为所述虚拟靶板的坐标原点；

在所述待建立平面内，以平行于所述标定坐标系的Y轴的直线作为所述虚拟靶板的Y轴；

在所述待建立平面内，以平行于所述标定坐标系的Z轴的直线作为所述虚拟靶板的Z轴。

可选的，所述根据所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据，确定所述航炮的虚拟瞄准线与虚拟靶板的第二交点，将所述第二交点与所述虚拟靶板的坐标原点的距离作为所述测量距离，包括：

基于计算所述测量距离，其中，L为所述预设固定值，δ为所述测量距离。

从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供了一种校靶数据获取系统及航炮校靶方法，其中，所述校靶数据获取系统依靠安装在航炮的炮管上的第一数据获取模块实现所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据以及所述航炮与所述运载设备的之间的俯仰角度数据的获取；并且根据第一数据获取模块发出的探测光线在第二数据获取模块上形成的光斑，以及坐标标定设备在第二数据获取模块上形成的标定坐标系获得横向误差参数；所述第二数据获取模块在获取到所述横向误差参数和所述第一数据获取模块测量的距离参数后，根据接收到的参数和所述第一数据获取模块的安装参数计算所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据。所述校靶数据获取系统在获取校靶数据的过程中，无需人工调整校靶镜，以使校靶镜瞄准距离航炮远距离的靶板的过程，也无需人工判断校靶镜是否瞄准靶板，减少了校靶数据获取过程中的人为介入过程，从而实现了减少在航炮校靶过程中的人为误差，提升航炮校靶的测量精度和校靶效率的目的。

另外，通过实际应用发现，所述校靶数据获取系统的第二数据获取模块和第一数据获取模块之间的水平距离，是现有技术中的校靶镜与靶板之间的水平距离的五分之一，大大降低了利用所述校靶数据获取系统获取校靶数据的场地限制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明的一个实施例提供的一种校靶数据获取系统的框架结构示意图；

图2为本发明的一个实施例提供的一种形成于第二数据获取模块中的标定坐标系与探测光线的光斑的图像示意图；

图3为本发明的一个实施例提供的虚拟靶板的图像示意图；

图4为本发明的一个实施例提供的一种校靶数据获取系统的结构示意图；

图5-图7为本发明的一个实施例提供的一种第一数据获取模块通过所述定位支架和轴心测量装置与所述航炮炮管的固定结构示意图；

图8为本发明的一个实施例提供的一种坐标标定设备出射的五光平面的示意图；

图9为本发明的一个实施例提供的一种标定坐标系的形成过程示意图；

图10为本发明的一个实施例提供的一种校靶数据获取系统偏航数据测量空间位置关系图；

图11为本发明的一个实施例提供的标定坐标系与虚拟靶板的空间位置关系图；

图12为本发明的一个实施例提供的一种航炮校靶方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种校靶数据获取系统，如图1所示，用于获取航炮的校靶数据，所述航炮设置于运载设备上，所述校靶数据包括偏航角度数据、俯仰角度数据和横滚角度数据中的至少一项；所述校靶数据获取系统包括：第一数据获取模块30、第二数据获取模块10和坐标标定设备20；其中，

所述第一数据获取模块30通过安装支架和轴心测量装置安装于所述航炮的炮管上，以使所述第一数据获取模块30的轴线、轴心测量装置的轴线和所述航炮的炮管的轴线均重合；

所述第一数据获取模块30，用于测量所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据以及所述航炮与所述运载设备的之间的俯仰角度数据，和用于向设置于预设水平面上的第二数据获取模块10发送探测光线，根据所述探测光线测量所述第一数据获取模块30与所述第二数据获取模块10之间的距离，并将测量获得的距离参数发送给所述第二数据获取模块10；

所述坐标标定设备20用于标定所述运载设备的中轴线，并向所述第二数据获取模块10发送标定坐标系，所述标定坐标系的Y轴方向为所述运载设备的中轴线所在竖直平面在所述第二数据获取模块10上的正投影；

所述第二数据获取模块10用于接收所述标定坐标系和所述探测光线，根据所述探测光线在所述标定坐标系上形成的光斑位置获得横向误差参数，和用于根据所述横向误差参数、所述距离参数和所述第一数据获取模块30的安装参数计算所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据；

所述第一数据获取模块30的安装参数包括：所述第一数据获取模块30与所述运载设备的中轴线的距离、所述第一数据获取模块30向所述运载设备的中轴线的偏转角度和所述第一数据获取模块30向预设水平面的偏转角度。

图1中运载设备的第一定位点和第二定位点用于供坐标标定设备20标定运载设备的中轴线，当坐标标定设备20发出的竖直方向的光平面在运载设备上的投影同时经过所述第一定位点和第二定位点时，认为所述坐标标定设备20成功标定了所述运载设备的中轴线。图1中的坐标系是以运载设备的前进方向为X轴正向建立的右手坐标系。

另外，为了简化测量过程，通常以平整的底面(或称地平面)作为所述预设水平面。在本发明的一些实施例中，所述预设水平面还可以是表面与运载设备的中轴线所在水平面平行的实验台等设备的表面，本发明对此并不做限定。

需要说明的是，在实际应用中，通常情况下，由于航炮的炮管的横截面形状多为圆形或圆环形，这使得航炮本身与运载设备之间通常是不存在横滚角度误差的。但在本实施例提供的校靶数据获取系统中，虽然第一数据获取模块30通过安装支架和轴心测量装置安装于所述航炮的炮管上，使得所述第一数据获取模块30的轴线、轴心测量装置的轴线和所述航炮的炮管的轴线均重合，但由于安装支架安装过程中可能会存在与运载设备的横滚误差，因此，在利用校靶数据获取系统进行航炮的校靶数据获取过程中，仍然有可能获取到横滚角度数据，这个横滚角度数据称为安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据，在测得该横滚角度数据后，可以通过调整安装支架的方式，消除安装支架与运载设备之间的横滚角度。

在实际的航炮校靶过程中，在消除了安装支架与运载设备之间的横滚角度数据后，利用所述校靶数据获取系统获取所述航炮与所述运载设备的之间的俯仰角度数据，通过调整航炮的方式，使得航炮与运载设备之间的俯仰角度数据在预设俯仰误差之内；最后在消除所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度误差以及使所述俯仰角度数据小于预设俯仰误差之后，利用所述校靶数据获取系统，获取所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据，并根据所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据，确定所述航炮的虚拟瞄准线与虚拟靶板的第二交点，将所述第二交点与所述虚拟靶板的坐标原点的距离作为所述测量距离；最后判断所述测量距离是否小于预设偏航数值，如果否，则调整所述航炮，直至所述测量距离小于所述预设偏航数值。

上述的校靶过程中虚拟靶板的形成均可以由计算设备自动完成，例如在本发明的一个实施例中，所述校靶数据获取系统还包括：主控模块100；

所述第二数据获取模块10可以集成在所述主控模块100中；

所述主控模块100，用于接收所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据、所述航炮与所述运载设备的之间的俯仰角度数据以及所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据；和用于根据所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据，确定所述航炮的虚拟瞄准线与虚拟靶板的第二交点，将所述第二交点与所述虚拟靶板的坐标原点的距离作为所述测量距离；所述虚拟靶板的坐标原点为所述航炮的理论瞄准线与所述虚拟靶板的交点，所述虚拟靶板与所述校靶数据获取系统的第一数据获取模块30的距离为预设固定值。

需要说明的是，当所述运载设备在左右两侧分别搭载了一个航炮时，两个航炮上均需要设置第一数据获取模块30，所述航炮的虚拟瞄准线与虚拟靶板的交点为两个航炮上的第一数据获取模块30发送的探测激光在虚拟靶板上的交点的连接线中点。

在本实施例中，由于所述虚拟靶板通过主控模块计算生成，无需将第二数据获取模块10与第一数据获取模块30的水平距离设置为50米左右。在实际应用过程中发现，第一数据获取模块30和第二数据获取模块10的水平距离设置在10米左右，即可满足校靶数据的测量要求，是现有技术中测量校靶数据过程中校靶镜和靶板之间水平距离的五分之一，大大降低了利用所述校靶数据获取系统获取校靶数据的场地限制。

参考图2和图3，图2为形成于第二数据获取模块10中的标定坐标系与探测光线的光斑的图像示意图；图3为主控模块100计算形成的虚拟靶板的图像示意图。在图2中，表示所述横向误差参数。在图3中，δ表示所述测量距离，需要说明的是，图3是在未进行俯仰和横滚校正之前在虚拟靶板上采集到的航炮炮管的虚拟瞄准线的像点示意图。

在本发明的另一个实施例中，所述主控模块形成所述虚拟靶板的过程包括：

以平行于所述标定坐标系YZ平面，垂直于所述运载设备的中轴线，且距离所述第一数据获取模块30的距离为预设固定值的平面为待建立平面；

以所述航炮的理论瞄准线与所述待建立平面的交点为所述虚拟靶板的坐标原点；

在所述待建立平面内，以平行于所述标定坐标系的Y轴的直线作为所述虚拟靶板的Y轴；

在所述待建立平面内，以平行于所述标定坐标系的Z轴的直线作为所述虚拟靶板的Z轴。

在上述实施例的基础上，在本发明的又一个实施例中，如图5-7所示，所述第一数据获取模块30包括：测距单元32和双轴倾角测量单元31；所述轴心测量装置34包括第一固定端和第二固定端；所述安装支架33包括第一基准面和第二基准面；其中，

所述第一固定端用于插入所述航炮的炮管中，并与所述炮管内壁贴合；

所述安装支架33固定于所述第二固定端上，所述第一基准面和所述第二基准面与所述轴心测量装置34的轴线平行；

所述测距单元32和所述双轴倾角测量单元31固定在所述安装支架33上，且所述测距单元32的安装基准面与所述第一基准面贴合，所述双轴倾角测量单元31的安装基准面与所述第二基准面贴合；

所述测距单元32，用于向设置于预设水平面上的第二数据获取模块10发送探测光线，根据所述探测光线测量所述第一数据获取模块30与所述第二数据获取模块10之间的距离，并将测量获得的距离参数发送给所述第二数据获取模块10；

所述双轴倾角测量单元31，用于测量所述安装支架33与所述运载设备之间的横滚角度数据以及所述航炮与所述运载设备的之间的俯仰角度数据。

在图4所示的实施例中，所述主控模块100为一个集成有第二数据获取模块10的计算机，该计算机除所述第二数据获取模块10外，还包括电源接口18、电源板17、串口通信板16和CPU核心板15，其中，电源接口18和电源板17为该计算机其他部件以及连接该计算机的设备供电，串口通信板16提供多个串口通信接口19，用于实现与第一数据获取模块30以及其他校靶设备的通信和电源供给；CPU核心板用于接收外界指令，和用于根据所述外界指令对所述校靶数据获取系统其他结构的控制。

所述第二数据获取模块10由接收透射装置11、成像装置12、入射校准装置13和采集装置14构成；其中，

所述接收透射装置11，用于接收所述标定坐标系和所述探测光线；

所述成像装置12，用于对接收的所述标定坐标系和所述探测光线进行光电转换，以获取所述标定坐标系的坐标图像和所述探测光线的光斑图像；

所述入射校准装置13，用于根据所述探测光线的光斑图像调整所述成像装置12，以使所述探测光线的光斑图像的椭圆度小于或等于预设值。

在本实施例中，所述入射校准装置13根据探测光线的光斑图像调整所述成像装置12的目的是降低探测光线的光斑图像的椭圆度，当探测光线的光斑图像的椭圆度为零时，所述探测光线在所述成像装置12的入射角度为0°，形成在成像装置12中的所述探测光线的光斑图像为一个圆形，这样更加便于寻找光斑图像的中心，也更便于根据该光斑图像与标定坐标系的关系，精确的获取所述横向误差参数，进一步提升所述校靶数据获取系统的校靶数据的测量精度。所述入射校准装置13可以是云台结构，而云台结构根据所述探测光线的光斑图像调整所述成像装置12，以使所述探测光线的光斑图像的椭圆度小于或等于预设值的具体原理和方法已为本领域技术人员所熟知，本发明在此不做赘述。

在图4中，除了标有探测光线和标定坐标系的带有箭头的线段外，虚线线段表示通信数据的传输方向，实现表示电源的供给方向。

在本发明的一个实施例中，所述串口通信板16提供的串口通信接口19为RS422/RS485接口，所述CPU核心板15与串口通信板16通过PCI-104总线进行通信。本发明对所述CPU核心板15与串口通信板16的通信方式的不做限定，具体视实际情况而定。

并且进一步的，本发明对所述第一数据获取模块30与所述校靶数据获取系统的其他模块的通信方式也不做限定，在本发明的其他实施例中，所述第一数据获取模块30的串口通信板还可以为无线通信模块，以实现与所述校靶数据获取系统的其他模块之间的无线通信，所述第一数据获取模块30与所述校靶数据获取系统的其他模块的通信方式具体视实际情况而定。

仍然参考图4，图4中还示出了显示装置40；所述显示装置40，用于获取所述安装支架33与所述运载设备之间的横滚角度数据、所述航炮与所述运载设备的之间的俯仰角度数据以及所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据并进行显示。

下面对所述第一数据获取模块30通过所述定位支架和轴心测量装置34与所述航炮炮管的固定方式进行具体说明，参考图5、图6和图7，图5中对航炮炮管进行剖面处理，图6中对航炮炮管与第一数据获取模块30均进行了剖面处理，图7为第一数据获取模块30通过定位支架和轴心测量装置34与航炮炮管固定后的外观示意图。

在图5-图7中，所述安装支架33包括第一基准面和第二基准面，所述第一基准面和所述第二基准面与所述轴心测量装置的轴线平行，第一基准面和YZ垂直面之间设置有一定的夹角，第二基准面和XZ水平面之间设置有一定的夹角，以满足在其上设置的第一数据获取模块30的安装要求。

具体过程为：为了缩短校靶距离，在制备安装支架33时，将第一基准面设置为与YZ垂直面之间具有一定夹角的基准面；使得测距单元32安装在安装支架33上时，测距单元32向机体中轴线方向偏转了α角度，测距单元32向预设水平面方向偏转了β角度，这两个偏转的角度通过运载设备中轴线与航炮炮管瞄准线的安装距离d、航炮距离地面高度h以及航炮到第二数据获取模块10的距离l确定。

在图5-图7中，还示出了第一数据获取模块30的外壳和航插等结构，以及轴心测量装置34的胀紧螺钉、胀套外环、胀紧轴和胀套内环等结构。轴心测量装置34插入航炮后，拧紧胀紧螺钉，轴心测量装置34上的胀套外环和胀套内环在胀紧轴的拉力下相互作用，胀套外环与炮膛内壁紧密贴合，从而消除轴心测量装置34与航炮炮膛之间的间隙，保证轴心测量装置32的轴线与航炮的炮管轴线重合。

在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，如图8和图9所示，所述坐标标定设备20标定所述运载设备的中轴线，并向所述第二数据获取模块10发送标定坐标系具体用于，形成第一竖直光平面M1和第一水平光平面M3；其中，所述第一竖直光平面M1经过所述运载设备的第一定位点和第二定位点，以与所述运载设备的中轴线重合；所述第一水平光平面M3与预设水平面平行，且与所述第一竖直光平面M1垂直；

所述第一竖直光平面M1在所述第二数据获取模块10的正投影构成标定坐标系的Y轴；

所述第一水平光平面M3在所述第二数据获取模块10的正投影构成标定坐标系的Z轴。

在实际的应用过程中，坐标标定设备20形成的第一竖直光平面M1由两个半光平面构成，每个半光平面均以坐标标定设备所在竖直线为起点，分别向X轴正向和X轴负向延伸；此外，坐标标定设备20还形成了第二竖直光平面M2，第二竖直光平面M2也由两个半光平面构成，每个半光平面均以坐标标定设备所在竖直线为起点，分别向Z轴正向和Z轴负向延伸，因此第一竖直光平面M1和第二竖直光平面M2彼此垂直；

第一水平光平面M3与第一竖直光平面M1和第二竖直光平面M2均垂直，以使第一水平光平面M3与水平方向平行，第一水平光平面M3由一个半光平面形成，该半光平面以坐标标定设备20所在的平行于Z轴的线为起点，向X轴正向延伸。

所述坐标标定设备20形成第一竖直光平面M1、第二竖直光平面M2和第一水平光平面M3的具体方式参考图8，所述坐标标定设备20发送的五个半光平面标定所述运载设备的中轴线，以及形成所述标定坐标系的具体方式参考图9；

在图8和图9中的坐标系是以运载设备的前进方向为X轴正向建立的右手坐标系，从图8中可以看出，坐标标定设备20发送的五个所述半光平面中，每个半光平面以所述坐标标定设备20为起点，向坐标轴的一个方向延伸，在实际的标定过程中，参考图9，首先所述坐标标定设备20需要设置于所述运载设备的第一定位点或第二定位点正下方，调整所述坐标标定设备20使第一竖直光平面M1经过所述运载设备的第一定位点和第二定位点，以与所述运载设备的中轴线重合，实现坐标标定设备20对所述运载设备的中轴线的标定，此时所述坐标标定设备20发出的第二竖直光平面M2与所述第一竖直光平面M1垂直，所述第一水平光平面M3沿X轴正向向所述第二数据获取模块10发送，以在所述第二数据获取模块10中形成标定坐标系的Z轴，所述第一竖直光平面M1在图8所示的坐标系的X轴正向的延伸，在所述第二数据获取模块10中形成标定坐标系的Y轴。

同时参考图2，所述第二数据获取模块10根据所述探测光线在所述标定坐标系上形成的光斑位置获得横向误差参数具体用于，获取所述探测光线与所述标定坐标系的YZ平面的第一交点，将所述第一交点与所述标定坐标系的Y轴之间的距离作为所述横向误差参数。

在上述实施例的基础上，在本发明的一个可选实施例中，所述第二数据获取模块10根据所述横向误差参数、所述距离参数和所述第一数据获取模块30的安装参数计算所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据具体用于，

将所述横向误差参数、所述距离参数和所述第一数据获取模块30的安装参数代入第一预设公式中，计算获得所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据；

所述第一预设公式为：其中，表示所述偏航角度信息；d表示所述测距单元32与所述运载设备的中轴线的距离；Δx表示所述横向误差参数；α表示所述测距单元32向所述运载设备的中轴线的偏转角度；β表示所述测距单元32向预设水平面的偏转角度；l_c表示所述距离参数。

下面以图10和图11为例，对第一预设公式的获取过程进行说明，图10为所述校靶数据获取系统偏航数据测量空间位置关系图，图11为第二数据获取模块10中形成的标定坐标系与虚拟靶板的空间位置关系图。

图10和图11中，F表示探测光线与标定坐标系的交点，F₁表示F在Z轴上的正投影。

校靶空间关系各定义如下：

运载设备中轴线；

航炮炮管理论瞄准线；

通过安装支架33偏转后的航炮瞄准线；

未知量：

∠OC₁F₁：航炮偏航角度

已知或测量量：

∠OC₁C：测距单元32向机体中轴线方向偏转角度α，单位°；

∠F₁C₁F：测距单元32向下偏转角度β，单位°；

|O₁C₁|：运载设备中轴线到航炮炮管瞄准线的距离d，单位mm；

|DF|：航炮瞄准线在第二数据获取模块10上的偏航方向偏移量Δx，单位mm；

|C₁F航炮到第二数据获取模块10的距离，测距单元32测距l_c，单位mm；

在OC₁F₁平面内：

可推导出：

其中：

|C₁O|＝|CO|/sinα＝d/sinα (2)；

|C₁F₁|＝|C₁F|·cosβ＝l_c·cosβ (3)；

|OF₁|＝|DF|＝Δx (4)；

将(2)、(3)和(4)式代入(1)式中，即可获得第一预设公式。

参考图11，所述测量距离与所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据的关系为：

其中，δ表示所述测量距离，表示所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据；L表示虚拟靶板与所述校靶数据获取系统的第一数据获取模块30的距离。

下面对本发明实施例提供的航炮校靶方法进行描述，下文描述的航炮校靶方法可与上文描述的校靶数据获取系统的相关内容相互对应参照。

相应的，本发明实施例提供了一种航炮校靶方法，如图12所示，所述航炮校靶方法包括：

S101：提供如上述任一实施例所述的校靶数据获取系统；

S102：对所述校靶数据获取系统进行初始化，以使所述校靶数据获取系统的第二数据获取模块接收到标定坐标系和探测光线；

S103：利用所述校靶数据获取系统，获取所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据；

S104：根据所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据，调整所述安装支架，以消除所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度误差；

S105：在消除所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据之后，利用所述校靶数据获取系统，获取所述航炮与所述运载设备的之间的俯仰角度数据；

S106：根据所述航炮与所述运载设备的之间的俯仰角度数据，调整所述航炮，以使所述俯仰角度数据小于预设俯仰误差；

S107：在消除所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度误差以及使所述俯仰角度数据小于预设俯仰误差之后，利用所述校靶数据获取系统，获取所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据；

S108：根据所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据，确定所述航炮的虚拟瞄准线与虚拟靶板的第二交点，将所述第二交点与所述虚拟靶板的坐标原点的距离作为所述测量距离；所述虚拟靶板的坐标原点为所述航炮的理论瞄准线与所述虚拟靶板的交点，所述虚拟靶板与所述校靶数据获取系统的第一数据获取模块的距离为预设固定值；

S109：判断所述测量距离是否小于预设阈值，如果否，则调整所述航炮，直至所述测量距离小于所述预设偏航数值。

需要说明的是，在步骤S108中，由于已经消除了安装支架与所述运载设备之间的横滚角度误差，也已经基本消除了俯仰角度误差，因此，所述航炮的虚拟瞄准线直接落在虚拟靶板的Z轴上，此时该交点与所述虚拟靶板的Y轴的距离即为该交点与虚拟靶板的原点的距离。

可选的，所述虚拟靶板的获取方法包括：

以平行于所述标定坐标系YZ平面，垂直于所述运载设备的中轴线，且距离所述第一数据获取模块的距离为预设固定值的平面为待建立平面；

以所述航炮的理论瞄准线与所述待建立平面的交点为所述虚拟靶板的坐标原点；

在所述待建立平面内，以平行于所述标定坐标系的Y轴的直线作为所述虚拟靶板的Y轴；

在所述待建立平面内，以平行于所述标定坐标系的Z轴的直线作为所述虚拟靶板的Z轴。

可选的，所述根据所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据，确定所述航炮的虚拟瞄准线与虚拟靶板的第二交点，将所述第二交点与所述虚拟靶板的坐标原点的距离作为所述测量距离包括：

基于计算所述测量距离，参考图11，所述测量距离与所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据的关系为：

其中，δ表示所述测量距离，表示所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据；L表示虚拟靶板与所述校靶数据获取系统的第一数据获取模块的距离。

综上所述，本发明实施例提供了一种校靶数据获取系统及航炮校靶方法，其中，所述校靶数据获取系统依靠安装在航炮的炮管上的第一数据获取模块实现所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据以及所述航炮与所述运载设备的之间的俯仰角度数据的获取；并且根据第一数据获取模块发出的探测光线在第二数据获取模块上形成的光斑，以及坐标标定设备在第二数据获取模块上形成的标定坐标系获得横向误差参数；所述第二数据获取模块在获取到所述横向误差参数和所述第一数据获取模块测量的距离参数后，根据接收到的参数和所述第一数据获取模块的安装参数计算所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据。所述校靶数据获取系统在获取校靶数据的过程中，无需人工调整校靶镜，以使校靶镜瞄准距离航炮远距离的靶板的过程，也无需人工判断校靶镜是否瞄准靶板，减少了校靶数据获取过程中的人为介入过程，从而实现了减少在航炮校靶过程中的人为误差，提升航炮校靶的测量精度和校靶效率的目的。

另外，通过实际应用发现，所述校靶数据获取系统的第二数据获取模块和第一数据获取模块之间的水平距离，是现有技术中的校靶镜与靶板之间的水平距离的五分之一，大大降低了利用所述校靶数据获取系统获取校靶数据的场地限制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种校靶数据获取系统，其特征在于，用于获取航炮的校靶数据，所述航炮设置于运载设备上，所述校靶数据包括偏航角度数据、俯仰角度数据和横滚角度数据中的至少一项；所述校靶数据获取系统包括：第一数据获取模块、第二数据获取模块和坐标标定设备；其中，

所述第一数据获取模块通过安装支架和轴心测量装置安装于所述航炮的炮管上，以使所述第一数据获取模块的轴线、轴心测量装置的轴线和所述航炮的炮管的轴线均重合；

所述第一数据获取模块，用于测量所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据以及所述航炮与所述运载设备的之间的俯仰角度数据，和用于向设置于预设水平面上的第二数据获取模块发送探测光线，根据所述探测光线测量所述第一数据获取模块与所述第二数据获取模块之间的距离，并将测量获得的距离参数发送给所述第二数据获取模块；

所述坐标标定设备用于标定所述运载设备的中轴线，并向所述第二数据获取模块发送标定坐标系；

所述第二数据获取模块用于接收所述标定坐标系和所述探测光线，根据所述探测光线在所述标定坐标系上形成的光斑位置获得横向误差参数，和用于根据所述横向误差参数、所述距离参数和所述第一数据获取模块的安装参数计算所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据；

所述第一数据获取模块的安装参数包括：所述第一数据获取模块与所述运载设备的中轴线的距离、所述第一数据获取模块向所述运载设备的中轴线的偏转角度和所述第一数据获取模块向预设水平面的偏转角度。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一数据获取模块包括：测距单元和双轴倾角测量单元；所述轴心测量装置包括第一固定端和第二固定端；所述安装支架包括第一基准面和第二基准面；其中，

所述第一固定端用于插入所述航炮的炮管中，并与所述炮管内壁贴合；

所述安装支架固定于所述第二固定端上，所述第一基准面和所述第二基准面与所述轴心测量装置的轴线平行；

所述测距单元和所述双轴倾角测量单元固定在所述安装支架上，且所述测距单元的安装基准面与所述第一基准面贴合，所述双轴倾角测量单元的安装基准面与所述第二基准面贴合；

所述测距单元，用于向设置于预设水平面上的第二数据获取模块发送探测光线，根据所述探测光线测量所述第一数据获取模块与所述第二数据获取模块之间的距离，并将测量获得的距离参数发送给所述第二数据获取模块；

所述双轴倾角测量单元，用于测量所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据以及所述航炮与所述运载设备的之间的俯仰角度数据。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第二数据获取模块根据所述横向误差参数、所述距离参数和所述第一数据获取模块的安装参数计算所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据具体用于，

将所述横向误差参数、所述距离参数和所述第一数据获取模块的安装参数代入第一预设公式中，计算获得所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据；

所述第一预设公式为：其中，表示所述偏航角度信息；d表示所述测距单元与所述运载设备的中轴线的距离；Δx表示所述横向误差参数；α表示所述测距单元向所述运载设备的中轴线的偏转角度；β表示所述测距单元向预设水平面的偏转角度；l_c表示所述距离参数。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述坐标标定设备标定所述运载设备的中轴线，并向所述第二数据获取模块发送标定坐标系具体用于，形成第一竖直光平面和第一水平光平面；其中，所述第一竖直光平面经过所述运载设备的第一定位点和第二定位点，以与所述运载设备的中轴线重合；所述第一水平光平面与预设水平面平行，且与所述第一竖直光平面垂直；

所述第一竖直光平面在所述第二数据获取模块的正投影构成标定坐标系的Y轴；

所述第一水平光平面在所述第二数据获取模块的正投影构成标定坐标系的Z轴。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二数据获取模块根据所述探测光线在所述标定坐标系上形成的光斑位置获得横向误差参数具体用于，获取所述探测光线与所述标定坐标系的YZ平面的第一交点，将所述第一交点与所述标定坐标系的Y轴之间的距离作为所述横向误差参数。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二数据获取模块包括：接收透射装置、成像装置、入射校准装置和采集装置；其中，

所述接收透射装置，用于接收所述标定坐标系和所述探测光线；

所述成像装置，用于对接收的所述标定坐标系和所述探测光线进行光电转换，以获取所述标定坐标系的坐标图像和所述探测光线的光斑图像；

所述入射校准装置，用于根据所述探测光线的光斑图像调整所述成像装置，以使所述探测光线的光斑图像的椭圆度小于或等于预设值。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：显示装置；

所述显示装置，用于获取所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据、所述航炮与所述运载设备的之间的俯仰角度数据以及所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据并进行显示。

8.一种航炮校靶方法，其特征在于，所述航炮校靶方法包括：

提供如权利要求1-7任一项所述的校靶数据获取系统；

对所述校靶数据获取系统进行初始化，以使所述校靶数据获取系统的第二数据获取模块接收到所述标定坐标系和所述探测光线；

利用所述校靶数据获取系统，获取所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据；

根据所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据，调整所述安装支架，以消除所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度误差；

在消除所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度数据之后，利用所述校靶数据获取系统，获取所述航炮与所述运载设备的之间的俯仰角度数据；

根据所述航炮与所述运载设备的之间的俯仰角度数据，调整所述航炮，以使所述俯仰角度数据小于预设俯仰误差；

在消除所述安装支架与所述运载设备之间的横滚角度误差以及使所述俯仰角度数据小于所述预设俯仰误差之后，利用所述校靶数据获取系统，获取所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据；

根据所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据，确定所述航炮的虚拟瞄准线与虚拟靶板的第二交点，将所述第二交点与所述虚拟靶板的坐标原点的距离作为所述测量距离；所述虚拟靶板的坐标原点为所述航炮的理论瞄准线与所述虚拟靶板的交点，所述虚拟靶板与所述校靶数据获取系统的第一数据获取模块的距离为预设固定值；

判断所述测量距离是否小于预设偏航数值，如果否，则调整所述航炮，直至所述测量距离小于所述预设偏航数值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述虚拟靶板的获取方法包括：

以平行于所述标定坐标系YZ平面，垂直于所述运载设备的中轴线，且距离所述第一数据获取模块的距离为所述预设固定值的平面为待建立平面；

以所述航炮的理论瞄准线与所述待建立平面的交点为所述虚拟靶板的坐标原点；

在所述待建立平面内，以平行于所述标定坐标系的Y轴的直线作为所述虚拟靶板的Y轴；

在所述待建立平面内，以平行于所述标定坐标系的Z轴的直线作为所述虚拟靶板的Z轴。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述航炮与所述运载设备之间的偏航角度数据，确定所述航炮的虚拟瞄准线与虚拟靶板的第二交点，将所述第二交点与所述虚拟靶板的坐标原点的距离作为所述测量距离包括：

基于计算所述测量距离，其中，L为所述预设固定值，δ为所述测量距离。