CN115031580A - 高精度火炮校正方法、处理装置及高精度火炮校正系统 - Google Patents

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CN115031580A CN202210694856.8A CN202210694856A CN115031580A CN 115031580 A CN115031580 A CN 115031580A CN 202210694856 A CN202210694856 A CN 202210694856A CN 115031580 A CN115031580 A CN 115031580A
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Abstract

本发明涉及校炮技术领域，具体公开了一种高精度火炮校正方法，包括：获取炮管的长度、校正镜的焦距以及校正靶和炮管之间的位置关系，其中，所述校正靶与所述炮管间隔预设距离，炮管内设置校正镜，校正镜能够采集校正靶的图像信息；依据校正靶和炮管之间的位置关系建立空间坐标系；依据所述空间坐标系、炮管的长度以及所述校正镜的焦距，计算得到所述炮管所需旋转的校正角度以及炮轴基点到所述校正靶的垂直校正距离；依据所述炮管所需旋转的校正角度以及炮轴基点到所述校正靶的垂直校正距离，对所述火炮进行校正。本发明还公开了一种处理装置及高精度火炮校正系统。本发明提供的高精度火炮校正方法，大大提高了火炮校正精度。

Description

高精度火炮校正方法、处理装置及高精度火炮校正系统
技术领域
本发明涉及校炮技术领域，尤其涉及一种高精度火炮校正方法、处理装置及包括该处理装置的高精度火炮校正系统。
背景技术
随着坦克装甲车辆性能的不断提高，其作战使命也不断发展改变，坦克装甲车辆在战场中的地位也越来越凸显，其中火炮瞄准精度关系着坦克装甲车辆的作战效能，因此火炮射击前必须进行校正以保证火炮能命中目标，成功对敌人进行打击。
目前基本有三种校炮方式，传统目视校炮、激光校炮、数字成像校炮，综合三种校炮方式，数字成像校炮精度相对最高，但是影响校炮精度的除了校正系统本身，还有校正靶的放置角度和距离，因此要想进一步提高校炮精度，必须对校正靶的放置角度和距离进行修正。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种高精度火炮校正方法、处理装置及包括该处理装置的高精度火炮校正系统，通过计算校正靶与火炮的相对位置关系，对零位校正结果进行修正，提高了火炮零位校正精度。
作为本发明的第一个方面，提供一种高精度火炮校正方法，包括：
步骤S110：获取炮管的长度lP、校正镜的焦距f′以及校正靶和炮管之间的位置关系，其中，所述校正靶与所述炮管间隔预设距离，所述炮管内设置所述校正镜，所述校正镜能够采集所述校正靶的图像信息；
步骤S120：依据所述校正靶和炮管之间的位置关系建立空间坐标系；
步骤S130：依据所述空间坐标系、炮管的长度lP以及所述校正镜的焦距f′，计算得到所述炮管所需旋转的校正角度以及炮轴基点P到所述校正靶的垂直校正距离LP；
步骤S140：依据所述炮管所需旋转的校正角度以及炮轴基点P到所述校正靶的垂直校正距离LP，对所述火炮进行校正。
进一步地，所述依据所述校正靶和炮管之间的位置关系建立空间坐标系，包括：
以所述校正靶的面为YOZ面，YOZ面至少包括三个标识点，三个标识点之间的距离已知，三个标识点分别为A、B、C，A、B、C三点不在一条直线上；
其中，所述校正镜的光轴与炮轴一致，P为炮轴基点，O为炮轴调整到校正靶法线时与校正靶的交点，调整YOZ面，使标识点AC的连线平行于Y轴，标识点AB的连线平行于Z轴，空间坐标系建立完成。
进一步地，所述依据所述空间坐标系、炮管的长度lP以及所述校正镜的焦距f′，计算得到所述炮管所需旋转的校正角度以及炮轴基点P到所述校正靶的垂直校正距离LP，包括：
已知量：标识点AB的距离h，标识点AC的距离l，炮管长度lP，校正镜的系统焦距f′；
未知量：炮轴基点P到校正靶的垂直校正距离LP，坐标系原点O的相对位置；
设：A(0,y,z)，B(0,y,z+h)，C(0,y+l,z)，P(LP,0,0)，O(0,0,0)；
将所述校正镜插入所述炮管，调整炮轴，使校正镜零位对准标识点B的十字中心，转动炮轴，使校正镜零位对准标识点A的十字中心，记下炮轴转动的角度а，再次转动炮轴，使校正镜零位对准标识点C的十字中心，记下炮轴转动的角度β，根据相对关系，得到以下公式：
Figure BDA0003702098500000021
Figure BDA0003702098500000022
根据公式①和公式②，可以得出y,z与LP的线性关系，记
y＝K1·Lp
z＝K2·Lp
根据以上关系，炮轴从A点转到O点，先沿Z轴方向旋转θ⊥，然后再沿Y轴方向旋转θ||，
Figure BDA0003702098500000023
tanθ||＝K2
或者，炮轴从A点转到O点，先沿着Y轴方向旋转θ||′，然后沿着Z轴方向旋转θ⊥′，
Figure BDA0003702098500000024
tanθ⊥′＝K1
其中，K1、K2为常数。
进一步地，所述依据所述空间坐标系、炮管的长度lP以及所述校正镜的焦距f′，计算得到所述炮管所需旋转的校正角度以及炮轴基点P到所述校正靶的垂直校正距离LP，包括：
根据校正靶的法线，将炮轴调整到垂直于校正靶；
通过所述校正镜采集所述校正靶的图像信息；
对所述校正靶的图像信息进行处理后，得到校正靶的标识点在所述校正镜上的位置信息，其中，标识点AC在像面上的尺寸为l0，标识点AB在像面上的尺寸为h0，由此，可得到以下公式：
Figure BDA0003702098500000031
Figure BDA0003702098500000032
根据公式③和公式④，可得：
Figure BDA0003702098500000033
其中，LP为炮轴基点P到所述校正靶的垂直校正距离。
进一步地，所述校正靶的三个标识点的连线构成特殊三角形，所述特殊三角形包括直角三角形。
作为本发明的另一个方面，提供一种处理装置，用于实现前文所述的高精度火炮校正方法，所述处理装置包括：
获取模块，用于获取炮管的长度lP、校正镜的焦距f′以及校正靶和炮管之间的位置关系，其中，所述校正靶与所述炮管间隔预设距离，所述炮管内设置所述校正镜，所述校正镜能够采集所述校正靶的图像信息；
建立模块，用于依据所述校正靶和炮管之间的位置关系建立空间坐标系；
计算模块，用于依据所述空间坐标系、炮管的长度lP以及所述校正镜的焦距f′，计算得到所述炮管所需旋转的校正角度以及炮轴基点P到所述校正靶的垂直校正距离LP；
校正模块，用于依据所述炮管所需旋转的校正角度以及炮轴基点P到所述校正靶的垂直校正距离LP，对所述火炮进行校正。
作为本发明的另一个方面，提供一种高精度火炮校正系统，包括：校正靶、校正镜和上位机，所述上位机包括前文所述的处理装置，所述校正镜用于安装在炮管内，所述校正靶设置在与所述炮管间隔预设距离位置处，所述校正镜与所述上位机通信连接，所述校正镜用于采集所述校正靶的图像信息。
进一步地，所述校正镜包括光学成像系统和机械定位系统，所述校正镜的光学成像系统光轴与机械定位系统机械轴一致，所述机械定位系统与所述炮管无间隙配合，以达到所述机械定位系统机械轴与炮轴一致。
本发明提供的高精度火炮校正方法具有以下优点：通过计算校正靶与火炮的相对位置关系，无需另外借助激光测距仪也可对校正距离进行测量，对零位校正结果进行修正，提高了火炮零位校正精度。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提供的高精度火炮校正方法的流程图。
图2为本发明提供的校正靶和炮管的位置关系示意图。
图3为本发明提供的建立空间坐标系的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本实施例中提供了一种高精度火炮校正方法，图1为本发明提供的高精度火炮校正方法的流程图。如图1所示，所述高精度火炮校正方法，包括：
步骤S110：获取炮管3的长度lP、校正镜2的焦距f′以及校正靶1和炮管3之间的位置关系，其中，所述校正靶1与所述炮管3间隔预设距离，所述炮管3内设置所述校正镜2，所述校正镜2能够采集所述校正靶1的图像信息；
步骤S120：依据所述校正靶1和炮管3之间的位置关系建立空间坐标系；
步骤S130：依据所述空间坐标系、炮管的长度lP以及所述校正镜2的焦距f′，计算得到所述炮管3所需旋转的校正角度以及炮轴基点P到所述校正靶1的垂直校正距离LP；
步骤S140：依据所述炮管3所需旋转的校正角度以及炮轴基点P到所述校正靶1的垂直校正距离LP，对所述火炮进行校正。
优选地，如图2-3所示，所述依据所述校正靶1和炮管3之间的位置关系建立空间坐标系，包括：
以所述校正靶1的面为YOZ面，YOZ面至少包括三个标识点，三个标识点之间的距离已知，三个标识点分别为A、B、C，A、B、C三点不在一条直线上；
其中，所述校正镜2的光轴与炮轴一致，P为炮轴基点，O为炮轴调整到校正靶1法线时与校正靶1的交点，调整YOZ面，使标识点AC的连线平行于Y轴，标识点AB的连线平行于Z轴，空间坐标系建立完成。
优选地，如图2-3所示，所述依据所述空间坐标系、炮管的长度lP以及所述校正镜2的焦距f′，计算得到所述炮管3所需旋转的校正角度以及炮轴基点P到所述校正靶1的垂直校正距离LP，包括：
已知量：标识点AB的距离h，标识点AC的距离l，炮管长度lP，校正镜2的系统焦距f′；
未知量：炮轴基点P到校正靶1的垂直校正距离LP，坐标系原点O的相对位置；
设：A(0,y,z)，B(0,y,z+h)，C(0,y+l,z)，P(LP,0,0)，O(0,0,0)；
将所述校正镜2插入所述炮管3，调整炮轴，使校正镜2零位对准标识点B的十字中心，转动炮轴，使校正镜2零位对准标识点A的十字中心，记下炮轴转动的角度а，再次转动炮轴，使校正镜2零位对准标识点C的十字中心，记下炮轴转动的角度β，根据相对关系，得到以下公式：
Figure BDA0003702098500000051
Figure BDA0003702098500000052
根据公式①和公式②，可以得出y,z与LP的线性关系，记
y＝K1·Lp
z＝K2·Lp
根据以上关系，炮轴从A点转到O点，先沿Z轴方向旋转θ⊥，然后再沿Y轴方向旋转θ||，
Figure BDA0003702098500000053
tanθ||＝K2
或者，炮轴从A点转到O点，先沿着Y轴方向旋转θ||′，然后沿着Z轴方向旋转θ⊥′，
Figure BDA0003702098500000054
tanθ⊥′＝K1
其中，K1、K2为常数。
优选地，如图2-3所示，所述依据所述空间坐标系、炮管的长度lP以及所述校正镜2的焦距f′，计算得到所述炮管3所需旋转的校正角度以及炮轴基点P到所述校正靶1的垂直校正距离LP，包括：
根据校正靶1的法线，将炮轴调整到垂直于校正靶1；
通过所述校正镜2采集所述校正靶1的图像信息；
对所述校正靶1的图像信息进行处理后，得到校正靶1的标识点在所述校正镜2上的位置信息，其中，标识点AC在像面上的尺寸为l0，标识点AB在像面上的尺寸为h0，由此，可得到以下公式：
Figure BDA0003702098500000055
Figure BDA0003702098500000056
根据公式③和公式④，可得：
Figure BDA0003702098500000057
其中，LP为炮轴基点P到所述校正靶1的垂直校正距离。
需要说明的是，所述校正镜2为数字式成像校正镜，可以根据成像画面计算像面标识点的相互距离。
优选地，所述校正靶1的三个标识点的连线可构成特殊三角形，所述特殊三角形包括直角三角形。
需要说明的是，所述校正靶1背景与标识点图案对比明显，比如校正靶1背景为白色，标识点为黑色。
本发明实施例提供的高精度火炮校正方法，通过计算校正靶与火炮的相对位置关系，无需另外借助激光测距仪也可对校正距离进行测量，对零位校正结果进行修正，提高了火炮零位校正精度。
作为本发明的另一实施例，提供一种处理装置，用于实现前文所述的高精度火炮校正方法，其中，所述处理装置包括：
获取模块，用于获取炮管3的长度lP、校正镜2的焦距f′以及校正靶1和炮管3之间的位置关系，其中，所述校正靶1与所述炮管3间隔预设距离，所述炮管3内设置所述校正镜2，所述校正镜2能够采集所述校正靶1的图像信息；
建立模块，用于依据所述校正靶1和炮管3之间的位置关系建立空间坐标系；
计算模块，用于依据所述空间坐标系、炮管的长度lP以及所述校正镜2的焦距f′，计算得到所述炮管3所需旋转的校正角度以及炮轴基点P到所述校正靶1的垂直校正距离LP；
校正模块，用于依据所述炮管3所需旋转的校正角度以及炮轴基点P到所述校正靶1的垂直校正距离LP，对所述火炮进行校正。
作为本发明的另一实施例，提供一种高精度火炮校正系统，包括校正靶1、校正镜2和上位机，所述上位机包括前文所述的处理装置，所述校正镜2用于安装在炮管3内，所述校正靶1设置在与所述炮管3间隔预设距离位置处，所述校正镜2与所述上位机通信连接，所述校正镜2用于采集所述校正靶1的图像信息。
优选地，所述校正镜2包括光学成像系统和机械定位系统，所述校正镜2的光学成像系统光轴与机械定位系统机械轴一致，所述机械定位系统与所述炮管3无间隙配合，以达到所述机械定位系统机械轴与炮轴一致。
需要说明的是，所述校正靶1放置在距离火炮3有限远距离位置，高度大致与炮管3高度一致。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高精度火炮校正方法，其特征在于，所述高精度火炮校正方法包括：
步骤S110：获取炮管(3)的长度lP、校正镜(2)的焦距f′以及校正靶(1)和炮管(3)之间的位置关系，其中，所述校正靶(1)与所述炮管(3)间隔预设距离，所述炮管(3)内设置所述校正镜(2)，所述校正镜(2)能够采集所述校正靶(1)的图像信息；
步骤S120：依据所述校正靶(1)和炮管(3)之间的位置关系建立空间坐标系；
步骤S130：依据所述空间坐标系、炮管的长度lP以及所述校正镜(2)的焦距f′，计算得到所述炮管(3)所需旋转的校正角度以及炮轴基点P到所述校正靶(1)的垂直校正距离LP；
步骤S140：依据所述炮管(3)所需旋转的校正角度以及炮轴基点P到所述校正靶(1)的垂直校正距离LP，对所述火炮进行校正。
2.根据权利要求1所述的高精度火炮校正方法，其特征在于，所述依据所述校正靶(1)和炮管(3)之间的位置关系建立空间坐标系，包括：
以所述校正靶(1)的面为YOZ面，YOZ面至少包括三个标识点，三个标识点之间的距离已知，三个标识点分别为A、B、C，A、B、C三点不在一条直线上；
其中，所述校正镜(2)的光轴与炮轴一致，P为炮轴基点，O为炮轴调整到校正靶(1)法线时与校正靶(1)的交点，调整YOZ面，使标识点AC的连线平行于Y轴，标识点AB的连线平行于Z轴，空间坐标系建立完成。
3.根据权利要求2所述的高精度火炮校正方法，其特征在于，所述依据所述空间坐标系、炮管的长度lP以及所述校正镜(2)的焦距f′，计算得到所述炮管(3)所需旋转的校正角度以及炮轴基点P到所述校正靶(1)的垂直校正距离LP，包括：
已知量：标识点AB的距离h，标识点AC的距离l，炮管长度lP，校正镜(2)的系统焦距f′；
未知量：炮轴基点P到校正靶(1)的垂直校正距离LP，坐标系原点O的相对位置；
设：A(0,y,z)，B(0,y,z+h)，C(0,y+l,z)，P(LP,0,0)，O(0,0,0)；
将所述校正镜(2)插入所述炮管(3)，调整炮轴，使校正镜(2)零位对准标识点B的十字中心，转动炮轴，使校正镜(2)零位对准标识点A的十字中心，记下炮轴转动的角度а，再次转动炮轴，使校正镜(2)零位对准标识点C的十字中心，记下炮轴转动的角度β，根据相对关系，得到以下公式：
Figure FDA0003702098490000011
Figure FDA0003702098490000021
根据公式①和公式②，可以得出y，z与LP的线性关系，记
y＝K1·Lp
z＝K2·Lp
根据以上关系，炮轴从A点转到O点，先沿Z轴方向旋转θ⊥，然后再沿Y轴方向旋转θ||，
Figure FDA0003702098490000022
tanθ||＝K2
或者，炮轴从A点转到O点，先沿着Y轴方向旋转θ||′，然后沿着Z轴方向旋转θ⊥′，
Figure FDA0003702098490000023
tanθ⊥′＝K1
其中，K1、K2为常数。
4.根据权利要求3所述的高精度火炮校正方法，其特征在于，所述依据所述空间坐标系、炮管的长度lP以及所述校正镜(2)的焦距f′，计算得到所述炮管(3)所需旋转的校正角度以及炮轴基点P到所述校正靶(1)的垂直校正距离LP，包括：
根据校正靶(1)的法线，将炮轴调整到垂直于校正靶(1)；
通过所述校正镜(2)采集所述校正靶(1)的图像信息；
对所述校正靶(1)的图像信息进行处理后，得到校正靶(1)的标识点在所述校正镜(2)上的位置信息，其中，标识点AC在像面上的尺寸为l0，标识点AB在像面上的尺寸为h0，由此，可得到以下公式：
Figure FDA0003702098490000024
Figure FDA0003702098490000025
根据公式③和公式④，可得：
Figure FDA0003702098490000026
其中，LP为炮轴基点P到所述校正靶(1)的垂直校正距离。
5.根据权利要求2所述的高精度火炮校正方法，其特征在于，所述校正靶(1)的三个标识点的连线构成特殊三角形，所述特殊三角形包括直角三角形。
6.一种处理装置，用于实现权利要求1至5中任意一项所述的高精度火炮校正方法，其特征在于，所述处理装置包括：
获取模块，用于获取炮管(3)的长度lP、校正镜(2)的焦距f′以及校正靶(1)和炮管(3)之间的位置关系，其中，所述校正靶(1)与所述炮管(3)间隔预设距离，所述炮管(3)内设置所述校正镜(2)，所述校正镜(2)能够采集所述校正靶(1)的图像信息；
建立模块，用于依据所述校正靶(1)和炮管(3)之间的位置关系建立空间坐标系；
计算模块，用于依据所述空间坐标系、炮管的长度lP以及所述校正镜(2)的焦距f′，计算得到所述炮管(3)所需旋转的校正角度以及炮轴基点P到所述校正靶(1)的垂直校正距离LP；
校正模块，用于依据所述炮管(3)所需旋转的校正角度以及炮轴基点P到所述校正靶(1)的垂直校正距离LP，对所述火炮进行校正。
7.一种高精度火炮校正系统，其特征在于，包括：校正靶(1)、校正镜(2)和上位机，所述上位机包括权利要求6所述的处理装置，所述校正镜(2)用于安装在炮管(3)内，所述校正靶(1)设置在与所述炮管(3)间隔预设距离位置处，所述校正镜(2)与所述上位机通信连接，所述校正镜(2)用于采集所述校正靶(1)的图像信息。
8.根据权利要求7所述的高精度火炮校正系统，其特征在于，所述校正镜(2)包括光学成像系统和机械定位系统，所述校正镜(2)的光学成像系统光轴与机械定位系统机械轴一致，所述机械定位系统与所述炮管(3)无间隙配合，以达到所述机械定位系统机械轴与炮轴一致。
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