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利用光电经纬仪测量坦克炮管空间指向的方法及装置.pdf
(10)申请公布号 CN 103925842 A (43)申请公布日 2014.07.16 CN 103925842 A (21)申请号 201410122971.3 (22)申请日 2014.03.28 F41G 5/24(2006.01) (71)申请人 中国科学院长春光学精密机械与物 理研究所 地址 130033 吉林省长春市东南湖大路 3888 号 (72)发明人 吴能伟 (74)专利代理机构 长春菁华专利商标代理事务 所 22210 代理人 南小平 (54) 发明名称 利用光电经纬仪测量坦克炮管空间指向的方 法及装置 (57) 摘要 利用光电经纬仪测量坦克炮管空间指向的方 法及装置， 属于光电测量技术领域， 为了快速、 准 确地获取坦克炮管轴线的高精度空间指向， 炮管 设置在坦克上， 坦克上表面有三个特征点 a、 b、 c， 炮管上有两个特征点 d、 e， 五特征点均能在第一 光电经纬仪和第二光电经纬仪的交叉视场内成清 晰的图像 ； 时统终端既为第一光电经纬仪提供同 步脉冲信号和时间信息， 又为第二光电经纬仪提 供同步脉冲信号和时间信息 ； 中心计算机既接收 第一光电经纬仪的编码器数据及特征点的脱靶 量， 又接收第二光电经纬仪的编码器数据及特征 点的脱靶量， 其经过数据处理后交会出特征点的 位置信息， 进而得到炮管轴线向量、 坦克底盘及其 垂直面的向量， 可以解算出炮管的空间指向。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103925842 A CN 103925842 A 1/2 页 2 1. 利用光电经纬仪测量坦克炮管空间指向的方法， 其特征是， 该方法包括以下步骤， 步骤一， 在带炮管 （10） 的坦克 （9） 的尾部上表面边沿选择两个特征点 a、 b， 在特征点 b 同侧选择特征点 c， 使得特征点 a、 b、 c 组成的平面与坦克底盘平行 ； 在坦克的炮管 （10） 上 选择两个有一定距离的环带 d、 e ； 步骤二， 在坦克 （9）的侧后方布设光电经纬仪 （1）和光电经纬仪 （2） ， 其坐标已知 Oj(xj,yj,zj)j ＝ 1,2， 二者相距一定距离， 且步骤一所选的特征点在光电经纬仪 （1） 和光电 经纬仪 （2） 视场内成清晰的图像 ； 步骤三， 调平光电经纬仪 （1） 和光电经纬仪 （2） ， 光电经纬仪 （1） 通过串行接口 （5） 接收 时统终端 （3） 的同步脉冲信号， 光电经纬仪 （2） 通过串行接口 （6） 接收时统终端 （3） 的同步 脉冲信号， 二者同时跟踪坦克的特征点 a、 b、 c、 d 和 e， 并采集时间信息和编码器数据， 提取 五个特征点的脱靶量 ； 步骤四， 中心计算机 （4） 通过串行接口 （7） 接收光电经纬仪 （1） 的编码器数据及特征点 的脱靶量， 合成后得到特征点相对光电经纬仪 （1） 的真实角度 (α1i,λ1i)i ＝ a,b,c,d,e ； 中心计算机 （4） 通过串行接口 （8） 接收光电经纬仪 （2） 的编码器数据及特征点的脱靶量， 合 成后得到特征点相对光电经纬仪 （2） 的真实角度 (α2i,λ2i)i ＝ a,b,c,d,e ； 结合经纬仪的 位置信息， 利用公式①交会计算出坦克特征点的空间位置 (xi,yi,zi) ； ① ； 步 骤 五， 中 心 计 算 机 （4）依 据 特 征 点 d、 e 确 定 炮 管 （10）轴 线 的 方 向 向 量 依靠 a、b、c 可得 确定坦克 （9） 底盘的法向量为及坦克 （9） 底盘垂 直面的法向量为， 分别求解， 于是利用公 式②求得炮管 （10） 轴线的空间指向， 高低角 E 和方位角 A ； ②。 权 利 要 求 书 CN 103925842 A 2 2/2 页 3 2. 根据权利要求 1 所述的利用光电经纬仪测量坦克炮管空间指向的方法所应用的测 量设备， 其特征是， 炮管 （10） 设置在坦克 （9） 上， 坦克 （9） 上表面有三个特征点 a、 b、 c， 炮管上有两个特征 点 d、 e， 上述特征点均能在第一光电经纬仪 （1） 和第二光电经纬仪 （2） 的交叉视场内成清晰 的图像 ； 时统终端 （3） 通过串行接口 （5） 为第一光电经纬仪 （1） 提供同步脉冲信号和时间信息 ； 时统终端 （3） 通过串行接口 （6） 为第二光电经纬仪 （2） 提供同步脉冲信号和时间信息 ； 中心计算机 （4） 通过串行接口 （7） 接收第一光电经纬仪 （1） 的编码器数据及特征点的 脱靶量 ； 中心计算机 （4） 通过串行接口 （8） 接收第二光电经纬仪 （2） 的编码器数据及特征点 的脱靶量 ； 中心计算机 （4） 经过数据处理后交会出特征点的位置信息， 进而得到炮管 （10） 轴线向量、 坦克 （9） 底盘及其垂直面的向量， 可以解算出炮管 （10） 的空间指向。 权 利 要 求 书 CN 103925842 A 3 1/4 页 4 利用光电经纬仪测量坦克炮管空间指向的方法及装置 技术领域 [0001] 本发明涉及利用光电经纬仪确定坦克的炮管相对于其底盘的方位角和高低角的 测量方法及及装置， 属于光电测量技术领域。 背景技术 [0002] 坦克作为现代战争的重要突防力量， 不仅要求火力强大， 而且必须具备极高的命 中率， 才能有效地消灭敌人和保存自己。而坦克的命中率取决于坦克射击时炮管的定向精 度， 因此有必要测定炮管轴线的空间指向， 即测量炮管与坦克底盘的方位角和高低角。 传统 方法是以远处悬挂的物体为基准， 直接测定炮管对于某个基准的转角， 进而确定其定向精 度。 该方法对参考基准的稳定度提出较高要求， 而且未考虑炮管的弹性变形， 导致定向精度 较低。 发明内容 [0003] 为了快速、 准确地获取坦克炮管轴线的高精度空间指向， 弥补传统测量方法的不 足， 本发明提出利用光电经纬仪测量坦克炮管空间指向的方法及装置。 [0004] 本发明的技术方案为， 利用光电经纬仪测量坦克炮管空间指向的方法， 包括以下 步骤， [0005] 步骤一 ： 在坦克尾部上表面边沿选择两个特征点 a、 b， 在特征点 b 同侧选择特征点 c， 使得特征点 a、 b、 c 组成的平面与坦克底盘平行 ； 在坦克炮管上选择两个有一定距离的环 带 d、 e ； [0006] 步骤二 ： 在坦克的侧后方布设两台光电经纬仪， 其坐标已知 Oj(xj,yj,zj)j ＝ 1,2， 二者相距一定距离， 且步骤一所选的特征点在每个经纬仪视场内成清晰的图像 ； [0007] 步骤三 ： 调平两个光电经纬仪， 通过串行接口接收时统终端的同步脉冲信号， 二者 同时跟踪坦克的特征点， 并采集时间信息和编码器数据， 提取特征点的脱靶量 ； [0008] 步骤四 ： 中心计算机通过串行接口接收编码器数据及特征点的脱靶量， 合成后得 到特征点相对光电经纬仪 Oj(j ＝ 1,2) 的真实角度 (αji,λji)i ＝ a,b,c,d,e， 结合经纬仪 的位置信息， 利用下式 说 明 书 CN 103925842 A 4 2/4 页 5 [0009] ① [0010] 交会计算出坦克特征点的空间位置 (xi,yi,zi) ； [0011] 步 骤 五 ： 中 心 计 算 机 依 据 特 征 点 d、 e 确 定 炮 管 轴 线 的 方 向 向 量 依靠 a、 b、 c 可得 确定坦克底盘的法向量为及坦克底盘垂直面的 法向量为， 分别求解， 于是炮管轴线与坦 克底盘的高低角为 E， 炮管轴线与坦克底盘的垂直面的夹角为方位角 A ： [0012] ②。 [0013] 利用光电经纬仪测量坦克炮管空间指向的方法所应用的测量设备， [0014] 炮管设置在坦克上， 坦克上表面有三个特征点 a、 b、 c， 炮管上有两个特征点 d、 e， 上述特征点均能在第一光电经纬仪和第二光电经纬仪的交叉视场内成清晰的图像 ； [0015] 时统终端通过串行接口为第一光电经纬仪提供同步脉冲信号和时间信息 ； 时统终 端通过串行接口为第二光电经纬仪提供同步脉冲信号和时间信息 ； [0016] 中心计算机通过串行接口接收第一光电经纬仪的编码器数据及特征点的脱靶量 ； 中心计算机通过串行接口接收第二光电经纬仪的编码器数据及特征点的脱靶量 ； 中心计算 机经过数据处理后交会出特征点的位置信息， 进而得到炮管轴线向量、 坦克底盘及其垂直 面的向量， 可以解算出炮管的空间指向。 [0017] 本发明的有益效果是 ： 在时统终端的作用下， 利用光电经纬仪跟踪选定的坦克及 炮管的特征点， 提取特征点的脱靶量， 与编码器数据合成后得到特征点相对光电经纬仪的 角度数据， 结合光电经纬仪的位置信息， 交会出特征点的位置信息， 解得炮管轴线向量、 坦 克底盘及其垂直面的向量， 从而确定炮管与坦克底盘的高低角和方位角。 此方法简单易行、 测量精度高， 可用于坦克炮管的生产和装调， 也可用于分析炮管产生定向误差的原因。 附图说明 说 明 书 CN 103925842 A 5 3/4 页 6 [0018] 图 1 ： 本发明利用光电经纬仪测量坦克炮管空间指向的方法所用测量设备的结构 示意图。 [0019] 图 2 ： 本发明利用光电经纬仪测量坦克炮管空间指向的方法的工作流程图。 具体实施方式 [0020] 下面结合附图对本发明做进一步详细说明。 [0021] 如图 1 所示， 本发明利用光电经纬仪测量坦克炮管空间指向的方法所用测量设 备， 时统终端 3 依靠串行接口 5 连接第一光电经纬仪 1， 时统终端 3 依靠串行接口 6 连接第 二光电经纬仪 2 ； 中心计算机 4 依靠串行接口 7 连接第一光电经纬仪 1， 中心计算机 4 依靠 串行接口 8 连接第二光电经纬仪 2。 [0022] 在坦克 9 上表面取三个特征点 a、 b、 c， 炮管 10 上取环带 d、 e 作为特征点， 上述特 征点均能在第一光电经纬仪 1 和第二光电经纬仪 2 的交叉视场内成清晰的图像。 [0023] 时统终端 3 通过串行接口 5 为第一光电经纬仪 1 提供同步脉冲信号和时间信息 ； 时统终端 3 通过串行接口 6 为第二光电经纬仪 2 提供同步脉冲信号和时间信息。 [0024] 中心计算机 4 通过串行接口 7 接收第一光电经纬仪 1 的编码器数据及特征点的脱 靶量 ； 中心计算机 4 通过串行接口 8 接收第二光电经纬仪 2 的编码器数据及特征点的脱靶 量 ； 中心计算机4经过数据处理后交会出特征点的位置信息， 进而得到炮管10轴线向量、 坦 克底盘及其垂直面的向量， 可以解算出炮管 10 的空间指向。 [0025] 如图 2 所示， 利用光电经纬仪测量坦克炮管空间指向的方法， 实现步骤如下 ： [0026] 步骤一， 按图 1 所示， 在带炮管 10 的坦克 9 的尾部上表面边沿选择两个特征点 a、 b， 在特征点 b 同侧选择特征点 c， 使得特征点 a、 b、 c 组成的平面与坦克底盘平行 ； 在坦克的 炮管 10 上选择两个有一定距离的环带 d、 e 作为特征点 ； [0027] 步骤二， 在坦克 9 的侧后方布设第一光电经纬仪 1 和第二光电经纬仪 2， 已知两个 经纬仪的坐标 Oj(xj,yj,zj)（j=1， 2） ， 二者相距一定距离， 且步骤一所选的特征点在第一光 电经纬仪 1 和第二光电经纬仪 2 视场内成清晰的图像 ； [0028] 步骤三， 调平第一光电经纬仪 1 和第二光电经纬仪 2， 第一光电经纬仪 1 通过串行 接口 5 接收时统终端 3 的同步脉冲信号， 光电经纬仪 2 通过串行接口 6 接收时统终端 3 的 同步脉冲信号， 二者同时跟踪坦克的特征点 a、 b、 c、 d 和 e， 并采集时间信息和编码器数据， 提取五个特征点的脱靶量 ； [0029] 步骤四， 中心计算机 4 通过串行接口 7 接收第一光电经纬仪 1 的编码器数据及特 征点的脱靶量， 合成后得到特征点 i 相对第一光电经纬仪 1 的方位角和高低角 (α1i,λ1i) i ＝ a,b,c,d,e ； 中心计算机 4 通过串行接口 8 接收第二光电经纬仪 2 的编码器数据及特 征点的脱靶量， 合成后得到特征点 i 相对第二光电经纬仪 2 的方位角和高低角 (α2i,λ2i) i ＝ a,b,c,d,e ； 结合经纬仪的位置信息， 利用公式①交会计算出坦克特征点的空间位置 (xi,yi,zi) ； 说 明 书 CN 103925842 A 6 4/4 页 7 [0030] ① [0031] 其中， m,K,l 均为中间变量。 [0032] 步 骤 五， 中 心 计 算 机 4 依 据 特 征 点 d、 e 确 定 炮 管 10 轴 线 的 方 向 向 量 依靠 a、b、c 可得 确定坦克 9 底盘的法向量为及坦克 9 底盘垂直 面的法向量为， 分别求解， 于是利用公式 ②求得炮管 10 轴线的空间指向， 高低角 E 和方位角 A ； [0033] ② [0034] 其中， p、 q 均为中间变量。 说 明 书 CN 103925842 A 7 1/2 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103925842 A 8 2/2 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 103925842 A 9