CN211928165U - 一种用于武装飞机激光测距机光轴的校靶仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于武装飞机激光测距机光轴的校靶仪，包括安装在机壳内部的光学***、图像处理单元和惯性测量仪组成；所述惯性测量仪的航向轴方向与光学***的光轴方向保持一致；所述的光学***包括聚焦透镜组和在其焦点处设置的图像传感器，图像传感器设置在聚焦透镜组的焦点位置处，图像处理单元对图像传感器的图像进行数据处理。本实用新型通过光学***与惯性测量仪相组合实现了激光测距机轴向的校准，自动测量出当前时刻激光测距机的轴向偏差。这种校靶方法标校精度高，使用方便快捷，克服了传统主观测量存在的判读误差，增加了校靶的自动化程度。

Description

一种用于武装飞机激光测距机光轴的校靶仪

技术领域

本实用新型属于武器装备技术领域，涉及一种用于武装飞机激光测距机光轴的校靶仪。

背景技术

武装飞机（直升机）可以携带导弹、火箭、航炮、炸弹等多种武器，对敌目标实施空中打击，打击效果依赖于武器***的精度。但在实际使用中，由于受温度、冲击、振动及疲劳变形等因素的影响，武器***的瞄准精度会发生变化，因此需要采用校靶仪定时对飞机（直升机）的武器***的轴向进行标校，简称校靶。

校靶是使武器***各装置的光、电、机械轴线与基准坐标轴线协调一致或保持一定的空间位置关系的所有校准、调整操作的总称，它是一项经常性的、直接关系到机载武器命中率及整个武器***任务效率的重要工作。现有的校靶方法是采用原始的顶飞机、对准、立靶标或画靶图、再调整的方法进行武器***校靶，这种校靶方法费时费力、效率低、精度低，而且校靶设备的结构复杂，严重制约着校靶工作的效率、武器命中率和大机群出动的速度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于武装飞机激光测距机光轴的校靶仪，可快速、准确、高自动化的标校出激光测距机光轴的轴向偏差，它不仅适用于飞机（直升机）在陆地停放下的校靶，更适用于舰载情况下的小空间动态校靶，具有通用性强、智能化程度高、效率显著的特点。

本实用新型的技术方案如下：

一种用于武装飞机激光测距机光轴的校靶仪，包括安装在机壳内部的光学***、图像处理单元和惯性测量仪组成；所述惯性测量仪的航向轴方向与光学***的光轴方向保持一致；所述的光学***包括聚焦透镜组和在其焦点处设置的图像传感器，图像传感器设置在聚焦透镜组的焦点位置处，图像处理单元对图像传感器的图像进行数据处理。

上述用于武装飞机激光测距机光轴的校靶仪中，所述的聚焦透镜组包括同轴设置的次镜和主镜，次镜和主镜均为中空结构。

上述用于武装飞机激光测距机光轴的校靶仪中，次镜前设置有光衰减片。

上述用于武装飞机激光测距机光轴的校靶仪中，光衰减片和次镜之间加装有光吸收片，光吸收片的口径大于次镜中心通孔的尺寸，小于次镜的尺寸。

上述用于武装飞机激光测距机光轴的校靶仪中，所述的惯性测量单元为光纤捷联式惯性导航***，

上述用于武装飞机激光测距机光轴的校靶仪中，所述的图像传感器为CCD传感器。

上述用于武装飞机激光测距机光轴的校靶仪中，校靶仪主机上还设置有显示屏。

本实用新型的有益技术效果如下：

1、本实用新型通过光学***与惯性测量仪相组合实现了激光测距机轴向的校准，自动测量出当前时刻激光测距机的轴向偏差。这种校靶方法标校精度高，使用方便快捷，克服了传统主观测量存在的判读误差，增加了校靶的自动化程度，不仅适用于飞机（直升机）在维护和装配情况下使用，还可在舰载、机库、强风或狭小而杂乱的工作空间下使用，将操作人员从繁杂而冗长的校靶过程中解放出来。

2、本实用新型在整个校靶过程中只有校靶仪上的自带的高精度惯导存在漂移误差，对于控制在1小时以内的校靶过程来说，惯导漂移较小，而且***采用CCD图像显示和计算机运算，全程均通过传感器直接检查，避免了人眼判读带来的误差，这就大大提高了校靶***的精度，设备体积小，重量轻，可手持操作，同时采用模块化设计，维修性好，互换性好，容易拓展到所有武装飞机（直升机）。

附图说明

图1为本实用新型校靶仪主机的组成原理示意图；

图2为本实用新型校靶仪光学***的组成原理图；

图3为本实用新型斜入射光线引起的成像偏差原理示意图；

图4为本实用新型校靶仪中光学***和惯导组合实现空间姿态参数测量原理图；

图5为本实用新型校靶仪用于激光测距机轴向校准原理图；

图6为本实用新型校靶仪对飞机轴向校准的流程图。

附图标记如下：

1-光学***；2-图像处理单元；3-显示屏；4-惯性测量单元；5-机壳；6-镜筒； 10-光轴；11-次镜；12-主镜；15-图像传感器；20-主控单元；21-像点；22-聚焦透镜组；50-激光测距机；51-光衰减片；52-光吸收片。

具体实施方式

如图1和图2所示，校靶***由校靶仪主机、主控单元20、武器***转接件、三脚架和连接电缆组成。校靶仪主机包括安装在机壳5内部的光学***1、图像处理单元2、显示屏3和惯性测量仪4组成；其中惯性测量仪的航向轴方向与光学***1的光轴方向保持一致。

光学***1包括依次按照光轴10方向同轴设置的次镜11、主镜12和图像传感器15，次镜11和主镜12均为中空结构，空间位置上构成了聚焦透镜组，光学***安装在镜筒6内。图像传感器15采用CCD对所得图像进行数字化处理，克服了传统主观测量存在的判读误差，提高了校靶精度，也缩短了校靶时间。

惯性测量单元4采用市售的光纤捷联式惯性导航***，基于光纤陀螺原理，体积小、重量轻，以方便手持测量，光纤捷联惯性导航组件由高精度三轴光纤陀螺和加速度计组成，安装在校靶仪主机的基机壳上，与准直光学测量组件轴向平行放置，主要用于实时测量校靶仪主机的姿态角。光纤捷联惯性导航通过测量载体的转动角速率和加速度信息，高速实时计算出载体的航向角、俯仰角、横滚角等数据信息。

图像处理单元2对图像传感器的视频数据进行处理和计算，校靶仪主机上安装有一块显示屏3，主要用于控制指令的输入和测量结果的显示，选用8寸液晶显示屏，带触屏功能，用于开机后校靶模式、校靶时间、机型、机号等数据输入和的选择，同时可以显示两惯性导航的测量误差、成像位置和校靶测量结果。

主控单元20由工控机、供电电源模块组成，它是***的运算控制中心，通过接收机载惯导的姿态数据、校靶仪主机的姿态数据以及CCD的空间成像数据进行运算和图像处理，最终计算出带校准轴的轴偏角。

图3中，当激光测距机的激光以θ的夹角（近傍轴条件）入射至校靶仪的聚焦透镜组22后，在与图像传感器15距离L的位置成像，由于聚焦透镜组22的焦距为f，则有

L=fθ

反之，根据L和f也可计算出偏差角θ。

如图4所示，本实用新型校靶仪的方向和角度参照机载导航的姿态定义。其中光轴10的方向与校靶仪惯性测量单元4的航向轴（Y轴）方向一致，激光测距机入射的激光经过聚焦透镜组22后，成像在图像传感器15的像点21上，x轴和z轴代表图像传感器15的像素坐标轴。根据图3原理可知，只要获取像点21在图像传感器的x轴和z轴上的坐标Lx和Lz，以及聚焦透镜组22的焦距f，即可知道基准平面镜的偏差角，从而计算得到被校准轴在X轴和Z轴方向的轴向偏差角θx和θz，并有

θx=Lx/f

θz=Lz/f

而光轴10的方向与校靶仪惯性测量单元4的航向轴（Y轴）方向一致，故计算中将惯性测量单元4的角度参数与光学***的轴向偏差角相加即可换算为被校准轴的姿态角，其中α表示航向角，β表示俯仰角，γ表示横滚角。假设被校准轴的真实姿态角为Ω（α2，β2，γ2），而校准仪上惯性测量***获得的角度参数为（α1，β1，γ1），校准仪上轴向偏差角为（θx，θz），则由Ω（α1+θx，β1+θz，γ1）经过简单的坐标变换得可以得到Ω（α2，β2，γ2）。实际测量中确保成像点21在图像传感器15的有效像素范围内即可满足测量要求，实现快速的轴向校准。

三脚架（可选）：支撑校靶仪主机，保证设备的稳定架设。

连接电缆：包括通信电缆和供电电缆，用于图像视频的传输和设备供电连接。

众所周知，飞机（直升机）在陆地停放时的校靶情况较为简单，而在舰载情况下，由于飞机（直升机）的机身姿态会受舰体移动发生实时变化，并且校靶场地狭小、海洋气候环境恶劣，同时机体还会受海浪影响发生摇摆，或受轮胎弹性形变发生倾斜，或受起落架减震装置的影响发生晃动等，给舰载机的校靶工作增加了很多困难。为了有效地解决这些问题，校靶仪中采用了惯性测量技术来实时获取飞机（直升机）基准轴和激光测距机轴的空间姿态，经计算机判读和运算能够自动测量出当前时刻激光测距机的轴向偏差，从而将轴线方向调整为飞机基准轴相一致或规定角度。

如图5所示，激光测距机可以发出一束激光，这束激光的方向就是瞄准轴的方向，利用校靶仪的光学***可以测量出这束激光的方向。激光测距机发出的激光很强，为了保护光学***不被激光烧坏，测量前应在次镜11前加光衰减片51，保证进入***的激光能量不会烧坏光学***；必要时在光衰减片51和次镜1之间加装光吸收片52，光吸收片52的口径大于次镜11中心通孔的尺寸，并小于次镜的尺寸。确保经过衰减片51后入射至次镜的光不会对测量产生影响，否则会直接穿过次镜的中心通孔在CCD上二次成像，特别是斜入射时产生成像光斑的畸变，影响到像点21位置的判断。

应用中激光测距机发出激光，经过光衰减片51和光吸收片52后入射至校靶仪内部，图像传感器获取像点位置坐标，结合惯性测量仪的角度数据解算得到激光测距机光轴的姿态角，并与飞机的基准轴姿态角比较，得到激光测距机光轴的轴向偏差，如果偏差大于允许的范围，则进行机械校轴。

本实用新型的校靶仪可在对机载惯导校准的基础上，实现了对激光测距机轴线的校准，整个校靶过程中只有校靶仪的惯导存在漂移误差，对于控制在1小时以内的校靶过程来说，惯导漂移较小，而且***采用CCD图像显示和计算机运算，全程都是通过传感器直接检查，避免了人眼判读带来的误差，这就大大提高了校靶***的精度。

Claims (6)

1.一种用于武装飞机激光测距机光轴的校靶仪，其特征在于：包括安装在机壳（5）内部的光学***（1）、图像处理单元（2）和惯性测量仪（4）；所述惯性测量仪（4）的航向轴方向与光学***（1）的光轴方向保持一致；所述的光学***（1）包括聚焦透镜组和在其焦点处设置的图像传感器（15），图像传感器设置在聚焦透镜组的焦点位置处，图像处理单元（2）对图像传感器（15）的图像进行数据处理；所述的聚焦透镜组包括同轴设置的次镜（11）和主镜（12），次镜（11）和主镜（12）均为中空结构。

2.根据权利要求1所述的用于武装飞机激光测距机光轴的校靶仪，其特征在于：次镜（11）前设置有光衰减片（51）。

3.根据权利要求2所述的用于武装飞机激光测距机光轴的校靶仪，其特征在于：光衰减片（51）和次镜（11）之间加装有光吸收片（52），光吸收片（52）的口径大于次镜（11）中心通孔的尺寸，小于次镜（11）的尺寸。

4.根据权利要求1所述的用于武装飞机激光测距机光轴的校靶仪，其特征在于：所述的惯性测量仪（4）为光纤捷联式惯性导航***。

5.根据权利要求1所述的用于武装飞机激光测距机光轴的校靶仪，其特征在于：所述的图像传感器（15）为CCD传感器。

6.根据权利要求1所述的用于武装飞机激光测距机光轴的校靶仪，其特征在于：校靶仪主机上还设置有显示屏（3）。

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