周視觀瞄儀跟蹤精度檢測裝置及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到檢測技術(shù)、光電技術(shù)、電控技術(shù)、圖像處理技術(shù)以及精密機(jī)械領(lǐng)域； 具體涉及一種周視觀瞄儀跟蹤精度檢測裝置及檢測方法，它通過硬件仿真的方式動(dòng)態(tài)地檢 測周視觀瞄儀的俯仰和方位兩個(gè)方向的角跟蹤精度、角運(yùn)動(dòng)精度和角位置精度。
【背景技術(shù)】
[0002] 周視觀瞄儀的多光譜光電跟蹤能力直接關(guān)系到武器的作戰(zhàn)能力，是武器裝備戰(zhàn)斗 力的集中體現(xiàn)，而對動(dòng)目標(biāo)的角跟蹤精度是反映光電跟蹤系統(tǒng)跟蹤能力的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)， 因此對光電跟蹤系統(tǒng)的角跟蹤精度檢測是必不可少的一項(xiàng)內(nèi)容。
[0003] 目前，國內(nèi)還沒有通用的高精度動(dòng)態(tài)角度標(biāo)定系統(tǒng)，如果要檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)角跟 蹤精度通常是在外場利用靶機(jī)作為目標(biāo)，但靶機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不易掌握，不能給被測系統(tǒng)提 供標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)信息，不能定量的得到被測系統(tǒng)的跟蹤精度，而且易受天氣等其它因素的影 響。有些測量裝置雖然能夠在室內(nèi)進(jìn)行檢測，但都只能提供方位或俯仰的獨(dú)立檢測，不能完 全仿真實(shí)戰(zhàn)狀態(tài)。因此國內(nèi)急需從計(jì)量和溯源的需求出發(fā)，研制出可以在裝配及室內(nèi)檢測 環(huán)境下標(biāo)定出動(dòng)態(tài)角跟蹤能力的高精度檢測系統(tǒng)，且可以同時(shí)完成俯仰、方位兩個(gè)運(yùn)動(dòng)形 式下的跟蹤精度檢測，以滿足武器裝備中的跟蹤系統(tǒng)的研制和戰(zhàn)場靠前檢測的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述技術(shù)中的不足，提供一種室內(nèi)完成跟蹤精度檢測 的裝置，模擬目標(biāo)可以提供標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)(速度、加速度、位置)，目標(biāo)可以同時(shí)仿真俯仰和方 位的運(yùn)動(dòng)。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是： 一種周視觀瞄儀跟蹤精度檢測裝置，包括目標(biāo)運(yùn)動(dòng)單元、設(shè)置于所述目標(biāo)運(yùn)動(dòng)單元上 的目標(biāo)模擬單元、伺服控制單元和人機(jī)測控單元，所述的各個(gè)單元均設(shè)置有控制處理器和 數(shù)據(jù)交換單元，各個(gè)數(shù)據(jù)交換單元通過電纜聯(lián)接通訊； 所述的目標(biāo)模擬單元包括平行光管和設(shè)置于平行光管末端的目標(biāo)靶板；所述的目標(biāo)運(yùn) 動(dòng)單元包括底座，垂直于水平面設(shè)置在底座上的方位框軸系組件和平行于水平面設(shè)置在方 位框軸系組件上的俯仰框軸系組件；所述的俯仰框軸系組件和方位框軸系組件的旋轉(zhuǎn)軸相 互垂直，組成雙軸四框架結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)臺(tái)；在所述的底座上設(shè)置有觀瞄儀安裝盤； 所述的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)單元連接伺服控制單元； 所述的目標(biāo)模擬單元和伺服控制單元連接人機(jī)測控單元。
[0005] 所述的平行光管為大口徑的多光譜卡塞格林式平行光管，它設(shè)置于俯仰框軸系組 件上，包括鏡筒，鏡筒內(nèi)的光源，同軸設(shè)置于鏡筒內(nèi)的拋物面型主反射鏡和雙曲面型次反射 鏡；所述的鏡筒前端設(shè)置多個(gè)窗口，窗口外側(cè)設(shè)置有保護(hù)蓋； 所述的目標(biāo)靶板為寬光譜目標(biāo)靶板，它設(shè)置于所述鏡筒末端，包括ZnS玻璃靶板基底， 所述的ZnS玻璃靶板基底表面鍍鉻，在鍍鉻層光刻分劃線或星點(diǎn)； 所述的俯仰框軸系組件包括O形框； 所述的方位框軸系組件包括U形框；所述的U形框包括左框，右框和底框；U形框通過 其底框設(shè)置的芯軸與所述底座連接； 所述的O形框沿其旋轉(zhuǎn)軸方向通過軸承與U形框的左、右框連接； 所述U形框的底框前后端面上各設(shè)置一個(gè)油壓減震器； 在所述的O形框前后側(cè)各設(shè)置一個(gè)油壓減震器碰撞板，其設(shè)置位置與所述油壓減震器 對應(yīng)。
[0006] 所述的0形框與U形框均為中空的結(jié)構(gòu)。
[0007] 所述的伺服控制單元是以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為載體并與專用DSP多軸運(yùn)動(dòng)控制系 統(tǒng)相結(jié)合的兩級位置閉環(huán)數(shù)字復(fù)合控制結(jié)構(gòu)。
[0008] 所述的人機(jī)測控單元以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為載體，由三部分軟件組成：測試轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn) 動(dòng)控制程序、周視觀瞄儀角跟蹤精度測量程序和人機(jī)界面程序。
[0009] 一種周視觀瞄儀跟蹤精度檢測方法，其特征在于： 所述的周視觀瞄儀跟蹤精度檢測方法步驟如下： (1) .將被測周視觀瞄儀安裝到本裝置的觀瞄儀安裝盤上； (2) .調(diào)整被測周視觀瞄儀，使其方位軸和俯仰軸與本裝置的方位軸和俯仰軸同軸； (3) .開啟本裝置的目標(biāo)模擬單元，模擬目標(biāo)的像； (4) .調(diào)整被測周視觀瞄儀，使模擬目標(biāo)的像出現(xiàn)在被測周視觀瞄儀視場中心； (5) .在人機(jī)測控單元中輸入模擬運(yùn)動(dòng)指令，伺服控制單元驅(qū)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)；被 測周視觀瞄儀進(jìn)入跟蹤狀態(tài)； (6) .被測周視觀瞄儀的CCD相機(jī)獲取被測周視觀瞄儀的像和本系統(tǒng)模擬目標(biāo)的像，采 集的視頻信號通過傳輸線輸入人機(jī)測控單元； (7) .人機(jī)測控單元中的圖像處理軟件處理數(shù)字圖像，計(jì)算獲取被測周視觀瞄儀的像和 模擬目標(biāo)的像的位置偏差； (8) .人機(jī)測控單元中的數(shù)據(jù)處理子程序計(jì)算被測周視觀瞄儀的像和模擬目標(biāo)的像的 位置偏差所對應(yīng)的角度偏差； (9) .人機(jī)測控單元中輸出被測周視觀瞄儀角跟蹤精度的測量結(jié)果； 所述的周視觀瞄儀跟蹤精度檢測方法的原理為： 目標(biāo)模擬單元模擬目標(biāo)的光點(diǎn)記做S，S以空間某一特定位置P為圓心，以直線OP為 旋轉(zhuǎn)的軸線，在與OP相垂直的平面上旋轉(zhuǎn)；S點(diǎn)的出射光線形成以0點(diǎn)為頂點(diǎn)的光錐，0點(diǎn) 為光錐的頂點(diǎn)，也是被測周視觀瞄儀水平軸和垂直軸的交點(diǎn)，被測周視觀瞄儀對S點(diǎn)進(jìn)行 跟蹤；其中：a為S點(diǎn)出射光與旋轉(zhuǎn)軸OP的夾角，即光錐的半錐角，也是被測周視觀瞄儀視 軸與檢測系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)軸的夾角；b為旋轉(zhuǎn)軸線與水平面的傾角；A為被測周視觀瞄儀方位角；E 為被測周視觀瞄儀俯仰角；當(dāng)A=O時(shí)，以SO為檢測系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)零點(diǎn)，光學(xué)目標(biāo)從SO 運(yùn)動(dòng)到S點(diǎn)時(shí)，相對于旋轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)角為Θ，即角度編碼器的轉(zhuǎn)角，θ=〇η，ω為目標(biāo)勻速 運(yùn)動(dòng)的角速度，t為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)所用時(shí)間；量綱：a、b、A和Ε:度；ω :弧度/秒；t:秒、Θ :度； 檢測系統(tǒng)將檢測系統(tǒng)中目標(biāo)模擬單元模擬目標(biāo)的角速度、角加速度等參數(shù)與被測周視 觀瞄儀的角速度、角加速度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)對比，以獲得周視觀瞄儀的角跟蹤精度； 周視觀瞄儀跟蹤精度檢測裝置采用數(shù)字圖像處理方法獲得被測周視觀瞄儀的像和檢 測系統(tǒng)模擬目標(biāo)的像的位置偏差，經(jīng)過人機(jī)測控單元的計(jì)算進(jìn)而獲得周視觀瞄儀的角跟蹤 精度；其計(jì)算步驟為： 目標(biāo)模擬單元（2)的像坐標(biāo)為（X ^Y1);被測周視觀瞄儀的像52的坐標(biāo)為（X2，Y2)， SjP S 2的位置偏差Δ X和Λ Y為： Δ X= X1- X2 Δ Y= V Y2 兩像均由被測周視觀瞄儀的CCD相機(jī)獲得，因而兩個(gè)像的質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)都是以CCD相機(jī)的 像素為基本單位，Δ X和Λ Y是CXD相機(jī)像素的整數(shù)倍； SjP S2的位置偏差所對應(yīng)的ΛX角度ΛX。表征被測周視觀瞄儀的角跟蹤精度。
[0010] 本發(fā)明的有益效益是： 1. 本發(fā)明可以同時(shí)完成俯仰、方位兩個(gè)運(yùn)動(dòng)形式下的跟蹤精度檢測，滿足武器裝備中 的跟蹤系統(tǒng)的研制和戰(zhàn)場靠前檢測的需求； 2. 本發(fā)明卡塞式平行光管的設(shè)計(jì)提供平行光模擬無窮遠(yuǎn)處的目標(biāo)，這樣就可以在小 視場下進(jìn)行光電穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)跟蹤性能檢測；卡塞格林式平行光管的鏡筒前端設(shè)計(jì)了多個(gè) 小窗口與被測周視觀瞄儀的光學(xué)窗口相對應(yīng)，這樣在每次調(diào)試前只需將對應(yīng)的小窗口上的 保護(hù)蓋去掉即可，方便實(shí)用。
[0011] 3.本發(fā)明應(yīng)用CCD成像系統(tǒng)獲取圖像并計(jì)算出模擬目標(biāo)像和被測周視觀瞄儀像 的位置坐標(biāo)，跟蹤偏差量可以根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)轉(zhuǎn)換成實(shí)際的偏差量，從而將被測周視觀瞄儀 跟蹤精度實(shí)時(shí)顯示在系統(tǒng)的界面上。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明目標(biāo)模擬單元的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的俯仰框軸系的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明的方位框軸系的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明的配重與防碰結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6本發(fā)明的檢測系統(tǒng)工作原理示意圖； 圖中，1-目標(biāo)運(yùn)動(dòng)單元，2-目標(biāo)模擬單元，3-伺服控制單元，4-人機(jī)測控單