一种小空间无弹化校枪方法
阅读说明：本技术 一种小空间无弹化校枪方法 (Small-space bullet-free gun calibration method ) 是由 曹岩枫 李睿冬 王永娟 王亚平 温垚珂 管小荣 徐诚 于 2020-12-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种小空间无弹化校枪方法,首先,枪械稳定固定,通过激光束等效实现瞄准基线与枪管轴线的空间位置,枪械前方近距离处的PSD位置敏感传感器测试两激光束在空间上的位置信号与角度指向信号；其次,将激光束信号进行排异、放大等处理,得到标准射距假想靶面上模拟射弹散布中心和瞄准点的位置坐标,计算二者的二维坐标偏差量并对照射表标准得到机械瞄具的校调量；最后,对校调后的枪械进行验证,若校调结果在射击精度标准要求范围内,即校枪合格,否则应对校枪系统及枪械进行问题排查。本发明提高了校枪效率,降低校枪对射手、场地的依赖性,提高了校枪结果的准确性,降低校枪成本,提高校枪的安全性,实现校枪的便捷、高效、准确。(The invention discloses a small-space bullet-free gun calibration method, which comprises the following steps that firstly, a gun is stably fixed, the spatial positions of a sighting base line and a gun barrel axis are equivalently realized through laser beams, and a position sensitive sensor (PSD) position sensitive sensor at a short distance in front of the gun tests position signals and angle direction signals of two laser beams in the space; secondly, the laser beam signals are subjected to rejection, amplification and other processing to obtain the position coordinates of a simulated projectile scattering center and an aiming point on the virtual target surface of the standard shooting range, the two-dimensional coordinate deviation amount of the simulated projectile scattering center and the aiming point is calculated, and the calibration amount of the mechanical sighting device is obtained according to the standard of a shooting table; and finally, verifying the calibrated gun, if the calibration result is within the range of the shooting precision standard requirement, determining that the gun is qualified, and otherwise, performing problem troubleshooting on the gun calibration system and the gun. The invention improves the gun calibration efficiency, reduces the dependence of the gun calibration on shooters and sites, improves the accuracy of gun calibration results, reduces the gun calibration cost, improves the safety of the gun calibration, and realizes the convenience, high efficiency and accuracy of the gun calibration.)
技术领域
本发明属于激光以及轻武器射击研究领域，特别是一种小空间无弹化校枪方法。
背景技术
校枪是对于枪械出厂前或是不符合预期射效的枪械，根据射弹偏差进行机械瞄具的校调。目前，现有校枪方法主要包括实弹试射校枪和无弹激光校枪两种。实弹试射校枪是目前应用较为广泛的校枪方法。实弹试射校枪过程为射手通过瞄准标准射距位置上靶面的靶心进行四发至十几发实弹射击，在标准射距靶面上获得四个以上弹孔位置并计算射弹散布中心，并由此通过与靶心的偏差量计算出机械瞄具的调整量，调整机械瞄具位置直到使射弹散布中心与靶心重合，以达到校枪目的。现有实弹校枪方法主要采取人工进行验靶并计算机械瞄具调整量的方法，存在着以下缺点：
1、对射手水平的要求极高，且射手的工作强度较大：在射手射击过程中，据枪不稳等人为因素会使校调结果带有人为偏差，影响校枪结果的准确性和可靠性。2、对大空间场地存在依赖性：校枪的标准射距通常都在100m以上，导致校枪必须要在100m以上大空间测试靶道内进行。3、成本较高：校正一支枪需要消耗四至十几发子弹，且场地成本、射手人工成本较高。4、效率较低：通过实弹试射再进行人工验靶及机械瞄具调整量计算，所需时间较长，导致校枪速度慢，效率低。5、安全性低：。射手在射击的过程中，可能会面临枪械跳弹、炸膛等威胁到生命的风险，且长期处于存在噪声、硝烟等的工作环境中，对射手的健康也有不可逆的危害。
无弹激光校枪是利用激光的准直特性，通过安装激光器于枪管前端，与枪管平行，进而等效实现枪管轴线位置，计算出瞄准点与射弹散布中心的偏差量。其具体过程为：通过前插式激光器或弹壳式激光器等效表示枪管轴线的位置，射手持枪瞄准标准射距靶面上的靶心位置，通过观察激光光斑点距离靶心的位置偏差，并考虑弹道下降量等影响，计算出瞄准点与射弹散布中心的偏差量，进而得到机械瞄具的调整值。
该方法存在着以下缺点：受激光束散布影响，实际上在标准靶面所得到的并不是一个光斑点而是一个直径较大的光斑圆，射手很难精确判断其偏差量；受枪管内部结构以及枪管可能存在的磨损等问题的影响，激光器所发射的激光束很难保证与枪管的同轴度要求，对校调结果始终有不可控的误差影响；激光束在标准射距的距离下受外部噪声、强光、空气扰流等因素影响较大，最终在靶面上得到的光斑圆质量较差，通常无法判断光斑圆中心。因此，无弹激光校枪方法大多应用于紧急作战任务之前等情况下快速粗略的校枪。而如果需要更高的校枪精度，还需要实弹试射校枪。
目前，现有的校枪方法都存在着效率低、成本高等问题，且对高水平射手、大空间场地的依赖性非常大。因此研究出一种小空间、无弹化、高效化的校枪方法，降低校枪成本，提高校枪效率，提高校枪安全性，摆脱校枪对场地、射手的依赖，具有重要的实用价值。且该方法可适用于自动化校枪装置、便携式自动化校枪装置等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小空间无弹化校枪方法，以摆脱对校枪场地以及射手的依赖性，提高校枪效率和校枪结果的准确性，降低校枪成本，提高校枪的安全性。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种小空间无弹化校枪方法，包括以下步骤：
步骤1、进行发射线等效实现，得到标准射距假想靶面上射弹散布中心的二维坐标(X,Y)：将前插式发射线激光器前插进入枪管中并在枪管内旋转一周以上，通过枪械前端近距离处的PSD位置敏感传感器测试前插式发射线激光器在旋转不同角度下激光束的位置信号和角度指向信号，并对所测得信号进行排异、放大处理，得到标准射距假想靶面上模拟弹着点集的位置坐标，对模拟弹着点集位置坐标进行圆心拟合处理，得到模拟射弹散布中心的位置坐标；
步骤2、进行瞄准基线等效实现，得到标准射距假想靶面上瞄准点的二维坐标(X',Y')：通过控制瞄准线激光器调节激光束等效实现瞄准基线的空间位置，通过枪械前端近距离处的PSD位置敏感传感器测试瞄准基线激光束的位置信号和角度指向信号，并对所测得信号进行排异、放大处理，得到标准射距假想靶面上模拟瞄准点的位置坐标；
步骤3、计算标准射距假想靶面上的射弹散布中心与瞄准点的二维坐标偏差量，并求得机械瞄具的校调量：计算标准射距假想靶面上的射弹散布中心坐标与瞄准点坐标的二维偏差量，并对照射表要求，计算得到机械瞄具的校调量，并根据校调量对枪械的机械瞄具进行校调；
步骤4、对校调完成的枪械进行二次验证，判断该枪械是否校调合格：重复步骤1至步骤3，二次调整枪械校调后发射线激光束和瞄准基线激光束的空间位置，得到枪械校调后标准射距假想靶面上射弹散布中心和瞄准点的二维坐标偏差量，若枪械校调后射弹散布中心与瞄准点的位置偏差量在射击精度标准要求范围内，即校枪合格，否则判定应用该方法的校枪系统出现问题或该枪械不合格，应对校枪系统进行故障排查，并检查疑似不合格枪械，待找出问题并排除后，继续进行校枪。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)采用PSD位置敏感传感器在枪械前端0.5m-2m近距离处进行激光束信号测试的方法，大大减小了噪声、外部强光、空气扰流等外部环境对激光束信号测试结果的影响，同时实现了小空间、便携化校枪，摆脱了校枪对于标准射距远距离场地的依赖。
(2)采用前插式激光器在枪管内前插涨紧后旋转一周，测试多角度激光束信号的方法，有效减小了激光束发射角偏差、激光器与前插件同轴度偏差、前插件与枪管的配合误差等对枪管轴线等效实现结果的影响。并且采用PSD位置敏感传感器测试激光束信号的方法，实现光斑中心位置坐标测试结果不受激光光斑的形状、光强度等影响，提高对激光信号的测试精度。相较于传统的激光校枪技术，该小空间无弹化校枪方法使枪管轴线等效实现结果可靠，激光束信号测试结果精确，大大提高了激光校枪的校枪精度。
(3)采用激光等效实现瞄准线与发射线的方法，相较于传统的人工校枪方法，该方法有效消除了射手进行实弹试射产生的人为误差，并且大大降低了人工成本、弹药消耗成本等，摆脱了校枪对于高水平射手的依赖。且该方法提高了校枪的安全性，避免了射手在射击的过程中，可能面临枪械跳弹、炸膛等威胁到生命的风险，且避免了长期处于存在噪声、硝烟等的工作环境中，对射手健康的不可逆的危害。
附图说明
图1是本校枪方法原理正三轴侧视视角示意图。
图2是本校枪方法原理XOZ平面视角示意图。
图3是本校枪方法原理YOZ平面视角示意图。
图4是标准射距假想靶面上模拟弹着点集、模拟射弹散布中心、模拟瞄准点等位置坐标的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
如图1所示，本方法提出一种小空间无弹化校枪原理，包括基准零位线1、发射线激光束2、瞄准基线激光束3、PSD感光面4，枪械5、假想靶面6。其中基准零位线与基准坐标系Z轴平行，且通过PSD位置敏感传感器感光面的测试原点O。枪械5稳定固定但位置姿态随机，即枪械5与基准零位线1的航向角偏差量和俯仰角偏差量随机。假想靶面6在标准射距处，靶面与基准零位线垂直且靶心通过基准零位线，并以靶心和基准零位线为基准建立坐标系，靶面与所建立坐标系的XOY平面重合(Y轴向上)。为避免激光束在远距离下所受外部噪声、强光、空气扰流等影响，提高PSD感光面4对激光束信号的测试精度，同时缩短校枪的测试距离，摆脱校枪对于远距离场地的依赖，实现校枪的小空间化，将PSD感光面4在枪械5前端0.5m-2m近距离处。该小空间无弹化校枪方法的具体实施步骤如下：
步骤1、进行发射线等效实现，得到标准射距假想靶面6上射弹散布中心的二维坐标(X,Y)，具体包括以下步骤：
1.1、PSD位置敏感传感器测试前插式发射线激光器在旋转不同角度下激光束的位置信号和角度指向信号，并对信号进行排异处理：
将具有和冷瞄镜前插件类似配合特点的前插式发射线激光器前插进入枪管中，并使该前插式发射线激光器在枪管内旋转一周以上，以减小发射线激光束2的发射角偏差、激光器与前插件同轴度偏差、前插件与枪管的配合误差等对枪管轴线等效实现结果的影响。通过PSD位置敏感传感器的PSD感光面4对各个角度下的发射线激光束2进行测试，得到前插式激光器在旋转不同角度的情况下发射线激光束2打在PSD感光面4上的光斑位置信号Bx、By与角度指向信号Ax、Ay。其中，位置信号Bx、By为发射线激光束2打在PSD感光面4上的光斑的二维坐标，角度指向信号Ax、Ay分别为发射线激光束2相对于PSD感光面4的零位坐标系绕x轴转动的角度和绕y轴转动的角度。
为了减小在校枪过程中，例如外部强振动、校枪环境出现异响等一些不确定因素对PSD位置敏感传感器的测试精度造成的影响，进而减小外部不确定环境因素对校枪结果精度的影响，对PSD感光面4所测得的激光束信号通过格拉布斯排异准则等方法进行排异处理，排除异常值。
1.2、对所测得的信号进行放大处理，并考虑不同激光发射角度下弹道下降量hi的影响，得到标准射距假想靶面6上各个模拟弹着点的位置坐标(Xi,Yi)。具体实施步骤如下：
1.2.1、根据PSD感光面4所测得信号进行放大处理得到标准射距假想靶面6上模拟弹着点集的横坐标
如图2所示，在XOZ面视角，PSD感光面4可测得在不同发射角度下发射线激光束2与基准零位线1的航向夹角Ayi，以及距离基准零位点O的横向距离Bxi。已知枪械5固定后发射线激光束2的起始位置距离PSD感光面4的距离T，则可模拟出不同激光发射角度下在标准射距M处假想靶面6上各个模拟弹着点的横坐标Xi＝Bxi+(M-T)tan(Ayi)。
1.2.2、根据PSD感光面4所测得信号进行放大处理，并考虑弹道下降量的影响，得到标准射距假想靶面6上模拟弹着点集的纵坐标
如图3所示，在YOZ面视角，PSD感光面4可测得在不同发射角度下发射线激光束2与基准零位线1的俯仰夹角Axi，以及距离基准零位点O的纵向距离Byi。同时，已知枪械5固定后发射线激光束2的起始位置距离PSD感光面4的距离T，且能够根据PSD感光面4所测得的Axi得到枪械5的发射角αi进而得到相对应的弹道下降量hi，则可模拟出不同激光发射角度下在标准射距M处假想靶面6上各个模拟弹着点的纵坐标Yi＝Byi+(M-T)tan(Ayi)-hi。
1.3、对所得到的各个模拟弹着点位置坐标(Xi,Yi)进行圆心拟合，得到射弹散布中心的位置坐标(X,Y)。具体实施方法如下：
如图4所示，在所得到的模拟弹着点集(Xi,Yi)中任选三点，通过圆上任一点到圆心距离相等的方法拟合出三点的圆心位置，得到一次拟合后模拟弹着点集(Xi,Yi)的拟合圆心点集(mj,nj)。采用连线法分别对圆心点集的横坐标mj与纵坐标nj进行均值处理，得到标准射距假想靶面6上的射弹散布中心的二维坐标位置(X,Y)。
步骤2、进行瞄准基线等效实现，得到标准射距假想靶面6上瞄准点的二维坐标(X',Y')：
2.1通过控制瞄准线激光器调节瞄准基线激光束3的位置，使瞄准基线激光束3同时通过照门中心及准星的中间尖点上方，等效实现瞄准基线的空间位置。具体实施步骤如下：
2.1.1、控制瞄准线激光器识别照门中心位置，并调整激光器位置，使瞄准基线激光束3通过照门中心位置。且在接下来的步骤中始终保证瞄准基线激光束3通过照门中心位置；
2.1.2、控制瞄准线激光器进行航向角调整，使瞄准基线激光束3横向扫掠，通过PSD位置敏感传感器的PSD感光面4记录瞄准基线激光束3在航向角扫掠的过程中被准星遮挡，以至于PSD感光面4上的光能量信号为零的始末两个时刻t1、t2下激光器的位置，并将瞄准线激光器调至时刻下的位置。此时瞄准基线激光束3通过准星中间位置；
2.1.3、控制瞄准线激光器进行俯仰角调整，使瞄准基线激光束3从当前位置往上扫掠，直到PSD感光面4上光能量信号出现时停止。此时瞄准基线激光束3同时通过照门中心与准星中间尖点上方，瞄准基线等效实现完成。
2.2、PSD位置敏感传感器测试瞄准基线等效实现完成后瞄准基线激光束的位置信号和角度指向信号，并对信号进行排异处理：
瞄准基线等效实现完成后，通过PSD位置敏感传感器的PSD感光面4对瞄准基线激光束3进行测试，得到瞄准基线激光束3打在PSD感光面4上的光斑位置信号Bx'、By'与角度指向信号Ax'、Ay'。其中，位置信号Bx'、By'为瞄准基线激光束3打在PSD感光面4上的光斑的二维坐标，角度指向信号Ax'、Ay'分别为瞄准基线激光束3相对于PSD感光面4的零位坐标系绕x轴转动的角度和绕y轴转动的角度。
为了减小在校枪过程中，例如外部强振动、校枪环境出现异响等一些不确定因素对PSD位置敏感传感器的测试精度造成的影响，进而减小外部不确定环境因素对校枪结果精度的影响，对PSD感光面4所测得的激光束信号通过格拉布斯排异准则等方法进行排异处理，排除异常值。
2.3、对所测得的信号进行放大处理，得到标准射距假想靶面6上瞄准点的位置坐标(X',Y')。具体实施方法如下：
如图2所示，在XOZ面视角，PSD感光面4可测得瞄准基线激光束3与基准零位线1的航向夹角Ay'，以及距离基准零位点O的横向距离Bx'，已知枪械5固定后瞄准基线激光束3的起始位置距离PSD感光面4的距离T'，可模拟出瞄准基线激光束3打在标准射距M处假想靶面6上瞄准点的横坐标X'＝Bx'+(M-T')tan(Ay')。
如图3所示，在YOZ面视角，PSD感光面4可测得瞄准基线激光束3与基准零位线1的俯仰夹角Ax'，以及距离基准零位点O的纵向距离By'，已知枪械5固定后瞄准基线激光束3的起始位置距离PSD感光面4的距离T'，则可模拟出瞄准基线激光束3打在标准射距M处假想靶面6上瞄准点的纵坐标Y'＝By'+(M-T')tan(Ax')。即得到标准射距假想靶面上瞄准点的位置坐标(X',Y')。
步骤3、计算标准射距假想靶面6上的射弹散布中心与瞄准点的二维坐标偏差量，并求得机械瞄具的校调量：
如图4所示，计算标准射距假想靶面6上的射弹散布中心坐标(X,Y)与瞄准点坐标(X',Y')的二维偏差量，得到二者的二维坐标偏差量ΔX＝X'-X及ΔY＝Y'-Y。并对照射表要求，计算得到枪械5的机械瞄具的调整量，并根据调整量对枪械5的机械瞄具进行校调。
步骤4、对校调完成的枪械进行二次验证，判断该枪械是否校调合格：
枪械5校调完成后，重复步骤(1)至步骤(3)，二次调整枪械5校调后发射线激光束2和瞄准基线激光束3的空间位置，得到枪械5校调后标准射距假想靶面6上射弹散布中心和瞄准点的二维坐标位置，并得到枪械5校调后标准射距假想靶面6上射弹散布中心和瞄准点的二维坐标偏差量ΔX和ΔY。若根据枪械5校调后ΔX和ΔY的值得到的射弹散布中心与瞄准点的位置偏差量在射击精度标准R50范围内，即校枪合格，校枪完成。若校调后射弹散布中心与瞄准点的位置偏差量超过射击精度标准R50范围，则判定应用该方法的校枪系统出现问题或该枪械不合格，应对应用于该方法的校枪系统进行故障排查，并检查疑似不合格枪械。待找出问题并排除，继续进行校枪。