阅读说明：本技术 基于mems姿态传感器的迫击炮快速射击瞄准装置及其使用方法 (Mortar rapid shooting aiming device based on MEMS attitude sensor and use method thereof ) 是由 侯志超 郭太波 袁彦书 李新火 于 2020-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于MEMS姿态传感器的迫击炮快速射击瞄准装置及其使用方法。该装置包括瞄准镜、机械装表装置、法兰座、操控盒、MEMS姿态传感器、倾角模块、弹道解算器、显示操作面板以及电源。使用时通过显示操作面板输入射击诸元值,弹道解算器据此计算出炮管的射击方位角和高低角并显示出来,移动炮管利用MEMS姿态传感器实时测量炮管的方位角和高低角,当显示屏显示的方位角、高低角与弹道解算器计算结果一致时,表明已瞄准可以射击。该装置不仅极大的节省了机械装表时间,而且可以手扶炮管精准射击。(The invention relates to a mortar rapid shooting aiming device based on an MEMS attitude sensor and a use method thereof. The device comprises a sighting telescope, a mechanical meter mounting device, a flange seat, a control box, an MEMS attitude sensor, an inclination angle module, a ballistic resolver, a display operation panel and a power supply. When the device is used, shooting data values are input through the display operation panel, the ballistic resolver calculates and displays the shooting azimuth angle and the elevation angle of the gun barrel according to the shooting data values, the gun barrel is moved, the azimuth angle and the elevation angle of the gun barrel are measured in real time by using the MEMS attitude sensor, and when the azimuth angle and the elevation angle displayed by the display screen are consistent with the calculation result of the ballistic resolver, shooting can be aimed. The device not only greatly saves the mechanical watch-loading time, but also can accurately shoot by holding the gun barrel by hand.)

基于MEMS姿态传感器的迫击炮快速射击瞄准装置及其使用 方法

技术领域

本发明涉及光电瞄准设备技术领域，具体涉及一种基于MEMS姿态传感器的迫击炮快速射击瞄准装置及其使用方法。

背景技术

迫击炮是一种极为重要的常规兵器，是支援和伴随步兵作战的一种有效压制武器，其可以对各种直视、遮蔽目标设施进行曲线射击，杀伤目标或者摧毁轻型工事、桥梁等，在城市等复杂环境中作战具有显著优势。迫击炮一般由炮身、炮架、座板和瞄准镜等组成，其中炮架具有高低机和方位机，瞄准镜具有高低和方位测角机构。使用时操作者根据射击诸元使用专用的弹道解算器计算出火炮射角和方位角，再转动瞄准镜的高低和方位测角装置装订火炮的射角和方位角，最后转动炮架的高低和方位调整机构调整火炮炮身角度完成射击。采用这种作战方式不仅操作复杂而且射击耗费时间长，不利于快速作战需求。紧急情况下需要抛弃炮架、瞄准镜等零部件直接手扶炮管进行射击，由于无法精确装订射角，射击精度往往比较差，容易偏离目标。总之现有的迫击炮射击瞄准装置普遍存在集成度不够高、携带不便、操作复杂等问题。

MEMS(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术的高科技电子机械器件。MEMS集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源、微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体，其具有器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短、机械电气性能优良等优点。MEMS姿态传感器利用了MEMS技术，其内部由IMU和姿态解算电路等组成，能够实时进行运动姿态(其中方位系相对值)测量解算，并通过数据接口实时输出。目前MEMS技术已经应用到了枪械瞄准镜中，如中国专利CN104422342A。

为此本发明开发了一种基于MEMS姿态传感器的迫击炮快速射击瞄准装置，该装置利用MEMS姿态传感器实时测量炮管的方位角和高低角，利用倾角模块实时测量炮管的横倾角，通过显示操作面板输入目标距离、装药号、炮目高差、海拔、药温、弹重、初速、纵风、横风、气温、气压等射击诸元值，利用集成的弹道解算器计算出炮管的射击方位角和高低角并将结果直接显示在显示屏，观察显示屏并快速移动炮管，当显示屏显示的方位角和高低角与计算结果一致时，就表示已经瞄准可以直接射击。该装置不仅极大的节省了机械装表时间，而且可以手扶炮管精准射击。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于MEMS姿态传感器的迫击炮快速射击瞄准装置，该装置包括全息瞄准镜1、机械装表装置2、法兰座3、操控盒4、MEMS姿态传感器5、倾角模块6、弹道解算器7、显示操作面板8、电源9。所述MEMS姿态传感器5、倾角模块6、弹道解算器7、显示操作面板8与电源9相连后安装固定在操控盒4中，MEMS姿态传感器5、倾角模块6以及弹道解算器7将数据传输到显示操作面板8，显示操作面板8显示接收到的数据；所述全息瞄准镜1固定在机械装表装置2上，机械装表装置2、操控盒4安装固定在法兰座3上，法兰座3与炮管固定相连。

进一步的，所述全息瞄准镜1具体为激光全息衍射瞄准镜。该瞄准镜采用两点一线式直瞄瞄准方式，可以直接观察目标，保证了瞄准的快速精准性。

进一步的，全息瞄准镜1与机械装表装置2通过4颗螺钉连接固定，机械装表装置2、操控盒4通过螺钉分别固定于法兰座3上。

进一步的，所述机械装表装置2包括壳体10、装配在壳体内部的俯仰蜗轮蜗杆机构11、方位蜗轮蜗杆机构12以及通过螺钉固定在壳体上的水准器13。所述俯仰蜗轮蜗杆机构11、方位蜗轮蜗杆机构12主要用于根据弹道解算器计算的装表值，机械装订俯仰角值和方位角值；所述水准器13主要用于标定全息瞄准镜的零位，当水准器水泡位置居中时，全息瞄准镜的方位和俯仰处于零位。

进一步的，所述倾角模块具体为角度传感器或倾角传感器，主要用于测量炮管倾斜角度。

进一步的，所述法兰座3上设置有通孔，炮管穿过该通孔后通过螺钉将两者锁紧。

进一步的，所述电源具体为电池，其数量为2节以上。

上述迫击炮快速射击瞄准装置的使用方法，包括以下步骤：(a)将整套装置固定到迫击炮炮管合适位置处，开机通电后摆动炮管，显示操作面板实时显示MEMS姿态传感器测量所得炮管的俯仰角、方位角以及倾角模块测量所得炮管的横滚角，不断摆动炮管直到显示操作面板显示的俯仰角、方位角、横滚角为零；(b)保持炮管不动，调整机械装表装置2的俯仰蜗轮蜗杆机构11和方位蜗轮蜗杆机构12，使水准器13中的水泡居中，由此确保全息瞄准镜光轴处于MEMS姿态传感器零位；(c)再次摆动炮管并利用全息瞄准镜1瞄准目标，记录显示操作面板显示的目标俯仰角和方位角；(d)通过显示操作面板输入目标俯仰角、方位角等射击诸元值参数，弹道解算器根据输入的参数计算出射击的方位角和高低角，并在显示操作面板上显示出来；(e)手动调节炮管，MEMS姿态传感器实时测量炮管的方位角和高低角并在显示操作面板上显示出来，观察实时测量值与弹道解算器计算值是否重合，一旦重合则表示已经瞄准可以射击。

进一步的，所述射击诸元值参数包括目标距离、装药号、炮目高差、海拔、药温、弹重、初速、纵风、横风、气温、气压等。

与现有技术相比，本发明具有以下预料不到的有益效果：利用弹道解算器计算出射击的方位角和高低角，并与MEMS姿态传感器实时测得的方位角和高低角进行对比，便于快速装订弹道修正值，从而实现了快速射击和手扶精确射击；显示操作面板上设置有“锁定”按键，可以锁定记忆射击时的方位角和高低角，后续射击时只需可以根据前一次射击结果反馈的弹道修正值和锁定记忆的前一次射击位置，直接装订方位角和高低角就可以射击，无需再次瞄准，大大简化射击准备步骤，实现多发连续快速高精度射击；整个装置结构小巧，轻便易携带，操作简单且容易上手。

附图说明

图1为整套装置的立体示意图；

图2为控制盒主视图；

图3为控制盒侧面剖视图(剖面为图2中竖直中心线所在平面)；

图4为机械装表装置主视图；

图5为机械装表装置俯视图；

图6为水准器结构示意图；

图7为各个零部件之间的电路连接示意图。

其中，1-全息瞄准镜、2-机械装表装置、3-法兰座、4-操控盒，5-MEMS姿态传感器、6-倾角模块、7-弹道解算器、8-显示操作面板、9-电源、10-壳体、11-俯仰蜗轮蜗杆机构、12-方位蜗轮蜗杆机构、13-水准器。

具体实施方式

为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例和附图进行进一步说明。

如图1-4所示的一种基于MEMS姿态传感器的迫击炮快速射击瞄准装置，主要包括全息瞄准镜1、机械装表装置2、法兰座3、操控盒4，在操控盒4上配装有MEMS姿态传感器5、倾角模块6、弹道解算器7、显示操作面板8和电源9。全息瞄准镜1固定在机械装表装置2上，机械装表装置2与控制盒4均固定在法兰座3上，法兰座3固定在迫击炮炮管上。操作时首先将整套装置固定到迫击炮炮管合适位置处，开机通电后摆动炮管，显示操作面板实时显示MEMS姿态传感器测量所得炮管的俯仰角和方位角以及倾角模块测量所得炮管的横滚角，不断摆动炮管直到显示操作面板显示的俯仰角、方位角、横滚角为零。接着保持炮管不动，调整机械装表装置2的俯仰蜗轮蜗杆机构11和方位蜗轮蜗杆机构12，使水准器13中的水泡居中，由此确保全息瞄准镜光轴处于MEMS姿态传感器零位。然后再次摆动炮管并利用全息瞄准镜1瞄准目标，记录显示操作面板显示的目标俯仰角和方位角。通过显示操作面板输入目标俯仰角、方位角等射击诸元值参数，弹道解算器根据输入的参数计算出射击的方位角和高低角，并在显示操作面板上显示出来。最后手动调节炮管，MEMS姿态传感器实时测量炮管的方位角和高低角并在显示操作面板上显示出来，观察实时测量值与弹道解算器计算值是否重合，一旦重合则表示已经瞄准可以射击。

控制盒4内的2节5号电池9为整个装置供电，装配过程中当炮管射角为63°时MEMS姿态传感器5高低角为零位，此时机械装表装置2的水泡居中，即全息瞄准镜1光轴与MEMS姿态传感器5高低角为零位平行，MEMS姿态传感器5方位角零位标定为与机械装表装置2方位轴零位平行。使用时，转动炮架的高低及方位机或手扶炮管，通过全息瞄准镜1直接瞄准目标或标杆测量，MEMS姿态传感器5可自动测得目标的高低角，倾角模块6测量炮身管的横滚角。

将目标的高低角、目标的距离、装药号、炮目高差、海拔、药温、弹重、初速、纵风、横风、气温、气压等射击诸元通过显示操作面板8输入弹道解算器7，通过弹道解算器7计算出炮管射角和方位角弹道修正值。转动炮架的高低及方位机或手扶炮管，观察显示屏实时显示MEMS姿态传感器5测得的炮身管的射角和方位角、倾角模块6测得的炮身管的横倾角，当显示屏显示炮身管需要的射角和方位角，弹道修正值装订完成。按下显示操作面板8的“锁定”按键锁定记忆相关角度后射击，后续射击时，只需可以根据前一次射击结果反馈的弹道修正值和锁定记忆的前一次射击位置，直接装订射角和方位角就可以射击，无需再次瞄准。