[发明专利]空间三坐标法检测火炮身管射击状态下指向性装置及方法

权利要求书

1.空间三坐标法检测火炮身管射击状态下指向性方法，利用空间三坐标法检测火炮身管射击状态下指向性装置，所述空间三坐标法检测火炮身管射击状态下指向性装置包括计算机(1)、光学位移传感器(2)、光学位移传感器支架(3)、红外发射标识点(4)、红外光源(5)、气浮隔振平台(6)和冲击波防护罩(7)，所述气浮隔振平台(6)的上部固定安装有光学位移传感器支架(3)；所述光学位移传感器(2)固定安装在光学位移传感器支架(3)的上部，光学位移传感器(2)上设置有三个CCD探头(9)；所述计算机(1)与光学位移传感器(2)信号连接；所述冲击波防护罩(7)套装在光学位移传感器(2)、光学位移传感器支架(3)以及气浮隔振平台(6)的外部；所述红外发射标识点(4)固定安装在火炮身管(8)的外部，红外发射标识点(4)上设置有红外光源(5)，其特征是：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，

步骤一、检测系统布设

①、测量位置规划

将空间三坐标法检测火炮身管射击状态下指向性装置放置在待测火炮侧后方，空间三坐标法检测火炮身管射击状态下指向性装置与待测火炮的垂直距离为1.5m～7m；

②、安装空间三坐标测量系统

在待测火炮的火炮身管(8)上取两处位置固定放置红外发射标识点(4)，将光学位移传感器(2)、计算机(1)和红外发射标识点(4)进行连接安装，形成空间三坐标测量系统；

步骤二、测量空间工作坐标系建立

在光学位移传感器(2)的有效测量范围内选取三个红外反射标识点，三个红外反射标识点位于待测火炮身管(8)上或者位于地面上，位于地面上的红外反射标识点与待测火炮身管(8)的距离为0.5m～3m，运行空间三坐标测量系统时测量这三个反红外标识点，以此红外反射标识点轴确定的空间为测量工作空间坐标系，后面的测量基于此坐标空间进行结算处理，

其中光学位移传感器(2)的有效测量范围为空间三坐标法检测火炮身管射击状态下指向性装置在距离火炮身管(8)1.5m处测量的有效面积为0.5m×0.9m，空间三坐标法检测火炮身管射击状态下指向性装置在距离火炮身管(8)7m处测量的有效面积是3.0m×4.2m；

步骤三、火炮身管指向性初始位置标定

选定待测火炮身管(8)未射击静止状态时刻t₀，通过空间三坐标测量系统捕获并读取待测火炮身管(8)上两个红外发射标识点(4)的空间坐标分别为O₁(x_o0,y_o0,z_o0)、P₁(x_p0,y_p0,z_p0)，把该时刻红外发射标识点(4)的坐标信息作为火炮身管指向性测量的初始位置，把待测火炮身管(8)看作空间直线，获得空间向量

步骤四、射击过程中火炮身管指向性空间角变化量的测量

在火炮射击过程中选取t_i时刻，其中，i为自然数，通过空间三坐标测量系统捕获火炮身管在射击状态下两个所述红外发射标识点(4)的空间坐标分别为O₂(x_oi,y_oi,z_oi)、P₂(x_pi,y_pi,z_pi)，获得空间坐标向量

设定和两向量之间的夹角为θ，由空间向量与角度之间的数学关系公式：

由反三角函数关系可得：

由上述公式获得的测量值以待测火炮身管(8)的未射击静止状态为基准，由公式(1)、(2)通过计算机(1)中的API软件数据处理系统获得火炮身管(8)在射击状态下空间角的变化量Δθ＝θ_n+i-θ_n，其中θ_n+i表示火炮在射击过程中选取的t_n+i时刻火炮身管的空间角，θ_n表示火炮在射击过程中选取的t_n时刻火炮身管的空间角，n为自然数，火炮身管射击状态下指向性检测完成。