PSD位置传感器在校准坦克射击误差中的原理与应用

　   作为陆地作战的主要武器之一，坦克在现代战争中占据着重要的位置，它所装备的坦克炮的威力和精度，特别是设计精度，是其火力性能的主要考量指标。

　　不过，在塔克的实际应用过程中，身管细长的坦克炮容易发生一定程度的物理变形，会对射击精度产生重要的影响。

　　这几年，我国坦克炮开始普及一种全自动炮口偏移补偿装置，这种装置能将热变形、受振动等实际情况导致火炮身管变形而引起的偏差，作为射击诸元之一纳入射角进行实时修正，而且无需人工修正瞄准标志，极大地提高了国产主战坦克的火炮射击精度。

坦克炮 资料图 

　　坦克炮的误差从何而来？

　　我们可以先说说坦克炮的误差从何而来，通常，坦克炮射击时的误差来源可以概括为以下三类：

　　第一类是系统误差，是由坦克炮整个火控系统的各个软硬件的技术水平决定的；第二类是可变系统误差，这种误差对于每一种工况是固定的，但对不同工况是不同的；第三类是随机误差，是在完全相同的工况上引起变化的误差，主要是因为无法规律性地使弹道计算机通过以往积累的参数进行修正而导致的误差。

　　由于误差的存在，坦克等武器装备以待机形式进入即将执行作战任务的战地、或者在战场修整时都要进行校准，这样才能保证开火时有足够的精度。

　　随着校准技术的进步，坦克炮的大部分系统误差和可变系统误差都可以利用火控系统的传感器测量以及一些经验公式来实现计算机自动校准以及修正，只是为数不多的“随机变量”还在影响着塔克的射击精度，降低了校准水平。

　　PSD位置传感器可对光电流进行分配

　　近年来，中国微电子与光学元件技术的提升为能实时对坦克炮弯曲进行校正、提高射击精度提供了新的可能。

　　日前，中国军工研发人员设计了一种以光学杠杆原理为基础、通过PSD（Position Sensitive Detector——位置灵敏探测器）来对火炮身管弯曲程度进行实时测量的全自动炮口偏移补偿装置。

　　光学杠杆，是指利用光线的镜面反射定律，对微小的角度、位移量或变化量放大的光学装置，可以通过放大对位移的测量，间接反映出微小的位移变化以及变化方向。

　　全自动炮口偏移补偿装置的核心其实是一块很小的PSD传感器芯片

　　PSD位置传感器是一种能测量光点在探测器表面上连续位置的光学探测器，或称为坐标光电池，它是一种独特的半导体光电器件。

　　PSD位置传感器不仅仅是光电转换器，它还能对光电流进行分配——通过合理设置分流层和收集电流的电极, 然后根据各电极收集到的电流信号的比例来最后确定入射光的位置，并将光敏面上的光点位置转化为电信号。

       全自动炮口偏移补偿装置，自动校准提高坦克的射击精度

　　全自动炮口偏移补偿装置主要由脉冲激光光源、平面反射镜、遮光板、PSD光电转换与信号处理、数据采集与控制、计算机等部分组成。它利用PSD传感器的工作特性，与安装在坦克炮口端的反光镜进行配合，对坦克炮口射击时的弯曲变形量进行检测。

全自动炮口偏移补偿装置结构示意图

　　炮口发生弯曲变形时，反光镜也会随之发生偏转，此时，当半导体激光器发出的调制激光光源发出的光束由左后侧照射炮口附近的平面反射镜，携带身管振动信息再将反射激光投射到右后侧的漫射屏上，通过反射镜的入射光点经光谱滤波和透镜成像后，到达PSD的光敏面上，此时PSD 就会输出一个相对于“零位”的位置偏移量，炮口弯曲量越大，光点离“零位”的相对位置越远。

　　PSD对光点位置变化会输出相应的模拟量，由计算机计算出入射光斑的位置，再经过对模拟信号的放大、整形、采集、滤波等数字化处理，最终转换为炮口弯曲角测量值与变形校正所需的校正量，进而实时发送给火控计算机进行弹道修正，有效提高坦克在炮口弯曲变形时的命中率。