瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)系統(tǒng)資料課件

第四章瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)系統(tǒng)按功能將儀器分成以下幾個(gè)組成部分：

1基準(zhǔn)部件

2傳感器與感受轉(zhuǎn)換部件

3放大部件

4瞄準(zhǔn)部件

5信息處理與運(yùn)算裝置

6顯示部件

7驅(qū)動(dòng)控制器部件

8機(jī)械結(jié)構(gòu)部件4.1概述

望遠(yuǎn)系統(tǒng)以觀察遠(yuǎn)方目標(biāo)為目的，具有視角放大率的光學(xué)系統(tǒng)按照望遠(yuǎn)系統(tǒng)的用途可分為三類：1.觀察用望遠(yuǎn)系統(tǒng)

2．瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)系統(tǒng)

瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)系統(tǒng)以發(fā)現(xiàn)目標(biāo)、確定目標(biāo)方向?yàn)橹饕蝿?wù)，不要求分辨目標(biāo)細(xì)節(jié)，但要求有較高的瞄準(zhǔn)精度。要使望遠(yuǎn)系統(tǒng)能精確地瞄準(zhǔn)目標(biāo)確定目標(biāo)方向，需要有高的放大倍率和一個(gè)瞄準(zhǔn)軸，即在瞄準(zhǔn)的目標(biāo)與望遠(yuǎn)鏡之間建立一條基準(zhǔn)軸線，以起到瞄準(zhǔn)、定向作用。

即普通望遠(yuǎn)系統(tǒng)，主要以觀察目標(biāo)為主要任務(wù)，完成良好的舒適的觀察，不需要測量基準(zhǔn)。4.1概述

為了建立基準(zhǔn)軸線，在瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)系統(tǒng)中除了物鏡和目鏡之外，需要在物鏡的焦平面上放置一個(gè)帶標(biāo)志線的分劃板，分劃板中心與物鏡光心的連線構(gòu)成一條瞄準(zhǔn)軸（或稱視準(zhǔn)軸），瞄準(zhǔn)軸在測量中作為基準(zhǔn)線。瞄準(zhǔn)軸與物方測量標(biāo)記重合的程度為瞄準(zhǔn)精度，這里瞄準(zhǔn)精度即指定向精度。它是衡量瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)系統(tǒng)的主要指標(biāo)之一。3．測量望遠(yuǎn)系統(tǒng)

測量望遠(yuǎn)系統(tǒng)要求分辨目標(biāo)的細(xì)節(jié)，進(jìn)行精確瞄準(zhǔn)和測量，保證較高的測量精度是其主要任務(wù)。因此需要有帶分劃刻度的分劃板和測量基準(zhǔn)軸，基準(zhǔn)軸建立方法同上。4.2軍用瞄準(zhǔn)系統(tǒng)基本參數(shù)的選擇4.2.1望遠(yuǎn)系統(tǒng)的性能參數(shù)

望遠(yuǎn)系統(tǒng)的主要性能參數(shù)包括：望遠(yuǎn)系統(tǒng)的視角放大倍率Г、物方視場角2ω、物鏡焦距、入射光瞳直徑D、出瞳距、分辨率及系統(tǒng)筒長L等。4.2.2軍用瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)系統(tǒng)的基本參數(shù)選擇

基本參數(shù)：視放大率Г

入射光瞳直徑D

物鏡焦距出瞳距視場角2ω

分辨率α(潛望高度H)1.視放大率Г的選擇

一般常規(guī)武器的火控系統(tǒng)的精度多數(shù)為密位級精度。將一個(gè)圓周分成6000等份，每一等份對應(yīng)的角度稱為一密位，記作0-01，為3.6′。人眼對準(zhǔn)精度的大小跟對準(zhǔn)方式有關(guān)，見表14.2.2

軍用瞄準(zhǔn)系統(tǒng)對瞄準(zhǔn)精度要求較高，而瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的瞄準(zhǔn)精度與人眼瞄準(zhǔn)精度相匹配。總體設(shè)計(jì)時(shí)，望遠(yuǎn)系統(tǒng)的瞄準(zhǔn)精度往往是給定的。通常放大率可以表示為：—人眼對準(zhǔn)精度；

--瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)系統(tǒng)的對準(zhǔn)精度。

表1典型對準(zhǔn)方式對應(yīng)的對準(zhǔn)精度對準(zhǔn)方式示意圖眼睛對準(zhǔn)精度應(yīng)用兩實(shí)線重合±60″普通瞄準(zhǔn)鏡兩實(shí)線端部對準(zhǔn)±10″~20″讀數(shù)系統(tǒng)雙線對稱夾單線±5″~10″大地測量儀工具顯微鏡叉線對準(zhǔn)單線±10″大地測量儀高精度瞄準(zhǔn)鏡2.物鏡入瞳直徑D選擇（1）從保證分辨率考慮

根據(jù)衍射理論，望遠(yuǎn)鏡的分辨率為：

k為修正系數(shù)，通常取值在1.05~2.2之間（根據(jù)儀器制造誤差選定）

白天正常照明下，眼睛的分辨率一般取

設(shè)計(jì)時(shí)，通過望遠(yuǎn)系統(tǒng)瞄準(zhǔn)物體時(shí)，必須使通過儀器的分辨率不小于人眼的分辨率。若人眼的視角分辨率為60"，則儀器視角分辨率為：

人眼與望遠(yuǎn)系統(tǒng)匹配，則：

（2）從保證能量考慮4.2.2

光學(xué)長度通常是給定的，大于或小于筒長時(shí)，應(yīng)注意物鏡的型式選擇及光路轉(zhuǎn)折等。

（4）出瞳距的選擇

≥20mm

按實(shí)際要求，通常有（3）物鏡焦距的選擇依據(jù)公式即4.2.24.2.2（5）視場的選擇（6）潛望高度HH>180mm

對于軍用瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，物鏡通常用雙膠合透鏡即可；目鏡要求有較長的焦距，所以結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。不過目鏡以標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，可根據(jù)參數(shù)直接選用。參考表4.2

視場的大小決定觀察范圍的大小。

=常數(shù)。視場大，倍率就小。選定倍率Г和目鏡型式后，依據(jù)確定。軍用瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的物方視場一般10°就能滿足要求。軍用望遠(yuǎn)目鏡的安裝4.2.2軍用望遠(yuǎn)

鏡物鏡的安裝4.2.24.3測量瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡基本參數(shù)的選擇

測量瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡必須先瞄準(zhǔn)目標(biāo)，然后進(jìn)行準(zhǔn)確測量，所以系統(tǒng)瞄準(zhǔn)精度是儀器精度很重要的一項(xiàng)指標(biāo)。影響瞄準(zhǔn)誤差的因素是多方面的，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1．人眼對準(zhǔn)精度的影響人眼的對準(zhǔn)精度指的是判斷垂直于視軸方向的兩標(biāo)記重合或置中的能力。即兩線寬的幾何中心線（明視距離）對人眼的最小張角

人眼的對準(zhǔn)能力比分辨能力要高。人眼的分辨率是指眼睛能夠分開垂直視軸方向上兩個(gè)靠近物點(diǎn)的能力，而對準(zhǔn)精度是指橫向?qū)?zhǔn)的能力。對準(zhǔn)精度約為分辨率的1/6~1/10。

人眼對準(zhǔn)精度越高，望遠(yuǎn)鏡的瞄準(zhǔn)精度越高

2．望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)性能及參數(shù)的影響

放大率、分辨率、像質(zhì)、十字線的粗細(xì)及雙絲間隔的大小等

3．目標(biāo)的影響

目標(biāo)的形狀、亮度、襯度等

4．外界條件的影響

大氣湍流、大氣塵埃、煙霧、濕度的高低、周圍環(huán)境的干擾程度等

設(shè)計(jì)測量瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)系統(tǒng)時(shí)，要考慮的主要參數(shù)有：視放大率Г、入射光瞳直徑D、視場角2ω、筒長L、最短視距。4.34.3.1視放大率Г的選擇由計(jì)算實(shí)際計(jì)算時(shí)考慮影響因素，用公式：

為誤差增大系數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況選擇：

（1）室內(nèi)：（2）野外、條件好：(3)小晃動(dòng)：（4）襯度差或晃動(dòng)大：（5）襯度很差或劇烈晃動(dòng)：4.34.3.1視放大率Г的選擇例如4-2：DJ2級經(jīng)緯儀，按精度分配給出望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)中誤差4.3該誤差服從均勻分布，其極限誤差為人眼對雙絲夾單絲的對準(zhǔn)極限誤差

假定觀測條件中等，取

則：

4.3.2入射光瞳直徑D的選擇

在選擇系統(tǒng)入瞳直徑D時(shí)要考慮人眼瞳孔De之大小。1．人眼的分辨本領(lǐng)

人眼分辨本領(lǐng)只和眼睛瞳孔的直徑De有關(guān)：人眼瞳孔直徑De(mm)0.60.70.80.91234567人眼分辨本領(lǐng)

(mm）2.52.32.22.12.01.81.71.71.71.71.7250mm處對應(yīng)的線量(mm)0.180.170.160.150.150.130.130.120.120.120.12表4.3人眼的分辨本領(lǐng)

一般在大地測量望遠(yuǎn)系統(tǒng)中，出瞳直徑在1.5~2mm之間。

4.34.3.2入射光瞳直徑D的選擇2．從望遠(yuǎn)鏡的衍射分辨率考慮根據(jù)匹配原則

將代入上式得則

高放大倍數(shù)時(shí)，對高精度測角儀器，在光強(qiáng)度足夠的情況下，出瞳直徑小些對精密測量是有利的。同時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)存在視差時(shí)，出瞳小引起的視差也小，有利于提高瞄準(zhǔn)精度。4.34.3.3物方視埸角2ω的選擇

物方視場角2ω的大小首先決定于觀測范圍。

4.3.4望遠(yuǎn)鏡的機(jī)械筒長的選擇

望遠(yuǎn)鏡的機(jī)械筒長是由儀器的總體布局決定；望遠(yuǎn)鏡的大，對精度有利而

所以增大將使L增大，而機(jī)械筒長受限制，為此可采用遠(yuǎn)距物鏡，既可保證機(jī)械筒長的要求，同時(shí)使物鏡具有較長的焦距。4.34.3.5其它參數(shù)的選擇

與瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)系統(tǒng)參數(shù)選擇方法類似，還要根據(jù)實(shí)際要求。測量望遠(yuǎn)鏡目鏡比軍用瞄準(zhǔn)系統(tǒng)目鏡簡單，視場小，但需考慮目鏡前放置測微器與目鏡距離的大小。測量望遠(yuǎn)系統(tǒng)的目鏡型式可參考表4-2。測量望遠(yuǎn)鏡物鏡多數(shù)采用雙膠合透鏡,常用物鏡如圖。4.3投影物鏡的安裝4.34.4內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)望遠(yuǎn)系統(tǒng)有三種調(diào)焦方法：1．移動(dòng)分劃面（比如移動(dòng)整個(gè)目鏡組）調(diào)焦2．移動(dòng)物鏡調(diào)焦

不改變物鏡參數(shù)，利用物鏡和目鏡之間軸向位置的相對變化實(shí)現(xiàn)調(diào)焦的系統(tǒng)稱為外調(diào)焦系統(tǒng)。3．移動(dòng)組合式物鏡中的負(fù)透鏡，從而改變物鏡焦距利用望遠(yuǎn)物鏡中調(diào)焦透鏡的軸向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)調(diào)焦的系統(tǒng)，稱為內(nèi)調(diào)焦系統(tǒng)。4.4.1內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦原理

內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)物鏡由兩個(gè)光組組成：前組為固定不動(dòng)的光組，稱為物鏡前組，后組為沿軸移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)調(diào)焦的光組，稱為調(diào)焦鏡。結(jié)構(gòu)如圖

為了保證象質(zhì)，調(diào)焦鏡移動(dòng)范圍(調(diào)焦量）不宜過大。望遠(yuǎn)物鏡光焦度φ與其物鏡前組光焦度φ1和調(diào)焦鏡光焦度φ2的關(guān)系為4.4.2內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)的基本公式調(diào)焦原理圖則：

上式表明，當(dāng)時(shí)，負(fù)的調(diào)焦鏡可使望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)筒長小于組合焦距，即，合成主面在外面，由圖4-4可看出。若采用正的調(diào)焦鏡，，則，使望遠(yuǎn)系統(tǒng)的筒長增加，引起儀器總的體積增加，因此，目前很少采用正的調(diào)焦透鏡。4.4.2內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)的基本公式由圖有：

又：得：當(dāng)

時(shí)，

計(jì)算時(shí)，還做下列簡化：則

對有限目標(biāo)測量時(shí)

值可參考表4.4簡單內(nèi)調(diào)焦透鏡示意圖相機(jī)調(diào)焦鏡結(jié)構(gòu)相機(jī)調(diào)焦鏡結(jié)構(gòu)(1)(2)(3)(4)4.4.3內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算例4-3：以DJ2級光學(xué)經(jīng)緯儀之內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡為例。

1．按瞄準(zhǔn)精度求得放大倍數(shù)根據(jù)DJ2級光學(xué)經(jīng)緯儀的測角精度要求，規(guī)定望遠(yuǎn)系統(tǒng)的對準(zhǔn)中標(biāo)準(zhǔn)誤差該誤差服從均勻分布，其對準(zhǔn)極限誤差為雙線夾單線的對準(zhǔn)

假定觀察條件是中等狀態(tài)，取

按光學(xué)經(jīng)緯儀標(biāo)準(zhǔn)取則

4.4.3內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算2．入射光瞳直徑D

按取得人眼最佳分辨能力，并考慮人限瞳孔與系統(tǒng)出瞳相匹配，取則按經(jīng)緯儀系列標(biāo)準(zhǔn)取D=40mm。3．參數(shù)L、的選擇

望遠(yuǎn)鏡的機(jī)械筒長

根據(jù)目鏡結(jié)構(gòu)的形式，取光學(xué)筒長L=150mm。

從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮，使望遠(yuǎn)鏡重心與望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)中心重合，取儀器中心（亦即望遠(yuǎn)鏡之旋轉(zhuǎn)中心)至固定物鏡之間距離4．組合焦距（目標(biāo)在無窮遠(yuǎn)處）內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡的縮短系數(shù)

Q小，L就小但是Q越小設(shè)計(jì)越困難，結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜一般在0.6~0.8之間，取，則、4.4.34.4.35．、各參數(shù)的確定、

一般光學(xué)經(jīng)緯儀的內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡要求在標(biāo)尺的配合下進(jìn)行測量距離為保證一定的精度，必須滿足下面方程即根據(jù)前面公式有

解得：6．調(diào)焦鏡的移動(dòng)量

根據(jù)使用要求，望遠(yuǎn)鏡的最短視距為2m，即目標(biāo)離儀器中心為2m，因按高斯公式求得則為1920mm，調(diào)焦鏡的移動(dòng)量為其中則調(diào)焦鏡之移動(dòng)量

4.4.34.4.4調(diào)焦鏡移動(dòng)引起的瞄準(zhǔn)軸的誤差

由于裝配和制造等誤差使調(diào)焦鏡軸向移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生徑向偏差，引起瞄準(zhǔn)軸偏離。

外調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡圖4—5

4.4.4對于內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡，圖4—6圖4-6內(nèi)調(diào)焦產(chǎn)生的誤差則

4.4.4對于內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡，圖4—6∵∴

調(diào)焦于無限遠(yuǎn)時(shí)

當(dāng)內(nèi)調(diào)焦和外調(diào)焦望遠(yuǎn)物鏡焦距相等，且調(diào)焦引起誤差

也相等，則有

上式表明，適當(dāng)選擇，使

<l，這時(shí)內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡的調(diào)焦誤差比外調(diào)焦的調(diào)焦誤差要小。4.4.4減小晃動(dòng)調(diào)焦誤差的方法設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)成彈性結(jié)構(gòu)的形式，其目的就在于減少調(diào)焦鏡移動(dòng)時(shí)徑向晃動(dòng)誤差；使用方面，有關(guān)測量“規(guī)范”中，規(guī)定三角測量和精密導(dǎo)線測量時(shí)，在同一測回內(nèi)不允許重新調(diào)焦。內(nèi)調(diào)焦系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

1）內(nèi)調(diào)焦系統(tǒng)易做到密封性好，可防止塵埃及潮氣進(jìn)入鏡筒。

2）內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡比外調(diào)焦短，結(jié)構(gòu)緊湊。

3）內(nèi)調(diào)焦系統(tǒng)在參數(shù)選擇合適時(shí)，調(diào)焦時(shí)引起的瞄準(zhǔn)軸偏差要比外調(diào)焦小。

4）從結(jié)構(gòu)上看，內(nèi)調(diào)焦系統(tǒng)在調(diào)焦時(shí)，筒長保持恒定，易做到平衡。

5）內(nèi)調(diào)焦系統(tǒng)調(diào)焦時(shí)，組合焦距之值發(fā)生變化，因此對焦距值有嚴(yán)格要求的測量系統(tǒng)中不能應(yīng)用(如自準(zhǔn)直平行光管，光學(xué)測距機(jī))。4.5周視望遠(yuǎn)系統(tǒng)4.5.1周視光學(xué)原理4.5.2周視系統(tǒng)的像傾斜及其補(bǔ)償方法

直角棱鏡以角速度ω繞x軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，像也將以角速度ω旋轉(zhuǎn)道威棱鏡繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)角α，像繞軸轉(zhuǎn)2α角.

為補(bǔ)償直角棱鏡周視(或掃描)過程中產(chǎn)生的像傾斜，道威棱鏡旋轉(zhuǎn)的角速度只要等于直角棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角速度一半即可，即

4.5.3符合等作用原理的周視系統(tǒng)圖4—9新型周視瞄準(zhǔn)鏡1-保護(hù)玻璃，2-直角棱鏡，3-物鏡組,4-分劃板，5-五角棱鏡，6-厚透鏡組,7-別漢棱鏡，8-目鏡圖4—10潛望系統(tǒng)l-頭部棱鏡2-物鏡3-場鏡4-轉(zhuǎn)像透鏡組5-道威棱鏡6-直角轉(zhuǎn)向棱鏡7-分劃板8-目鏡4.5.4周視瞄準(zhǔn)系統(tǒng)總體參數(shù)選擇1.技術(shù)要求在水平方向周視360°，目鏡不動(dòng)。測角范圍：方向角360°，測角精度±0-01，高低角±18，測角精度±0-02。觀察距離3km左右。觀察范圍：物方視場2ω盡量大些。潛望高度：H不小于180mm。出瞳距離：不小于20mm。尺寸限制：瞄準(zhǔn)鏡之鏡筒外徑均勻，最粗處不超過30mm(中部方向機(jī)構(gòu)除外)。重量；總重不超過4kg。像質(zhì)清晰，像傾斜不超過60″。58式周視瞄準(zhǔn)鏡

4.5.4周視瞄準(zhǔn)系統(tǒng)總體參數(shù)選擇2.總體參數(shù)的選擇（1）放大倍數(shù)的選擇（2）入瞳D的選取實(shí)際取Γ=3.7×，可看清3km之內(nèi)的物體

按分辯率相匹配

k=1.7

由

得

4.5.4（3）視場的選取2.總體參數(shù)的選擇一定類型的目鏡，它的視場角是一定的一般即可滿足觀察要求

則一般型式的目鏡就能滿足要求（4）物鏡焦距的選擇

越長，體積越大，鏡筒外徑越粗。按技術(shù)要求，鏡筒外徑不能超過30mm，設(shè)計(jì)分劃板直徑的最大值

根據(jù)出瞳距不小于20mm的要求實(shí)際儀器中

（5）潛望高度對光學(xué)結(jié)構(gòu)的影響潛望高度越高，光學(xué)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜

4.5.42.總體參數(shù)的選擇（6）測角機(jī)構(gòu)考慮采用蝸輪、蝸桿式測角裝置機(jī)械讀數(shù)系統(tǒng)解脫機(jī)構(gòu)錐齒輪式行星輪系（7）物鏡、目鏡的形式及像質(zhì)要求

按系統(tǒng)之像質(zhì)