CN101245983A - 壁挂式大靶面弹丸着靶坐标测试系统 - Google Patents
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Abstract
壁挂式大靶面弹丸着靶坐标测试系统，包括六光幕交汇测试光幕阵、数据采集及分析系统、计算机及显示处理软件。本发明采用近似弧形排列的LED阵列作为光源[L]，光学镜头配合矩形狭缝光阑及光电接收器件组成镜头式光幕探测器[D]，形成单个大的光幕探测视场[S]，六个阵列光源及镜头式光幕探测器悬挂于室内靶道墙壁，排布成一定几何形状，在靶道空间组成测试光幕阵。当弹丸穿过光幕阵时，数据采集及分析系统采集弹丸过靶信号，根据幕面空间方程，获得弹丸穿过靶面时的着靶坐标。本发明中壁挂式的结构防护方便，避免了实弹射击测试中靶体的损伤，大大节省了靶道空间。可成功解决大口径弹丸、脱壳弹、曳光弹的室内靶道测试问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种室内靶道用中小口径武器的弹道参数测试领域，特别涉及一种基于六光幕交汇测试原理的壁挂式大靶面弹丸着靶坐标测试系统。
背景技术
在轻武器的生产和研制中，需要测试弹丸着靶位置和速度。传统的接触测量方法是在弹道规定的位置上，竖立胶合板或薄木板或纱网，射击完毕，用手工测量弹孔的位置。该类方法存在布靶困难、测量耗时、不能识别重孔、不能实时给出测量结果、易受环境影响等缺点，因而逐步被各类非接触型自动化测试方法取代。
针对室内靶道弹丸着靶坐标的测试，目前国内外主要采用光电坐标靶。光电坐标靶是利用光电信号转换的原理测量弹丸着靶坐标，主要可分为网式光幕坐标靶、多光幕交汇式坐标靶两种。网式光幕坐标靶是伴随着半导体光电技术的发展，而出现的一种光电坐标靶，该测量方法利用多个发光器件和与之对应的半导体接收器件阵列组成网格式光幕，当弹丸过靶时遮住相应的光线，形成通断信号，相应的接收器接收到信息，经过实时处理，确定坐标位置。该技术国内外都有相关研究，相关国内专利有CN95206124.4、CN3246740、CN200420007418.7等，美国专利有：US3727069、US4267443、US005988645、US005577733等。这种测试方法的精度较低，且要不断检测多个接收器件的状态，电路部分的设计比较复杂，目前实际应用较少。多光幕交汇式坐标靶目前主要有四光幕交汇和六光幕交汇两种，该类系统多采用红外发光二极管或激光二级管阵列线光源作为发射装置，PIN光电二极管阵列作为接收装置形成测试矩形光幕。四光幕交汇测试系统是将四个矩形光幕以特定的角度分别放置在六面体的两个面和两个对角面上，当弹丸从光幕穿过，用测时仪记录弹丸穿过四个光幕的时刻，依据四个时刻值计算出弹丸穿过光幕的位置坐标。该方法要求弹丸垂直入射预定靶面，当不垂直时，采用的测算公式计算出的坐标值与实际相差较大。六光幕交汇测试系统是在原有四光幕交汇立靶基础上，通过增加两光幕面实现对斜入射弹丸速度、速度方向空间角度和着靶位置坐标多参数的自动化测试的系统，该系统成功解决了四光幕交汇立靶对斜入射弹道弹着点和速度测不准的不足。该系统中形成六光幕面的光源和接收固定于同一型材靶架上。为了保证测试精度及抗曳光干扰等问题，实际测试系统的有效靶面不可能做得很大，现有测试系统有效靶面一般为1m×1m。由于该一体化装置布置于弹道线上，当用于测试大口径弹丸及脱壳弹时由于靶面及自身结构的限制，靶体易损伤。
发明内容
本发明的目的在于解决中小口径弹丸及特种弹如脱壳弹、曳光弹的室内靶道测试问题，提供了一种基于六光幕交汇测量原理的壁挂式大靶面弹丸着靶坐标测试系统。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明所述壁挂式大靶面大靶面弹丸着靶坐标测试系统，主要由六光幕交汇测试光幕阵、数据采集及分析系统、计算机及显示处理软件组成。采用近似弧形排列的LED阵列作为光源[L]，光学镜头配合矩形狭缝光阑及光电接收器件组成镜头式光幕探测器[D]，形成单个大的光幕探测视场[S]，六个阵列光源及镜头式光幕探测器悬挂于室内靶道墙壁，排布成一定几何形状，在靶道空间组成测试光幕阵。当弹丸穿过光幕阵时，数据采集及分析系统采集弹丸过靶信号，根据幕面空间方程，由软件进行处理获得弹丸穿过靶面时的着靶坐标。
所说的阵列光源L包括光源固定块以及设置在光源固定块上的固定电路板，LED设置在固定电路板上，在LED的光路上设置有光源前缝板，阵列光源L通过下盖板与底部支撑板相连；所说的镜头式光幕探测器D包括对称设置于箱体内的两套光路组件，箱体通过支撑板与底座相连，各光路组件包括固定在箱体上的镜头座，在镜头座上设置有镜头，镜头的后端设置有矩形狭缝光阑和狭缝板，在狭缝板的下端设置有与处理电路相连接的用于采集弹丸过靶信号的光电接收器件，且在箱体上还设置有激光瞄准系统。
本发明的底部支撑板通过固定连接块设置在墙壁上；底座通过固定连接板设置在墙壁上；LED采用多排弧形阵列形式固定于电路板上，由LED形成的视场与镜头式光幕探测器的视场相适应；激光瞄准系统位于两镜头的对称中心，形成一字形的激光光幕LS，激光光幕LS与探测光幕S幕面中心重合；阵列光源L1～L6与镜头式光幕探测器D1～D6一一对应组成光幕S1～S6，光幕阵采用双平行结构即光幕S1与S4、S2与S5、S3与S6两两平行。
本发明采用光学镜头配合弧形LED阵列光源形成大的光幕探测视场，沿室内靶道墙壁固定各光源和接收装置，由于该系统中靶体固定于靶道四周的墙壁上，不仅避免了测试中靶体的损伤而且大大节省了靶道空间，可成功解决大口径弹丸、脱壳弹、曳光弹的室内靶道测试问题。
附图说明
图1是单光幕形成示意图；
图2是六光幕交汇光幕阵布置俯视图；
图3是阵列光源结构图；
图4是阵列光源排布图；
图5是镜头式光幕探测器结构示意图；
图6是双平行结构光幕阵在XOZ平面内的幕面投影视图；
图7是双平行结构光幕阵在YOZ平面内的幕面投影视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，室内靶道宽为W，高为H，弹道沿Z方向，本发明的六个阵列光源L及镜头式光幕探测器D均通过固定连接块6和固定连接板20悬挂于室内靶道两侧墙壁7上，在靶道空间组成六光幕交汇测试光幕阵。阵列光源L1～L6与镜头式光幕探测器D1～D6一一对应组成测试光幕S1～S6，光幕阵布置参见图2，所述六光幕阵采用双平行结构，与测量x坐标有关的幕面为S1，S2，S4，S5，其中S1与S4平行，S2与S5平行，两对平行幕之间的夹角为δx；与y坐标有关的幕面为S1，S3，S4，S6，其中S1与S4平行，S3与S6平行，两对平行幕之间的夹角为δy，幕面投影视图参见图6、7。当弹丸穿过该光幕阵时，各镜头式光幕探测器产生弹丸过靶信号，数据采集及分析系统采集弹丸过靶信号，通过相关算法计算出弹丸穿过各个光幕面的时刻T1～T6，并将数据传送至主控计算机。计算机将各时间值代入幕面空间方程，获得弹丸穿过靶面时的着靶坐标并显示。
如图3所示，所述阵列光源L由多排超高亮度的发光二极管LED 1组成，LED 1采用多排弧形阵列形式固定于电路板2上，总弦长L为2200mm，四排直径5mm的LED 1固定于单块电路板2上参见图4。多块电路板2拼接成总长为2200mm的阵列光源，阵列光源形成的视场与镜头式光幕探测器的视场相适应。各电路板2通过光源固定块3固定在光源壳体的下盖板4上，整个光源通过底部支撑板5、固定连接块6固定于墙壁7上，各LED1光源发出的光经光源前缝板8出射。
参见图5，镜头式光幕探测器D包括对称设置于箱体(17)内的两套光路组件，箱体17通过支撑板18与底座19相连，各光路组件包括固定在箱体17上的镜头座14，在镜头座14上设置有Nikon50mm标准镜头9，镜头9的后端设置有矩形狭缝光阑10和狭缝板15，在狭缝板15的下端设置有与处理电路12相连接的用于采集弹丸过靶信号的光电接收器件11，且在箱体17上位于两镜头之间还设置有激光瞄准系统21。
本发明单个光路组件通过单个光学镜头9及矩形狭缝光阑10限制有效探测视场α为40°。两套光路组件相对倾斜拼接组成更大的探测视场。若两镜头9光轴夹角为β，其中β≤α，则两个镜头拼接组成视场θ＝α+β。当弹丸穿过探测光幕S时，会遮挡住一部分光源的入射光线，使进入矩形狭缝光阑10后的光电接收器11的光通量发生变化，产生微弱的电信号；该电信号经过信号处理电路12处理，输出弹丸过靶信号。激光瞄准器系统21安置于两镜头对称中心，激光瞄准器系统21发出的光经过柱面镜，形成一字激光光幕LS，激光光幕与镜头式光幕探测器探测光幕的幕面对称中心重合。镜头式光幕探测器固定安装于弧形线光源的曲率中心的正下方，通过调整镜头式光幕探测器使得激光瞄准系统激光光幕与弧形阵列光源幕面对称中心重合，实现阵列光源与镜头式光幕的精确对准。
本发明的特点：
采用镜头式光幕技术及发光二极管阵列光源组成测试光幕，测试靶面大，使用寿命长，维护成本低，可用于室内靶道进行全天候测试；
与四光幕交汇测试系统相比，测量精度高。系统能够测出弹丸飞行角度，所测出弹丸着靶坐标更接近实际值；
光源和镜头式光幕探测器分立固定于靶道两侧墙壁，在弹道线上下无任何靶体结构，保证了在高精度测量条件下无需防护；
采用计算机采集弹丸波形，可对曳光弹、脱壳弹、多头弹等特种弹进行分析，从而准确测量飞行参数；
采用相关技术提取弹丸过光幕信息，测量精确、简单，适应范围广；
多参数自动化测试。不仅可实现斜入射着靶坐标(X、Y)的测试，还可实现弹丸速度、飞行角度(包括入射倾角、入射偏角)的自动化测试，操作简单、方便。
Claims (6)
1、壁挂式大靶面弹丸着靶坐标测试系统，包括相对设置的六组阵列光源L和镜头式光幕探测器D，其特征在于：
所说的阵列光源L包括光源固定块(3)以及设置在光源固定块(3)上的固定电路板(2)，LED(1)设置在固定电路板(2)上，在LED(1)的光路上设置有光源前缝板(8)，阵列光源L通过下盖板(4)与底部支撑板(5)相连；
所说的镜头式光幕探测器D包括对称设置于箱体(17)内的两套光路组件，箱体(17)通过支撑板(18)与底座(19)相连，各光路组件包括固定在箱体(17)上的镜头座(14)，在镜头座(14)上设置有镜头(9)，镜头(9)的后端设置有矩形狭缝光阑(10)和狭缝板(15)，在狭缝板(15)的下端设置有与处理电路(12)相连接的用于采集弹丸过靶信号的光电接收器件(11)，且在箱体(17)上还设置有激光瞄准系统(21)。
2、根据权利要求1所述的壁挂式大靶面弹丸着靶坐标测试系统，其特征在于：所说的底部支撑板(5)通过固定连接块(6)设置在墙壁(7)上。
3、根据权利要求1所述的壁挂式大靶面弹丸着靶坐标测试系统，其特征在于：所说的底座(19)通过固定连接板(20)设置在墙壁(7)上。
4、根据权利要求1所述的壁挂式大靶面弹丸着靶坐标测试系统，其特征在于：所说的LED(1)采用多排近似弧形阵列形式固定于电路板(2)上，由LED(1)形成的视场与镜头式光幕探测器的视场相适应。
5、根据权利要求1所述的壁挂式大靶面弹丸着靶坐标测试系统，其特征在于：所说的激光瞄准系统(21)位于两镜头的对称中心，形成一字形激光光幕LS，激光光幕LS与探测光幕S的幕面对称中心重合。
6、根据权利要求1所述的壁挂式大靶面弹丸着靶坐标测试系统，其特征在于：所说的阵列光源L1～L6与镜头式光幕探测器D1～D6一一对应组成光幕S1～S6，光幕阵采用双平行结构即光幕S1与S4、S2与S5、S3与S6两两平行。
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