CN102084208B - 用于测量射弹的初速度的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量射弹(6)等的初速度(V₀)的装置以及一种可利用该装置实施的方法。该装置包括一个作为波导管(1)的武器管或发射管、一个信号发生器(4)和一个用于将在至少一个接收耦合器(3)上测得的信号传送给一个分析装置(5)的接收导线，信号发生器通过信号输入导线与至少一个发送耦合器(2)电连接，以激励武器管或发射管(1)。在发送耦合器(2)与所述接收耦合器(3)之间的距离是可变的并且可以根据波导管(1)的模式选择独立地进行选择。根据优选的测量方法，将接收耦合器(3)相对于发送耦合器(2)放置。如果在射弹(6)穿行之后测量速度，则接收耦合器(3)位于射弹底部和发送耦合器(2)之间，如果在射弹(6)穿行之前测量速度(V₀)，则接收耦合器(3)位于射弹尖端和发送耦合器(2)之间。在组合这两种测量方法时，相应地集成至少两个接收耦合器(3)，而发送耦合器(2)则置于两个接收耦合器(3)之间。在没有射弹(6)情况下测量空武器管或发射管的电磁场、在射弹(6)之前或在射弹(6)之后或组合地测量。然后由测得的信号确定初速度(V₀)。

Description

用于测量射弹的初速度的装置和方法

背景技术

在DE 697 09 291 T2(EP 0 840 087 B1)中公开了用于控制飞弹的初始速度的装置。在此设置一个能够测量与初速度相关的参数的传感器装置。这借助至少设置在武器筒管之中或之上的传感器来实现，这些传感器能够承受在武器筒管中由加热武器管中的燃气而产生的高压。建议使用应变传感器作为传感器，这些应变传感器这样匹配，以致它们能够与武器筒管接触。在此，测量武器筒管的膨胀。通过两个单独的传感器由在射弹通路的记录之间的在时间上的差异来测定射弹的运动继而测定射弹的速度。

DE 10 2005 024 179 A1完全放弃了对当前初速度的直接测量，因为实际的初速度通过飞弹的当前飞行速度的信息来确定，即由该信息反算得出。这样，借助该当前飞弹速度，利用根据标准初速度预设的点火时间来校正飞弹的点火时间，并将其用作当前点火时间。为将该信息传输给飞弹，采用一个优选在GHz范围内的微波发射器，它将当前的例如由一个射击控制计算机确定的定时引信发送给弹药或飞弹。

另一种方法在于，将管作为圆形波导管(Hohlleiter)来运行，并对在管中的射弹的多普勒速度进行测量，如在EP 0 023 365 A2中所述的那样。在此信号的频率对所涉及的波导管模式来说在极限频率之上。在此形成的电磁波在管中传播并被射弹反射。此外，还产生了与瞬时速度相关的多普勒频移。

DE 27 17 949 A1描述了一种采用电磁波测量在筒管中的速度的仪器，其中，筒管的波导管波长被用作飞弹在筒管中路径改变的度量。为此与筒管保持等距地设置一个发送器和一个接收检测器。在此，将飞弹用作电磁波的反射体。在筒管口处以旋转对称的方式安装一个喇叭形微波发射器。沿飞弹方向倾斜地设置一个镜子，它使来自矩形喇叭形微波发射器的波相应地偏转到筒管中。筒管的波导管波长通过在特殊的试验中替代在筒管中的飞弹而有限缓慢地移动一个用于电磁波的镜子继而按测量技术监测在两个最大值之间的距离来确定。

由EP 0 331 670 A1已知一种用于确定在管型武器中内弹道特征参数的方法和装置，其中，电磁波经由一个侧向设置在武器管上的波导管通道馈入并且在位于武器管中的飞弹上反射之后又馈出，从而即使在激烈射击时也能进行独特的测量。在此，所基于的基本思想是，电磁波的至少一半能量从武器管口辐射而不是朝飞弹方向馈入。为了使所述波馈入，所述波被细分并且在波导管通道的至少两个隔开距离的位置上被输入给武器管，从而朝飞弹方向传播的波分量相加并且对沿相反方向传播的波进行补偿。

按DE 10 2006 058 375.2，建议，将武器管或发射管和/或管口测功器(Mündungsbremse)的部分用作波导管(波导管可以是具有特征横截面形状、具有极好导电的壁的管。技术上广泛使用的首先是矩形和圆形波导管)，但它在所涉及的波导管模式的极限频率以下运行。在此，在发送耦合器和接收耦合器之间的距离是固定的。

发明内容

基于同样的思想，本发明要解决的技术问题在于，提出一种另外的测量方法，它能够出色且精确地测定射弹等的初速度。

本发明的技术问题通过下述的特征来解决：

用于测量射弹的初速度的装置，包括：

-一个作为波导管的、平滑的武器管或发射管，

-一个信号发生器，该信号发生器通过信号输入导线与至少一个发送耦合器电连接，以激励该武器管或发射管，以及

-一个接收导线，用于将在至少一个接收耦合器上测得的信号传送给一个分析装置，其中，

-在发送耦合器与所述接收耦合器之间的距离是可变的并且可以根据波导管的模式选择独立地进行选择，以及

-如果在射弹穿行之后进行测量，接收耦合器置于射弹底部和发送耦合器之间，

-如果在射弹穿行之前测量速度，接收耦合器位于射弹尖端和发送耦合器之间，

-在组合这两种测量方法时，相应地集成至少两个接收耦合器，而发送耦合器则置于两个接收耦合器之间。

用于测量射弹的初速度的方法，包括步骤：

-在没有射弹情况下测量空的武器管或发射管的电磁场，

-在射弹之前或在射弹之后或组合地测量电磁场，

-由测得的信号确定初速度。

本发明的基本思想在于，本身优选在射弹之前或之后测量或确定初速度，其中，组合显著提高测量精度。这样，在射弹之前进行测量时，要考虑这样的事实：射弹尖端在穿过波导管时影响电磁场。对该影响这样进行补偿：通常已知弹药类型，因此采用一些确定射弹的值，这些值允许对射弹尖端对测量的影响进行补偿。在射弹之后进行测量时，利用射弹底部的圆柱形状，由此与射弹尖端的形状无关地进行测量。在这种情况下，射弹底部影响电磁场。由于大多数类型的射弹都具有圆柱形的平坦底部，由此出现了在射弹穿行之后的测量方法。这种相应的改变通过一个接收耦合器监测并输入给一个分析装置。

与按公开的申请(见上)中采用一个设有轮廓的波导管作为波导管不同，优选采用任意截面的平滑的管作为波导管。此外，借助至少一个发送耦合器和一个接收耦合器监测在没有射弹情况下即在射弹穿行波导管之前的电磁场。在每个射弹穿行之前的最后的探测值用于校准测量。由此，在校准中监测所有由温度引起的或其它的影响。在射弹穿行时监测电磁场的在时间上的变化并利用校准将其标准化。由此与温度变化或其它影响无关地对初速度进行测量。

信号发生器(例如振荡器)提供一个具有恒定中心频率的信号，该中心频率在波导管的最小极限频率之下运行。给定通过发送耦合器(线圈、偶极子等)的几何形状和类型激励多个波导管模式(TE_mn，其中m＝0，1，2...而n＝1，2，3...)。信号发生器要么产生连续波运行(CW运行)的载波要么产生一个经调制的信号。

在本身获得振荡器信号的发送耦合器与接收耦合器之间的距离是可变的并且可以根据波导管的模式选择独立地进行选择，但与口径(Kaliber)、波导管的内部尺寸以及频率相关。

附图说明

下面借助附图和实施例对本发明进行详细描述。图中示出：

图1在射弹之前用于测量射弹的初速度的测量装置；

图2在射弹之后用于测量射弹的初速度的测量装置。

具体实施方式

用1标记平滑的波导管(管)，在其中集成了(至少)一个发送耦合器2以及(至少)一个接收耦合器3。一个振荡器4与发送耦合器2连接，并且一个分析装置5与接收耦合器3连接。利用以上提到的这些组件可以确定射弹6的初速度。用7标记武器管或发射管1的口。

振荡器4经由发送耦合器2激励波导管模式(横向电＝TE，横向磁＝TM，所期望的波导管模式通过机械的和电磁的模式选择来激励)。在第一步骤中，在没有射弹6情况下测量电磁场。通过系统“管”1(波导管1)给出一个信号强度，该信号强度由接收耦合器3例如一个拾取传感器接收并传送给分析单元5。然后在射弹6之前(图1)或在射弹6之后(图2)进行测量。

在发送耦合器2和接收耦合器3之间的距离是可变的并且可以根据波导管1的模式选择独立地进行选择，但该距离与口径、波导管1的内部尺寸以及频率相关。

如果通过发送耦合器2激励波导管模式，则接收耦合器3接收的信号(例如感应电压)可以具有如下形式：

$U_{\mathrm{Ind}}=\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{A}_n\·e^{-\frac{p_n}{a}\·z_k}$

其中，a是波导管1的内半径，而A_n以及p_n与n相关。在此，p₁＜p₂＜p₃＜....。

z_K本身这样选择，以致接收信号例如仅通过项n＝1(单模式运行)来支配。 $\⇒U_{\mathrm{Ind}}\≈A_1\·e^{-\frac{p_1}{a}\·z_k}$

这是可能的，因为对于z_k来说n＝2，3，4的项要远小于n＝1的项。这一般来说是重要的，因为特别是n＝1的项保证对穿行的射弹的可靠的速度测量。

首先，项与a相关，a通过口径来确定。由于发送信号的频率小于极限频率，所以对于接收信号来说产生一种指数变化。

如果在射弹6穿行之后进行测量，则接收耦合器3置于射弹底部和发送耦合器2之间。如果在射弹6穿行之前测量速度V₀，则接收耦合器3要位于射弹尖端和发送耦合器2之间。如果将两种方法相组合，则要相应地集成两个接收耦合器3。于是发送耦合器2要集成在两个接收耦合器3之间。

信号处理要如下进行：

众所周知，通过从接收耦合器3旁边飞过射弹6得到一个特征信号。接收的信号在时间上的变化给出关于V₀的信息。

现在，为了从接收的信号获得V₀，在分析装置5中，在时间上持续地探测所述信号并存储探测值。这也发生在没有射弹6时。现在，一个射弹6飞过波导管1，分析单元5根据接收信号的特征变化注意到射弹的存在。对这些值进行分析以确定V₀。

由于分析算法使用波导管1的内半径a，所以由于温度变化而引起的内半径a的变化可能对测量精度有影响。为了例如对这种影响进行补偿，在每次射弹穿行之前，对空的波导管进行测量。这种当前值被用于标度(Skalierung)相关的探测值并且被存储以及在测量分析中被分析单元调用(校准)。

Claims (8)

1.用于测量射弹(6)的初速度(V₀)的装置，包括：

-一个作为波导管(1)的、平滑的武器管或发射管，

-一个信号发生器(4)，该信号发生器通过信号输入导线与至少一个发送耦合器(2)电连接，以激励该武器管或发射管(1)，以及

-一个接收导线，用于将在至少一个接收耦合器(3)上测得的信号传送给一个分析装置(5)，其中，

-在发送耦合器(2)与所述接收耦合器(3)之间的距离是可变的并且可以根据波导管(1)的模式选择独立地进行选择，以及

-如果在射弹(6)穿行之后进行测量，接收耦合器(3)置于射弹底部和发送耦合器(2)之间，

-如果在射弹(6)穿行之前测量速度(V₀)，接收耦合器(3)位于射弹尖端和发送耦合器(2)之间，

-在组合这两种测量方法时，相应地集成至少两个接收耦合器(3)，而发送耦合器(2)则置于两个接收耦合器(3)之间。

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述信号发生器(4)产生连续波运行的载波。

3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述信号发生器(4)产生一个经调制的信号。

4.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述连续波运行是CW运行。

5.用于借助按权利要求1至4之一项所述的装置测量射弹(6)的初速度(V₀)的方法，包括步骤：

-在没有射弹(6)情况下测量空的武器管或发射管(1)的电磁场，

-在射弹(6)之前或在射弹(6)之后或组合地测量电磁场，

-由测得的信号确定初速度(V₀)。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在时间上持续地探测所述信号并存储探测值。

7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在校准中监测温度引起的变化并加以考虑，为此在每次射弹穿行之前都对空的武器管(1)进行测量。

8.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，将利用弹药类型的知识确定射弹(6)的值用于在测量射弹(6)之前的电磁场时对射弹尖端的影响进行补偿。

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