CN102183183A - 双管齐射武器弹丸飞行速度与着靶坐标测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于室外靶道,可实现双管齐射武器弹丸飞行速度与着靶坐标测量的方法及装置,该方法是:沿弹道方向布置八幕测试光幕阵,当弹丸飞经光幕阵时,探测装置产生相应的电信号,八路数据采集装置准确获取此过幕信号,通过无线数传设备传输至上位机,上位机通过速度与着靶坐标计算算法,识别飞行弹丸,存储并显示弹丸飞行速度与穿过靶面时的位置坐标。所涉及的方法原理简单,容易实现。本发明涉及的测量装置,包括探测装置、数据采集装置、无线数传设备、上位机、存储器及显示器,所述探测装置由两台四光幕探测装置、排布而成。所涉及的装置结构简单、成本低,可实现终点弹道大散布情况下双、单管武器弹道参数的快速精确测量。
Description
技术领域
本发明属于靶场测试技术领域,主要涉及一种用于室外靶道,可测量各种口径、大散布双管齐射武器弹丸飞行速度与着靶坐标的方法,特别涉及一种基于八光幕交汇测量原理的双目标多弹道参数测量装置。
背景技术
弹丸速度及射击密集度是枪、炮、弹生产厂家在产品检验中主要测量的技术指标之一,而测量射击密集度的基础是弹丸着靶坐标的测量。代替技术落后、效率低、精度差的木板靶、纱网靶等传统测量方法,实现弹丸着靶坐标的自动测量一直是国内外靶场测试领域积极研究的课题。目前主要的非接触测试方法有:声靶、CCD立靶、四光幕或六光幕交汇光电坐标靶以及网式坐标靶等。
声靶系统是利用由声传感器组成的靶面来接收超音速弹丸通过靶面时产生的激波信息,计算出弹着点坐标。目声靶法存在偏轴误差和边缘误差,使用条件要求苛刻,抗风能力差,致使大靶面的声靶性能不稳定,测量精度差,达不到使用要求,只适用于超声速小口径弹丸的近距离测量,且目前尚未见可解决多管齐射武器测试问题的声传感系统。
CCD交汇立靶系统是近年来迅速发展起来的一种非接触式测量技术,由于其结构简单、实时性强和自动化程度高等诸多优点,而成为现代靶场中动态飞行目标(如弹头)跟踪测量应用的研究热点,且已在大型动态目标的轨迹测量上获得了较成功的应用。但这一类测量系统从原理上存在整个有效靶面内目标捕获率和测量精度分布不均匀的问题,距镜头越远捕获率越低,测量误差也较大。同时,双CCD立靶只能测试单个弹丸的着靶坐标而无法测试弹丸飞行方向和速度,如果要同时测量弹丸速度,则必须增加另一测量装置,这样就增加了系统的复杂性。虽然有研究提出利用三CCD交汇解决双目标测量问题,但CCD方案对CCD器件的性能要求高,普通CCD难以满足要求,高速和高灵敏度的CCD器件又使得成本提高。由于内存的限制,CCD器件的驱动和采集数据电路需要天幕靶或炮口信号作为触发源,从而影响了系统工作的可靠性。在测量弹径小的弹丸时,由于灵敏度的限制,为了可靠的捕捉弹丸,需要辅助激光光源,从而使得系统庞大,展开时间过长,使用不便。
六光幕交汇光电坐标靶在原有四光幕交汇立靶基础上,通过增加两光幕面,可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,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,但现有各类基于四光幕及六光幕交汇原理的光电坐标靶均只能实现单个目标速度与着靶坐标的测试,当两个目标同时进入测试光幕时则无法识别。
网式光幕坐标靶是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CN1614348A、CN2682371Y等,美国专利有:US3727069、US4267443等。该类系统虽然能实现对连发(点射)射击的弹丸坐标测量,区分弹序,并能够实现对弹丸飞行速度的测量,但这种测试方法受激光束宽度及路数的限制,其测试的有效面积小、测试精度较低、特定的系统只适应特定口径范围目标的测试,且系统需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。
除上述装置外,西安工业大学较早提出的一种可用于测试武器射击准确度和射击密度并识别多管齐射武器的管序与弹序的测量系统——光纤编码立靶。该方法以光电转换原理为基础,采用光纤编码方法形成能够敏感弹丸空间坐标的无形光幕,两台光纤编码的天幕靶交汇组成立靶测试系统,同时由光电传感器与多路测试仪结合测每发弹的管序与弹序,完成最终测试。该方法需用光导纤维把光学镜头像面的一条狭缝排成三排若干列,并对光纤进行编码,整个编码过程复杂,后续电路系统庞大,且随测试靶面的增大,坐标测试精度降低,因此该方法未得到推广使用。
尽管上述这些测试装置对单目标测试,在一定条件及测试范围内可获得满意的测试结果,但对于新型号武器如双管炮、双头弹等在终点弹道大散布情况下飞行速度与着靶坐标的测试,现有这些设备显然已不适用。
发明内容
本发明的目的在于解决各种口径、大散布双管齐射武器弹丸飞行速度与着靶坐标快速精确测试问题,提供一种可识别单个、两个弹丸的飞行速度与着靶坐标测试方法及装置。
本发明所述双管齐射武器弹丸飞行速度与着靶坐标测量方法,当双管齐射武器的弹丸飞经探测装置产生的八幕测试光幕阵时,探测装置输出相应的电信号,八路数据采集装置准确获取此电信号,从而得到弹丸依次穿过八个光幕的时刻,数据通过无线数传设备传输至位于炮位的上位机,上位机通过速度与着靶坐标计算算法,识别飞行弹丸,存储并显示弹丸的飞行速度与穿过靶面时的位置坐标。
所述八幕测试光幕阵中,八个光幕顺序排列,前四个光幕中光幕 、光幕、光幕对称中心轴同处于平面内,且相交于一点,交点为坐标原点;光幕、光幕垂直于平面,其中心轴关于光幕中心轴对称分布,夹角为;光幕绕其自身中心轴逆时针旋转角度;光幕与平面的夹角为;光幕垂直于平面,且绕其中心轴顺时针旋转角度,其中心轴也位于平面内,水平距离原点为;后四个光幕、光幕、光幕、光幕对称中心轴也处于平面内,除光幕绕其自身中心轴顺时针旋转角度外,光幕、光幕、光幕分别与光幕、光幕、光幕互相平行。
上述方法的具体步骤如下:
二.测试装置上电启动工作,上位机软件发出开始采集数据指令,经无线传输设备传输启动数据采集设备开始采集信号;
三.弹丸穿过光幕阵时,探测装置输出相应的电信号,此信号记录了弹丸过幕的时刻;
四.八路数据采集装置采集过幕信号,得到弹丸依次穿过本发明装置中八个光幕的时刻值;
五.包含时刻值的数据通过无线数传设备传输至位于炮位的上位机;
六.将预先输入的光幕几何结构参数和计算得到的时刻值代入上位机速度与着靶坐标计算算法中,具体步骤是:
(3)
七.存储识别结果并由显示装置显示。
上述步骤六中,在对单个弹丸测量时,步骤(三)的具体步骤是:从幕面线性方程组知,要求得未知参数,需知道不相关的6个幕面线性方程即可,通常四光幕探测装置、产生的光幕中各自选择3个幕面,因此共有种测试组合:
上述步骤六中,在对两个弹丸测量时,步骤(三)的具体步骤是:
1.设弹丸1的速度为,到达幕的坐标为 ,弹丸2的速度为,到达幕的坐标为,假定弹丸1、2“仅仅”同时到达幕,且时刻为“0”时刻基准点,测得弹丸1到达幕的时刻分别为,弹丸2到达幕的时刻分别为,。对所测时刻进行排列组合,共计有种时刻组合:
2.设定相应的决策规则算法:用对单个弹丸测量时的16种测试组合对测量,所得到的16种测试结果应完全一致,同理对测量,所得到的16种测试结果也应完全一致。然而,对其他的各种时刻组合,用对单个弹丸测量时的16种测试组合对其进行测试,所得到的测试结果不尽相同。
实现上述双管齐射武器弹丸飞行速度与着靶坐标测量方法的装置,包括探测装置、数据采集装置、无线数传设备、上位机、存储器及显示器,其特殊之处在于:
所述探测装置由间隔一定水平距离、垂直距离的两台四光幕探测装置和四光幕探测装置排布而成。四光幕探测装置产生四个光幕,其中光幕、光幕、光幕对称中心轴同处于平面内,且相交于一点,交点为坐标原点;光幕、光幕垂直于平面,其中心轴关于光幕中心轴对称分布,夹角为;光幕绕其自身中心轴逆时针旋转角度;光幕与平面的夹角为;光幕垂直于平面,且绕其中心轴顺时针旋转角度,其中心轴也位于平面内,水平距离原点为。四光幕探测装置产生四个光幕,光幕、光幕、光幕、光幕对称中心轴也处于平面内,除光幕绕其自身中心轴顺时针旋转角度外,光幕、光幕、光幕分别与光幕、光幕、光幕互相平行。
所述四光幕探测装置和四光幕探测装置分别包括两个光幕探测组件,其中一个为三光幕探测组件,由一个三狭缝光阑、光学镜头及光电管组成,在空间形成互成一定角度的三个探测光幕,另外一个为单光幕探测组件,由单狭缝光阑、光学镜头及光电管组成,在空间形成单个探测光幕;两个光幕探测组件固定于同一箱体内,镜头光轴处于同一平面,但相对倾斜成一定角度。
所述四光幕探测装置和四光幕探测装置也可分别由四个光幕探测组件构成,四个光幕探测组件均分别由单缝狭缝光阑、光学镜头及光电管形成探测光幕。各光幕探测组件固定于同一箱体内,镜头光轴处于同一平面,但相对倾斜成一定角度。
为满足目前对多种口径、大散布双管炮、双头弹等多管齐射武器的测试需求,本发明项目组在原有天幕靶及光幕靶技术积累技术上,提出一种基于八光幕交汇测量原理的双目标测量方法及装置,依据采集到的目标穿过光幕的时刻、光幕几何结构参数和上位机速度与着靶坐标计算算法得到目标飞行时的速度、方位角和俯仰角以及穿过靶面时的位置坐标,实现双目标的立体非接触精确测量。
与现有技术相比,本发明的优点是:
1.本发明可实现多种口径、大散布双管齐射武器弹丸飞行速度与着靶坐标的测量:本发明除了能够精确测量单管武器弹丸的飞行速度,更重要的是能够精确测量双管齐射武器弹丸的飞行速度以及在预定靶面上的着靶位置,这是目前其他弹丸飞行速度与着靶坐标测量方法及装置所无法实现的。
2.本发明测量时,双管齐射武器的射击方向可以在有效靶面内任意调整。
3.本发明所涉及的测量方法,利用软件可以方便的构建,所提出的算法,原理简单,容易实现。
4.本发明所涉及的测量装置,其精度与光幕的几何结构参数有关,受其他因素的影响较少,因而测量精度高。
5.本发明所涉及的测量装置结构简单、成本较低、整体优化性能较好。
附图说明:
图1是本发明的系统结构框图;
图2是本发明的八幕测试光幕阵幕形排布示意图;
图5是包含两个光幕探测组件的四光幕探测装置的结构示意图;
图6是包含四个单光幕探测组件的四光幕探测装置的结构示意图;
图7是包含四个光幕探测组件的广角四光幕探测装置的结构示意图;
图8是包含八个单光幕探测组件的广角四光幕探测装置的结构示意图。
具体实施方式:
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理进一步详细说明。
如图1所示,本发明所述双管齐射武器弹丸飞行速度与着靶坐标测量装置,包括探测装置、数据采集装置、无线数传设备、上位机、存储器及显示器。所述探测装置由间隔一定水平距离、垂直距离的两台四光幕探测装置和四光幕探测装置排布而成。
参见图2~图4。本发明中每台四光幕探测装置都能产生四光幕阵列,构成八幕测试光幕阵,其中前一个四光幕阵列采用近似“”的幕形结构,后一个四光幕阵列采用近似“”的幕形结构。四光幕探测装置产生四个光幕,其中光幕、光幕、光幕对称中心轴同处于平面内,且相交于一点,交点为坐标原点;光幕、光幕垂直于平面,其中心轴关于光幕中心轴对称分布,夹角为;光幕绕其自身中心轴逆时针旋转角度;光幕与平面的夹角为;光幕垂直于平面,且绕其中心轴顺时针旋转角度,其中心轴也位于平面内,水平距离原点为。四光幕探测装置产生四个光幕,光幕、光幕、光幕、光幕对称中心轴也处于平面内,除光幕绕其自身中心轴顺时针旋转角度外,光幕、光幕、光幕分别与光幕、光幕、光幕互相平行。
如图5所示,所述四光幕探测装置和四光幕探测装置分别包括两个光幕探测组件、,其中一个三光幕探测组件由一个三狭缝光阑、光学镜头及光电管组成,在空间形成互成一定角度的三个探测光幕,另一个为单光幕探测组件由单狭缝光阑、光学镜头及光电管组成,在空间形成单个探测光幕;两个光幕探测组件、固定于同一箱体1内,镜头光轴处于同一平面,但相对倾斜成一定角度,。箱体通过三个地脚组件2进行支撑,箱体上设置有水平出射的点状激光器3,用于两台四光幕探测装置之间的互瞄,箱体上还设置有相互垂直的水泡4和5,用于监控箱体水平状态。这里,,,该装置选用焦距镜头,各探测光幕均为具有40度视场的扇形光幕。
如图6所示,四光幕探测装置和四光幕探测装置分别由四个光幕探测组件、、、构成,四个光幕探测组件均由单缝狭缝光阑、光学镜头及光电管形成探测光幕。四个光幕探测组件、、、固定于同一箱体内,镜头光轴处于同一平面,但相对倾斜成一定角度。
如图7所示,四光幕探测装置和四光幕探测装置分别由两组相同的光幕探测组件、和、拼接而成,其中两个三光幕探测组件、均由一个三狭缝光阑、光学镜头及光电管组成,、的镜头光轴共面,且相对倾斜成40度,在空间形成互成一定角度且视场角均可达80度的三个探测光幕;另两个单光幕探测组件、均由单狭缝光阑、光学镜头及光电管组成,同样、的镜头光轴共面,且相对倾斜成40度,在空间形成单个80度视场的探测光幕,构成广角四光幕探测装置。
如图8所示,四光幕探测装置和四光幕探测装置分别由两组相同的光幕探测组件、、、和、、、拼接而成,八个单光幕探测组件、、、、、、、均由单狭缝光阑、光学镜头及光电管组成,与、与、与、与的镜头光轴分别共面,且相对倾斜成40度,在空间形成单个80度视场的探测光幕,构成广角四光幕探测装置。
实施例1:参见图1和图5,本发明所述双管齐射武器弹丸飞行速度与着靶坐标测量方法
当双管齐射武器的弹丸飞经八幕测试光幕阵时,探测装置输出相应的电信号,八路数据采集装置准确获取此电信号,从而得到弹丸依次穿过八个光幕的时刻,数据通过无线数传设备传输至位于炮位的上位机,上位机通过速度与着靶坐标计算算法,识别飞行弹丸,存储并显示弹丸的飞行速度与穿过靶面时的位置坐标。其具体过程如下:
二.测试装置上电启动工作,上位机软件发出开始采集数据指令,经无线传输设备传输启动数据采集设备开始采集信号;
三.弹丸穿过光幕阵时,探测装置输出相应的电信号,此信号记录了弹丸过幕的时刻;
四.八路数据采集装置采集过幕信号,得到弹丸依次穿过本发明装置中八个光幕的时刻值,对于单个弹丸共有8个时刻值,对于两个弹丸时刻值可能有16个或15个异或更少;
五.包含时刻值的数据通过无线数传设备传输至位于炮位的上位机;
六.将预先输入的光幕几何结构参数和计算得到的时刻值代入上位机速度与着靶坐标计算算法,具体步骤是:
七.存储识别结果并由显示装置显示。实现双管齐射武器弹丸飞行速度与着靶坐标的测量。
实施例2:实施方法与实施例1相同
实施例3:实施方法与实施例1相同
对于两个弹丸的测量,以八路数据采集装置采集的过幕信号有15个为例:
1.设弹丸1的速度为,到达幕的坐标为 ,弹丸2的速度为,到达幕的坐标为,假定弹丸1、2“仅仅”同时到达幕,且时刻为“0”时刻基准点,测得弹丸1到达幕的时刻分别为,弹丸2到达幕的时刻分别为,。对所测时刻进行排列组合,共计有种时刻组合:
2.设定相应的决策规则算法:用实施例2的16种测试组合对测量,所得到的16种测试结果应完全一致,同理对测量,所得到的16种测试结果也应完全一致。然而,对其他的各种时刻组合,用实施例2的16种测试组合对其进行测试,所得到的测试结果不尽相同。
Claims (8)
1.一种双管齐射武器弹丸飞行速度与着靶坐标测量方法,当双管齐射武器的弹丸飞经探测装置产生的八幕测试光幕阵时,探测装置输出相应的电信号,八路数据采集装置准确获取此电信号,从而得到弹丸依次穿过八个光幕的时刻,数据通过无线数传设备传输至位于炮位的上位机,上位机通过速度与着靶坐标计算算法,识别飞行弹丸,存储并显示弹丸的飞行速度与穿过靶面时的位置坐标,
2.如权利要求1所述的双管齐射武器弹丸飞行速度与着靶坐标测量方法,其具体步骤如下:
二.测试装置上电启动工作,上位机软件发出开始采集数据指令,经无线传输设备传输启动数据采集设备开始采集信号;
三.弹丸穿过光幕阵时,探测装置输出相应的电信号,此信号记录了弹丸过幕的时刻;
四.八路数据采集装置采集过幕信号,得到弹丸依次穿过本发明装置中八个光幕的时刻值;
五.包含时刻值的数据通过无线数传设备传输至位于炮位的上位机;
六.将预先输入的光幕几何结构参数和计算得到的时刻值代入上位机速度与着靶坐标计算算法中,具体步骤是:
(3)
4.如权利要求2所述的双管齐射武器弹丸飞行速度与着靶坐标测量方法,其特征在于:所述步骤六中,在对两个弹丸测量时,步骤(三)的具体步骤是:
1)设弹丸1的速度为,到达幕的坐标为 ,弹丸2的速度为,到达幕的坐标为,假定弹丸1、2“仅仅”同时到达幕,且时刻为“0”时刻基准点,测得弹丸1到达幕的时刻分别为,弹丸2到达幕的时刻分别为,,对所测时刻进行排列组合,共计有种时刻组合:
5.如权利要求1所述的双管齐射武器弹丸飞行速度与着靶坐标测量方法所采用的装置,包括探测装置、数据采集装置、无线数传设备、上位机、存储器及显示器,其特征在于:
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