CN102460060B - 用于测量射弹或类似物的出口速度的方法和设备 - Google Patents

Abstract

提出了通过将接收耦合器(3，4)与发送耦合器(2)之间的距离(z_k)减小到优选0mm来实现测量结构的缩短。然而，该构思的转化应用由于以下事实而变得困难，即在低于耦合器(2，3，4)彼此之间的确定距离(z_k)时，不再能够求得各个项，而是求得所谓的合场。这要求分解该合场，以由此确定出口速度(v₀)。

Description

用于测量射弹或类似物的出口速度的方法和设备

技术领域

本发明涉及减小特别是作为波导管操作的武器管道的结构长度的技术。具有特征横截面形状的管道被视为波导管，该管道具有非常好的导电壁。技术上广泛流行的主要是矩形波导管和圆形波导管。

背景技术

操作作为圆形波导管的管道并测量射弹在该管道中的多普勒速度的方法可参阅EP0 023 365A2。在此，信号的频率大于用于相关的波导管模式的极限频率。在此形成的电磁波在管道中传播并由射弹反射。此外产生取决于瞬时速度的多普勒频率偏移。因而由此求得射弹的出口速度。

DE10 2006 058 375A1为此提出使用武器管道或发射管道和/或出口制动器(Mündungsbremse)的部分作为波导管。然而，该波导管在相关的波导管模式的极限频率下工作。

在未在先公开的DE10 2008 024 574.7中研究相同的问题，其中提出了耦合器之间的距离的变化性以及根据波导管的模式选择(即>0)对该距离进行个性选择。考虑了各种测量设备。如果接收耦合器安置在射弹底部与发射耦合器之间，则可在射弹通过之后进行测量。如果接收耦合器放置在射弹头端与发射耦合器之间，则出口速度的测量在射弹飞过之前执行。两种测量方法的组合是优选的，从而相应地设置至少两个接收耦合器，而发射耦合器因而安置在两个接收耦合器之间。信号发生器(例如振荡器)提供具有恒定中间频率的信号，该恒定中间频率低于波导管的最小极限频率地操作。给定通过发射耦合器(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……且n＝1，2，3……)。信号发生器产生连续波工作制(CW工作制)中的载波，或者产生调制信号。发射耦合器与接收耦合器的距离在此这样选择，使得接收信号由项、即单模式(n＝1)主导。但由此维持确定的波导管长度或武器管道长度。

发明内容

本发明基于该原理提出能够减小波导管或武器管道的长度的目的。

该目的在方法技术方面通过具有以下特征的方法实现，即：用于利用作为波导管操作的武器管道或发射管道和/或出口制动器的一部分测量射弹的出口速度的方法，包括步骤：借助于振荡器产生电磁场；在没有射弹的情况下测量所述武器管道或发射管道和/或出口制动器的一部分的电磁场，以求得校准项；在所述射弹之前和/或在所述射弹之后测量电磁场，以求得关于时间的感应电压；从所述感应电压中减去所述校准项，以求得反射电磁场；由所测量的信号这样确定所述出口速度，即：将所述反射场分解成系数，利用所述系数形成项，其中针对每一项计算出口速度，并且通过形成所述项的所有出口速度的平均值，确定所述射弹的出口速度。

另一方面，该目的在设备技术方面通过具有以下特征的武器管道或发射管道和/或出口制动器的一部分实现，即：武器管道或发射管道和/或出口制动器的一部分作为波导管操作以测量射弹的出口速度，该武器管道或发射管道和/或出口制动器的一部分具有：振荡器，该振荡器经由信号供应线与用于激励所述武器管道或发射管道和/或出口制动器的一部分的发射耦合器电连接；和接收导线，用于将在至少一个接收耦合器上测量的信号传送到分析器，以执行按照本发明的方法，从而使所述发射耦合器与所述接收耦合器之间的距离能够减小到接近于0mm。

本发明基于如下构思：通过将接收耦合器与发射耦合器之间的距离减小到优选0来实现测量结构的缩短。然而，该构思的转化应用由于以下事实而变得困难，即在小于耦合器的规定的距离时，不再能够求得各个项，而是求得所谓的合场。这要求分解该合场，以由此确定出口速度v₀。

因此类似于DE10 2008 024 574A1，首先当在波导管中没有射弹时，测量由发射耦合器引起的源场。由于射弹从接收耦合器旁边飞过，已知产生特征的反射的合信号，该合信号随时间探测地在分析器中读入。在该合信号中包含关于弹体的速度v₀的信息(Δz(t))，但该信息不可直接读出。因此，为了实现本发明的构思，测量感应电压并从该感应电压中减去源场。余留的反射的(电磁)合场因而通过软件分解为各个项，从而求出关于时间的多个速度。因而由此通过形成平均值确定极其精确的弹体速度。

通过测量设备的较短的结构长度，特别是在使用次口径弹体时，通过飞离的次口径弹软壳(Treibspiegel)在测量设备内实现危险的减小。同样获得速度的减小，该速度的减小提高武器的稳定性。由于该方法在射击时强有力地抵抗振动和撞击，因而测量精度提高。

对于35mm口径范围内的弹药，振荡器频率可优选在40MHz至80MHz之间的范围内，但自身不固定在确定的值上。对于其他口径，可设置其他频率范围。该频率范围(40MHz和80MHz)实现对用于该频率范围的构件的简单的购置，这特别是因为构件公差不影响该测量方法。此外，还仅仅发出很小的电磁发射。

附图说明

借助于实施例利用附图更为详细地阐释本发明。在附图中：

图1示出用于在射弹前测量速度的测量设备；

图2示出用于在射弹后测量射弹速度的测量设备；

图3示出两种测量方法的信号处理的流程图。

具体实施方式

在图1和图2中由附图标记1表示波导管或武器管道或发射管道和/或出口制动器的一部分，发射耦合器2集成在该波导管或武器管道或发射管道和/或出口制动器的一部分中。在图1中接收耦合器3沿管道支座的方向与发射耦合器2间隔开。在图2中，接收耦合器4沿出口的方向与发射耦合器2间隔开。发射耦合器2与振荡器5电连接。这两个接收耦合器3、4自身与分析器6连接。两个接收耦合器3、4设置到测量机构10中的组合是优选的，但不是必需的。通过波导管1/武器管道射出射弹7，该射弹的速度v₀需被测量。该结构已由DE102008 024 574.7已知，在此其作为参考。

由附图标记z_k表示发射耦合器2与相应的接收耦合器3、4之间的距离。耦合器2、3、4彼此之间的定位根据DE10 2008 024 574.7由振荡器5的感应电压确定，该感应电压根据如下公式求得：

$U_{\mathrm{IND}}\≈A_1*e^{\frac{P_1}{a}*z_k}$

其中，U_IND为感应电压的值，A₁为测量振幅，p₁为给定常数，该给定常数直接由测量系统10的麦克斯韦方程式求解得出，a为波导管1的内直径。内直径a应至少等于或优选略大于武器的管道口径。由z_k限定发射器2与接收器3(4)之间的距离值。该距离在数值上这样确定和实验验证，使得在各项p₁中仅仅第一项p₁占主导。该距离在此固定地设定。该值针对测量设备10/波导管1的每个直径并与所使用的弹药7无关地确定。

现在为了能够在提高V₀测量的测量精度的同时缩短波导管1的结构长度，提出例如根据图3的信号处理。

射弹底部或射弹头端与接收耦合器3或4之间的距离由Δz(t)表示，其中t为时间。应注意，当射弹底部(射弹头端)经过接收耦合器3、4时，Δz(t)＝0mm。

为了减小结构空间，现在使z_k减小。因此，该值不同于用于单模式工作制的确定值，即，z_k被较小地选择，该单模式工作制不再主导，并且感应电压重新具有公式：

$U_{\mathrm{IND}}\≈\underset{n=}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{A}_n*e^{\frac{\mathrm{Pn}}{a}*z_k}$

上述表达式的各项在时间上是恒定的，其中各个项在空间上不同速度地衰减。

如果射弹7远离或接近接收耦合器3、4，则如在图3中更为详细所述，测量感应电压U_IND。该公式的第一项“A”为在时间上是恒定的并可用于校准。当射弹7还没有位于波导管1中时，该第一项优选持续地但特别是在射击的不久之前被测量。这些值优选在分析器6的移位寄存器中连续存储。通过这种校准，消除各个常量中的例如由于武器中的温度效应而产生的所有变化。如果现在在射击时信号U_IND的变化曲线以第二项“B”随时间探测，则可执行根据图3的进一步的信号处理。

因此在第一步骤中，在测量感应电压U_IND(t)之后，从U_IND中减去校准项“A”。余留所谓的合场(反射电磁场)，即项“B”。之后，合场“B”的时间变化曲线被分解为系数B_m。该系数的确定可在考虑已知的优化指标的情况下经由已知的曲线拟合方法(例如最小二次方方法)实现。优化指标的选择受基于U_IND信号的噪声的类型和强度影响。

现在由于p_m和a(波导管1的内半径)已知，因此可利用系数B_m并行地形成项B₁、B₂、B₃……B_m。现在在每一项中取对数。在该数学运算中存在偏移项，该偏移项仅仅取决于已知值B_m，并通过减去被补偿。利用已知的p_m、a和v₀＝Δz/t产生另外的项作为中间结果。因此，针对每一项1、2、3……m计算出口速度v₀₁、v₀₂、v₀₃……v_0m。通过形成所有v_01-0m的平均值确定最终结果v₀。通过形成平均值提高在确定v₀时的精度。

该提出的方法允许发射耦合器2和接收耦合器3、4的距离从z_k一直减小到0mm，从而波导管可至少在该范围内缩短。在理想情况下(z_k＝0mm)，发射耦合器2能承担接收耦合器3、4的任务，从而直接在发射耦合器2上测量感应电压。

为了简化，可在分析电子装置6之前例如通过用于减小频率的混合方法进行另外的信号修正(未详细示出)。为了提高分析速度，移位寄存器的尺寸应足够大，使得例如“每秒”的测量距离的值都能被接收，并因而校准的所有数据都能用于分析。

Claims (11)

1.用于利用作为波导管操作的武器管道或发射管道和/或出口制动器(1)的一部分测量射弹(7)的出口速度(v₀)的方法，包括步骤：

借助于振荡器(5)产生电磁场；

在没有射弹(7)的情况下测量所述武器管道或发射管道和/或出口制动器(1)的一部分的电磁场，以求得校准项(A)；

在所述射弹(7)之前和/或在所述射弹(7)之后测量电磁场，以求得关于时间(t)的感应电压(U_IND)；

从所述感应电压(U_IND)中减去所述校准项(A)，以求得反射电磁场(B)；

由所测量的信号这样确定所述出口速度(v₀)，即：

将所述反射场(B)分解成系数(B_m)，利用所述系数形成项(B₁，B₂，B₃……B_m)，其中

针对每一项(B₁，B₂，B₃……B_m)计算出口速度(v₀₁，v₀₂，v₀₃……v_0m)，并且

通过形成所述项(B₁，B₂，B₃……B_m)的所有出口速度(v₀₁，v₀₂，v₀₃……v_0m)的平均值，确定所述射弹(7)的出口速度(v₀)。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，持续地随时间探测所测量的信号，并且存储探测值。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述系数(B_m)的分解在考虑已知优化指标的情况下经由已知的曲线拟合方法实现。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所述已知的曲线拟合方法是最小二次方方法。

5.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于口径范围在35mm内的射弹(7)，振荡器频率在40MHz至80MHz之间的范围内，并且对于其他口径设置其他频率范围。

6.武器管道或发射管道和/或出口制动器(1)的一部分，其作为波导管操作以测量射弹(7)的出口速度(v₀)，该武器管道或发射管道和/或出口制动器的一部分具有：振荡器(5)，该振荡器经由信号供应线与用于激励所述武器管道或发射管道和/或出口制动器(1)的一部分的发射耦合器(2)电连接；和接收导线，用于将在至少一个接收耦合器(3，4)上测量的信号传送到分析器(6)，以执行按照权利要求1至5任一项所述的方法，从而使所述发射耦合器(2)与所述接收耦合器(3，4)之间的距离(z_k)能够减小到接近于0mm。

7.按照权利要求6所述的武器管道或发射管道和/或出口制动器(1)的一部分，其特征在于，距离减小导致所述武器管道或发射管道和/或出口制动器(1)的一部分的缩短。

8.按照权利要求6或7所述的武器管道或发射管道和/或出口制动器(1)的一部分，其特征在于，所述发射耦合器(2)与所述至少一个接收耦合器(3，4)之间的距离(z_k)为0mm。

9.按照权利要求8所述的武器管道或发射管道和/或出口制动器(1)的一部分，其特征在于，所述发射耦合器(2)承担所述接收耦合器(3，4)的任务。

10.按照权利要求6或8所述的武器管道或发射管道和/或出口制动器(1)的一部分，其特征在于，在所述分析单元(6)之前进行信号修正。

11.按照权利要求10所述的武器管道或发射管道和/或出口制动器(1)的一部分，其特征在于，在所述分析单元(6)之前进行用于减小频率的混合方法。