CN104154827B - 一种立靶精度测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种立靶精度测试系统，其包括探测靶体、供电电源以及终端计算机，其中，供电电源为探测靶体提供电能，探测靶体通过电缆线将数据信号传输到终端计算机。立靶精度测试系统中的探测靶体相对枪炮发射目标的方向设置在弹道线的测试位置上，探测靶体包括外壳体、多个光学采集和处理单元、微处理计算机以及计时处理电路。本发明提供的立靶精度测系统装置，利用三个光电探测原理和两个线阵CCD图像交汇原理构建了五个交汇光幕空间几何阵列，实现了一体化的目标速度、坐标、飞行偏向角度测量，简化了传统独立装置结构布置繁琐劳动，减少了传统布置过程中外场测量参数由于地势不平等因素对测试参数的影响。

Description

一种立靶精度测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及靶场测试领域，具体地涉及一种立靶精度测试系统及相应的测试方法。

背景技术

在动态目标参数测试中，目标运动的飞行偏向角度和目标着靶坐标位置的测量一直是枪、炮、弹等研制的核心测试参数，其制约着武器弹药研制的发展，传统的测试方法有光幕靶交汇测试方法、天幕靶交汇测试方法、线阵CCD交汇测试方法、阵列激光传感器测试方法等。这些测试方法依据测试原理的不同，设计的结构也不相同。光幕靶交汇测试方法采用单一结构体设计方法，采用发射与接收对称的安装方法，利用目标穿过发射与接收形成的探测光幕，获取探测接收器变化的信息，经信息处理后获得相应的及时脉冲信号，再通过数据处理系统获得飞行目标的坐标参数，这种测试方法由于结构体的限制通常测试靶面比较小，一般小于2m×2m，在小靶面条件下，测试精度较高，如果靶面增大，结构体的发射与接收的传感器数量增多，发射与接收对准困难，同时，大靶面条件下的阵列接收探测器由于传感器数量多使得探测电路的信噪比降低，探测灵敏度和测试精度下降，另外，大靶面条件下测试系统框架结构比较大，不利于搬动等；天幕靶交汇测试系统的探测天幕阵列通常采用多个独立的结构体，在测试的弹道上一次布置探测天幕独立结构体，再结合采集处理系统获取坐标参数，天幕靶交汇系统采用单元天幕靶探测光幕交汇而成的天幕阵列，其探测灵敏度高，探测靶面比较大，对野外高空大靶面的测试比较便利，但是，随着测试的参数增多，所需要的探测光幕数量增多，如仅测量坐标需要四个探测天幕靶，测试坐标和偏向角度需要采用至少六个天幕靶等，使得独立单元的结构体在现场布置中比较困难，同时也给测试系统的标定带来困难，不利于现场标定，测试精度下降；线阵CCD交汇测试方法采用双目视觉的测试原理，两个对称的线阵CCD相机交汇形成探测靶面，其在小靶面条件下测试精度比较高，有利于小靶面环境下的测试，但在大靶面的条件下由于外场条件的不确定因素多，给测试系统的标定带来很大困难，降低了系统测试精度，同时，线阵CCD交汇测试方法在同一个探测面中仅获得目标的坐标位置，无法获得目标的飞行偏向角度，如果需要测量飞行偏向角度，需要多个线阵CCD交汇组成而成，给现场的布置也带来一定的困难；阵列激光传感器测试方法同光幕靶交汇测试方法一样，采用的是阵列发射激光与同波长的探测接收器形成探测光幕，也存在大靶面条件下发射与接收对准困难，测试精度不高、布置不便利等。

发明内容

为了解决上述测试方法在外场试验中的不足，本发明提供一种一体化的立靶精度测试系统装置，该装置采用高灵敏度的光电探测光幕和线阵CCD探测光幕组合形成一体化的测试装置，具体而言，所述立靶精度测试系统包括探测靶体、供电电源、终端计算机，其中，供电电源为探测靶体提供电能，探测靶体通过电缆线将数据信号传输到终端计算机，其中，探测靶体相对枪炮发射目标的方向设置在弹道线的测试位置上，探测靶体包括外壳体、多个光学采集和处理单元、微处理计算机以及计时处理电路，其中，外壳体为中空结构且上表面设置成两端高中间低的凹陷结构，光学采集和处理单元设置在外壳体的上表面上，微处理计算机和计时处理电路均设置在外壳体的内部。

优选的是，外壳体的上表面包括第一水平面、第二水平面、第三水平面、第一斜面和第二斜面，其中第二水平面位于中间，第一水平面和第三水平面形状相同、水平高度相同且以第二水平面为中心对称地位于外壳体上表面的两端，第一水平面和第三水平面的水平高度大于第二水平面，此外，第一斜面和第二斜面分别位于第一水平面和第二水平面以及第二水平面和第三水平面之间，且分别将第一水平面和第二水平面以及第二水平面和第三水平面连接在一起。

优选的是，所述光学采集和处理单元包括两种结构，分别是第一光学采集和处理单元和第二光学采集和处理单元，在第一水平面、第二水平面和第三水平面上均设置相同的第一光学采集和处理单元，在第一斜面和第二斜面上均设置一个相同的第二光学采集和处理单元。

优选的是，第一光学采集和处理单元包括光学镜头、连接器和屏蔽壳体，其中，屏蔽壳体能够消除来自外界的电磁干扰；光学镜头固定安装在外壳体上表面上，屏蔽壳体位于外壳体内部，光学镜头通过连接器与屏蔽壳体相连接；在屏蔽壳体内部设有目标探测信号放大与处理电路、狭缝光栅和光电阵列探测接收器，其中，目标探测信号放大与处理电路位于屏蔽壳体的底部，狭缝光栅位于屏蔽壳体的上表面内部且位于光学镜头下方，此外，狭缝光栅的孔与屏蔽壳体上表面上的孔相对，这样狭缝光栅能够通过屏蔽壳体上的孔向外投射光，并在光学镜头的上方形成扇形探测光幕，光电阵列探测接收器位于狭缝光栅的正下方并且有24个接收微单元拼接而成；每个第一光学采集和处理单元中的目标探测信号放大与处理电路均与外壳体中的计时处理电路相连接。

优选的是，第二光学采集和处理单元包括光学镜头、驱动处理模块、连接器和装配壳体，其中，光学镜头固定安装在外壳体上表面上，装配壳体位于外壳体内部，，光学镜头通过连接器与装配壳体相连接；在屏蔽壳体内部设有高速线阵CCD传感器；每个第二光学采集和处理单元中的高速线阵CCD传感器均与驱动处理模块相连接，驱动处理模块与外壳体中的微处理计算机相连接；这样，通过外同步触发指令，高速线阵CCD传感器可获得飞行目标穿过第二探测光幕M2和第四探测光幕M4的时间以及飞行目标穿过探测光幕的位置信息。

优选的是，依次位于外壳上表面的第一水平面、第一斜面、第二水平面、第二斜面以及第三水平面上的五个光学镜头分别对应五个探测光幕，分别是第一探测光幕M1、第二探测光幕M2、第三探测光幕M3、第四探测光幕M4和第五探测光幕M5，这5个探测光幕均位于发射目标方向；其中，第三探测光幕M3位于第一探测光幕M1和第五探测光幕M5中间，第一探测光幕M1、第三探测光幕M3和第五探测光幕M5相互之间平行且均垂直于目标发射方向即弹道方向；第二探测光幕M2和第四探测光幕M4为成像探测光幕；第二探测光幕M2和第四探测光幕M4与第三探测光幕M3之间均成45°角，也就是第二探测光幕M2和第四探测光幕M4之间交汇成90°夹角并且相对于第三探测光幕M3对称设置；第二探测光幕M2和第四探测光幕M4获取的目标图像通过数据线传输给微处理计算机。

优选的是，在第二水平面上且在第一光学采集和处理单元的光学镜头旁设置有两个水平水泡装置，这两个水平水泡装置相互垂直；外壳体设置在底座上并位于底座的中部，底座为矩形，在底座的四个角位置处分别安装有调整旋钮和底脚，外壳体与调整旋钮和底脚之间通过螺钉连接，其中，调整旋钮配置地用于调整探测靶体呈水平，并通过水平水泡装置观测水平程度，在探测靶体侧面设有控制面板，在控制面板上设有电源供电输入端口、探测靶体内部电源开关、远程数据传输接口、五段波段开关以及电源指示与信号测试电压表。

优选的是，上述第一至第五探测光幕M1-M5配置地用于在外同步触发信号的控制下，当飞行目标从第一探测光幕M1开始依次穿过第一探测光幕M1、第四探测光幕M4、第三探测光幕M3、第二探测光幕M2和第五探测光幕M5时，第一探测光幕M1、第三探测光幕M3和第五探测光幕M5所属的第一光学探测和处理单元中的光电阵列探测接收器的感光面上获得瞬间变化的目标信号，该信号经过各自目标探测信号放大与处理电路处理并输出脉动计时触发信号，外壳体中的计时处理电路接收到计时触发信号后向第一探测光幕M1、第三探测光幕M3和第五探测光幕M5发送启动信号并获得飞行目标穿过光幕的计时值以及飞行速度、位置信息，并将计时值通过数据传输线传送到微处理计算机中，这样可构成双平行测速体系；同时，第二光学采集和处理单元中的高速线阵CCD传感器获得飞行目标依次穿过第四探测光幕M4和第二探测光幕M2时的图像，并通过数据线将图像传输给并存储在微处理计算机中，微处理计算机利用图像处理软件获得飞行目标在穿过第四探测光幕M4和第二探测光幕M2时的时间和位置信息，这样，当飞行目标依次穿过五个探测光幕时，可获得五个时间信息值t1、t2、t3、t4和t5以及相关的位置信息，结合探测靶体结构和光学镜头之间的几何关系，在微处理计算机中可获得飞行目标的着靶坐标和飞行偏向角度。

本发明还提供一种立靶精度测试方法，其采用上述任一项技术方案中所述的立靶精度测试系统，具体操作步骤包括：

(1)在预定测试位置弹道上，将探测靶体布置在沿枪炮发射目标的方向上，靶体中的五个光学镜头排列与弹道线重合，调整调整旋钮和底脚，观测两个方向的水平水泡，使探测靶体处于水平状态；

(2)将供电电源放置于探测靶体旁边，并将电源线连接到探测靶体控制面板上的电源供电输入端口；

(3)将电缆线一端接到探测靶体控制面板上的远程数据传输接口中，另一端接到终端计算机中，形成了远程通讯网络；

(4)打开靶体的控制面板上的电源开关，启动测试程序，计时处理电路和微处理计算机采集与处理飞行目标穿过第二探测光幕M2和第四探测光幕M4时的目标图像，经过图像处理技术获得图像上的目标坐标(n1，m1)和(n2，m2)，即目标穿过第二探测光幕M2与第四探测光幕M4时，相机采集到当前目标在相机图像中的目标图像坐标，其中，纵坐标为目标成像所在的扫描行数，横坐标为目标成像所在的像元数，结合线阵CCD传感器采集频率和像元尺寸大小及五个探测光幕的几何关系，获取飞行目标穿越五个探测光幕的时间值t1-t5，进而计算出飞行目标的平均速度、着靶坐标和飞行偏向角，即：目标平均速度,飞行偏向角度θ和γ、着靶坐标(x，y)，再通过远程通讯方式传输到终端计算机。

优选的是，上述的立靶精度测试方法所采用的具体计算方法包括：

(1)确定飞行目标速度表示式，假设飞行目标速度为，第一探测光幕M1与第三探测光幕M3距离为S1，第三探测光幕M3与第五探测光幕M5距离为S2，第一探测光幕M1与第五探测光幕M5距离为S，S＝S1+S2，目标飞行方向是任意的，其飞行方向与xoz平面的夹角为γ，与yoz平面的夹角为θ，则计算的平均速度 $\stackrel{\‾}{v}=\frac{1}{3}(\frac{S_1}{t_3-t_1}+\frac{S_2}{t_5-t_3}\frac{S}{t_5-t_1})\frac{1}{cos\mathrm{\θ}\·cos\mathrm{\γ}};$

(2)确定 $\stackrel{\‾}{v}=\frac{1}{3}(\frac{S_1}{t_3-t_1}+\frac{S_2}{t_5-t_3}\frac{S}{t_5-t_1})\frac{1}{cos\mathrm{\θ}\·cos\mathrm{\γ}}$ 表达式中的γ和θ的表示式

利用第二探测光幕M2与第四探测光幕M4采集到图像，进行图像处理获得目标在两个探测光幕的目标图像坐标(n1，m1)和(n2，m2)，即目标穿过第二探测光幕M2与第四探测光幕M4时，相机采集到当前目标在相机图像中的目标图像坐标，其中，纵坐标为目标成像所在的扫描行数，横坐标为目标成像所在的像元数，若线阵CCD的扫描速率为K，像元尺寸为A，总像元数为N，光学镜头焦距为f，则目标飞行到第二探测光幕M2与第四探测光幕M4时的时间分别为t₂＝m₁/K和t₄＝m₂/K，结合探测靶体中的五个光幕空间几何关系，得到目标飞行偏向角γ和θ：

(3)如果第五探测光幕M₅与实际着靶的木板靶距离为L，则目标着靶坐标为：

本发明一体化立靶精度测系统装置，利用三个光电探测原理和两个线阵CCD图像交汇原理构建了五个交汇光幕空间几何阵列，实现了一体化的目标速度、坐标、飞行偏向角度测量，简化了传统独立装置结构布置繁琐劳动，减少了传统布置过程中外场测量参数由于地势不平等因素对测试参数的影响，所采用的双平行光幕测速方法，提高了中间计算参数速度的精度，进而提高了测试系统坐标与偏向角精度。

附图说明

图1是本发明所述的立靶精度测试系统的连接示意图图；

图2是本发明所述的立靶精度测试系统的结构分解图；

图3是本发明所述的立靶精度测试系统中靶体的后视图；

图4是本发明所述的立靶精度测试系统中靶体的俯视图；

图5是本发明所述的立靶精度测试方法的示意图；

图6是本发明所述的目标飞行方向矢量示意图；

图7是本发明所述的五个探测光幕侧面观测光幕的示意图；

图8是本发明所述的五个探测光幕空中俯视时在某一高度下的光幕示意图。

其中：

1-光学镜头；2-连接器；3-水平水泡装置；4-狭缝光栅；5-光电阵列探测接收器；6-目标探测信号放大与处理电路；7-高速线阵CCD传感器；8-装配壳体；9-屏蔽壳体；10-计时处理电路；11-微处理计算机；12-调整旋钮；13-底脚；14-底座；15-电源指示与信号测试电压表；16-五段波段开关；17-远程数据传输接口；18-靶体内部电源开关；19-电源供电输入端口；20-探测靶体；21供电电源；22-终端计算机；23-木板靶；31-第一水平面、32-第二水平面、33-第三水平面、34-第一斜面、35-第二斜面。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的意图，下面结合附图对本发明内容做进一步说明。

参照图1所示，图1示出了一种立靶精度测试系统，其包括探测靶体20、供电电源21、终端计算机22，其中，供电电源21为探测靶体20提供电能，探测靶体20通过电缆线将数据信号传输到终端计算机22，其中探测靶体20应相对枪炮发射目标的方向设置在弹道线的测试位置上。所述立靶精度测试系统还包括木板靶23，木板靶23设置在目标飞行方向上且相对于探测靶体20的远侧。

参照图2和图4所示，探测靶体20包括外壳体、多个光学采集和处理单元、微处理计算机11以及计时处理电路10，其中，外壳体为中空结构且上表面设置成两端高中间低的凹陷结构，光学采集和处理单元设置在外壳体的上表面上，微处理计算机11和计时处理电路10均设置在外壳体的内部。

具体地，外壳体的上表面包括第一水平面31、第二水平面32、第三水平面33、第一斜面34和第二斜面35，其中第二水平面32位于中间，第一水平面31和第三水平面33形状相同、水平高度相同且以第二水平面32为中心对称地位于外壳体上表面的两端，第一水平面31和第三水平面33的水平高度大于第二水平面32，此外，第一斜面34和第二斜面35分别位于第一水平面31和第二水平面32以及第二水平面32和第三水平面33之间，且分别将一水平面31和第二水平面32以及第二水平面32和第三水平面33连接在一起。

上述的光学采集和处理单元包括两种结构，分别是第一光学采集和处理单元和第二光学采集和处理单元，在本实施例中，在第一水平面31、第二水平面32和第三水平面33上均设置一个相同的第一光学采集和处理单元，在第一斜面34和第二斜面35上均设置一个相同的第二光学采集和处理单元，具体而言，

第一光学采集和处理单元包括光学镜头1、连接器2和屏蔽壳体9，其中，屏蔽壳体9能够消除来自外界的电磁干扰；光学镜头1固定安装在外壳体上表面上，屏蔽壳体9位于外壳体内部，光学镜头1通过连接器2与屏蔽壳体9相连接；在屏蔽壳体9内部设有目标探测信号放大与处理电路6、狭缝光栅4和光电阵列探测接收器5，其中，目标探测信号放大与处理电路6位于屏蔽壳体9的底部，狭缝光栅4位于屏蔽壳体9内部且位于光学镜头1下方，此外，狭缝光栅上的孔与屏蔽壳体9上表面上的孔相对，这样狭缝光栅4能够通过屏蔽壳体9上的孔向外投射光，并在光学镜头1的上方形成扇形探测光幕，光电阵列探测接收器5位于狭缝光栅4的正下方并且由24个接收微单元拼接而成，光电阵列探测接收器5的探测感光面积为50.3mm×2mm；每个第一光学采集和处理单元中的目标探测信号放大与处理电路6均与外壳体中的计时处理电路10相连接。

第二光学采集和处理单元包括光学镜头1、驱动处理模块、连接器2和装配壳体8，其中，光学镜头1固定安装在外壳体上表面上，装配壳体8位于外壳体内部，光学镜头1通过连接器2与装配壳体8相连接；在装配壳体8内部设有高速线阵CCD传感器7；每个第二光学采集和处理单元中的高速线阵CCD传感器7均与其内部的驱动处理模块相连接，驱动处理模块与外壳体中的微处理计算机11相连接；这样，通过外同步触发指令，高速线阵CCD传感器7可获得飞行目标穿过探测光幕的时间以及飞行目标穿过探测光幕的位置信息。

在第二水平面32上且在第一光学采集和处理单元的光学镜头1旁设置有两个水平水泡装置3，这两个水平水泡装置3相互垂直布置。

依次位于外壳上表面的一水平面31、第一斜面34、第二水平面32、第二斜面35以及第三水平面33上的5个光学镜头1分别对应5个探测光幕，分别是第一探测光幕M1、第二探测光幕M2、第三探测光幕M3、第四探测光幕M4和第五探测光幕M5，这5个探测光幕均位于发射目标方向；其中，第三探测光幕M3位于第一探测光幕M1和第五探测光幕M5中间，第一探测光幕M1、第三探测光幕M3和第五探测光幕M5相互之间平行且均垂直于目标发射方向即弹道方向；第二探测光幕M2和第四探测光幕M4为成像探测光幕；第二探测光幕M2和第四探测光幕M4与第三探测光幕M3之间均成45°角，也就是第二探测光幕M2和第四探测光幕M4之间交汇成90°夹角并且相对于第三探测光幕M3对称设置；第二探测光幕M2和第四探测光幕M4获取的目标图像通过数据线传输给微处理计算机11。

这样，在外同步触发信号的控制下，当飞行目标从第一探测光幕M1开始依次穿过第一探测光幕M1、第四探测光幕M4、第三探测光幕M3、第二探测光幕M2和第五探测光幕M5时，第一探测光幕M1、第三探测光幕M3和第五探测光幕M5所属的第一光学探测和处理单元中的光电阵列探测接收器5的感光面上获得瞬间变化的目标信号，该信号经过各自目标探测信号放大与处理电路6处理并输出脉动计时触发信号，外壳体中的计时处理电路10接收到计时触发信号后向第一探测光幕M1、第三探测光幕M3和第五探测光幕M5发送启动信号并获得飞行目标穿过光幕的计时值以及飞行速度、位置信息等，并将计时值通过数据传输线传送到微处理计算机11中，这样可构成双平行测速体系，形成双平行测速体系可以获得精度较高的飞行目标速度，因为采用双平行探测光幕可以获得三个速度值，分别是飞行目标在第一探测光幕M1和第三探测光幕M3之间的区间速度v1、在第一探测光幕M1和第五探测光幕M5之间的区间速度v2以及在第三探测光幕M3和第五探测光幕M5之间的区间速度v3，这样可以通过取三个区间速度的平均值获得精度较高的飞行目标速度，降低了由于光幕不平行度引起的计时误差，提高了飞行目标的测速精度，从而为整个装置坐标和飞行偏向角的计算提供高精度计算的速度值。

同时，第二光学采集和处理单元中的高速线阵CCD传感器7获得飞行目标依次穿过第四探测光幕M4和第二探测光幕M2时的图像，并通过数据线将图像传输给并存储在微处理计算机11中，微处理计算机11利用图像处理软件获得飞行目标在穿过第四探测光幕M4和第二探测光幕M2时的时间和位置信息，这样，当飞行目标依次穿过五个探测光幕时，可获得五个时间信息值t1、t2、t3、t4和t5以及相关的位置信息，结合探测靶体结构和光学镜头之间的几何关系，在微处理计算机11中可获得飞行目标的着靶坐标和飞行偏向角度。

外壳体设置在底座14上并位于底座14的中部，底座14为矩形，在底座14的四个角位置处分别安装有调整旋钮12和底脚13，外壳体与调整旋钮12和底脚13之间通过螺钉连接，其中，调整旋钮12配置地用于调整探测靶体20呈水平，并通过水平水泡装置3观测水平程度。

参照图3，此外，在探测靶体20侧面设有控制面板，在控制面板上设有电源供电输入端口19、探测靶体内部电源开关18、远程数据传输接口17、五段波段开关16以及电源指示与信号测试电压表15。

参照图5-8所示，利用上述实施例中详细说明的立靶精度测试系统，可执行下面所述的一体化立靶精度测试系统测试方法，具体操作步骤包括：

(1)在预定测试位置弹道上，将探测靶体20布置在沿枪炮发射目标的方向上，探测靶体20中的五个光学镜头排列与弹道线重合，调整调整旋钮12和底脚13，观测两个方向的水平水泡3，使探测靶体20处于水平状态；

(2)将供电电源21放置于探测靶体20旁边，并将电源线连接到探测靶体控制面板上的电源供电输入端口19；

(3)将电缆线一端接到探测靶体20控制面板上的远程数据传输接口17中，另一端接到终端计算机22中，形成了远程通讯网络；

(4)打开探测靶体20的控制面板上的电源开关18，启动测试程序，计时处理电路10和微处理计算机11采集与处理飞行目标穿过第二探测光幕M2和第四探测光幕M4时的目标图像，经过图像处理技术获得图像上的目标坐标(n1，m1)和(n2，m2)，即目标穿过第二探测光幕M2与第四探测光幕M4时，相机采集到当前目标在相机图像中的目标图像坐标，其中，纵坐标为目标成像所在的扫描行数，横坐标为目标成像所在的像元数，结合线阵CCD传感器7采集频率和像元尺寸大小，同时结合五个探测光幕的几何关系，获取飞行目标穿越五个探测光幕的时间值t1-t5，进而计算出飞行目标的平均速度、着靶坐标和飞行偏向角，即：目标平均速度,飞行偏向角度θ和γ、着靶坐标(x，y)，再通过远程通讯方式传输到终端计算机22。

其中，上述的立靶精度测试方法所采用的具体计算方法包括：

(1)确定飞行目标速度表示式，假设飞行目标速度为，第一探测光幕M1与第三探测光幕M3距离为S1，第三探测光幕M3与第五探测光幕M5距离为S2，第一探测光幕M1与第五探测光幕M5距离为S，S＝S1+S2，目标飞行方向是任意的，o₁o₂是目标在理想状态下垂直穿过五个探测光幕的路径，o‘₁o’₂是目标在实际中穿过五个探测光幕的飞行路径，其飞行方向与xoz平面的夹角为γ，与yoz平面的夹角为θ，则计算的平均速度 $\stackrel{\‾}{v}=\frac{1}{3}(\frac{S_1}{t_3-t_1}+\frac{S_2}{t_5-t_3}\frac{S}{t_5-t_1})\frac{1}{cos\mathrm{\θ}\·cos\mathrm{\γ}};$

(2)确定 $\stackrel{\‾}{v}=\frac{1}{3}(\frac{S_1}{t_3-t_1}+\frac{S_2}{t_5-t_3}\frac{S}{t_5-t_1})\frac{1}{cos\mathrm{\θ}\·cos\mathrm{\γ}}$ 表达式中的γ和θ的表示式

利用第二探测光幕M2与第四探测光幕M4采集到图像，进行图像处理获得目标在两个探测光幕的目标图像坐标(n1，m1)和(n2，m2)，即目标穿过第二探测光幕M2与第四探测光幕M4时，相机采集到当前目标在相机图像中的目标图像坐标，其中，纵坐标为目标成像所在的扫描行数，横坐标为目标成像所在的像元数，若高速线阵CCD传感器7的扫描速率为K，像元尺寸为A，总像元数为N，光学镜头焦距为f，则目标飞行到第二探测光幕M2与第四探测光幕M4时的时间分别为t₂＝m₁/K和t₄＝m₂/K，结合探测靶体20中的五个光幕空间几何关系，得到目标飞行偏向角γ和θ：

(3)如果第五探测光幕M5与实际着靶的木板靶23距离为L，则目标着靶坐标为：

本发明所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种立靶精度测试系统，其包括探测靶体(20)、供电电源(21)以及终端计算机(22)，其中，供电电源(21)为探测靶体(20)提供电能，探测靶体(20)通过电缆线将数据信号传输到终端计算机(22)，其中，探测靶体(20)相对枪炮发射目标的方向设置在弹道线的测试位置上，其特征在于：探测靶体(20)包括外壳体、多个光学采集和处理单元、微处理计算机(11)以及计时处理电路(10)，其中，外壳体为中空结构且上表面设置成两端高中间低的凹陷结构，多个光学采集和处理单元设置在外壳体的上表面上，微处理计算机(11)和计时处理电路(10)均设置在外壳体的内部。

2.根据权利要求1所述的立靶精度测试系统，其特征在于：外壳体的上表面包括第一水平面(31)、第二水平面(32)、第三水平面(33)、第一斜面(34)和第二斜面(35)，其中第二水平面(32)位于中间，第一水平面(31)和第三水平面(33)形状相同、水平高度相同且以第二水平面(32)为中心对称地位于外壳体上表面的两端，第一水平面(31)和第三水平面(33)的水平高度大于第二水平面(32)，此外，第一斜面(34)和第二斜面(35)分别位于第一水平面(31)和第二水平面(32)以及第二水平面(32)和第三水平面(33)之间，且分别将第一水平面(31)和第二水平面(32)以及第二水平面(32)和第三水平面(33)连接在一起。

3.根据权利要求2所述的立靶精度测试系统，其特征在于：所述光学采集和处理单元包括两种结构，分别是第一光学采集和处理单元和第二光学采集和处理单元，在第一水平面(31)、第二水平面(32)和第三水平面(33)上均设置相同的第一光学采集和处理单元，在第一斜面(34)和第二斜面(35)上均设置相同的第二光学采集和处理单元。

4.根据权利要求3所述的立靶精度测试系统，其特征在于：第一光学采集和处理单元包括光学镜头(1)、连接器(2)和屏蔽壳体(9)，其中，屏蔽壳体(9)能够消除来自外界的电磁干扰；光学镜头(1)固定安装在外壳体上表面上，屏蔽壳体(9)位于外壳体内部，光学镜头(1)通过连接器(2)与屏蔽壳体(9)相连接；在屏蔽壳体(9)内部设有目标探测信号放大与处理电路(6)、狭缝光栅(4)和光电阵列探测接收器(5)，其中，目标探测信号放大与处理电路(6)位于屏蔽壳体(9)的底部，狭缝光栅(4)位于屏蔽壳体(9)的内部且位于光学镜头(1)下方，此外，狭缝光栅(4)中的孔与屏蔽壳体(9)上表面上的孔相对，这样狭缝光栅(4)能够通过屏蔽壳体(9)上的孔向外投射光，并在光学镜头(1)的上方形成扇形探测光幕，光电阵列探测接收器(5)位于狭缝光栅(4)的正下方并且由24个接收微单元拼接而成；每个第一光学采集和处理单元中的目标探测信号放大与处理电路(6)均与外壳体中的计时处理电路(10)相连接。

5.根据权利要求3所述的立靶精度测试系统，其特征在于：第二光学采集和处理单元包括光学镜头(1)、驱动处理模块、连接器(2)和装配壳体(8)，其中，光学镜头(1)固定安装在外壳体上表面上，装配壳体(8)位于外壳体内部，光学镜头(1)通过连接器(2)与装配壳体(8)相连接；在装配壳体(8)内部设有高速线阵CCD传感器(7)；每个第二光学采集和处理单元中的高速线阵CCD传感器(7)均与驱动处理模块相连接，驱动处理模块与外壳体中的微处理计算机(11)相连接；这样，通过外同步触发指令，高速线阵CCD传感器(7)可获得飞行目标穿过探测光幕的时间以及飞行目标穿过探测光幕的位置信息。

6.根据权利要求5所述的立靶精度测试系统，其特征在于：依次位于外壳上表面的第一水平面(31)、第一斜面(34)、第二水平面(32)、第二斜面(35)以及第三水平面(33)上的五个光学镜头(1)分别对应五个探测光幕，分别是第一探测光幕M₁、第二探测光幕M₂、第三探测光幕M₃、第四探测光幕M₄和第五探测光幕M5，这五个探测光幕均位于发射目标方向；其中，第三探测光幕M₃位于第一探测光幕M₁和第五探测光幕M5中间，第一探测光幕M₁、第三探测光幕M₃和第五探测光幕M5相互之间平行且均垂直于目标发射方向即弹道方向；第二探测光幕M2和第四探测光幕M₄为成像探测光幕；第二探测光幕M₂和第四探测光幕M₄与第三探测光幕M3之间均成45°角，也就是第二探测光幕M₂和第四探测光幕M₄之间交汇成90°夹角并且相对于第三探测光幕M3对称设置；第二探测光幕M₂和第四探测光幕M₄获取的目标图像通过数据线传输给微处理计算机(11)。

7.根据权利要求6所述的立靶精度测试系统，其特征在于：在第二水平面上且在第一光学采集和处理单元的光学镜头(1)旁设置有两个水平水泡装置(3)，这两个水平水泡装置(3)相互垂直布置；外壳体设置在底座(14)上并位于底座(14)的中部，底座(14)为矩形，在底座(14)的四个角位置处分别安装有调整旋钮(12)和底脚(13)，外壳体与调整旋钮(12)和底脚(13)之间通过螺钉连接，其中，调整旋钮(12)配置地用于调整探测靶体(20)呈水平，并通过水平水泡装置(3)观测水平程度，在探测靶体(20)侧面设有控制面板，在控制面板上设有电源供电输入端口(19)、探测靶体内部电源开关(18)、远程数据传输接口(17)、五段波段开关(16)以及电源指示与信号测试电压表(15)。

8.根据权利要求7所述的立靶精度测试系统，其特征在于：上述第一至第五探测光幕M₁–M₅配置地用于在外同步触发信号的控制下，当飞行目标从第一探测光幕M₁开始依次穿过第一探测光幕M₁、第四探测光幕M₄、第三探测光幕M₃、第二探测光幕M₂和第五探测光幕M₅时，第一探测光幕M₁、第三探测光幕M₃和第五探测光幕M₅所属的第一光学探测和处理单元中的光电阵列探测接收器(5)的感光面上获得瞬间变化的目标信号，该信号经过各自目标探测信号放大与处理电路(6)处理并输出脉动计时触发信号，外壳体中的计时处理电路(10)接收到计时触发信号后向第一探测光幕M₁、第三探测光幕M₃和第五探测光幕M₅发送启动信号并获得飞行目标穿过光幕的计时值以及飞行速度、位置信息，并将计时值通过数据传输线传送到微处理计算机(11)中，这样可构成双平行测速体系；同时，第二光学采集和处理单元中的高速线阵CCD传感器(7)获得飞行目标依次穿过第四探测光幕M₄和第二探测光幕M₂时的图像，并通过数据线将图像传输给并存储在微处理计算机(11)中，微处理计算机(11)利用图像处理软件获得飞行目标在穿过第四探测光幕M₄和第二探测光幕M₂时的时间和位置信息，这样，当飞行目标依次穿过五个探测光幕时，可获得五个时间信息值t₁、t₂、t₃、t₄和t₅以及相关的位置信息，结合探测靶体结构和光学镜头之间的几何关系，在微处理计算机(11)中可获得飞行目标的着靶坐标和飞行偏向角度。

9.一种立靶精度测试方法，其采用上述权利要求1-8中任一项所述的立靶精度测试系统，其特征在于：具体操作步骤包括：

(1)在预定测试位置弹道上，将探测靶体(20)布置在沿枪炮发射目标的方向上，探测靶体(20)中的五个光学镜头排列与弹道线重合，调整调整旋钮(12)和底脚(13)，观测两个方向的水平水泡装置(3)，使探测靶体(20)处于水平状态；

(2)将供电电源(21)放置于探测靶体(20)旁边，并将电源线连接到探测靶体控制面板上的电源供电输入端口(19)；

(3)将电缆线一端接到探测靶体(20)控制面板上的远程数据传输接口(17)中，另一端接到终端计算机(22)中，形成了远程通讯网络；

(4)打开探测靶体(20)的控制面板上的电源开关(18)，启动测试程序，计时处理电路(10)和微处理计算机(11)采集与处理飞行目标穿过第二探测光幕M2和第四探测光幕M₄时的目标图像，经过图像处理技术获得图像上的目标坐标(n₁，m₁)和(n₂，m₂)，结合线阵CCD传感器(7)采集频率和像元尺寸大小及五个探测光幕的几何关系，获取飞行目标穿越5个探测光幕的时间值t₁-t₅，进而计算出飞行目标的平均速度、着靶坐标和飞行偏向角，即：目标平均速度飞行偏向角度θ和γ、着靶坐标(x，y)，再通过远程通讯方式传输到终端计算机(22)。

10.根据权利要求9所述的立靶精度测试方法，其特征在于：上述的立靶精度测试方法所采用的具体计算方法包括：

(1)确定飞行目标速度表示式，假设飞行目标速度为第一探测光幕M1与第三探测光幕M3距离为S1，第三探测光幕M3与第五探测光幕M5距离为S2，第一探测光幕M1与第五探测光幕M5距离为S，S＝S1+S2，目标飞行方向是任意的，其飞行方向与xoz平面的夹角为γ，与yoz平面的夹角为θ，则计算的平均速度 $\stackrel{\‾}{v}=\frac{1}{3}(\frac{S_1}{t_3-t_1}+\frac{S_2}{t_5-t_3}\frac{S}{t_5-t_1})\frac{1}{cos\mathrm{\θ}\·cos\mathrm{\γ}};$

(2)确定 $\stackrel{\‾}{v}=\frac{1}{3}(\frac{S_1}{t_3-t_1}+\frac{S_2}{t_5-t_3}\frac{S}{t_5-t_1})\frac{1}{cos\mathrm{\θ}\·cos\mathrm{\γ}}$ 表达式中的γ和θ的表示式

利用第二探测光幕M2与第四探测光幕M4采集到图像，进行图像处理获得目标在两个探测光幕的目标图像坐标(n1，m1)和(n2，m2)，即目标穿过第二探测光幕M2与第四探测光幕M4时，相机采集到当前目标在相机图像中的目标图像坐标，其中，纵坐标为目标成像所在的扫描行数，横坐标为目标成像所在的像元数，若线阵CCD的扫描速率为K，像元尺寸为A，总像元数为N，光学镜头焦距为f，则目标飞行到第二探测光幕M2与第四探测光幕M4时的时间分别为t₂＝m₁/K和t₄＝m₂/K，结合探测靶体(20)中的五个光幕空间几何关系，得到目标飞行偏向角γ和θ：

(3)如果第五探测光幕M5与实际着靶的木板靶(23)距离为L，则目标着靶坐标为：