CN104807784B - 推进剂烟雾遮蔽能力外场测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种推进剂烟雾遮蔽能力外场测试装置及方法，该装置包括靶板、激光照射器、可见光传感器、红外光传感器、激光传感器、衰减片、便携式计算机。通过该装置可获取不同波段的光学背景被推进剂羽流烟雾遮挡的图像序列，利用图像序列中灰度值来表征光学背景在烟雾遮蔽下的光强变化，最终获得推进剂烟雾对可见光、红外光以及激光的遮蔽能力。该装置及方法可对在试验外场对烟雾场整体遮蔽能力进行测试，具有结构简单，性能可靠，使用安全和重复性好等优点。

Description

推进剂烟雾遮蔽能力外场测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种推进剂烟雾遮蔽能力外场测试装置和方法，适用于推进剂烟雾测试领域。

背景技术

固体火箭发动机工作产生的羽烟会影响导弹的命中精度，推进剂的烟雾特性是推进剂特征信号的一个重要指标。传统烟雾光透过率的测试方法是GJB 770B-2005火药试验方法801.1《固体推进剂羽烟红外透过率试验烟雾透过率法》，该方法测试原理为：测试光线经推进剂羽流烟雾衰减后光强降低，光束穿过烟雾前后的光强比值定义为烟雾的透过率。此方法属于点测试方法，为了保证测试结果的准确性，需要对烟雾进行初步的处理，因而测量的结果并不是工作状态下的烟雾的光透过率特征；并且光电传感器的数值孔径比较小，不能得到烟雾大范围的特征及其分布情况，具有一定的局限性。

发明内容

为了克服GJB 770B-2005火药试验方法801.1《固体推进剂羽烟红外透过率试验烟雾透过率法》在测试环境和测试对象的局限性，提出了一种推进剂烟雾遮蔽能力外场测试装置及方法。

本发明提供的一种推进剂烟雾遮蔽能力外场测试装置，包括：靶板、激光照射器、可见光传感器、红外光传感器、激光传感器、衰减片、便携式计算机；

所述靶板版面为黑白相间的条纹，条纹背面有对应的高低温水槽，以及水浴恒温装置，保证黑白条纹保持相对稳定的温度特性；

所述的激光照射器，可对靶板进行照射，提供稳定的激光光学背景。

所述的可见光传感器，是镜头前加置可见光窄带滤光片的摄像机。

所述的红外光传感器，是镜头前加置红外光窄带滤光片的摄像机。

所述的激光传感器，是镜头前加置808nm激光窄带滤光片的摄像机。

所述衰减片，是一组已知光学透过率的光学玻璃。

本发明提供的一种推进剂烟雾遮蔽能力外场测试方法，步骤如下：

第一步：在试验场地，测试发动机轴向的一侧放置靶板及激光照射器，另一侧放置可见光传感器、红外光传感器、激光传感器及便携式计算机作为接收端；

第二步：使用一组已知透过率的中性衰减片依次放置于可见光传感器前，得到一组包含无衰减的不同衰减幅度的靶板图像序列，将无衰减的靶板图像作为基准图像，将图像序列中的每一帧图像像素的灰度值与基准图像对应像素点的灰度值的比值作为透过率的实测值，用标称值序列与实测值序列绘制分段线性曲线；测试结束后利用该分段线性曲线对可见光传感器的测量结果进行校准；红外光传感器、激光传感器的校准过程参照可见光传感器的校准方法进行校准；

第三步：在火箭发动机工作前通过便携式计算机启动可见光传感器、红外光传感器、激光传感器，采集发动机工作前后推进剂烟雾通过靶板的可见光、红外光、激光图像序列；

第四步：对试验采集获得的可见光图像序列逐帧处理提取靶板区域的图像，将发动机工作前的图像序列作为基准序列，将基准图像序列的灰度求平均值合成基准图像；计算图像序列中的每一帧图像像素的灰度与基准图像的灰度值的比值，用第二步获得的校准曲线对计算结果进行校准；计算结果表征该时刻烟雾场对可见光光学信号的遮蔽能力；红外光图像序列、激光图像序列参照可见光图像序列的处理方法进行数据处理。

本发明的有益效果：将传统的点测量方法升级为面测量，将测试方法中测试环境的要求放宽，通过该装置及方法可以获取一定空间范围内的推进剂烟雾光透过率的分布特性，更全面地表征推进剂烟雾的整体遮蔽能力。

附图说明

图1本发明示意图，1-靶板，2-可见光传感器，3-红外传感器，4-激光传感器，5-便携式计算机，6-激光照射器。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步解释说明。

测试现场布置：靶板和激光照射器如图1所示，位于火箭发动机的轴线方向一侧(与轴向距离不大于5m)，靶面与发动机轴线方向平行。可见、红外、激光摄像机位于轴线的另一侧，以保证设备安全为原则，距离可调。

系统标定：在摄像机镜头前依次放置已知透过率的中性衰减片并拍摄图像，获得相对光强为10％、20％……90％、100％的光束照射下的靶板图像。

将一组图像载入内存中，软件自动选取黑白区域，计算靶板两个区域灰度均值，获得一组两区域的灰度均值。

将每副图像的灰度均值与100％相对光强的图像的灰度均值的比值，作为该图像的透过率，用黑色区域的透过率对白色区域透过率进行校准，利用线性差值方法对系统的透过率响应曲线进行拟合，作为后期数据中系统校准的依据。

实施例1

在发动机点火前触发可见光传感器的图像数据采集，等发动机工作完1分钟后停止视频采集。

将采集视频转换为图像序列，提取靶板区域，生成新的图像序列。

在新的图像序列中，将每一帧图像的每一个像素点与第一帧图像的对应像素点的灰度进行比值，比值结果为图像的透过率。

对图像序列中每一帧图像进行操作，利用系统校准结果对图像中每个像素点的透过率进行校准。

对图像中的特定区域求透过率平均值，对图像中的特定区域的透过率在一定时间内的平均值。

红外传感器以及激光传感器的图像采集及数据处理方法与可见光传感器的采集及数据处理方法类似。

本发明并不限于上述实施方式，采用与本发明上述实施例相同或近似的结构，而得到的其他结构设计，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种推进剂烟雾遮蔽能力外场测试装置，其特征在于，该装置包括：靶板(1)、激光照射器(6)、可见光传感器(2)、红外光传感器(3)、激光传感器(4)、衰减片、便携式计算机(5)；所述可见光传感器(2)、红外光传感器(3)、激光传感器(4)分别与便携式计算机(5)相连；所述的靶板(1)正面为黑白相间的条纹，背面对应黑白条纹处粘结两路水槽，两路水槽分别连接高低温水浴装置；所述的可见光传感器(2)，是镜头前加置可见光窄带滤光片的摄像机；所述的红外光传感器(3)，是镜头前加置红外窄带滤光片的摄像机；所述的激光传感器(4)，是镜头前加置激光窄带滤光片的摄像机；所述的激光照射器(6)，用于对靶板(1)进行照射，提供稳定的激光光学背景。

2.根据权利要求1所述的推进剂烟雾遮蔽能力外场测试装置，其特征在于所述激光窄带滤光片的透光波段为808nm。

3.一种推进剂烟雾遮蔽能力外场测试方法，其特征在于：

第一步：在试验场地，测试发动机轴向的一侧放置靶板(1)及激光照射器(6)，另一侧放置可见光传感器(2)、红外光传感器(3)、激光传感器(4)及便携式计算机(5)作为接收端；

第二步：使用一组已知透过率的中性衰减片依次放置于可见光传感器(2)前，得到一组包含无衰减的不同衰减幅度的靶板(1)图像序列，将无衰减的靶板图像作为基准图像，将图像序列中的每一帧图像像素的灰度值与基准图像对应像素点的灰度值的比值作为透过率的实测值，用标称值序列与实测值序列绘制分段线性曲线；测试结束后利用该分段线性曲线对可见光传感器的测量结果进行校准；红外光传感器(3)、激光传感器(4)的校准过程参照可见光传感器的校准方法进行校准；

第三步：在火箭发动机工作前通过便携式计算机(5)启动可见光传感器(2)、红外光传感器(3)、激光传感器(4)，采集发动机工作前后推进剂烟雾通过靶板(1)的可见光、红外光、激光图像序列；

第四步：对试验采集获得的可见光图像序列逐帧处理提取靶板区域的图像，将发动机工作前的图像序列作为基准序列，将基准图像序列的灰度求平均值合成基准图像；计算图像序列中的每一帧图像像素的灰度与基准图像的灰度值的比值，用第二步获得的校准曲线对计算结果进行校准；计算结果表征该时刻烟雾场对可见光光学信号的遮蔽能力；红外光图像序列、激光图像序列参照可见光图像序列的处理方法进行数据处理。