CN105588478A - 一种中靶时刻测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中靶时刻测量装置及测量方法，所述光纤传感器为单根传感光纤，在目标靶内往复排布，覆盖目标靶靶面区域，排布间距小于试验弹中靶形成的区域直径；光源发出的光信号经光纤传感器传输至光电探测器，由光电探测器转换成电信号，再经信号处理后输入至信息采集与处理模块；所述授时模块获取当前的时间信息供信息采集与处理模块使用；当光纤通断状态信号由通光状态“1”变为不通光状态“0”时，读取授时模块中的时间信息，将时间信息作为中靶时刻。本发明可精确测定试验弹中靶时刻，还可作为其它靶场测量方式的辅助分析手段，提高其有效数据提取效率。本方法所述实施方案具有成本低、响应速度快、测量精度高、可靠性高、安装布设简单、抗干扰能力强的优点。

Description

一种中靶时刻测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种中靶时刻测量装置及测量方法，属于中靶信息测量技术领域。

背景技术

随着制导武器的打击精度的提高，对于中靶信息的测量也要求越来越精确。对中靶时刻进行精确测量，不仅能综合其它中靶信息共同鉴定武器系统的制导精度、判定毁伤效果、分析系统的误差因素，而且还能作为靶场其它测量手段的辅助测量手段，提高有效信息的提取效率。

目前，中靶信息测量的方式主要有高速摄像、雷达探测、被动声探测等方式，利用图像、微波电波、光波、声波等作为获取信息的媒介，需以高频率或多通道同时采集，数据量大，无法满足中靶信息实时处理和传输的问题。例如，采用高速摄像的检测方式，需要以每秒百帧级以上的速度对预估中靶区域进行摄像，10s产生的数据量在GB量级。何理等在发表于2007年的《高速摄像系统在靶场的应用现状及前景分析》一文中提到，采用200帧/秒的速率记录试验弹图像，图像大小为1024×1024，实时记录时间为20s，在得到图像后需约10分钟处理完毕。当前的高速摄像拍摄速度一般大于等于1000帧/秒，数据量更大，数据处理和传输均无法满足实时性要求。

此外，基于电类传感器搭建的中靶信息测量系统由于试验弹中靶撞击瞬间时间极短，撞击过程会产生强烈的电磁干扰，极易导致电类传感器失效。例如周庭伊等在发表于2012年的《一种海上飞行目标过靶实况观测系统的设计》一文中，利用遥测末制导雷达信息作为高速摄像循环记录的停止触发信号；又如张荣等在2013年发布的专利《一种格栅网靶炮弹侵深测试装置》中采用电缆通断作为高速相机的采集触发信号。这两种方法中的信号易受电磁干扰影响，电缆易发生短路或断路，致使信息链路失效或产生错误信号，最终导致有效数据被覆盖。

采用光纤传感器测量中靶时刻，以此作为高速摄像等数据循环记录的停止触发信号，具有体积小、质量轻、强度高、弯曲性好、柔韧性好、不受电磁波干扰、不需外加电源、耐腐蚀、易于埋入结构体、成本低等优点，可辅助高速摄像、声、压等信号数据采集方式快速截取有效数据，提高数据处理效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种中靶时刻精确测定方法，应用于陆上、海上、空中靶场中靶信息测量领域及靶场辅助测量领域。具有布设简单、成本低、可靠性高、环境适应性好等优点。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种中靶时刻测量装置，包括光纤传感器、光源、光电探测器、光电探测器信号处理模块、授时模块和信息采集与处理模块；

所述光纤传感器为单根传感光纤，在目标靶内往复排布，覆盖目标靶靶面区域，排布间距小于试验弹中靶形成的区域直径；

光源发出的光信号经光纤传感器传输至光电探测器；

光电探测器将接收到的光信号转换成电信号，并传输至光电探测器信号处理模块；

光电探测器信号处理模块接收光电探测器发送的电信号，转换成状态信号后输出至信息采集与处理模块，当光纤为通光状态时，输出状态信号为“1”，当光纤为断开状态，输出状态信号为“0”；

所述授时模块获取当前的时间信息发送给信息采集与处理模块；

所述信息采集与处理模块接收光电探测器信号处理模块输出的状态信号和授时模块发送的时间信息，当状态信号由“1”变为“0”时，读取授时模块中的时间信息，将时间信息作为中靶时刻。

优选的，所述信息采集与处理模块内部具有微秒计数器；所述授时模块包括时间数据获取模块、通讯模块和秒脉冲模块；所述时间数据获取模块接收并处理来自卫星的时间信息，包括当前时刻的年、月、日、时、分、秒信息；所述通讯模块将获取的当前时刻的年、月、日、时、分、秒信息发送给信息采集与处理模块；所述秒脉冲模块每到整秒，输出一个秒脉冲信号清空微秒计数器并触发微秒计数器开始计数；当状态信号由“1”变为“0”时，信息采集与处理模块接收通讯模块发送的年、月、日、时、分、秒信息，并读取微秒计数器中的微秒信息，相加后作为中靶时刻。

优选的，所述光电探测电路还包括滤波电路、放大电路和比较电路；光电探测器发出的电信号经滤波、放大处理后输入到比较电路，比较电路将滤波、放大处理后的电信号与阈值比较，当高于阈值时为通光状态，输出“1”，当低于阈值时输出为断开状态，输出“0”；将状态信号“1”或“0”输出至信息采集与处理模块。

优选的，所用光源采用激光光源或发光二极管。

优选的，所用光电探测器的响应带宽大于20MHz，对应的响应延时时间小于50ns。

优选的，当目标靶为靶板时，所述单根传感光纤，在目标靶正面往复排布；所述光纤传感器还包括第二根传感光纤，在目标靶反面往复排布。

同时提供一种基于所述中靶时刻测量装置的中靶时刻测量方法，包括如下步骤：

(1)安装所述中靶时刻测量装置；

(2)光源发出的光信号经光纤传感器传输至光电探测器中；光电探测器对光纤通断进行实时监控，当试验弹中靶时导致光纤断裂，光信号切断，光电探测器信号处理模块将光纤通断状态信号“1”或“0”传输至信息采集与处理模块；

(3)信息采集与处理模块检测到状态信号由“1”变为“0”时，读取授时模块中当前时刻的年、月、日、时、分、秒信息，并读取微秒计数器中的微秒信息，相加后作为中靶时刻。

优选的，还包括步骤(4)，将测定的中靶时刻以触发信号和数据帧信息的形式，通过有线或无线方式传输至其它靶场测量方式的信息采集设备或后方综合信息处理平台。

优选的，光纤断裂后通过熔接的方式修复并重复利用。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)采用光纤传感器测量中靶时刻，以此作为或同时产生高速摄像等数据循环记录的停止触发信号，具有体积小、质量轻、强度高、弯曲性好、柔韧性好、不受电磁波干扰、不需外加电源、耐腐蚀、易于埋入结构体、成本低等优点，可辅助高速摄像、声、压等信号数据采集方式快速截取有效数据，提高数据处理效率。

(2)本发明所述光纤传感器由传感光纤布设于预估中靶区域，通过光电探测器及时响应传感光纤的通断状态信息，具有实时性；光纤传感器由单根光纤按S型方式布设，布设方式简易，维修及更换成本低廉；当试验弹中靶后，可对损坏的光纤传感器进行维修或更换，具有可重复使用性。

(3)本发明所述的光纤传感器抗电磁干扰能力强，在强电磁干扰下仍能可靠地工作。

(4)本发明所述光电探测器只检测光纤通断状态信息，与传统地检测光纤的物理效应如相移、频移技术相比更易实现，且更具可靠性。

(5)本发明所述中靶时刻精确测定方法采用光纤探测与授时模块相结合，在中靶瞬间获取精确授时时间，最大程度降低信号传输时延，并在信息融合中加入授时修正，提高中靶时刻测定的精确度。

(6)本发明所述的一种中靶时刻精确测定方法，具有环境适应性好的优点，满足在复杂天气、海况和陆况条件下的应用要求。

(7)当目标靶为靶板时，本发明可以在目标靶正反两面布线，当试验弹中靶时，穿过靶板导致靶板正反两面的光纤先后断裂，通过已知的靶板厚度和两根光纤断裂时差得到试验弹穿过靶板的速度。

附图说明

图1是本发明中靶时刻测量方法的流程框图；

图2是本发明中光纤传感器布设实施示意图；

图3是本发明光电探测器信号处理原理图；

图4是本发明中靶时刻测量装置原理框图。

具体实施方式

本发明的中靶时刻测量装置，参见图4，包括光纤传感器(1)、光源(5)、光电探测器(6)、光电探测器信号处理模块、授时模块和信息采集与处理模块。

参见图2所述光纤传感器(1)为单根传感光纤，在目标靶内往复排布，覆盖目标靶靶面区域，排布间距小于试验弹中靶形成的区域(2)的直径；光源(5)发出的光信号经第一光纤连接器(3)入射到光纤传感器(1)中，再经第二光纤连接器(4)传输至光电探测器(6)中。光源采用激光光源或发光二极管，光纤连接器采用插入损耗小于0.4dB的单芯连接器发出的光信号经光纤传感器(1)传输至光电探测器(6)。

光电探测器信号处理模块接收光电探测器(6)发送的电信号，转换成状态信号后输出至信息采集与处理模块，当光纤为通光状态时，输出状态信号为“1”，当光纤为断开状态，输出状态信号为“0”；

所述光电探测电路还包括滤波电路、放大电路和比较电路；光电探测器6发出的电信号经滤波、放大处理后输入到比较电路，比较电路将滤波、放大处理后的电信号与阈值比较，当高于阈值时为通光状态，输出“1”，当低于阈值时输出为断开状态，输出“0”；将状态信号“1”或“0”输出至信息采集与处理模块。

所述授时模块获取当前的时间信息发送给信息采集与处理模块；所述信息采集与处理模块接收光电探测器信号处理模块输出的状态信号和授时模块发送的时间信息，当状态信号由“1”变为“0”时，读取授时模块中的时间信息，将时间信息作为中靶时刻。

所述信息采集与处理模块内部具有微秒计数器；所述授时模块包括时间数据获取模块、通讯模块和秒脉冲模块；所述时间数据获取模块接收并处理来自卫星的时间信息，处理后得到当前时刻的年、月、日、时、分、秒信息；所述通讯模块将获取的当前时刻的年、月、日、时、分、秒信息发送给信息采集与处理模块；所述秒脉冲模块每到整秒，输出一个秒脉冲信号清空微秒计数器并触发微秒计数器开始计数；当状态信号由“1”变为“0”时，信息采集与处理模块接收通讯模块发送的年、月、日、时、分、秒信息，并读取微秒计数器中的微秒信息，相加后作为中靶时刻。

所述目标靶包括但不仅限于可作为试验弹打击目标的陆上既定区域、海上既定区域、靶船、靶弹、靶板等。

图1为本方法的流程框图，主要步骤如下：

步骤一：布设光纤传感器。光纤传感器(1)由单根传感光纤按S型往复布设方式覆盖预估中靶区域，如图2所示。布设密度对应的两段相邻光纤之间的间距应小于中靶形成的区域(2)的直径，保证试验弹着靶后能损坏光纤。对于陆上和海上船基中靶区域，可通过立柱或凹槽将光纤布设于中靶区域表面。

步骤二：光源(5)发出的光信号经第一光纤连接器(3)入射到光纤传感器中，再经第二光纤连接器(4)传输至光电探测器(6)中，如图2所示。

步骤三：光电探测器输出信号处理原理图如图3所示，对试验弹撞击区域的光纤通断进行实时监控。其中，光电探测器的响应带宽大于20MHz，对应的响应延时时间小于50ns。光电探测器电路首先将光纤中的光信号转化为电信号，并对电信号进行放大和滤波处理，再将处理后的电信号输入到比较器中与电压阈值进行比较，判断光纤通断状态。电路输出的光纤通断状态有两种，通光状态为“1”，不通光状态为“0”。当试验弹中靶时导致光纤断裂，光信号切断，此时光纤通断状态由通光状态“1”变为不通光状态“0”，并实时传输至信息采集与处理模块。

步骤四：光电探测电路原理图如图4所示。光电探测器输出的信号经放大、滤波、比较得到光纤通断状态信号，此状态信号输入至信息采集与处理模块，信息采集与处理模块检测到光纤通断状态由通光状态“1”变为不通光状态“0”，则立即融合授时模块的时间信息，获得精确中靶时刻。授时模块包括时间数据获取模块、通讯模块和秒脉冲模块。时间数据获取模块接收并处理来自卫星的时间信息；通讯模块通过RS232、RS422或CAN总线等通讯方式输出当前时刻的年、月、日、时、分、秒信息；秒脉冲模块每到整秒，输出一个秒脉冲信号。每当秒脉冲到来时，即触发信息采集与处理模块内部的微秒计数器清零并开始计数。在光纤由通变断的瞬间，通过通讯链路授时获取当前的时间信息，此时间信息精确到秒；与此同时，从微秒计数器中读数，用此计数数值来修正通讯链路授时信息，最终获得精确到毫秒级的中靶时刻。

步骤五：将测定的中靶时刻以触发信号和数据帧信息的形式，通过有线或无线方式传输至其它靶场测量方式的信息采集设备或后方综合信息处理平台。

步骤六：本次试验任务完成后，在中靶区域查看光纤传感器损毁情况，根据情况选择直接断点熔接、部分替换熔接或整根替换的方式对光纤传感器进行处理。若光纤传感器为单点断裂，且现有长度达到重新布设要求，可直接对断点进行熔接；若光纤传感器局部多处损坏，且现有长度无法满足重新布设要求，可采用部分替换、头尾熔接的方式。光纤传感器经以上两种熔接处理后，再经光损耗测试合格，可在下次试验中继续使用。若光纤传感器损毁严重，则采用整根替换的方式。

本发明所公开了的中靶时刻测定方法，经初步应用，结果表明系统对中靶时刻的测定精度高，作为高速摄像等循环记录数据的停止触发信号，辅助高速摄像、声、压等信号数据采集方式快速截取有效数据，提高数据处理效率，具有可靠性高、实时性好的优点。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种中靶时刻测量装置，其特征在于：包括光纤传感器(1)、光源(5)、光电探测器(6)、光电探测器信号处理模块、授时模块和信息采集与处理模块；

所述光纤传感器(1)为单根传感光纤，在目标靶上往复排布，覆盖目标靶靶面区域，排布间距小于试验弹中靶形成的区域直径；

光源(5)发出的光信号经光纤传感器(1)传输至光电探测器(6)；

光电探测器(6)将接收到的光信号转换成电信号，并传输至光电探测器信号处理模块；

光电探测器信号处理模块接收光电探测器(6)发送的电信号，转换成状态信号后输出至信息采集与处理模块，当传感光纤为通光状态时，输出状态信号为“1”，当传感光纤为断开状态，输出状态信号为“0”；

所述授时模块获取当前的时间信息发送给信息采集与处理模块；

所述信息采集与处理模块接收光电探测器信号处理模块输出的状态信号和授时模块发送的时间信息，当状态信号由“1”变为“0”时，读取授时模块中的时间信息，将时间信息作为中靶时刻。

2.根据权利要求1所述中靶时刻测量装置，其特征在于，所述信息采集与处理模块内部具有微秒计数器；所述授时模块包括时间数据获取模块、通讯模块和秒脉冲模块；所述时间数据获取模块接收并处理来自卫星的时间信息，处理后得到当前时刻的年、月、日、时、分、秒信息；所述通讯模块将获取的当前时刻的年、月、日、时、分、秒信息发送给信息采集与处理模块；所述秒脉冲模块每到整秒，输出一个秒脉冲信号清空微秒计数器并触发微秒计数器开始计数；当状态信号由“1”变为“0”时，信息采集与处理模块接收通讯模块发送的年、月、日、时、分、秒信息，并读取微秒计数器中的微秒信息，相加后作为中靶时刻。

3.根据权利要求2所述中靶时刻测量装置，其特征在于，所述光电探测器信号处理模块还包括滤波电路、放大电路和比较电路；光电探测器(6)发出的电信号经滤波电路滤波、放大电路放大处理后输入到比较电路，比较电路将滤波、放大处理后的电信号与阈值比较，当通光状态时，电信号高于阈值，输出“1”，当为断开状态时，电信号低于阈值，输出“0”；将状态信号“1”或“0”输出至信息采集与处理模块。

4.根据权利要求1-3之一所述中靶时刻测量装置，其特征在于，所用光源采用激光光源或发光二极管。

5.根据权利要求1-3之一所述中靶时刻测量装置，其特征在于，所用光电探测器的响应带宽大于20MHz，对应的响应延时时间小于50ns。

6.根据权利要求1-3之一所述中靶时刻测量装置，其特征在于，当目标靶为靶板时，所述单根传感光纤，在目标靶正面往复排布；所述光纤传感器(1)还包括第二根传感光纤，在目标靶反面往复排布。

7.一种基于权利要求3所述中靶时刻测量装置的中靶时刻测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)安装所述中靶时刻测量装置；

(2)光源发出的光信号经光纤传感器(1)传输至光电探测器中；光电探测器对光纤通断进行实时监控，当试验弹中靶时导致光纤断裂，光信号切断，光电探测器信号处理模块将光纤通断状态信号“1”或“0”传输至信息采集与处理模块；

(3)信息采集与处理模块检测到状态信号由“1”变为“0”时，读取授时模块中当前时刻的年、月、日、时、分、秒信息，并读取微秒计数器中的微秒信息，相加后作为中靶时刻。

8.根据权利要求7所述中靶时刻测量方法，其特征在于，还包括步骤(4)，将测定的中靶时刻以触发信号和数据帧信息的形式，通过有线或无线方式传输至其它靶场测量方式的信息采集设备或后方综合信息处理平台。

9.根据权利要求7或8所述中靶时刻测量方法，其特征在于，光纤断裂后通过熔接的方式修复并重复利用。