CN105675909A - 一种室内靶道光幕测速装置连发射击弹丸信号识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于靶场外弹道参数测试领域，具体涉及一种室内靶道光幕测速装置连发射击弹丸信号识别方法，用于外弹道参数测量，解决了室内靶道连发射击下的测速问题，能快速准确地识别出连发射击的弹丸信号。本发明采用的具体步骤为：一、数据采集卡采集连发弹丸的过靶信号；二、对信号进行滑动平均滤波处理，滤除由噪声产生的毛刺干扰；三、根据信号的时间宽度和幅值，识别出满足条件的弹形信号，夹杂干扰信号；四、通过速度滤波，搜索速度限制范围内的弹形信号，滤除附近的干扰信号；五、通过连发射频限制，搜索同一通道相邻的下一发连发弹形信号，滤除附近的干扰信号；六、通过连发时间约定，搜索另一通道下一发弹丸的弹形信号，滤除附近的干扰信号。

Description

一种室内靶道光幕测速装置连发射击弹丸信号识别方法

技术领域

本发明属于靶场外弹道参数测试技术领域，主要涉及一种连发射击弹丸信号识别技术，具体是一种室内靶道光幕测速装置连发射击弹丸信号识别方法。

背景技术

靶场测试是兵器生产和校验过程中的一个重要环节，在枪、炮、弹和发射药的检验中，枪(炮)弹速度是主要测试参数之一。随着新型武器系统的研制和生产中对弹丸飞行参数检测的需要，部分测试需要在室内弹道试验测试平台进行，室内光幕靶测速装置便是其中的一种测试设备。

室内靶道的光幕探测装置由光源、镜头式光幕接收装置和信号处理控制仪组成。在连发射击测试时，室内靶道相当于声波传播的管道，发射弹丸的冲击波在靶道中基本不衰减，这将会直接影响探测光幕的探测结果，同时前发弹丸的冲击波和激波也直接影响后发弹丸的信号探测，因此室内靶道连发测试时，光幕输出的信号中会夹杂较多的冲击波和激波干扰信号，并且冲击波信号和弹形信号外形十分相似。

而目前国内外关于连发测试方法研究，相关论文有：西安工业大学的《高射速火炮连发初速测试技术》、《高射频武器弹丸连发速度测量系统》和《CCD交汇式连发弹丸密集度测试方法研究》，中北大学的《连发射弹弹丸速度及弹着点坐标测量系统的研究》等，相关专利有《一种提高连发射击枪械弹着点密度的方法》。上述论文和专利中所提到的连发测试方法均是针对室外装置测试的，且所采集到的连发测试信号容易去除干扰，基本不存在外形相似干扰性较强的冲击波和激波干扰。所以，原有信号处理算法将无法适用于室内靶道的光幕探测装置连发射击弹丸信号的识别，也将无法实现室内连发射击弹丸速度的计算，针对这一难题，急需提出一种新的弹丸信号识别方法，用于实现室内靶道的光幕探测装置连发射击弹丸信号的识别。

发明内容

本发明的目的在于针对室内光幕测速装置连发射击弹丸信号识别难度大的问题，提出一种室内靶道光幕测速装置连发射击弹丸信号识别方法，解决了放置于室内靶道的光幕探测装置连发弹丸射击时，在发射冲击波和弹丸激波的严重影响下，无法滤除干扰信号，不能准确识别弹形信号的问题，

为了实现发明目的，本发明提供如下的技术方案：一种室内靶道光幕测速装置连发射击弹丸信号识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、连发射击后，数据采集卡采集弹丸穿过启动光幕和停止光幕两个通道的信号，其中启动光幕通道的信号集合为S₁，停止光幕通道的信号集合为S₂；

步骤二、对采集的两个通道信号进行滑动平均滤波处理，滤除信号中因噪声产生的毛刺干扰信号，得到的信号集合S₁₁、S₂₁；

步骤三、根据被测弹形信号的时间宽度和幅值，识别出满足条件的弹形信号，得到的信号集合S₁₂、S₂₂，其中S₁₂、S₂₂中夹杂与弹形信号时间宽度和幅值接近的干扰信号；

步骤四、通过速度滤波限制，搜索停止通道或启动通道信号中弹丸速度范围内的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号，得到的信号集合为S₁₃、S₂₃；

步骤五、通过连发射频的时间限制，搜索同一通道内射频时间限制内的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号，得到的信号集合为S₁₄、S₂₄；

步骤六、通过连发时间约定，搜索另一通道下一发的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号，得到的信号集合为S₁₅、S₂₅；S₁₅、S₂₅分别为识别出的启动光幕和停止光幕产生的弹形信号集合；其具体实现包括以下步骤：

(1)设相邻两发弹丸先后穿过启动光幕和停止光幕的时间依次为T₁，T₂，T₃和T₄；

(2)不考虑弹道降影响，前后两发弹丸的穿过启动光幕和穿过停止光幕的时间理论上满足如下式所述的时间约定：

T₂-T₁≈T₄-T₃；

(3)根据上述时间约定算法，一旦确定T₁，T₂，T₃和T₄中的任意三个，即可以搜索剩下的另一发弹丸的弹形信号，并滤除附近的干扰信号。

所述步骤三具体包括以下步骤：

(1)根据被测弹种，选取合适的弹形信号时间宽度和幅值阈值；

(2)根据所选阈值限制，识别出满足条件的信号；

(3)缩小时间宽度范围和提高幅值阈值，进一步滤除干扰信号。

所述步骤四具体包括以下步骤：

(1)设置被测弹种的速度范围(V_min,V_max)；

(2)测量启动光幕和停止光幕间的距离S；

(3)根据下面的计算公式，计算弹丸穿过两个光幕的最短时间ΔT_min和最长时间ΔT_max：

${\mathrm{\ΔT}}_{\min }=\frac{S}{V_{max}},{\mathrm{\ΔT}}_{max}=\frac{S}{V_{\min }};$

(4)以弹丸穿过启动光幕的时间信号T₁为基准，则弹丸穿过停止光幕的时间T₂的范围为(T₁+ΔT_min,T₁+ΔT_max)，搜索停止光幕在该时间范围内的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号；类似地，以穿过停止光幕的时间信号T₂为基准，则弹丸穿过启动光幕的时间T₁范围为(T₂-ΔT_max,T₂-ΔT_min)，搜索启动光幕在该时间范围内的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号；

所述步骤五具体包括以下步骤：

(1)设置弹丸的连发射频为f(单位：发/分钟)；

(2)计算前后两发弹丸间的时间间隔ΔT＝60/f；

(3)第一个弹形信号确定后，根据时间间隔ΔT，搜索同一通道内下一发弹丸的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号。

与现有技术相比，本发明的优点是：本发明结合被测弹种的弹形信号以及干扰信号的特征，在对弹丸信号进行滑动平均滤波处理后，先后通过弹形信号时间宽度和幅值滤波、弹丸速度滤波、连发射频滤波以及连发时间约定等识别方法，有效滤除了所采集的弹丸信号中的干扰信号，尤其是冲击波和激波所产生的干扰信号，准确有效地识别了连发射击弹丸的弹形信号，成功实现了室内靶道光幕测速装置连发射击弹丸的速度测试。

附图说明

图1是弹丸信号识别方法流程图；

图2是光幕输出的含有干扰信号的弹形信号图；

图3是时间宽度和幅值滤波流程图；

图4是速度限制滤波流程图；

图5是射频限制滤波流程图；

图6是连发时间约定滤波流程图。

具体实施方式

本发明是一种室内靶道光幕测速装置连发射击弹丸信号识别方法，包括以下步骤：

一、连发射击后，数据采集卡采集弹丸穿过启动光幕和停止光幕两个通道的信号，其中启动光幕通道的信号集合为S₁，停止光幕通道的信号集合为S₂；

二、对采集的两个通道信号进行滑动平均滤波处理，滤除信号中因噪声产生的毛刺干扰信号，得到信号集合S₁₁、S₂₁；

三、根据被测弹形信号的时间宽度和幅值，识别出满足条件的弹形信号，得到信号集合S₁₂、S₂₂，其中S₁₂、S₂₂中夹杂与弹形信号时间宽度和幅值接近的干扰信号；

四、通过速度滤波限制，搜索停止通道或启动通道信号中弹丸速度范围内的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号，得到的信号集合为S₁₃、S₂₃；

五、通过连发射频的时间限制，搜索同一通道内射频时间限制内的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号，得到的信号集合为S₁₄、S₂₄；

六、通过连发时间约定，搜索另一通道下一发的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号，得到的信号集合为S₁₅、S₂₅；S₁₅、S₂₅分别为识别出的启动光幕和停止光幕产生的弹形信号集合。

该方法针对室内靶道光幕测速装置获取的连发射击弹丸信号，结合弹形信号以及干扰信号的特征，在对弹丸信号进行滑动平均滤波基础上，通过弹形信号时间宽度和幅值滤波、弹丸速度滤波、连发射频滤波以及连发时间约定等方法，搜索弹丸的弹形信号，滤除干扰信号，准确有效地识别出连发射击弹丸的弹形信号。

本发明根据弹形信号的时间宽度和幅值，识别出每个通道的弹形信号或接近弹形信号的干扰信号的具体步骤为：

(1)根据被测弹种，选取合适的弹形信号时间宽度和幅值阈值；

(2)根据所选阈值限制，识别出满足条件的信号；

(3)缩小时间宽度范围和提高幅值阈值，进一步滤除干扰信号。

被测弹种的特性及外形特性与弹形信号的时间宽度和幅值有一定关系，根据这一特点，可以有效滤掉部分干扰信号，识别出符合弹种特性的弹形信号。

本发明通过速度滤波，识别另一通道的弹丸弹形信号，滤除弹丸速度范围外的干扰信号的具体步骤为：

(1)设置被测弹种的速度范围(V_min,V_max)；

(2)测量启动光幕和停止光幕间的距离S；

(3)根据下面的计算公式，计算弹丸穿过两个光幕的最短时间ΔT_min和最长时间ΔT_max：

${\mathrm{\ΔT}}_{\min }=\frac{S}{V_{max}},{\mathrm{\ΔT}}_{max}=\frac{S}{V_{\min }};$

(4)如果以弹丸穿过启动光幕的时间信号T₁为基准，则弹丸穿过停止光幕的时间T₂的范围为(T₁+ΔT_min,T₁+ΔT_max)，搜索停止光幕在该时间范围内的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号；如果以穿过停止光幕的时间信号T₂为基准，则弹丸穿过启动光幕的时间T₁范围为(T₂-ΔT_max,T₂-ΔT_min)，搜索启动光幕在该时间范围内的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号。

将被测弹丸的速度特性转化成时间特性，而时间特性和弹形信号的形状有关，根据这一特点，可以准确识别出弹丸的弹形信号，有效滤掉速度限制范围外的干扰信号。

本发明通过连发射频的时间限制，识别出同一通道的弹丸弹形信号，滤除相邻连发信号之间的干扰信号的具体步骤为：

(1)设置弹丸的连发射频为f(单位：发/分钟)；

(2)计算前后两发弹丸间的时间ΔT＝60/f；

(3)第一个弹形信号确定后，根据时间ΔT，搜索同一通道内下一发弹丸的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号。

将被测装置的连发射频转化成连发弹丸间的时间，该时间与采集到的连发弹形信号间的时间一致，根据这一特点，可以准确识别出弹丸的弹形信号，有效滤掉射频限制范围外的干扰信号。

本发明通过连发时间约定，识别出相邻弹丸的信号，滤除时间约定范围外的干扰信号的具体步骤为：

(1)设相邻两发弹丸先后穿过启动光幕和停止光幕的时间依次为T₁，T₂，T₃和T₄；

(2)不考虑弹道降影响，前后两发弹丸的穿过启动光幕和穿过停止光幕的时间理论上满足如下式所述的时间约定：

T₂-T₁≈T₄-T₃；

(3)根据上述时间约定算法，一旦确定T₁，T₂，T₃和T₄中的任意三个，即可以搜索剩下的另一发弹丸的弹形信号，并滤除附近的干扰信号。

弹丸穿过启动光幕和停止光幕时，速度降可以忽略不计，因此可认为相邻两发弹丸穿过启动光幕和停止光幕的时间相等，根据这一特点，可以准确识别出弹丸的弹形信号，有效滤掉时间约定范围外的干扰信号。

下面将通过实施例，并结合附图对本发明进行详细地说明：

5连发试验，被测弹种为9mm枪弹，参数设定为：连发弹速约为800m/s，连发射频为3000发/分钟，射频跳动范围为±10％，启动光幕和停止光幕间的距离S＝5.000m。

采集卡采集的弹丸穿过光幕产生的启动信号如图2所示，其中第1个信号为弹形信号，时间宽度为30μs，幅值为7.6V；其后的3个信号为干扰信号，时间宽度分别为15μs、21μs和16μs，幅值分别为5.0V、3.7V和5.1V。假设5发弹丸依次穿过启动光幕的时间为T₁₁,T₁₂,T₁₃,T₁₄,T₁₅，穿过停止光幕的时间为T₂₁,T₂₂,T₂₃,T₂₄,T₂₅，且认为启动光幕(或停止光幕)的第1发弹丸的弹形信号已被正确识别。该过程中，不考虑弹道降影响。

一种室内靶道光幕测速装置连发射击弹丸信号识别方法，其实现流程如图1所示，具体包括以下步骤：

一、连发射击后，数据采集卡采集弹丸穿过启动光幕和停止光幕两个通道的信号，其中启动光幕通道的信号集合为S₁，停止光幕通道的信号集合为S₂；

二、对采集的两个通道信号进行滑动平均滤波处理，滤除信号中因噪声产生的毛刺干扰信号，得到信号集合S₁₁、S₂₁；

三、根据被测弹形信号的时间宽度和幅值，识别出满足条件的弹形信号，得到信号集合S₁₂、S₂₂，其中S₁₂、S₂₂中夹杂与弹形信号时间宽度和幅值接近的干扰信号；实现流程如图3所示，具体步骤为：

(1)选取弹形信号的时间宽度为(10μs，50μs)，幅值阈值为2.5V；

(2)根据上述时间宽度和幅值阈值限制条件，识别出满足条件的4个疑似弹形信号，其中3个为干扰信号；滤除时间宽度在(10μs，50μs)范围之外、幅值低于2.5V的所有干扰信号；

(3)把时间宽度范围缩小为(20μs，40μs)、幅值阈值提高到5.0V后，则后3个干扰信号也被滤除。

四、通过速度滤波限制，搜索停止通道或启动通道信号中弹丸速度范围内的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号，得到的信号集合为S₁₃、S₂₃；参见图4，具体步骤为：

(1)设置被测弹丸的速度范围为(500m/s，1000m/s)；

(2)根据速度计算公式，计算弹丸穿过两个光幕的最短时间ΔT_min和最长时间ΔT_max分别为：

${\mathrm{\ΔT}}_{\min }=\frac{S}{V_{max}}=\frac{5}{1000}=5ms,$

${\mathrm{\ΔT}}_{max}=\frac{S}{V_{min}}=\frac{5}{500}=10ms;$

(3)如果以弹丸穿过启动光幕的时间信号T₁₁为基准，假设T₁₁＝5ms，则弹丸穿过停止光幕的时间T₂₁的范围为(10ms，15ms)，搜索停止光幕在该时间范围内的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号；本实施例以T₁₁为基准。

如果以穿过停止光幕的时间信号T₂₁为基准，假设T₂₁＝100ms，则弹丸穿过启动光幕的时间T₁₁范围为(90ms，95ms)，搜索启动光幕在该时间范围内的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号。

五、通过连发射频的时间限制，搜索同一通道内射频时间限制内的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号，得到的信号集合为S₁₄、S₂₄；参见图5，具体步骤为：

(1)计算连发射频极限范围下限f_min和上限f_max：

f_min＝f×(1-10％)＝3000×0.9＝2700发/分钟，

f_max＝f×(1+10％)＝3000×1.1＝3300发/分钟；

(2)计算前后两发弹丸时间的极限值ΔT_min和ΔT_max：

${\mathrm{\ΔT}}_{min}=\frac{60}{f_{max}}=\frac{60}{3300}\×{10}^{3}ms\≈18ms,$

${\mathrm{\ΔT}}_{max}=\frac{60}{f_{\min }}=\frac{60}{2700}\×{10}^{3}ms\≈23ms;$

(3)以启动光幕第1发弹丸的弹形信号的时间T₁₁为基准，设T₁₁＝5ms，根据连发射频的时间的极限范围(18ms，23ms)，则仅在启动光幕时间范围为(23ms，28ms)内搜索第2发弹丸的弹形信号，并滤除该弹形信号附近的干扰信号；识别出第2发弹形信号后，再以该发弹形信号为基准，搜索该通道第3发弹形信号，以此类推，直至识别出第5发弹形信号。

同理，根据连发射频的时间的极限范围，停止光幕的弹形信号也能逐个地被正确识别。

六、通过连发时间约定，搜索另一通道下一发的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号，得到的信号集合为S₁₅、S₂₅；S₁₅、S₂₅分别为识别出的启动光幕和停止光幕产生的弹形信号集合。参见图6，具体步骤为：

(1)假设已确定启动光幕前两发弹丸的弹形信号的时间分别为T₁₁＝5ms和T₁₂＝25ms，停止光幕第1发弹丸的弹形信号的时间为T₂₁＝11.25ms；

(2)计算T₁₂和T₁₁的时间差ΔT＝T₁₂-T₁₁＝20ms；

(3)根据连发时间约定，则T₂₂≈T₂₁+(T₁₂-T₁₁)＝T₂₁+ΔT＝36.25ms，在停止通道的(T₂₂-Δ,T₂₂+Δ)时间范围内搜索第2发弹丸的弹形信号(Δ一般取ΔT的3％～5％)，并滤除该信号附近的干扰信号；以此类推，停止光幕的其他弹丸的弹形信号也能被正确地识别出来。

同理，根据连发时间约定，启动光幕的弹形信号也能逐个地被正确识别。

Claims (4)

1.一种室内靶道光幕测速装置连发射击弹丸信号识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、连发射击后，数据采集卡采集弹丸穿过启动光幕和停止光幕两个通道的信号，其中启动光幕通道的信号集合为S₁，停止光幕通道的信号集合为S₂；

步骤二、对采集的两个通道信号进行滑动平均滤波处理，滤除信号中因噪声产生的毛刺干扰信号，得到的信号集合S₁₁、S₂₁；

步骤三、根据被测弹形信号的时间宽度和幅值，识别出满足条件的弹形信号，得到的信号集合S₁₂、S₂₂，其中S₁₂、S₂₂中夹杂与弹形信号时间宽度和幅值接近的干扰信号；

步骤四、通过速度滤波限制，搜索停止通道或启动通道信号中弹丸速度范围内的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号，得到的信号集合为S₁₃、S₂₃；

步骤五、通过连发射频的时间限制，搜索同一通道内射频时间限制内的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号，得到的信号集合为S₁₄、S₂₄；

步骤六、通过连发时间约定，搜索另一通道下一发的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号，得到的信号集合为S₁₅、S₂₅；S₁₅、S₂₅分别为识别出的启动光幕和停止光幕产生的弹形信号集合；具体包括以下步骤：

(1)设相邻两发弹丸先后穿过启动光幕和停止光幕的时间依次为T₁，T₂，T₃和T₄；

(2)不考虑弹道降影响，前后两发弹丸的穿过启动光幕和穿过停止光幕的时间理论上满足如下式所述的时间约定：

T₂-T₁≈T₄-T₃；

(3)根据上述时间约定算法，一旦确定T₁，T₂，T₃和T₄中的任意三个，即可以搜索剩下的另一发弹丸的弹形信号，并滤除附近的干扰信号。

2.根据权利要求1所述的一种室内靶道光幕测速装置连发射击弹丸信号识别方法，其特征在于：所述步骤三具体包括以下步骤：

(1)根据被测弹种，选取弹形信号时间宽度和幅值阈值；

(2)根据所选阈值限制，识别出满足条件的信号；

(3)缩小时间宽度范围和提高幅值阈值，进一步滤除干扰信号。

3.根据权利要求1或2所述的一种室内靶道光幕测速装置连发射击弹丸信号识别方法，其特征在于：所述步骤四具体包括以下步骤：

(1)设置被测弹种的速度范围(V_min,V_max)；

(2)测量启动光幕和停止光幕间的距离S；

(3)根据下面的计算公式，计算弹丸穿过两个光幕的最短时间ΔT_min和最长时间ΔT_max：

(4)如果以弹丸穿过启动光幕的时间信号T₁为基准，则弹丸穿过停止光幕的时间T₂的范围为(T₁+ΔT_min,T₁+ΔT_max)，搜索停止光幕在该时间范围内的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号；如果以穿过停止光幕的时间信号T₂为基准，则弹丸穿过启动光幕的时间T₁范围为(T₂-ΔT_max,T₂-ΔT_min)，搜索启动光幕在该时间范围内的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号。

4.根据权利要求3所述的一种室内靶道光幕测速装置连发射击弹丸信号识别方法，其特征在于：所述步骤五具体包括以下步骤：

(1)设置弹丸的连发射频为f(单位：发/分钟)；

(2)计算前后两发弹丸间的时间间隔ΔT＝60/f；

(3)第一个弹形信号确定后，根据时间间隔ΔT，搜索同一通道内下一发弹丸的弹形信号，滤除弹形信号附近的干扰信号。