CN106839888A - 双弹丸同时着靶坐标测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于靶场光电测试设备技术领域，具体涉及一种基于圆形光电探测阵列的双弹丸同时着靶坐标测量装置及测量方法。本发明的技术方案包括三个半导体一字线激光器，圆形半导体光电探测阵列，圆形靶框，滤光片，控制与信号处理装置和支撑靶架，所述三个半导体一字线激光器均匀分布于圆形半导体光电探测阵列上，圆形半导体光电探测阵列分为三个部分，每一部分接收一个激光光源的光线；本发明还公开了利用前述装置用于2发弹丸同时着靶的坐标测量方法，通过对半导体光电探测阵列输出信号的处理，确定被弹丸遮挡的半导体光电探测器件的编号和位置，进一步通过基于两条直线相交确定一点的数学模型求解两发弹丸的弹着点坐标。系统测量原理简单，易于工程实现。

Description

双弹丸同时着靶坐标测量装置及测量方法

一、技术领域

本发明属于靶场光电测试设备技术领域，具体涉及一种基于圆形光电探测阵列的双弹丸同时着靶坐标测量装置及测量方法。

二、背景技术：

在枪、炮、弹的研制和生产中，弹丸着靶密集度是需要经常测试的关键参数，而一般武器系统密集度的测量是通过先对弹丸着靶坐标的测量进而通过相应公式计算而来的。对于单发武器和低射频连发武器，其密集度参数测量采用现有的多种方法不难测得。而对于多管齐射武器和高射频转管武器，现有各种测量装置和方法几乎无法测量。由于射击密集度参数是评估武器杀伤效能和武器本身性能优劣的重要指标，在测量其射击密集度时，往往存在两发弹丸同时着靶的情况，对于此种情况，针对弹丸着靶坐标的测量，传统的方法为木板靶或网靶法。

靶板法虽然可靠性高，可以用于多发弹丸同时着靶情况下的测量，但是，其安装不方便，每射击一组都需要更换靶面，消耗人力和物力，且不能识别重孔，不能实时得到测量数据，对于连发射击不能识别弹序，而且由于手工测量的原因，人为误差无法消除；

现有弹丸着靶的自动化测量设备和方法中，目前常用的有声学原理的方法、六光幕交汇测量法、网式光幕坐标靶、双CCD交汇测量法；这些方法都存在各自的优缺点，但都存在一个共同的问题，即当有两发弹丸同时着靶时，现有系统无法测量。

对两发弹丸同时着靶的情况，有人提出采用三台黑白线阵CCD相机交汇的方法测量两发弹丸同时着靶情况下的坐标，虽然可行，但是由于高速CCD相机价格昂贵，所以该方法增加了系统的成本，同时也增加了系统的复杂性。现有的专利也提出一些方法，但都存在较多的问题，如专利“多管齐射武器弹丸速度与着靶坐标测量装置与测量方法”提出采用基于六光幕的测量原理，将每一个光幕细分成多个小光幕，实现对多发弹丸同时着靶情况下坐标的测量，该方法光幕组成复杂，难以实现，当两发弹丸同时着靶且着靶位置处于同一个光幕区间时，系统同样无法区分，最终导致无法测量。如专利“双管齐射武器弹丸飞行速度与着靶坐标测量方法与装置”提出采用八个探测光幕阵列的方法对双管武器的弹丸着靶坐标进行测量，该系统装置和算法特别复杂，实际几乎无法实现。

三、发明内容

本发明为解决现有技术无法有效实现测量两发弹丸同时着靶情况下的坐标测量问题及其系统装置和算法特别复杂，提供一种基于圆形光电探测阵列的双弹丸同时着靶坐标测量装置及测量方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种双弹丸同时着靶坐标测量装置，其特征在于：包括支撑靶架、圆形靶框、滤光片和圆形设置的半导体光电探测阵列，所述的支撑靶架上设置有圆形靶框，圆形靶框的外圆周面上均匀设置有第一激光器、第二激光器和第三激光器，第三激光器位于圆形靶框的正上方，第一激光器位于圆形靶框的左下方，第二激光器位于圆形靶框的右下方，任意两个激光器在圆形框架上的夹角为120°，所述的圆形设置的半导体光电探测阵列的前端设置有圆环形滤光片，圆形设置的半导体光电探测阵列排布于圆形靶框上，圆形设置的半导体光电探测阵列与连接供电与信号处理装置连接。

第一激光器、第二激光器和第三激光器为半导体一字线激光器，发光角度均为60°，并且三个激光器的光幕面在空间重合，其波长均为650nm，与滤光片的通过波长一致，并且与圆形设置的半导体光电探测阵列的响应波长一致。

所述的支撑靶架的结构包括横杆和两个纵杆，两个纵杆的一端垂直设置于横杆上，圆形靶框设置于两个纵杆之间。

一种双弹丸同时着靶坐标测量方法，利用上述的测量装置，通过对半导体光电探测阵列输出信号的处理，确定被弹丸遮挡的半导体光电探测器件的编号和位置，进一步通过基于三条直线相交确定实际弹着点的原则和系统数学模型，求解两发弹丸的弹着点坐标。

具体步骤如下：

步骤1、以圆形靶框的中心点O为原点建立坐标系XOY，圆形设置的半导体光电探测阵列围成的圆半径为R，三个激光器发光点A、B和C在圆形靶框上均匀分布，其中第三激光器位于靶框正上方。

步骤2、实弹射击，两发弹丸同时穿越测量光幕面时，第一激光器通过两个弹丸E₁和E₂在圆形探测阵列上留下投影A₁和A₂；第二激光器通过两个弹丸E₁和E₂在圆形探测阵列上留下投影B₁和B₂；第三激光器通过两个弹丸E₁和E₂在圆形探测阵列上留下投影C₁和C₂；

供电与信号处理装置处理得到六个投影点的位置A₁、A₂、B₁、B₂、C₁和C₂。

步骤3、分别连接点A和A₁、点A和A₂、点B和B₁、点B和B₂、点C和C₁、C和C₂形成六条直线AA₁、AA₂、BB₁、BB₂、CC₁、CC₂，六条直线相互形成的所有交点中，只有三条直线同时经过的交点才有是真实弹着点。

步骤4、通过弹丸着靶坐标测量公式计算两个弹着点E₁和E₂的坐标。

弹着点E₁的坐标为：

其中：

弹着点E₂的坐标为：

其中：

即得到两发弹丸同时着靶时的弹着点E₁和E₂坐标计算结果。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果：

本发明只需要一个圆形的半导体光电探测阵列，配备三个半导体扇形一字线激光器，以及相应的信号处理装置，即可实现2发弹丸同时着靶情况下的坐标测量，且圆形的光电探测阵列容易加工，所以系统整体具有制作成本低，测量过程简单，易于推广应用的优点。

四、附图说明：

图1是本发明的装置结构示意图；

图2是三个激光器的位置分布示意图；

图3是本发明方法实施例两发弹丸同时着靶坐标测量原理示意图；

五、具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例提供一种基于圆形光电探测阵列的双弹丸同时着靶坐标测量装置(参见图1)，包括支撑靶架8，所述的支撑靶架8的结构包括横杆和两个纵杆，两个纵杆的一端垂直设置于横杆上，圆形靶框6设置于两个纵杆之间，圆形靶框6与两个纵杆之间设置有橡皮垫，橡皮垫通过螺栓与纵杆连接，横杆的上表面设置有水平状态指示泡，用于监视横杆是否处于水平状态。

圆形靶框6的外圆周面上均匀设置有第一激光器1、第二激光器2和第三激光器3，第三激光器3位于圆形靶框6的正上方，第一激光器1位于圆形靶框6的左下方，第二激光器2位于圆形靶框6的右下方，任意两个激光器在圆形框架上的夹角为120°，所述的圆形设置的半导体光电探测阵列5的前端设置有圆环形滤光片4，其作用为虑除外界干扰光线，只允许激光光源的光线通过，圆形设置的半导体光电探测阵列5排布于圆形靶框6上，圆形设置的半导体光电探测阵列5和供电与信号处理装置7连接。

第一激光器1、第二激光器2和第三激光器3为半导体一字线激光器，发光角度均为60°，并且三个激光器的光幕面在空间重合，其波长均为650nm，与滤光片4的通过波长一致，并且与圆形设置的半导体光电探测阵列5的响应波长一致。

一种基于圆形光电探测阵列的双弹丸同时着靶坐标测量方法(参见图2和图3)，利用上述的测量装置，通过对半导体光电探测阵列输出信号的处理，确定被弹丸遮挡的半导体光电探测器件的编号和位置，进一步通过基于三条直线相交确定实际弹着点的原则和系统数学模型，求解两发弹丸的弹着点坐标。

具体步骤如下：

步骤1、以圆形靶框6的中心点O为原点建立坐标系XOY，圆形设置的半导体光电探测阵列5围成的圆半径为R，三个激光器发光点A、B和C在圆形靶框6上均匀分布，其中第三激光器3位于靶框正上方。

步骤2、实弹射击，两发弹丸同时穿越测量光幕面时，第一激光器通过两个弹丸E₁和E₂在圆形探测阵列上留下投影A₁和A₂；第二激光器通过两个弹丸E₁和E₂在圆形探测阵列上留下投影B₁和B₂；第三激光器通过两个弹丸E₁和E₂在圆形探测阵列上留下投影C₁和C₂；

供电与信号处理装置7处理得到六个投影点的位置A₁、A₂、B₁、B₂、C₁和C₂。

步骤3、分别连接点A和A₁、点A和A₂、点B和B₁、点B和B₂、点C和C₁、C和C₂形成六条直线AA₁、AA₂、BB₁、BB₂、CC₁、CC₂，六条直线相互形成的所有交点中，只有三条直线同时经过的交点才有是真实弹着点。

步骤4、通过弹丸着靶坐标测量公式计算两个弹着点E₁和E₂的坐标。

弹着点E₁的坐标为：

其中：

弹着点E₂的坐标为：

其中：

即得到两发弹丸同时着靶时的弹着点E₁和E₂坐标计算结果。

本发明装置也可以精确测量单发弹丸着靶的弹着点坐标。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种双弹丸同时着靶坐标测量装置，其特征在于：包括支撑靶架(8)、圆形靶框(6)、滤光片(4)和圆形设置的半导体光电探测阵列(5)，所述的支撑靶架(8)上设置有圆形靶框(6)，圆形靶框(6)的外圆周面上均匀设置有第一激光器(1)、第二激光器(2)和第三激光器(3)，第三激光器(3)位于圆形靶框(6)的正上方，第一激光器(1)位于圆形靶框(6)的左下方，第二激光器(2)位于圆形靶框(6)的右下方，任意两个激光器在圆形框架上的夹角为120°，所述的圆形设置的半导体光电探测阵列(5)的前端设置有圆环形滤光片(4)，圆形设置的半导体光电探测阵列(5)排布于圆形靶框(6)上，圆形设置的半导体光电探测阵列(5)与连接供电与信号处理装置(7)连接。

2.根据权利要求1所述的一种双弹丸同时着靶坐标测量装置，其特征在于：第一激光器(1)、第二激光器(2)和第三激光器(3)为半导体一字线激光器，发光角度均为60°，并且三个激光器的光幕面在空间重合，其波长均为650nm，与滤光片(4)的通过波长一致，并且与圆形设置的半导体光电探测阵列(5)的响应波长一致。

3.根据权利要求1或2所述的一种双弹丸同时着靶坐标测量装置，其特征在于：所述的支撑靶架(8)的结构包括横杆和两个纵杆，两个纵杆的一端垂直设置于横杆上，圆形靶框(6)设置于两个纵杆之间。

4.根据权利要求1所述的一种双弹丸同时着靶坐标测量方法，其特征在于：利用上述的测量装置，通过对半导体光电探测阵列输出信号的处理，确定被弹丸遮挡的半导体光电探测器件的编号和位置，进一步通过基于三条直线相交确定实际弹着点的原则和系统数学模型，求解两发弹丸的弹着点坐标。

5.根据权利要求4所述的一种双弹丸同时着靶坐标测量方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤1)、以圆形靶框(6)的中心点O为原点建立坐标系XOY，圆形设置的半导体光电探测阵列(5)围成的圆半径为R，三个激光器发光点A、B和C在圆形靶框(6)上均匀分布，其中第三激光器(3)位于靶框正上方。

步骤2)、实弹射击，两发弹丸同时穿越测量光幕面时，第一激光器通过两个弹丸E₁和E₂在圆形探测阵列上留下投影A₁和A₂；第二激光器通过两个弹丸E₁和E₂在圆形探测阵列上留下投影B₁和B₂；第三激光器通过两个弹丸E₁和E₂在圆形探测阵列上留下投影C₁和C₂；

供电与信号处理装置(7)处理得到六个投影点的位置A₁、A₂、B₁、B₂、C₁和C₂。

步骤3)、分别连接点A和A₁、点A和A₂、点B和B₁、点B和B₂、点C和C₁、C和C₂形成六条直线AA₁、AA₂、BB₁、BB₂、CC₁、CC₂，六条直线相互形成的所有交点中，只有三条直线同时经过的交点才有是真实弹着点。

步骤4)、通过弹丸着靶坐标测量公式计算两个弹着点E₁和E₂的坐标。

弹着点E₁的坐标为：

其中：

弹着点E₂的坐标为：

其中：

即得到两发弹丸同时着靶时的弹着点E₁和E₂坐标计算结果。