CN108426526A - 一种空间多目标立靶参数测试装置和测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种空间多目标立靶参数测试装置，其包括第一天幕靶、高速面阵CCD靶、第二天幕靶和信号采集仪，第一天幕靶形成第一探测光幕，其靶体的激光发射器形成第二探测光幕，第二天幕靶形成第三探测光幕，第三探测光幕与第一探测光幕相互平行并且垂直于目标飞行弹道线，高速面阵CCD靶的视场中心位于第一探测光幕和第三探测光幕的中间，并且高速面阵CCD靶的视场与第二探测光幕交汇，信号采集仪分别与第一天幕靶、高速面阵CCD靶和第二天幕靶相连接，分析处理采集的图像与信号，将分析结果传输给上位机，上位机根据各探测光幕的空间约束条件，获取多目标的相应参数。本发明提供的空间多目标立靶参数测试装置，可以区分空间多目标同时着靶的情况并匹配识别高速连发的多个目标，实现多目标速度、位置等参数的高精度测量。
Description
技术领域
本发明涉及光电测试技术领域，尤其涉及一种空间多目标立靶参数测试装置和测试方法。
背景技术
在兵器靶场测试领域，随着武器研制技术的发展，高速连发目标的速度、位置高精度测量以及多目标参数的匹配识别是武器校验的重要考核参数之一。目前，目标参数的测量有四光幕交汇测试系统、六光幕交汇测试系统、线阵CCD交汇测试系统、网靶测试系统和声靶测试系统等测试装置。四光幕交汇测试系统主要采用四个天幕靶或四个光幕靶为主体，可以得到单目标速度及位置参数，且要求目标必须垂直穿过光幕，否则测试坐标误差较大，需要进行目标参数的修正；六光幕交汇测试系统是主要采用六个天幕靶或六个光幕靶为主体，可以得到单目标飞行速度、方位角、立靶坐标等参数；CCD交汇测试系统采用多个CCD相机交汇形成探测靶面，结构复杂，无法精准控制多个面重合度，同时也无法精确获得交汇角度，导致测量目标参数精度低，存在漏测现象。这些测试系统可以实现单目标参数的测试，也可以实现低频率目标连发射击下的多目标测试，但是当高频率多目标连续发射时，多个目标在飞行过程中具有多样性和随机性，通过探测区时存在遮挡、重合以及同时到达同一探测光幕的情况，此时测试系统无法精准匹配识别出高速连发的多个目标，也无法高精度测量多个目标对应的速度、位置等参数。
发明内容
本发明提供一种空间多目标立靶参数测试装置和测试方法，用以解决现有技术中存在的技术问题。
本发明一方面提供一种空间多目标立靶参数测试装置，其包括第一天幕靶、高速面阵CCD靶、第二天幕靶和信号采集仪，其中，高速面阵CCD靶设置在第一天幕靶和第三天幕靶之间连线的中点处，第一天幕靶形成第一探测光幕和第二探测光幕，第二天幕靶形成第三探测光幕，第三探测光幕与第一探测光幕相互平行并且垂直于目标飞行弹道线，高速面阵CCD靶的视场中心位于第一探测光幕和第三探测光幕的中间，并且高速面阵CCD靶的视场与第二探测光幕交汇，信号采集仪分别与第一天幕靶、高速面阵CCD靶和第二天幕靶相连接。
优选地，第一天幕靶包括三角底座、调整转盘以及第一壳体，调整转盘布置在三角底座上，第一壳体固定安装在调整转盘上并能够随着调整转盘自由转动，第一壳体的上表面包括一水平面和一斜面，在水平面上布置有第一光学镜头，第一光学镜头与水平面相垂直。
优选地，在第一壳体内设有光电探测单元、第一信号采集单元以及激光发射单元，其中，光电探测单元设置在第一光学镜头的垂直下方，其包括光电探测器、固定狭缝、可控狭缝、电机盒和自适应调节电路板，其中，光电探测器设置在可控狭缝的垂直下方，其通过第一光学镜头形成垂直于水平面的第一探测光幕；固定狭缝为长方形光栅，其设置在第一光学镜头的垂直下方；可控狭缝设置在固定狭缝的垂直下方，其一端与电机盒相连接，电机盒中设有步进电机，通过步进电机能够调整可控狭缝的缝宽；自适应调节电路板布置在光电探测器的下方，第一信号采集单元包括模拟信号采集卡和信号处理模块。
优选地，激光发射单元布置在第一壳体上表面中的斜面上并且与斜面相互垂直，其包括固定盒、激光发射器和旋转轴，其中，激光发射器固定在斜面上，其发射线激光光幕形成第二探测光幕，将使得高速面阵CCD靶采集的图像中正在穿过第二探测光幕的目标照亮成为亮目标；固定盒位于第一壳体内部并与激光发射器相连接，旋转轴的一端为固定端并固定在第一壳体内表面上，其另一端连接锁紧旋钮，当松开锁紧旋钮时，旋转轴的旋转使得固定盒旋转，当固定盒旋转到所需要的位置时，拧紧锁紧旋钮可以使固定盒的位置固定，与旋转轴相连接的角度编码器设置在固定盒的内部。
优选地，在第一壳体的上表面上设有两个相互垂直的水平水泡，在第一光学镜头的两侧设有两个辅助线激光器。
优选地，在高速面阵CCD靶的第二壳体的上表面设有第二光学镜头，在第二壳体内设有高速面阵CCD相机和图像采集单元，其中，高速面阵CCD相机位于第二光学镜头的垂直下方，高速面阵CCD相机配置为通过第二光学镜头采集高速面阵CCD靶的视场内的图像序列并将图像序列信息传输给图像采集单元。
优选地，第一天幕靶中设有第一激光校准单元，高速面阵CCD靶中设有第二激光校准单元和第三激光校准单元，第二天幕靶中设有第四激光校准单元，激光校准单元包括校准激光器，校准激光器具有激光出光口，在激光出光口设有自校准刻度尺。
优选地，在三角底座的三个角部位置处设置有调整装置，其中，每个调整装置包括旋钮、螺柱和底角，旋钮位于螺柱的上端，螺柱的下端与底角相连；调节转盘包括连接凸起盘和连接座，其中，连接凸起盘与连接座嵌套连接，三角底座的上表面与连接凸起盘固定连接，连接座与第一壳体固定连接。
优选地，在三角底座的上表面设有轴承，微调旋钮与轴承的一端连接，调整转盘的连接座与轴承螺旋连接。
本发明的另一方面提供一种多目标立靶参数的测试方法，其采用上述任一项技术方案中的测试装置，其包括以下步骤：：
(1)当多目标依次穿过探测区后，读取第一信号采集单元采集到多目标输出信号A1(k)，其中，k＝1,2Λ,m，且分别对应多目标穿过第一探测光幕的时刻值t11～t1m；读取高速面阵CCD相机采集到的图像序列以及对应的时刻值t21～t2l；读取第二信号采集单元采集到多目标输出信号A3(k)，其中，k＝1,2Λ,m，且分别对应多目标穿过第三探测光幕的时刻值t31～t3m；
(2)比较第一信号采集单元采集到输出信号A1(k)的幅值、第二信号采集单元采集到输出信号A3(k)的幅值，判断有无多目标同时到达同一探测光幕，若所有输出信号幅值相似，则该时间段内没有出现多个目标存在同一时刻到达第一探测光幕或第三探测光幕的情况，根据同一目标运动速度变化规律的一致性、第一探测光幕与第三探测光幕输出目标信号的先后一致性，每一个光电探测单元所获得的目标时刻顺序为实际发射目标的先后顺序；若出现多个目标存在同一时刻到达同一个探测光幕时，该时刻光电探测单元输出信号的幅值比单一目标探测输出信号的幅值大，说明该时刻出现多个目标重合的情况；
(3)根据所测量的第一天幕靶和第二天幕靶的靶距S3以及多目标对应采集到的时刻值t11～t1m与t31～t3m，计算每一目标相应的速度值Va,其中，
(4)列出所采集图像亮目标坐标(ui,vi)以及对应的时刻值t21～t2l，其中，i＝1,2,Λm，图像坐标系uov是以采集图像的像素中心点为原点，由于第二探测光幕覆盖高速面阵CCD靶的视场，所以每一个目标在某一个时刻会被照亮一次，依据第一天幕靶与高速面阵CCD靶之间的靶距S2，得到所有目标到达第二探测光幕的飞行距离为(vi+S2)，按照理论速度Va以及亮目标对应时刻值，估算目标从第一探测光幕到第二探测光幕的飞行距离di，其中，i＝1,2Λ,m,对比估算飞行距离di与所有目标到达第二探测光幕的飞行距离为((D/r)·vi+S2)，按照接近原则匹配出每一目标所对应的信号，其中，目标实际尺寸为D，所占图像像素数为r；
(5)所匹配对应的信号通过高速面阵CCD相机采集的图像可以得到位置坐标(xi,yi)，其中，xi＝(D/r)·ui，yi＝(D/r)·vi，i＝1,2Λ,m；根据线激光光幕的空间几何关系，计算目标高度zi，其中，zi＝((D/r)·vi+S2)·tan(π/2-θ)，可以区分同时到达某一探测光幕但俯仰方向不同的目标，得到匹配出的每一对应目标的空间位置坐标(xi,yi,zi),其中，i＝1,2Λ,m，所求空间位置坐标系xyz是以面阵相机视场中心点为原点建立。
本发明能够实现连发多目标的匹配识别以及对应速度、位置参数的高精度测量，精准匹配识别出高速连发的多个目标，高精度测量多个目标对应的速度、位置等参数。
附图说明
图1是本发明涉及的空间多目标立靶参数测试装置的布置示意图；
图2是本发明涉及的空间多目标立靶参数测试装置中第一天幕靶的侧视图；
图3是本发明涉及的空间多目标立靶参数测试装置中第一天幕靶的正面面板示意图；
图4是本发明涉及的空间多目标立靶参数测试装置中第一天幕靶的俯视图；
图5是本发明涉及的空间多目标立靶参数测试装置中高速面阵CCD靶的侧视图；
图6是本发明涉及的空间多目标立靶参数测试装置中高速面阵CCD靶正面面板示意图；
图7是本发明涉及的空间多目标立靶参数测试装置中高速面阵CCD靶的俯视图；
图8是本发明涉及的空间多目标立靶参数测试装置中第二天幕靶的侧视图；
图9是本发明涉及的空间多目标立靶参数测试装置中第二天幕靶的正面面板示意图；
图10是本发明涉及的空间多目标立靶参数测试装置中第二天幕靶的俯视图；
图11是本发明涉及的空间多目标立靶参数测试装置中第一采集单元采集信号的波形图；
图12是本发明涉及的空间多目标立靶参数测试装置中第二采集单元采集信号的波形图；
图13是本发明涉及的空间多目标立靶参数测试装置中高速面阵CCD靶采集图像示意图；
图14是本发明涉及的空间多目标立靶参数测试装置中第一探测光幕、第二探测光幕与高速面阵CCD相机图像采集面的空间几何关系示意图；
图15是本发明涉及的空间多目标立靶参数测试装置中高速面阵CCD靶采集图像的中心轴与第一探测光幕、第三探测光幕平行示意图。
其中：
1、第一天幕靶；2、高速面阵CCD靶；3、第二天幕靶；4、第一光学镜头；5、辅助线激光器；6、电机盒；7、水平水泡；8、第一面板的微安表；9、固定狭缝；10、可控狭缝；11、发射激光器；12、第一信号采集单元；13、固定盒；14、第一激光校准单元；15、校准激光器；16、锁紧旋钮；17、螺柱；18、旋钮；；19、微调旋钮；；20、第一面板；；21、连接座；；22、连接凸起盘；；23、第一控制开关；；24、第一激光校准开关；；25、第一状态显示旋钮；26、第二面板；27、自校准刻度尺；28、第三面板；29、调节锁紧旋钮；30、旋转轴；31、角度编码器；32、轴承；33、图像采集单元；34、第二微安表；35、第二控制开关；36、第二状态显示旋钮；37、第二光学镜头；38、高速面阵CCD相机；39、第二信号采集单元；40、第三微安表；41、第三控制开关；42、第三激光校准开关；43、第三状态显示旋钮；44、第四激光校准单元；45、信号采集仪；46、上位机；47、第二激光校准单元；48、第三激光校准单元；49、光电探测器；50、自适应调节电路板；51、LED显示屏；52、三角座；53、调整转盘；54、第一壳体；55、第二壳体；56、第三壳体；57、航空插头。
具体实施方式
本发明实施例提供一种空间多目标立靶参数测试装置和测试方法，用以解决现有技术中存在的技术问题。
如图1所示，图1示出了一种空间多目标立靶参数测试装置的布置示意图，所述空间多目标立靶参数测试装置位于目标飞行弹道线的轨迹上，其具体包括第一天幕靶1、高速面阵CCD靶2、第二天幕靶3和信号采集仪45，其中，第一天幕靶1、高速面阵CCD靶2和第二天幕靶3并列布置；信号采集仪45配置为进行信息采集以及为整个空间多目标立靶参数测试装置提供电能，其分别与第一天幕靶1、高速面阵CCD靶2和第二天幕靶3相连接。此外，所述空间多目标立靶参数测试装置还包括上位机46，该上位机46通过电缆线与信号采集仪45相连接。
下面结合图2-4详细介绍第一天幕靶1的结构和功能，具体地，第一天幕靶1包括三角底座52、调整转盘53以及第一壳体54，三角底座52放置在水平面上，调整转盘53布置在三角底座52上，第一壳体54固定安装在调整转盘53上并能够随着调整转盘53自由转动。第一壳体54的上表面包括一水平面和一斜面，在该水平面上布置有第一光学镜头4，该第一光学镜头4与水平面相垂直。
在第一壳体54内设有光电探测单元、第一信号采集单元12以及激光发射单元。其中，光电探测单元设置在第一光学镜头4的垂直下方，具体地，光电探测单元包括光电探测器49、固定狭缝9、可控狭缝10、电机盒6和自适应调节电路板50。更为具体地，光电探测器49设置在可控狭缝10的垂直下方，其通过第一光学镜头4形成垂直于水平面的第一探测光幕M1；固定狭缝9为长方形光栅，其设置在第一光学镜头4的垂直下方；可控狭缝10设置在固定狭缝9的垂直下方，其一端与电机盒6相连接，可控狭缝10能够在实际测试中根据光学背景进行自适应性调整，大大降低了杂散光对系统的干扰；电机盒6中设有步进电机，通过步进电机能够使得可控狭缝10的缝宽范围调整为0.2mm～0.6mm；自适应调节电路板50布置在光电探测器49的下方，其配置为对相关信号进行自适应的调节和处理。
这样，当目标经过第一探测光幕M1时，光电探测单元中的光电探测器49输出信号并通过自适应调节电路板50处理后传输给第一天幕靶1的第一信号采集单元12进行处理。
第一信号采集单元12设置在其第一壳体54内，其包括模拟信号采集卡和信号处理模块，其中，模拟信号采集卡的采样频率为f，起始采样点为n(0)，第一个目标穿过第一探测光幕M1时，第一信号采集单元12输出信号，该信号上升沿对应的第一个采样点为n(i),将t11作为起始时刻值，其中，依次得到m个目标在第一探测光幕M1时的时刻值t11～t1m,每个目标输出信号为A1(k)，其中，k＝1,2Λ,m；若某一时刻存在两个及两个以上目标同时到达第一探测光幕M1时，该时刻第一信号采集单元12输出信号A1(k)幅值大于单个目标穿过第一探测光幕M1的幅值，通过比较各时刻采集信号的幅值，可以判断出哪一时刻多个目标同时到达探测光幕。
激光发射单元布置在第一壳体54上表面中的斜面上并且与该斜面相互垂直，其包括固定盒13、激光发射器11和旋转轴30，其中，激光发射器11固定在该斜面上，其发射线激光光幕形成第二探测光幕M2，将使得高速面阵CCD靶2采集的图像中正在穿过第二探测光幕M2的目标照亮成为亮目标，其中，第二探测光幕M2为扇形光幕，其以一定角度与第一探测光幕M1交汇，并以一定交汇角度覆盖高速面阵CCD靶2的视场。作为优选，激光发射器1采用高功率线激光器。
固定盒13位于第一壳体54内部并与激光发射器11相连接，具体地，固定盒13通过旋转轴30设置在第一壳体54的斜面下面的中空结构中。更为具体地，旋转轴30的一端为固定端并固定在第一壳体54内表面上，其另一端连接锁紧旋钮29，当松开锁紧旋钮29时，旋转轴30的旋转使得固定盒13旋转，当固定盒13旋转到所需要的位置时，拧紧锁紧旋钮29可以使固定盒13的位置固定，其中，固定盒13旋转的角度范围为20°～70°，与旋转轴30相连接的角度编码器31设置在固定盒13的内部，角度编码器31配置为观测固定盒13的旋转角度。
这样，激光发射单元能够通过旋转轴30进行旋转，针对具体目标的飞行高度来调整第二探测光幕M2与第一探测光幕M1以及第二探测光幕M2与高速面阵CCD靶2的视场的交汇角度，然后通过空间几何关系得到目标穿过第二探测光幕M2的高度，以便匹配出穿过探测区的多目标。
此外，如图4所示，在第一壳体54的上表面上设有两个相互垂直的水平水泡7，该水平水泡7配置为调节水平时观测天幕靶的水平状态。在第一光学镜头4的两侧设有两个辅助线激光器5，优选地，该辅助线激光器5采用650nm线激光器。通过校准线激光光幕与探测光幕重合，辅助线激光器5的能量充足，能够使得整个装置可以全天候工作，并且辅助线激光器5能够增加目标的辐射亮度。
进一步地，如图3所示，在第一壳体54的正面设有第一面板20，在第一面板20上设有控制开关23、激光校准开关24，微安表8和状态显示旋钮25，具体地，通过拨动状态显示旋钮25能够显示第一天幕靶1的状态参数，通过微安表8监测第一天幕靶1的工作状态。此外，在第一壳体54的上表面上设有LED显示屏51，LED显示屏51与固定盒13相连接，其中，该LED显示屏51配置为显示激光发射单元的旋转角度。
下面介绍第二天幕靶3的结构和功能，如图8-10所示，图8-10示出了第二天幕靶3的结构，第二天幕靶3的结构与第一天幕靶1的结构基本相同，例如，第二天幕靶3包括三角底座52、调整转盘53以及第三壳体56，调整转盘53布置在三角底座52上，第三壳体56固定安装在调整转盘53上并随着调整转盘53自由转动。第三壳体56的上表面为一水平面，在水平面上布置有与第一天幕靶1中相同的第一光学镜头4，该第一光学镜头4与水平面相垂直。第三壳体56中设有光电探测单元，光电探测单元的结构和第一天幕靶1中相同，光电探测单元通过第一光学镜头4形成第三探测光幕M3，其中，第三探测光幕M3与第一探测光幕M1相互平行并且垂直于目标飞行弹道线。此外，在第三壳体56中设有第二信号采集单元39。
下面结合图1和图5-7介绍高速面阵CCD靶2的结构，高速面阵CCD靶2设置在第一天幕靶1和第三天幕靶3之间连线的中点处，高速面阵CCD靶2的视场中心位置在第一探测光幕M1和第三探测光幕M3的中间，并且高速面阵CCD靶2的视场与第二探测光幕M2交汇。
具体地，高速面阵CCD靶2包括三角底座52、调整转盘53和第二壳体55，其中，三角底座52和调整转盘53与第一天幕靶1和第二天幕靶3完全相同。在第二壳体55的上表面外侧设有第二光学镜头37，在第二壳体55内设有高速面阵CCD相机38和图像采集单元33，其中，高速面阵CCD相机38设置在第二壳体55的上表面内侧并位于第二光学镜头37的垂直下方，高速面阵CCD相机38配置为通过第二光学镜头37将采集的视场内的图像序列信息传输给图像采集单元33。
当多目标穿过高速面阵CCD靶2的视场时，高速面阵CCD相机38采集的图像中存在亮目标，该亮目标说明在该时刻目标正在穿过第二探测光幕M2，图像采集单元33最终将采集的所有图像序列通过电缆线传输给信号采集仪45。在第二壳体55的上表面上同样设有两个相互垂直的水平水泡7，该水平水泡7配置为调节水平时观测高速面阵CCD靶2的水平状态。
此外，如图6所示，在高速面阵CCD靶2的第二壳体55的正面设有第二面板26，在第二面板26上设有第二控制开关35、第二微安表34、第二状态显示旋钮36，这样能够随时监测高速面阵CCD靶2的工作状态。
在进行实际测试时，多个目标依次通过第一探测光幕M1、第二探测光幕M2和第三探测光幕M3，当目标经过第一探测光幕M1时，第一天幕靶1中的第一信息采集单元12对经过第一探测光幕M1的目标信号进行输出，并通过电缆线传输给信号采集仪45进行处理，同时，信号采集仪45发送给高速面阵CCD靶2同步触发信号，在接收到同步触发信号后，高速面阵CCD靶2开始采集图像，并将采集得到的图像序列传输给信号采集仪45；当目标继续经过第三探测光幕M3时，第二天幕靶3中的第二信息采集单元39对经过第三探测光幕M3的目标信号进行输出，并通过电缆线传输给信号采集仪45进行处理，信号采集仪45将天幕靶输出信号处理并把结果传输给上位机46，上位机46根据采集的图像及各探测光幕的空间约束条件，匹配识别通过探测区的多个目标，精准地得到多个目标速度和空间位置参数。
参照图2、图5和图8，第一壳体54、第二壳体55和第三壳体56都通过调整转盘53设置在三角底座52上，其中的三角底座52和调整转盘53都是相同结构。在三角底座52的三个角部位置处设置有调整装置，其中，每个调整装置包括可调节三角底座52高低水平的旋钮18、螺柱17和底角，旋钮18位于螺柱17的上端，螺柱17的下端与底角18相连接，三角底座52通过调整装置固定在水平面上。具体地，调节转盘53包括连接凸起盘22和连接座21，其中，连接凸起盘22与连接座21嵌套连接，这样，连接凸起盘22能够相对连接座21旋转。更为具体地，三角底座52的上表面与连接凸起盘22固定连接，连接座21与第一壳体54或第二壳体55或第三壳体56固定连接，从而，连接座21在相对连接凸起盘22旋转时，能够带动相应的壳体旋转。
此外，调整转盘53的转动能够进行微调，具体地，在三角底座52的上表面设有轴承32，微调旋钮19与轴承32的一端连接，通过旋转微调旋钮19能够进行微调，调整转盘53的连接座21与轴承32螺旋连接，当调整微调旋钮19时，轴承32的旋转使调整转盘53的连接座21能够在一定范围内双向转动，在校平时方便进行调节。此外，在调整转盘53上还设有锁紧旋钮16，这样，每个壳体在转动调整完成后通过锁紧旋钮16能够进行位置固定。
为了对各靶体中的激光进行校准，在第一壳体54的背面内侧设有第一激光校准单元14，在第二壳体55的背面两边内侧设有第二激光校准单元47和第三激光校准单元48，在第三壳体56背面内侧设有第四激光校准单元44，上述激光校准单元包括校准激光器15，优选地，其采用100mw线激光器，更为优选地，校准激光器15具有激光出光口，在激光出光口设有自校准刻度尺27，其供调整时观测使用。
在进行实际校平时，将第一激光校准单元14和第二激光校准单元47设为一组，将第三激光校准单元48和第四激光校准单元44设为一组，通过调整转盘53和微调旋钮19的配合使用，使得每一组激光校准单元中的两两线激光对准重合，完成校平，这样能够保证第一探测光幕M1、高速面阵CCD靶2采集的图像中心的ou轴以及第三探测光幕M3两两相互平行。
结合本实施例所涉及的空间多目标立靶参数测试装置，本实施例还提供一种多目标立靶参数测试方法，其包括以下步骤：
(1)将第一天幕靶1、高速面阵CCD靶2、第二天幕靶3依次放置在目标飞行方向一定距离处，松开第一天幕靶1激光发射单元中旋转轴30一端的调节锁紧旋钮29，根据多个目标飞行高度调节第二探测光幕M2与第一探测光幕M1的交汇角度，保证覆盖高速面阵CCD靶2的视场，完成后锁紧，调节每个靶三角底座52的旋钮18进行水平调节；
(2)水平调节完成后，打开三个靶体的激光校准单元开关，通过松开调整转盘53的锁紧旋钮16，旋转调整转盘53，参考自校准刻度尺27将各线激光对准至重合，实现三个靶体的校平，保证各探测光幕的几何结构关系，校平完成后锁紧；
(3)测量第一天幕靶1与高速面阵CCD靶2的靶距S1，测量高速面阵CCD靶2与第二天幕靶3的靶距S2，测量第一天幕靶1与第二天幕靶3的靶距S3,读取第一天幕靶1的LED显示屏51显示的角度值θ，将靶距S1、靶距S2、靶距S3与角度值θ输入给信号采集仪45；
(4)布置和校平完成后，打开信号采集仪45的电源开关；
基于上述多目标立靶参数的步骤，本实施例还提供一种多目标立靶参数的测试方法，具体方法如下：
(1)当多目标依次穿过探测区后，读取第一信号采集单元12采集到多目标输出信号A1(k)，其中，k＝1,2Λ,m，且分别对应多目标穿过第一探测光幕M1的时刻值t11～t1m；读取高速面阵CCD相机38采集到的图像序列以及对应的时刻值t21～t2l；读取第二信号采集单元39采集到多目标输出信号A3(k)，其中，k＝1,2Λ,m，且分别对应多目标穿过第三探测光幕M3的时刻值t31～t3m；
(2)比较第一信号采集单元12采集到输出信号A1(k)的幅值、第二信号采集单元39采集到输出信号A3(k)的幅值，判断有无多目标同时到达同一探测光幕，若所有输出信号幅值相似，则该时间段内没有出现多个目标存在同一时刻到达第一探测光幕M1或第三探测光幕M3的情况，根据同一目标运动速度变化规律的一致性、第一探测光幕M1与第三探测光幕M3输出目标信号的先后一致性，每一个光电探测单元所获得的目标时刻顺序为实际发射目标的先后顺序；若出现多个目标存在同一时刻到达同一个探测光幕时，该时刻光电探测单元输出信号的幅值比单一目标探测输出信号的幅值大，说明该时刻出现多个目标重合的情况；
(3)根据所测量的第一天幕靶1和第二天幕靶3的靶距S3以及多目标对应采集到的时刻值t11～t1m与t31～t3m，计算每一目标相应的速度值Va,其中，
(4)列出所采集图像亮目标坐标(ui,vi)以及对应的时刻值t21～t2l，其中，i＝1,2,Λm，图像坐标系uov是以采集图像的像素中心点为原点，由于第二探测光幕M2覆盖高速面阵CCD靶2的视场，所以每一个目标在某一个时刻会被照亮一次，依据第一天幕靶1与高速面阵CCD靶2之间的靶距S2，得到所有目标到达第二探测光幕M2的飞行距离为(vi+S2)，按照理论速度Va以及亮目标对应时刻值，估算目标从第一探测光幕M1到第二探测光幕M2的飞行距离di，其中，i＝1,2Λ,m,对比估算飞行距离di与所有目标到达第二探测光幕M2的飞行距离为((D/r)·vi+S2)，按照接近原则匹配出每一目标所对应的信号，其中，目标实际尺寸为D，所占图像像素数为r；
(5)所匹配对应的信号通过高速面阵CCD相机38采集的图像可以得到位置坐标(xi,yi)，其中，xi＝(D/r)·ui，yi＝(D/r)·vi，i＝1,2Λ,m；根据线激光光幕的空间几何关系，计算目标高度zi，其中，zi＝((D/r)·vi+S2)·tan(π/2-θ)，可以区分同时到达某一探测光幕但俯仰方向不同的目标，得到匹配出的每一对应目标的空间位置坐标(xi,yi,zi),其中，i＝1,2Λ,m，所求空间位置坐标系xyz是以面阵相机视场中心点为原点建立。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种空间多目标立靶参数测试装置，其包括第一天幕靶(1)、高速面阵CCD靶(2)、第二天幕靶(3)和信号采集仪(45)，其中，所述高速面阵CCD靶(2)设置在所述第一天幕靶(1)和所述第三天幕靶(3)之间连线的中点处，所述第一天幕靶(1)形成第一探测光幕(M1)和第二探测光幕(M2)，所述第二天幕靶(3)形成第三探测光幕(M3)，所述第三探测光幕(M3)与所述第一探测光幕(M1)相互平行并且垂直于目标飞行弹道线，所述高速面阵CCD靶(2)的视场中心位于所述第一探测光幕(M1)和所述第三探测光幕(M3)的中间，并且所述高速面阵CCD靶(2)的视场与所述第二探测光幕(M2)交汇，所述信号采集仪(45)分别与所述第一天幕靶(1)、所述高速面阵CCD靶(2)和所述第二天幕靶(3)相连接。
2.根据权利要求1所述的空间多目标立靶参数测试装置，其附加特征在于，所述第一天幕靶(1)包括三角底座(52)、调整转盘(53)以及第一壳体(54)，所述调整转盘(53)布置在所述三角底座(52)上，所述第一壳体(54)固定安装在所述调整转盘(53)上并能够随着所述调整转盘(53)自由转动，所述第一壳体(54)的上表面包括一水平面和一斜面，在所述水平面上布置有第一光学镜头(4)，所述第一光学镜头(4)与水平面相垂直。
3.根据权利要求2所述的空间多目标立靶参数测试装置，其附加特征在于，在所述第一壳体(54)内设有光电探测单元、第一信号采集单元(12)以及激光发射单元，其中，所述光电探测单元设置在所述第一光学镜头(4)的垂直下方，其包括光电探测器(49)、固定狭缝(9)、可控狭缝(10)、电机盒(6)和自适应调节电路板(50)，其中，所述光电探测器(49)设置在所述可控狭缝(10)的垂直下方，其通过所述第一光学镜头(4)形成垂直于水平面的所述第一探测光幕(M1)；所述固定狭缝(9)为长方形光栅，其设置在所述第一光学镜头(4)的垂直下方；所述可控狭缝(10)设置在所述固定狭缝(9)的垂直下方，其一端与所述电机盒(6)相连接，所述电机盒(6)中设有步进电机，通过所述步进电机能够调整所述可控狭缝(10)的缝宽；所述自适应调节电路板(50)布置在所述光电探测器(49)的下方，所述第一信号采集单元(12)包括模拟信号采集卡和信号处理模块。
4.根据权利要求3所述的空间多目标立靶参数测试装置，其附加特征在于，所述激光发射单元布置在所述第一壳体(54)上表面中的所述斜面上并且与所述斜面相互垂直，其包括固定盒(13)、激光发射器(11)和旋转轴(30)，其中，所述激光发射器(11)固定在所述斜面上，其发射线激光光幕形成所述第二探测光幕(M2)，将使得所述高速面阵CCD靶(2)采集的图像中正在穿过所述第二探测光幕(M2)的目标照亮成为亮目标；所述固定盒(13)位于所述第一壳体(54)内部并与所述激光发射器(11)相连接，所述旋转轴(30)的一端为固定端并固定在所述第一壳体(54)内表面上，其另一端连接锁紧旋钮(29)，当松开所述锁紧旋钮(29)时，所述旋转轴(30)的旋转使得所述固定盒(13)旋转，当所述固定盒(13)旋转到所需要的位置时，拧紧所述锁紧旋钮(29)可以使所述固定盒(13)的位置固定，与所述旋转轴(30)相连接的角度编码器(31)设置在所述固定盒(13)的内部。
5.根据权利要求1所述的空间多目标立靶参数测试装置，其附加特征在于，在所述第一壳体(54)的上表面上设有两个相互垂直的水平水泡(7)，在所述第一光学镜头(4)的两侧设有两个辅助线激光器(5)。
6.根据权利要求1所述的空间多目标立靶参数测试装置，其附加特征在于，在所述高速面阵CCD靶(2)的第二壳体(55)的上表面设有第二光学镜头(37)，在所述第二壳体(55)内设有高速面阵CCD相机(38)和图像采集单元(33)，其中，所述高速面阵CCD相机(38)位于所述第二光学镜头(37)的垂直下方，所述高速面阵CCD相机(38)配置为将采集的视场内的图像序列信息传输给所述图像采集单元(33)。
7.根据权利要求1所述的空间多目标立靶参数测试装置，其附加特征在于，所述第一天幕靶(1)中设有第一激光校准单元(14)，所述高速面阵CCD靶(2)中设有第二激光校准单元(47)和第三激光校准单元(48)，所述第二天幕靶(3)中设有第四激光校准单元(44)，所述激光校准单元包括校准激光器(15)，所述校准激光器(15)具有激光出光口，在所述激光出光口设有自校准刻度尺(27)。
8.根据权利要求2所述的空间多目标立靶参数测试装置，其附加特征在于，在所述三角底座(52)的三个角部位置处设置有调整装置，其中，每个所述调整装置包括旋钮(18)、螺柱(17)和底角，所述旋钮(18)位于所述螺柱(17)的上端，所述螺柱(17)的下端与所述底角相连；所述调节转盘(53)包括连接凸起盘(22)和连接座(21)，其中，所述连接凸起盘(22)与所述连接座(21)嵌套连接，所述三角底座(52)的上表面与所述连接凸起盘(22)固定连接，所述连接座(21)与所述第一壳体(54)固定连接。
9.根据权利要求8所述的空间多目标立靶参数测试装置，其附加特征在于，在所述三角底座(52)的上表面设有轴承(32)，微调旋钮(19)与所述轴承(32)的一端连接，所述调整转盘(53)的所述连接座(21)与所述轴承(32)螺旋连接。
10.一种采用权利要求1-9中任一项所述的空间多目标立靶参数测试装置的多目标立靶参数的测试方法，具体方法如下：
(1)当多目标依次穿过探测区后，读取第一信号采集单元(12)采集到多目标输出信号A1(k)，其中，k＝1,2Λ,m，且分别对应多目标穿过第一探测光幕(M1)的时刻值t11～t1m；读取高速面阵CCD相机(38)采集到的图像序列以及对应的时刻值t21～t2l；读取第二信号采集单元(39)采集到多目标输出信号A3(k)，其中，k＝1,2Λ,m，且分别对应多目标穿过第三探测光幕(M3)的时刻值t31～t3m；
(2)比较第一信号采集单元(12)采集到输出信号A1(k)的幅值、第二信号采集单元(39)采集到输出信号A3(k)的幅值，判断有无多目标同时到达同一探测光幕，若所有输出信号幅值相似，则该时间段内没有出现多个目标存在同一时刻到达第一探测光幕(M1)或第三探测光幕(M3)的情况，根据同一目标运动速度变化规律的一致性、第一探测光幕(M1)与第三探测光幕(M3)输出目标信号的先后一致性，每一个光电探测单元所获得的目标时刻顺序为实际发射目标的先后顺序；若出现多个目标存在同一时刻到达同一个探测光幕时，该时刻光电探测单元输出信号的幅值比单一目标探测输出信号的幅值大，说明该时刻出现多个目标重合的情况；
(3)根据所测量的第一天幕靶(1)和第二天幕靶(3)的靶距S3以及多目标对应采集到的时刻值t11～t1m与t31～t3m，计算每一目标相应的速度值Va,其中，i＝1,2,Λm；
(4)列出所采集图像亮目标坐标(ui,vi)以及对应的时刻值t21～t2l，其中，i＝1,2,Λm，图像坐标系uov是以采集图像的像素中心点为原点，由于第二探测光幕(M2)覆盖高速面阵CCD靶(2)的视场，所以每一个目标在某一个时刻会被照亮一次，依据第一天幕靶(1)与高速面阵CCD靶(2)之间的靶距S2，得到所有目标到达第二探测光幕(M2)的飞行距离为(vi+S2)，按照理论速度Va以及亮目标对应时刻值，估算目标从第一探测光幕(M1)到第二探测光幕(M2)的飞行距离di，其中，i＝1,2Λ,m,对比估算飞行距离di与所有目标到达第二探测光幕(M2)的飞行距离为((D/r)·vi+S2)，按照接近原则匹配出每一目标所对应的信号，其中，目标实际尺寸为D，所占图像像素数为r；
(5)所匹配对应的信号通过高速面阵CCD相机(38)采集的图像可以得到位置坐标(xi,yi)，其中，xi＝(D/r)·ui，yi＝(D/r)·vi，i＝1,2Λ,m；根据线激光光幕的空间几何关系，计算目标高度zi，其中，zi＝((D/r)·vi+S2)·tan(π/2-θ)，可以区分同时到达某一探测光幕但俯仰方向不同的目标，得到匹配出的每一对应目标的空间位置坐标(xi,yi,zi),其中，i＝1,2Λ,m，所求空间位置坐标系xyz是以面阵相机视场中心点为原点建立。
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Application publication date: 20180821 Assignee: Xi'an Qingwei Network Technology Co.,Ltd. Assignor: XI'AN TECHNOLOGICAL University Contract record no.: X2023980046306 Denomination of invention: A spatial multi-objective vertical target parameter testing device and testing method Granted publication date: 20210105 License type: Common License Record date: 20231108 |