CN108895931B - 一种近炸空间破片散布测试装置和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种近炸空间破片散布测试装置和测试方法，测试装置包括三个高速面阵CCD靶、火焰探测靶、图像采集分析仪和上位机，其中，图像采集分析仪分别与各高速面阵CCD靶相连接，高速面阵CCD靶包括方形底盘、第二壳体、调整转台以及第一壳体，第一壳体的上表面包括一水平面和一斜面，在斜面上设有光学镜头，第一壳体还包括图像采集单元、控制单元和旋转单元。本发明能够测试近炸空间破片散布的位置，为破片群定向控制技术研究提供可靠的数据支撑。

Description

一种近炸空间破片散布测试装置和测试方法

技术领域

本发明涉及光电测试技术领域，尤其涉及一种近炸空间破片散布测试装置和测试方法。

背景技术

破片是战斗部毁伤效应的重要因素之一，而在指定区域破片的数量、位置则是衡量破片战斗部毁伤效应的重要参数之一，需要测试破片战斗部在指定区域破片位置分布。目前，常用的测量设备可以分为接触式测量和非接触式测量，主要的测试设备有纸靶板测量法、多光幕交汇测量法、双CCD交汇测量法、声靶等，均只能测试同一时间单个目标着靶的情况，当多个目标同时着靶时会得到大量伪目标，导致现有测试手段无法用于多个目标同时着靶的情况下位置分布测试的问题，是兵器参数测试行业公认的技术难题之一。

针对两发弹丸同时着靶的情况，有研究者提出采用七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，该装置和算法复杂，实际工程难以实现。还有研究者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，实现对两发弹丸同时着靶情况下坐标的测量，该方法光幕组成复杂，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。

现有的专利也提出一些多目标同时着靶的坐标测量方法，但都存在一定的问题，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，该系统装置和算法复杂，实际工程较难实现。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，工程实现困难，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。专利“用于2-3发弹丸同时着靶的坐标测量装置及测量方法”提出一种基于高速彩色线阵CCD相机配合一字线激光光源的测量装置和方法，该方案所采用的高速线阵彩色相机价格昂贵，依赖进口，所以使得系统的价格较为昂贵，且该方法不能用于4发及以上弹丸同时着靶的情况。如专利“一种激光多目标立靶测量装置和测量方法”提出采用多组线激光与光电探测阵列空间叠加而成探测靶面，有N个目标同时着靶则需要 N+1组线激光与光电探测器阵列，随着需要测试的同时到达的目标个数以及靶面厚度的增加，导致无法对小目标进行测试，例如破片群的测试则无法使用。

发明内容

本发明提供一种近炸空间破片散布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近炸空间破片散布测试装置，其包括三个高速面阵 CCD靶、火焰探测靶、图像采集分析仪和上位机，其中，图像采集分析仪分别与各高速面阵CCD靶相连接，高速面阵CCD靶包括方形底盘、第二壳体、调整转台以及第一壳体，第一壳体的上表面包括一水平面和一斜面，在斜面上设有光学镜头，第一壳体还包括图像采集单元、控制单元和旋转单元，其中，图像采集单元布置在光学镜头的下部并且与光学镜头相连接，第二壳体包括图像处理单元、信息处理单元和第二电机，第二电机与控制单元相连接。

优选地，其中，在方形底盘上设有圆形连接座，第二壳体通过圆形连接座布置在方形底盘上并与方形底盘可转动地连接；调整转台布置在第二壳体上，第一壳体通过与调整转台固定连接设置在第二壳体的上表面，在调整转台的下部通过旋转轴连接有第二电机，在第二壳体内部设有第二角度编码器，第二角度编码器与调整转台相连接。

优选地，圆形连接座包括连接凸起盘和旋转连接座，其中，连接凸起盘嵌套在旋转连接座中并能够相对旋转连接座转动，方形底盘的上表面与连接凸起盘固定连接，旋转连接座的上表面与第二壳体固定连接，在连接凸起盘上设有锁紧旋钮，在圆形连接座上还设有第三角度编码器。

优选地，在方形底盘的四个角部位置设置四个调节装置，每个调节装置包括可调节高低的旋钮、螺柱和底脚，其中，旋钮设置在螺柱的顶部，螺柱穿过方形底盘并与底脚连接。

优选地，图像采集单元包括微透镜阵列、高速面阵CCD相机和控制模块，其中，控制模块能够调整微透镜阵列与高速面阵CCD相机的感光面之间的距离，高速面阵CCD相机与控制单元相连接，高速面阵CCD相机中的微透镜阵列平面上包含爆炸区域的光场信息，将CCD感光平面所成的像重新投影到新的重聚焦平面后进行积分，在重聚焦平面上形成新的图像，新的图像可以分辨重合、遮挡的多个破片目标。

优选地，图像采集单元与旋转单元相连接，旋转单元包括第一电机和第一角度编码器，第一电机与旋转轴相连接，旋转轴与图像采集单元相连接，第一电机输出动力通过旋转轴带动图像采集单元和光学镜头转动，旋转的角度值通过第一角度编码器读取并实时传输给信息处理单元。

优选地，火焰探测靶的光学视场对准火炮口并分别与三个高速面阵CCD靶通过触发电缆线相连，具体包括三角底盘和第三壳体，其中，第三壳体通过圆形连接座布置在三角底盘上。

优选地，第三壳体的上表面包括一水平面和一斜面，在斜面上设有第二光学镜头，第三壳体内部设置有第二电气盒、旋转轴，第二电气盒位于第三壳体内部并与第二光学镜头相连接，旋转轴的一端为固定端并固定在第三壳体内表面上，其另一端连接锁紧旋钮，当松开所述锁紧旋钮时，旋转轴的旋转使得所述第二电气盒旋转，当第二电气盒旋转到所需要的位置时，拧紧锁紧旋钮可以使第二电气盒的位置固定。第三壳体还包括光电探测单元和信号处理单元，其中，光电探测单元布置在第三壳体内部并且位于第二光学镜头的下部，光电探测单元与第二光学镜头相连接。

优选地，光电探测单元包括光阑狭缝、光电探测器以及自适应调节电路板，其中，第二光学镜头将光通过光阑狭缝汇聚到光电探测器的感光面上，自适应调节电路板采用自增益控制电路，在第三壳体中还设有信号处理单元。

本发明的另一方面提供一种近炸空间破片散布的测试方法，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)调整各高速面阵CCD靶的调节装置中的水平旋钮，通过观测靶体上的水平气泡完成水平调节；

(2)打开每个高速面阵CCD靶的激光校平单元，将第一高速面阵CCD靶与第三高速面阵CCD靶进行校平，读取这两个高速面阵CCD靶中第三角度编码器的角度值θ_a1、θ_a3；将第一高速面阵CCD靶与第二高速面阵CCD靶进行校平，读取这两个高速面阵CCD靶中第三角度编码器的角度值θ_b1、θ_b2；将第二高速面阵CCD靶与第三高速面阵CCD靶进行校平，读取这两个高速面阵CCD靶中第三角度编码器的角度值θ_a2、θ_b3；将所有角度值输入给信息处理单元；

(3)调整三个高速面阵CCD靶的圆形连接座使其三个相机的视场交汇于探测区域，读取每个高速面阵CCD靶中第一角度编码器的数值ε₁、ε₂、ε₃以及第二角度编码器的数值θ_d1、θ_d2、θ_d3，并将角度值输入给信息处理单元，如果在测试过程中第一电机进行自适应调整，则在此次测试完成后更新第一角度编码器的数值ε₁、ε₂、ε₃输入给信息处理单元；

(4)以第一高速面阵CCD靶和第三高速面阵CCD靶的中心连线S₁S₃为X轴， S₁为原点，构成主坐标系XOY；建立两个从坐标系，其中，以第一高速面阵CCD 靶和第二高速面阵CCD靶的中心连线S₁S₂为X'轴，S₁为原点O'，构成第一从坐标系；以第二高速面阵CCD靶和第三高速面阵CCD靶的中心连线S₂S₃为X”轴， S₂为原点O”，构成第二从坐标系；主坐标系与第一从坐标系的夹角为T₁，主坐标系与第二从坐标系的夹角为T₃，第一从坐标系与第二从坐标系的夹角为T₂，其中，T₁＝θ_b1-θ_a1，T₂＝θ_b2-θ_a2，T₃＝θ_b3-θ_a3；第一从坐标系旋转角度T₁转换至主坐标系，第二从坐标系旋转角度T₃再平移转换至主坐标系；

(5)测量每两个高速面阵CCD靶的光学镜头之间的距离d，如果测试过程中第二电机进行自适应调整，则在此次测试完成后更新靶距d，并将其输入给信息处理单元；

(6)将火焰探测靶的光学视场对准火炮口，打开所有高速面阵CCD靶、火焰探测靶以及图像采集分析仪的电源，启动测试程序，图像采集分析仪采集与处理n个飞行目标穿过三个高速面阵CCD靶的空间破片图像，每个空间破片经过图像处理与重聚焦处理技术获得图像上的坐标(x_i1,y_i1)，(x_i2,y_i2)和(x_i3,y_i3)，其中， i＝1,2,…,n，结合相机布置的空间位置、光学镜头的俯仰角度ε_j、方位角度ω_p以及破片目标与相机中心连线的夹角β_j，进而计算出飞行破片目标的空间坐标 (X_i,Y_i,Z_i)，其中，i＝1,2,…,n，j＝1,2,3。

本发明能够测试近炸空间的破片散布的位置，为破片群定向控制技术研究提供可靠的数据支撑。

附图说明

图1是本发明涉及的近炸空间破片散布测试装置的布置示意图；

图2是本发明涉及的近炸空间破片散布测试装置中高速面阵CCD靶的结构示意图；

图3是本发明涉及的近炸空间破片散布测试装置中高速面阵CCD靶的结构示意图；

图4是本发明涉及的近炸空间破片散布测试装置中高速面阵CCD靶的俯视图；

图5是本发明涉及的近炸空间破片散布测试装置中高速面阵CCD靶的俯视图；

图6是本发明涉及的近炸空间破片散布测试装置中火焰探测靶的结构示意图；

图7是本发明涉及的近炸空间破片散布测试装置中火焰探测靶的结构示意图；

图8是本发明涉及的近炸空间破片散布测试装置中火焰探测靶的俯视图；

图9是本发明涉及的近炸空间破片散布测试方法的示意图；

其中：

1、第一高速面阵CCD靶；2、第二高速面阵CCD靶；3、第三高速面阵CCD 靶；4、火焰探测靶；5、高速面阵CCD靶的光学镜头；6、微透镜阵列；7、控制单元；8、第一面板；9、第一角度编码器；10、调整转台的旋转轴；11、微透镜阵列控制模块；12、高速面阵CCD感光面；13、水平气泡；14、第二电机； 15、信息处理单元；16、校平激光器；17、方型底盘；18、锁紧旋钮；19、第三角度编码器；20、调节旋钮；21、轴承；22、连接凸起盘；23、连接座；24、第一电气盒；25、状态显示表；26、控制开关；27、航空插头；28、电源开关； 29、旋转轴；30、固定端；31、第一电机；32、调整转盘；33、第二电气盒； 34、固定板；35、第二壳体；36、火焰探测靶的光学镜头；37、光阑狭缝；38、信号处理单元；39、高灵敏度光电探测器；40、自适应调节电路板；41、第二面板的航空插头；42、第二面板的电源开关；43、第二面板的控制开关；44、破片目标；45、微透镜阵列平面；46、CCD感光平面；47、重聚焦平面；48、图像采集分析仪；49、上位机；50、第二面板；51、第一壳体；52、圆形连接座；53、第三壳体；54、第一角度编码器；55、图像处理单元；56、三角底盘； 57、图像采集单元。

具体实施方式

本发明实施例提供一种近炸空间破片散布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示出了一种近炸空间破片散布测试装置的布置示意图，其中，这种近炸空间破片散布测试装置布置在炮弹弹丸的飞行轨迹上，其包括第一高速面阵CCD靶1、第二高速面阵CCD靶2、第三高速面阵CCD靶3以及火焰探测靶4，其中，第一高速面阵CCD靶1、第二高速面阵CCD靶2以及第三高速面阵CCD靶3的位置为三角形的三个顶点。本实施例涉及的近炸空间破片散布测试装置还包括图像采集分析仪48和上位机49，其中，图像采集分析仪48通过电缆线分别与第一高速面阵CCD靶1、第二高速面阵CCD靶2、第三高速面阵CCD靶3相连接，火焰探测靶4的光学视场对准火炮口且同样与三个高速面阵CCD靶通过触发电缆线相连接，图像采集分析仪48配置对炸点图像进行采集和分析，并为整个近炸空间破片散布测试装置提供电能，上位机49 与图像采集分析仪48相连接。

本装置能够对近炸空间的破片散布进行测试，具体地，当火焰探测靶4探测到炮口火光信号时，发送给第一高速面阵CCD靶1、第二高速面阵CCD靶2 和第三高速面阵CCD靶3同步触发指令，在接收到同步触发指令的同时，第一高速面阵CCD靶1、第二高速面阵CCD靶2和第三高速面阵CCD靶3开始同步采集图像，并且将采集处理的图像传送给图像采集分析仪48，图像采集分析仪 48对图像进行分析并将分析结果传输给上位机49，上位机49根据破片散布测试方法计算炸点空间破片的位置参数。

进一步地，第一高速面阵CCD靶1、第二高速面阵CCD靶2以及第三高速面阵CCD靶3结构相同，下面以第一高速面阵CCD靶1为例介绍其结构。

如图2和图3所示，图2和图3示出了第一高速面阵CCD靶1的结构，第一高速面阵CCD靶1包括方形底盘17、第二壳体35、调整转台32以及第一壳体51，其中，在方形底盘17上设有圆形连接座52，第二壳体35通过圆形连接座52布置在方形底盘17上并与方形底盘17可转动地连接；调整转台32布置在第二壳体35上，第一壳体51通过与调整转台32固定连接设置在第二壳体35的上表面，在调整转台32的下部通过旋转轴10连接有第二电机14，调整转台32通过第二电机14的驱动能够自由旋转，这样，第一壳体51通过调整转台32能够相对第二壳体35转动。

进一步地，配置地用于连接方形底盘17和第二壳体35的圆形连接座52 为中空结构，其包括连接凸起盘22和旋转连接座23，其中，连接凸起盘22 嵌套在旋转连接座23中，连接凸起盘22和旋转连接座23之间可以相对转动。方形底盘17的上表面与连接凸起盘22固定连接，旋转连接座23的上表面与第二壳体35固定连接，这样，通过连接凸起盘22和旋转连接座23之间的转动，使得第二壳体35能够相对方形转盘17进行360°的旋转。此外，在连接凸起盘22上设有锁紧旋钮18，其能够在第二壳体35通过旋转调整好位置后锁定旋转角度，从而锁定第二壳体35的位置。此外，在圆形连接座52上还设有第三角度编码器19，其配置为在对高速面阵CCD靶靶体布置和校平时读取具体角度参数。

更进一步地，在方形底盘17的四个角部位置设置四个调节装置，通过调节装置使得方形底盘17稳定地放置在水平面上，每个调节装置包括可调节高低的调节旋钮20、螺柱21和底脚，其中，调节旋钮20设置在螺柱21的顶部，该调节旋钮20配置为通过旋转调节方形底盘17的高度，螺柱21穿过方形底盘17并与底脚连接。

下面针对第一壳体51和第二壳体35的内部结构进行详细描述。

继续参考图2和图3，第一壳体51为中空结构，其上表面包括一水平面和一斜面，在该斜面上设有光学镜头5，第一壳体51还包括图像采集单元57、控制单元7和旋转单元，其中，图像采集单元57布置在第一壳体51内部的第一电气盒24中并且位于光学镜头5的下部，图像采集单元57通过数据线与光学镜头5相连接。如图5所示，图像采集单元57包括微透镜阵列6、高速面阵 CCD相机和控制模块11，其中，控制模块11能够调整微透镜阵列6与高速面阵CCD相机的感光面12之间的距离，微透镜阵列6形成的微透镜阵列平面45 上包含爆炸区域的光场信息，将高速面阵CCD相机的CCD感光平面46所成的像重新投影到新的重聚焦平面47后进行积分，在重聚焦平面47上形成新的图像，新的图像可以分辨遮挡、重合的多个破片目标44。图像采集单元57中的高速面阵CCD相机通过电缆线与控制单元7相连接，配置地用于将采集的图像传输到控制单元7进行分析，其中，控制单元7布置在固定板34上。

进一步地，图像采集单元57与旋转单元相连接，如图4所示，旋转单元包括第一电机31和第一角度编码器54，第一电机31与第一壳体51侧面的固定端30固定连接，第一电机31与旋转轴29相连接，旋转轴29与图像采集单元57相连接，这样，第一电机31能够将动力传输给旋转轴29，通过旋转轴 29带动图像采集单元57和光学镜头5转动，旋转的角度值通过第一角度编码器54读取并实时传输给第二壳体35中的信息处理单元15。

在实际测试中，图像采集单元57中的高速面阵CCD相机将采集到的图像传输给控制单元7进行分析，控制单元7在每幅采集的图像中设定阈值区域，如果炸点火光不在图像的阈值区域时，控制单元7将控制第一高速面阵CCD靶 1的旋转单元中的第一电机31进行旋转，从而改变光学镜头5的仰俯角度，直到图像中炸点火光位置移动到图像中的阈值区域内，这时，第一电机31停止转动，第一角度编码器54读取此时第一高速面阵CCD靶1中光学镜头5的仰俯角度，并将角度值输入到第二壳体35中的信息处理单元15中。(上述方式同样适用于第二高速面阵CCD靶2和第三高速面阵CCD靶3)

如上所述，第二壳体35通过调整转台32与第一壳体51相连接，第二壳体35为中空结构，其还包括图像处理单元55、信息处理单元15和第二电机14，具体地，第二电机14通过电缆线还与第一壳体51中的控制单元7相连接，在第二壳体35内部设有第二角度编码器9，其中，第二角度编码器9与调整转台32相连接，其配置地用于读取调整转台32带动第一壳体51旋转后的角度值。

在第二壳体35的底部设有激光校平单元，在第二壳体35的上表面设有至少一个水平水泡13，其中，激光校平单元包括校平激光器16，其优选采用100mw 线激光器，在校平激光器16上设有激光出光口。在进行实际校平时，第一高速面阵CCD靶1、第二高速面阵CCD靶2以及第三高速面阵CCD靶3中两两靶体互为一组，通过各自靶体中的圆形连接座52配合使用，使得每一个激光较平单元两两线激光对准重合完成校平。水平水泡13配置地用于观测第二壳体 35是否水平布置。此外，在第二壳体35上设有第一面板8，在第一面板8上设有电源开关28、状态显示表25、控制开关26以及航空插头27。

下面结合附图介绍火焰探测靶4的结构，如图6-8所示，火焰探测靶4包括三角底盘56和第三壳体53，其中，第三壳体53通过圆形连接座52布置在三角底盘56上，具体地，配置地用于连接三角底盘56和第三壳体53的圆形连接座52为中空结构，其包括连接凸起盘22和旋转连接座23，其中，连接凸起盘22嵌套在旋转连接座23中，连接凸起盘22和旋转连接座23之间可以相对转动。三角底盘56的上表面与连接凸起盘22固定连接，旋转连接座23的上表面与第三壳体53固定连接，这样，通过连接凸起盘22和旋转连接座23 之间的转动，使得第三壳体53能够相对三角底盘56进行360°的旋转，在第三壳体53旋转调整完成后同样可以由设置在圆形连接座52上的锁紧旋钮18 进行锁紧固定。在三角底盘56的三个角部位置处设有调节装置。这种调节装置与第一高速面阵CCD靶1中使用的调节装置相同。

第三壳体53的上表面包括一水平面和一斜面，在该斜面上设有第二光学镜头36，第三壳体53内部设置有第二电气盒33、旋转轴29，第二电气盒33 位于第三壳体53内部并与第二光学镜头36相连接，旋转轴29的一端为固定端并固定在第三壳体53内表面上，其另一端连接锁紧旋钮18，当松开锁紧旋钮18时，旋转轴29的旋转使得第二电气盒33旋转，当第二电气盒33旋转到所需要的位置时，拧紧锁紧旋钮18可以使第二电气盒33的位置固定，第三壳体53还包括光电探测单元和信号处理单元，其中，光电探测单元布置在第三壳体53内部并且位于第二光学镜头36的下部，光电探测单元通过数据线与第二光学镜头36相连接。其中，第二光学镜头36优选采用广角镜头，并且包括红外滤光片。

光电探测单元布置在第二电气盒33中，其包括光阑狭缝37、具有高灵敏度的光电探测器39以及自适应调节电路板40，其中，第二光学镜头36将光通过光阑狭缝37汇聚到光电探测器39的感光面上，自适应调节电路板40采用自增益控制电路，能够根据环境背景光信号自适应地选择合理的增益，对触发信号进行处理，最后触发信号通过信号处理单元转换为脉冲信号发送给图像采集分析仪48，作为同步触发指令触发高速面阵CCD相机采集炸点图像。在第三壳体53中还设有信号处理单元38。此外，在第三壳体53上设有第二面板50，在第二面板50上设有电源开关42、控制开关43和航空插头41。

本发明采用上述近炸空间破片散布测试装置，还提供一种近炸空间破片散布测试方法，其具体操作步骤如下：

(1)调整第一高速面阵CCD靶1、第二高速面阵CCD靶2以及第三高速面阵CCD靶3的调节装置中的调节旋钮20，通过观测靶体上的水平气泡13完成水平调节；

(2)打开每个高速面阵CCD靶的激光校平单元，将第一高速面阵CCD靶1 与第三高速面阵CCD靶3进行校平，读取这两个高速面阵CCD靶中第三角度编码器19的角度值θ_a1、θ_a3；

将第一高速面阵CCD靶1与第二高速面阵CCD靶2进行校平，读取这两个高速面阵CCD靶中第三角度编码器19的角度值θ_b1、θ_b2；

将第二高速面阵CCD靶2与第三高速面阵CCD靶3进行校平，读取这两个高速面阵CCD靶中第三角度编码器19的角度值θ_a2、θ_b3；

将所有角度值输入给信息处理单元15；

(3)调整三个高速面阵CCD靶的圆形连接座52使其三个相机的视场交汇于探测区域，读取每个高速面阵CCD靶中第一角度编码器54的数值ε₁、ε₂、ε₃以及第二角度编码器9的数值θ_d1、θ_d2、θ_d3，并将角度值输入给信息处理单元 15，若测试过程中第一电机31进行自适应调整，则在此次测试完成后更新第一角度编码器54的数值ε₁、ε₂、ε₃输入给信息处理单元15；

(4)如图9所示，以第一高速面阵CCD靶1(其中心为S₁)和第三高速面阵 CCD靶3(其中心分别为S₃)的中心连线S₁S₃为X轴，S₁为原点，构成主坐标系 XOY；建立两个从坐标系，其中，以第一高速面阵CCD靶1(其中心为S₁)和第二高速面阵CCD靶2(其中心分别为S₂)的中心连线S₁S₂为X'轴，S₁为原点O'，构成第一从坐标系；以第二高速面阵CCD靶2(其中心分别为S₂)和第三高速面阵CCD靶3(其中心分别为S₃)的中心连线S₂S₃为X”轴，S₂为原点O”，构成第二从坐标系；主坐标系与第一从坐标系的夹角为T₁，主坐标系与第二从坐标系的夹角为T₃，第一从坐标系与第二从坐标系的夹角为T₂，其中，T₂＝θ_b2-θ_a2， T₃＝θ_b3-θ_a3；第一从坐标系旋转角度T₁转换至主坐标系，第二从坐标系旋转角度 T₃再平移转换至主坐标系；T₁＝θ_b1-θ_a1

(5)测量每两个高速面阵CCD靶的光学镜头5之间的靶距d，若测试过程中第二电机14进行自适应调整，则在此次测试完成后更新靶距d，并将其输入给信息处理单元15；

(6)将火焰探测靶4的光学视场对准火炮口，打开所有高速面阵CCD靶以及图像采集分析仪48的电源，启动测试程序，图像采集分析仪48采集与处理 n个飞行目标穿过三个高速面阵CCD靶的空间破片图像，每个空间破片经过图像处理与重聚焦处理技术获得图像上的坐标(x_i1,y_i1)，(x_i2,y_i2)和(x_i3,y_i3)，其中， i＝1,2,…,n，结合相机布置的空间位置、光学镜头的俯仰角度ε_j、方位角度ω_p以及破片目标与相机中心连线的夹角β_j，进而计算出飞行破片目标44的空间坐标(X_i,Y_i,Z_i)，其中，i＝1,2,…,n，j＝1,2,3；

优选的是，上述近炸空间破片散布测试方法所采用的具体计算方法包括：

(1)确定光线进入微透镜的位置坐标(u_i,v_i)和经过图像处理技术获得图像上的破片目标坐标44为(x_i',y_i')，其中，i＝1,2,…,n，利用重聚焦方法，改变参数α，结合重聚焦的几何关系图，得到三个相机经过图像处理与重聚焦处理技术获得图像上的目标在预定平面上的坐标(x_i,y_i)，其中，

其中，θ_i、γ_i为破片目标44的方向角与俯仰角，其中，θ_i＝arctan(Δx_i/z′_i)，γ_i＝arctan(Δy_i·cosθ_i/z′_i)，i＝1,2,…,n，z_i'为oz轴方向的坐标。

(2)确定每个破片目标44与每个相机光轴夹角β_mi的表达式，每个相机的焦距为f_l，其中，i＝1,2,…,n，l＝1,2,3，m＝1,2,3，则破片目标44与每个相机光轴夹角为下式：

(3)分别对两两交汇的相机进行分析，根据几何关系计算出第k幅图像第i 个破片目标44在预定平面上的空间位置(X_ki,Y_ki,Z_ki)，其中，i＝1,2,…,n，k＝1,2,…，为了提高炸点的测量精度，本发明取三个相机两两交汇测得破片目标44空间坐标的平均值，从而得到破片目标44的空间坐标为：

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 (8)

1.一种近炸空间破片散布测试装置，其包括三个高速面阵CCD靶、火焰探测靶(4)、图像采集分析仪(48)和上位机(49)，其中，三个高速面阵CCD靶的位置为三角形的三个顶点，所述火焰探测靶(4)的光学视场对准火炮口设置并分别与三个所述高速面阵CCD靶通过触发电缆线相连，所述图像采集分析仪(48)分别与各所述高速面阵CCD靶相连接，所述高速面阵CCD靶包括方形底盘(17)、第二壳体(35)、调整转台(32)以及第一壳体(51)，所述第一壳体(51)的上表面包括一水平面和一斜面，在所述斜面上设有光学镜头(5)，所述第一壳体(51)还包括图像采集单元(57)、控制单元(7)和旋转单元，其中，所述图像采集单元(57)布置在所述光学镜头(5)的下部并且与所述光学镜头(5)相连接，所述图像采集单元(57)与所述旋转单元相连接，所述图像采集单元(57)包括微透镜阵列(6)、高速面阵CCD相机和控制模块(11)，其中，所述控制模块(11)能够调整所述微透镜阵列(6)与所述高速面阵CCD相机的感光面(12)之间的距离，所述高速面阵CCD相机与所述控制单元(7)相连接，高速面阵CCD相机中的微透镜阵列平面(45)上包含爆炸区域的光场信息，将CCD感光平面(46)所成的像重新投影到新的重聚焦平面(47)后进行积分，在重聚焦平面(47)上形成新的图像，新的图像可以分辨重合、遮挡的多个破片目标(44)；所述第二壳体(35)包括图像处理单元(55)、信息处理单元(15)和第二电机(14)，所述第二电机(14)与所述控制单元(7)相连接，在所述方形底盘(17)上设有圆形连接座(52)，所述第二壳体(35)通过所述圆形连接座(52)布置在所述方形底盘(17)上并与所述方形底盘(17)可转动地连接；所述调整转台(32)布置在所述第二壳体(35)上，所述第一壳体(51)通过与所述调整转台(32)固定连接设置在所述第二壳体(35)的上表面，在所述调整转台(32)的下部通过旋转轴(10)连接有第二电机(14)，在所述第二壳体(35)内部设有第二角度编码器(9)，所述第二角度编码器(9)与所述调整转台(32)相连接。

2.根据权利要求1所述的近炸空间破片散布测试装置，其附加特征在于，所述圆形连接座(52)包括连接凸起盘(22)和旋转连接座(23)，其中，所述连接凸起盘(22)嵌套在所述旋转连接座(23)中并能够相对所述旋转连接座(23)转动，所述方形底盘(17)的上表面与所述连接凸起盘(22)固定连接，所述旋转连接座(23)的上表面与所述第二壳体(35)固定连接，在所述连接凸起盘(22)上设有锁紧旋钮(18)，在所述圆形连接座(52)上还设有第三角度编码器(19)。

3.根据权利要求2所述的近炸空间破片散布测试装置，其附加特征在于，在所述方形底盘(17)的四个角部位置设置四个调节装置，每个所述调节装置包括可调节高低的调节旋钮(20)、螺柱(21)和底脚，其中，所述调节旋钮(20)设置在所述螺柱(21)的顶部，所述螺柱(21)穿过所述方形底盘(17)并与所述底脚连接。

4.根据权利要求3所述的近炸空间破片散布测试装置，其附加特征在于，所述旋转单元包括第一电机(31)和第一角度编码器(54)，所述第一电机(31)与第一旋转轴相连接，所述第一旋转轴与所述图像采集单元(57)相连接，所述第一电机(31)输出动力通过第一旋转轴带动所述图像采集单元(57)和所述光学镜头(5)转动，旋转的角度值通过所述第一角度编码器(54)读取并实时传输给所述信息处理单元(15)。

5.根据权利要求4所述的近炸空间破片散布测试装置，其附加特征在于，所述火焰探测靶(4)包括三角底盘(56)和第三壳体(53)，其中，所述第三壳体(53)通过圆形连接座(52)布置在所述三角底盘(56)上。

6.根据权利要求5所述的近炸空间破片散布测试装置，其附加特征在于，所述第三壳体(53)的上表面包括一水平面和一斜面，在所述斜面上设有第二光学镜头(36)，所述第三壳体(53)内部设置有第二电气盒(33)、第二旋转轴，所述第二电气盒(33)位于第三壳体(53)内部并与所述第二光学镜头(36)相连接，所述第二旋转轴的一端为固定端并固定在所述第三壳体(53)内表面上，其另一端连接锁紧旋钮(18)，当松开所述锁紧旋钮(18)时，所述第二旋转轴的旋转使得所述第二电气盒(33)旋转，当所述第二电气盒(33)旋转到所需要的位置时，拧紧所述锁紧旋钮(18)可以使所述第二电气盒(33)的位置固定；所述第三壳体(53)还包括光电探测单元和信号处理单元，其中，所述光电探测单元布置在所述第三壳体(53)内部并且位于所述第二光学镜头(36)的下部，所述光电探测单元与所述第二光学镜头(36)相连接。

7.根据权利要求6所述的近炸空间破片散布测试装置，其附加特征在于，所述光电探测单元包括光阑狭缝(37)、光电探测器(39)以及自适应调节电路板(40)，其中，所述第二光学镜头(36)将光通过所述光阑狭缝(37)汇聚到所述光电探测器(39)的感光面上，所述自适应调节电路板(40)采用自增益控制电路，在所述第三壳体(53)中还设有信号处理单元(38)。

8.一种近炸空间破片散布的测试方法，其采用权利要求7所述的近炸空间破片散布测试装置，其包括以下步骤：

(1)调整各高速面阵CCD靶调节装置中的调节旋钮(20)，通过观测靶体上的水平气泡(13)完成水平调节；

(2)打开每个高速面阵CCD靶的激光校平单元，将第一高速面阵CCD靶(1)与第三高速面阵CCD靶(3)进行校平，读取这两个高速面阵CCD靶中第三角度编码器(19)的角度值θ_a1、θ_a3；将第一高速面阵CCD靶(1)与第二高速面阵CCD靶(2)进行校平，读取这两个高速面阵CCD靶中第三角度编码器(19)的角度值θ_b1、θ_b2；将第二高速面阵CCD靶(2)与第三高速面阵CCD靶(3)进行校平，读取这两个高速面阵CCD靶中第三角度编码器(19)的角度值θ_a2、θ_b3；将所有角度值输入给信息处理单元(15)；

(3)调整三个高速面阵CCD靶的圆形连接座(52)使其三个相机的视场交汇于探测区域，读取每个高速面阵CCD靶中第一角度编码器(54)的数值ε₁、ε₂、ε₃以及第二角度编码器(9)的数值θ_d1、θ_d2、θ_d3，并将角度值输入给信息处理单元(15)，如果在测试过程中第一电机(31)进行自适应调整，则在此次测试完成后更新第一角度编码器(54)的数值ε₁、ε₂、ε₃输入给信息处理单元(15)；

(4)以第一高速面阵CCD靶(1)和第三高速面阵CCD靶(3)的中心连线S₁S₃为X轴，S₁为原点，构成主坐标系XOY；建立两个从坐标系，其中，以第一高速面阵CCD靶(1)和第二高速面阵CCD靶(2)的中心连线S₁S₂为X'轴，S₁为原点O'，构成第一从坐标系；以第二高速面阵CCD靶(2)和第三高速面阵CCD靶(3)的中心连线S₂S₃为X”轴，S₂为原点O”，构成第二从坐标系；主坐标系与第一从坐标系的夹角为T₁，主坐标系与第二从坐标系的夹角为T₃，第一从坐标系与第二从坐标系的夹角为T₂，其中，T₁＝θ_b1-θ_a1，T₂＝θ_b2-θ_a2，T₃＝θ_b3-θ_a3；第一从坐标系旋转角度T₁转换至主坐标系，第二从坐标系旋转角度T₃再平移转换至主坐标系；

(5)测量每两个高速面阵CCD靶的光学镜头(5)之间的靶距d，如果测试过程中第二电机(14)进行自适应调整，则在此次测试完成后更新靶距d，并将其输入给信息处理单元(15)；

(6)将火焰探测靶(4)的光学视场对准火炮口，打开所有高速面阵CCD靶、火焰探测靶(4)以及图像采集分析仪(48)的电源，启动测试程序，图像采集分析仪(48)采集与处理n个飞行目标穿过三个高速面阵CCD靶的空间破片图像，每个空间破片经过图像处理与重聚焦处理技术获得图像上的坐标(x_i1,y_i1)，(x_i2,y_i2)和(x_i3,y_i3)，其中，i＝1,2,Λ,n，结合相机布置的空间位置、光学镜头的俯仰角度ε_j、方位角度ω_p以及破片目标与相机中心连线的夹角β_j，进而计算出飞行破片目标(44)的空间坐标(X_i,Y_i,Z_i)，其中，i＝1,2,Λ,n，j＝1,2,3。

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