CN109596019B - 一种弹丸飞行速度和轨迹的测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹丸飞行速度和轨迹的测量装置，包括至少一个线阵平面单元，每个线阵平面单元均包括两组设于同一平面内的压力传感器线阵组；每组压力传感器线阵组包括平行间隔设置第一线阵和第二线阵，第一线阵和第二线阵均为由多个沿同一直线等距间隔设置的压力传感器构成的传感器线阵，第一线阵的长度小于第二线阵，其两端位置均不超过第二线阵的端部；两组压力传感器线阵组平行相对设置，第一线阵位于内侧，第二线阵位于外侧。该装置考虑了弹丸飞行方向的影响，测速结果更为精确，且结构简单，易于调整。本发明还提供了一种弹丸飞行速度和轨迹的测量方法，测量精度高，且无需计算机仿真结果辅助。

Description

一种弹丸飞行速度和轨迹的测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及弹道靶实验技术领域，尤其涉及一种弹丸飞行速度和轨迹的测量装置及测量方法。

背景技术

弹道靶是一种实现气动实验模型在静止气体中自由飞行的空气动力学地面实验设备，模型由发射器加速到所需的速度后进入靶室，在惯性和空气动力作用下飞行，沿模型飞行方向设置阴影照相和计时系统，通过测定模型飞经各测量站的空间坐标和所对应的时间，可求解模型运动的速度、轨迹和气动力参数等。其中，弹丸的飞行速度和轨迹是弹道靶实验的重点研究对象。

一般来说，弹道靶的弹丸飞行速度和轨迹数据主要来自于正交光电探测或者正交拍摄站拍摄的图像信息。光电探测系统和正交阴影成像系统等需要额外建造，成本较高，且具有成像视场和探测区域的限制，增加了试验数据的采集难度。在一些区域狭小的测量场地，这些测量设备的安装将成为难题。因此有人提出了通过弹丸激波测量弹丸飞行轨迹的方法，该方法通过压力传感器阵列测量弹丸激波的时域和空域信息，结合CFD等仿真软件的仿真结果，计算弹丸的飞行轨迹。该方法采用的传感器安装方便、成本较低，但需要仿真结果的辅助，较为繁琐；若不进行仿真处理，则通常精度较低，难以得出准确的弹丸飞行速度及轨迹。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用压力传感器阵列测量弹丸激波实现测量弹丸飞行速度和轨迹的测量装置及测量方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种弹丸飞行速度和轨迹的测量装置，包括至少一个线阵平面单元，每个所述线阵平面单元均包括两组设于同一平面内的压力传感器线阵组；每组所述压力传感器线阵组包括平行间隔设置第一线阵和第二线阵，所述第一线阵和所述第二线阵均为由多个沿同一直线等距间隔设置的压力传感器构成的传感器线阵，所述第一线阵的长度小于所述第二线阵，其两端位置均不超过所述第二线阵的端部；两组所述压力传感器线阵组平行相对设置，两条所述第一线阵位于内侧，两条所述第二线阵位于外侧。

优选地，每组所述压力传感器线阵组中，所述第二线阵的长度不小于所述第一线阵长度的二倍。

优选地，每组所述压力传感器线阵组中，所述第一线阵和所述第二线阵间的垂直距离为相邻两个所述压力传感器间距的2～3倍。

优选地，所述第一线阵包括至少三个沿同一直线等距间隔设置的压力传感器。

优选地，包括两个所述线阵平面单元，两个所述线阵平面单元所在的平面相互正交，且二者之间存在重叠区域。

本发明还提供了一种弹丸飞行速度和轨迹的测量方法，采用如上述任一项所述的弹丸飞行速度和轨迹的测量装置进行测量，包括如下步骤：

S1、调整所述弹丸飞行速度和轨迹的测量装置，使水平靶道与线阵平面单元所在的平面平行，且穿过两组相对的压力传感器线阵组之间；调整好后固定所述弹丸飞行速度和轨迹的测量装置的位置；

S2、沿所述水平靶道发射待测弹丸，测量弹丸引起的激波到达所述弹丸飞行速度和轨迹的测量装置中各个压力传感器的时刻；

S3、选定激波到达一个所述线阵平面单元中两条第二线阵而未到达任一第一线阵的一时刻为起始时刻，判断弹丸偏斜倾向，以弹丸偏向的一组压力传感器线阵组为测量组；

S4、根据测量组中第二线阵和第一线阵自起始时刻起相邻两压力传感器测得激波的时间差，求解第二线阵中与第一线阵对应同一段激波轮廓的起止点位置；

S5、根据第一线阵端点位置、步骤S4求解的结果，以及第二线阵和第一线阵间的垂直距离，结合第二线阵和第一线阵对应点测得激波的时间差，计算弹丸在线阵平面单元所在平面内的实际飞行速度以及实际飞行方向；

S6、求解起始时刻激波轮廓与另一所述压力传感器线阵组中第二线阵交点在测量组一侧的对称点，结合弹丸实际飞行方向，确定弹丸飞行轨迹。

优选地，设测量组第一线阵朝向弹丸发射点的一端位置为点F，另一端位置为点G，第二线阵朝向弹丸发射点的一端位置为点D，另一端位置为点H，起始时刻为t₀，起始时刻t₀的激波轮廓与测量组第二线阵的交点为点A；

所述步骤S4求解第二线阵中与第一线阵对应同一段激波轮廓的起止点位置时，若第二线阵点Q与第一线阵点G均对应起始时刻t₀激波轮廓上的点C，第二线阵点P与第一线阵点F均对应起始时刻t₀激波轮廓上的点B，则第一线阵FG段和第二线阵PQ段对应同一段激波轮廓BC，第一线阵FG段和第二线阵PQ段相邻压力传感器测量得的时间差相同，结合第二线阵AH段相邻压力传感器测得的时间差与各压力传感器所在位置到点A的距离的变化规律，确定第二线阵点P和点Q的位置。

优选地，所述步骤S5中，根据第一线阵点F位置及其对应的第二线阵点P位置，以及第二线阵和第一线阵间的垂直距离FE，计算弹丸在线阵平面单元所在平面内的实际飞行距离FP；结合第二线阵和第一线阵对应点测得激波的时间差Δt_FP，计算弹丸在线阵平面单元所在平面内的实际飞行速度v＝FP/Δt_FP以及实际飞行方向与水平靶道的夹角θ＝arctan(FE/EP)；其中，点E为点F在第二线阵AH段的投影点，Δt_FP为激波到达点P与点F时刻的时间差。

优选地，所述步骤S6包括：

S6-1、设起始时刻t₀激波轮廓与另一所述压力传感器线阵组中第二线阵的交点为点L，其在测量组一侧的对称点为点N，点C在连线LN的投影点为M，第二线阵与连线LN的交点为点K，点L在第二线阵的投影点为点S；若点Y为激波轮廓CN段上任一点，其在连线LN的投影点为点Y’，在第二线阵AH段的对应点为点X；

S6-2、计算点X到点Y的距离XY＝v·tx，v为所述步骤S5中解得的实际飞行速度，tx为点X处压力传感器测得激波时刻；根据第二线阵AH段各压力传感器测得激波时刻集合，得到AH段各点处压力传感器测得的时刻t_λ与该点到点A的距离λd的变化规律t_λ＝g(λd),λ≥1，则tx＝g(AX)，XY＝v·g(AX)，AX为点A到点X的距离；

S6-3、计算点X到点Y’的距离XY’＝(AX+AK)cosθ，θ为所述步骤S5中解得的实际飞行方向与水平靶道的夹角，AK为点A到点K的距离，AK＝AS+LStanθ，AS为点A到点S的距离，LS为点L到点S的距离；

S6-4、计算点Y到连线LN的距离YY’＝XY’-XY，YY’为AX的函数，点A到点X的距离AX＝AQ-XQ，AQ为点A到点Q的距离，点X到点Q的距离XQ与点Y’到点M间的距离MY’满足关系XQ＝MY’/sinθ，得到点Y到连线LN的距离YY’与点Y’到点M间的距离MY’之间满足的关系为：

YY’＝XY’-XY

＝(AQ-MY’/sinθ+AS+LStanθ)cosθ-v·g(AQ-MY’/sinθ)；

S6-5、点Y到连线LN的距离YY’＝0时，MY’＝MN，令YY’＝0，解上述关系式得到MN；

S6-6、计算点L到点N的距离LN＝LM+MN，其中，LM²＝QL²-QM²，QM＝(AK+AQ)cosθ；

S6-7、连线LN的中点点O位于弹丸的轨迹上，LO＝0.5LN，结合弹丸实际飞行方向与水平靶道的夹角θ，确定弹丸飞行轨迹。

优选地，若所述弹丸飞行速度和轨迹的测量装置包括两个正交的所述线阵平面单元，且二者之间存在重叠区域，则该测量方法还包括获得另一线阵平面单元测量的弹丸飞行速度和轨迹结果，并将两个结果交汇合成弹丸在空间中的飞行速度和轨迹。

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种弹丸飞行速度和轨迹的测量装置，该装置考虑了弹丸飞行方向的影响，测速结果更为精确，并且无需计算机仿真结果辅助，只依靠测量时间、空间位置信息，以及插值拟合等方法，即可计算出弹丸实际的飞行速度和轨迹，结构简单，可根据实际测量情况的需要进行调整。

本发明还提供了一种弹丸飞行速度和轨迹的测量方法，其测量依据为：对于测量组中相互平行的第一线阵和第二线阵，对同一段激波轮廓进行测量时，测量得到的数据所反映的激波轮廓变化规律应当相同，由此，可根据第一线阵和第二线阵测得的时刻集合，求得第二线阵中与第一线阵对应同一端激波轮廓的测量段起止点，进而利用几何关系求解弹丸在线阵平面内实际飞行速度和轨迹。优选地，按照同样的方式可确定弹丸在两个正交的线阵平面内实际飞行速度和轨迹，交汇合成弹丸在三维空间中的飞行速度和轨迹。

附图说明

图1是本发明实施例一线阵平面单元结构示意图；

图2是本发明实施例二弹丸飞行速度和轨迹测量示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的一种弹丸飞行速度和轨迹的测量装置，包括至少一个线阵平面单元，每个线阵平面单元均包括两组设于同一平面内的压力传感器线阵组。每组压力传感器线阵组包括平行间隔设置的两条传感器线阵：第一线阵和第二线阵，第一线阵和第二线阵均为由多个沿同一直线等距间隔设置的压力传感器构成的传感器线阵。即，第一线阵包括多个压力传感器，各个压力传感器分别沿一条直线均匀间隔设置，第二线阵同样包括多个压力传感器，各个压力传感器分别沿另一条直线均匀间隔设置，且第一线阵中相邻两压力传感器的间距与第二线阵中相邻两压力传感器的间距相等。第一线阵的长度小于第二线阵(也即第一线阵的压力传感器个数少于第二线阵的压力传感器个数)，其两端位置均不超过第二线阵的端部，即第一线阵的两端向第二线阵的投影点均落在第二线阵的范围内。为简洁，图1中未示出具体的压力传感器，仅以粗实线表示传感器线阵。

两组压力传感器线阵组平行相对设置，如图1所示，两组压力传感器线阵组中间存在用于弹丸飞行的间隔区域，且二者之间存在重叠区域，至少一组压力传感器线阵组中第二线阵的一端向另一组压力传感器线阵组中第二线阵的投影点在该组第二线阵的范围内。两条第一线阵位于内侧，两条第二线阵位于外侧，即，两组压力传感器线阵组中，第一线阵相对于第二线阵更靠近另一组压力传感器线阵组。线阵平面单元中各条压力传感器线阵的具体长度以及具体位置可根据实际测量情况的需要进行调整，在此不再进一步限定。

该测量装置测量弹丸飞行速度和轨迹的具体依据是，两个相互平行的线阵对同一段激波轮廓进行测量，测量得到的数据所反映的激波轮廓变化规律应当相同，体现在测量数据上为两段线阵压力传感器测得信号的时间差的变化规律相同，满足同一个关于距离的函数。采用三次样条函数对测量数据进行插值拟合，找到两个线阵中差值变化相同的起始点(或终止点)的位置，然后通过线阵间的空间位置关系和测得的时间间隔，计算得到弹丸实际的速度和方向。

现有技术中通过弹丸激波测量弹丸飞行轨迹的装置通常只是简单采用压力传感器间距和间隔时间计算弹丸飞行速度，当弹丸与测量激波的线阵存在一定夹角，则测量结果仅为飞行速度的分量，并不准确。本发明提出的弹丸飞行速度和轨迹的测量装置全面考虑了弹丸飞行方向的影响，测速结果更为精确，并且无需计算机仿真结果辅助，只依靠测量时间、空间位置信息，以及插值拟合等方法，即可计算出弹丸实际的飞行速度和轨迹。

优选地，每组压力传感器线阵组中，第二线阵的长度不小于第一线阵长度的二倍(也即第二线阵的压力传感器个数不少于第一线阵的压力传感器个数二倍)。第二线阵长度影响该测量装置的测量精度及测量范围。若第二线阵长度过小，则测量精度低，测量范围受限，当弹丸发生小角度偏斜时，测量装置无法测量到其偏斜角度。

优选地，每组压力传感器线阵组中，第一线阵和第二线阵间的垂直距离为相邻两个压力传感器间距的2～3倍，即第一线阵一点向第二线阵投影，该点到投影点的距离为相邻两压力传感器间距的2～3倍。第一线阵和第二线阵间的垂直距离影响测量精度和测量范围，第一线阵和第二线阵间的垂直距离过小，可能会导致激波轮廓变化不明显，第一线阵和第二线阵间的垂直距离过大，测量精度偏低，测量相同的偏斜角度所需第二线阵的长度更长。

优选地，第一线阵包括至少三个沿同一直线等距间隔设置的压力传感器。该测量装置测量弹丸飞行速度和轨迹的依据是：通过各压力传感器测得信号的时间差的变化规律确定差值变化规律相同的起始点的位置，第一线阵设置多个压力传感器可获得更多时间差数据，有益于确定两个线阵中差值变化相同的起始点(或终止点)的位置。但同时，第一线阵的长度过长，将可能扰乱激波，使第二线阵测量得到的数据不够准确，影响测量精度，并且第一线阵越长，测量相同的偏斜角度所需第二线阵越长。进一步优选地，第一线阵包括三至六个等距间隔设置的压力传感器。

优选地，该弹丸飞行速度和轨迹的测量装置包括两个线阵平面单元，两个线阵平面单元所在的平面相互正交，且二者之间存在重叠区域。使用时，两个线阵平面单元按照同样的原理确定弹丸在其所在的线阵平面内的轨迹，最终通过两个正交平面各自的弹丸速度和轨迹结果，合成弹丸在空间中的飞行速度和轨迹。进一步优选地，两个正交的线阵平面单元测量的区域重合，以便更准确地获取同段位置内的弹丸速度和轨迹。

实施例二

如图2所示，本实施例二提供了一种弹丸飞行速度和轨迹的测量方法，采用如上述任一项所述的弹丸飞行速度和轨迹的测量装置进行测量，包括如下步骤：

S1、调整弹丸飞行速度和轨迹的测量装置，使水平靶道与线阵平面单元所在的平面平行，且穿过两组相对的压力传感器线阵组之间；调整好后固定弹丸飞行速度和轨迹的测量装置的位置。

S2、沿水平靶道发射待测弹丸，测量弹丸引起的激波到达弹丸飞行速度和轨迹的测量装置中各个压力传感器的时刻。

S3、选定激波到达一个线阵平面单元中两条第二线阵而未到达任一第一线阵的一时刻为起始时刻，判断弹丸偏斜倾向，以弹丸偏向的一组压力传感器线阵组为测量组，即判断弹丸向哪一组压力传感器线阵组偏斜，以该组压力传感器线阵组为测量组。

当弹丸向一侧的压力传感器线阵组偏斜时，弹丸逐渐靠近该侧的压力传感器线阵组，逐渐远离另一侧的压力传感器线阵组，该侧压力传感器线阵组检测到的激波轮廓相对于另一侧更为稳定、可靠，采用该侧压力传感器线阵组为测量组有助于提高测量精度。

此步骤中判断弹丸向哪一组压力传感器线阵组偏斜可通过其他观测方法，也可以根据步骤S2中两组冲击波传感器线阵组测得时刻的变化规律进行判断。弹丸向哪一侧偏斜，哪一侧压力传感器线阵组测得激波的时间间隔逐渐减小。

S4、根据测量组中第二线阵和第一线阵自起始时刻起相邻两压力传感器测得激波的时间差，求解第二线阵中与第一线阵对应同一段激波轮廓的起止点位置。

S5、根据第一线阵端点位置、步骤S4求解的结果，以及第二线阵和第一线阵间的垂直距离，结合第二线阵和第一线阵对应点测得激波的时间差，计算弹丸在线阵平面单元所在平面内的实际飞行速度以及实际飞行方向。

S6、求解起始时刻激波轮廓与另一压力传感器线阵组中第二线阵交点在测量组一侧的对称点，结合弹丸实际飞行方向，确定弹丸飞行轨迹。

如图2所示，对于测量组中相互平行的第一线阵和第二线阵，对同一段激波轮廓进行测量时，测量得到的数据所反映的激波轮廓变化规律应当相同，由此，可根据第一线阵和第二线阵测得的时刻集合，求得第二线阵中与第一线阵对应同一端激波轮廓的测量段起止点，进而利用几何关系求解弹丸的实际飞行速度和轨迹。该测量方法只依靠测量时间、空间位置信息，以及插值拟合等手段，即可计算出弹丸的飞行速度和轨迹，求解精度高，且无需计算机仿真结果辅助。

优选地，如图2所示，设测量组第一线阵朝向弹丸发射点的一端位置为点F，另一端位置为点G，第二线阵朝向弹丸发射点的一端位置为点D，另一端位置为点H；另一组中第一线阵朝向弹丸发射点的一端位置为点R，另一端位置为点T，第二线阵朝向弹丸发射点的一端位置为点U，另一端位置为点V，即测量组第一线阵为FG段，第二线阵为DH段，另一组的第一线阵为RT段，第二线阵为UV段。

起始时刻为t₀，起始时刻t₀的激波轮廓与测量组第二线阵DH的交点为点A，即起始时刻t₀为第二线阵DH中位于点A的压力传感器测量激波而得到的时刻，第二线阵AH段各压力传感器测得激波时刻集合为{t₀,t₁,t₂,...t_λ,...t_m}，m为AH段压力传感器个数。

步骤S4求解第二线阵DH中与第一线阵FG对应同一段激波轮廓的起止点位置时，若第二线阵点Q与第一线阵点G均对应起始时刻t₀激波轮廓上的点C，第二线阵点P与第一线阵点F均对应起始时刻t₀激波轮廓上的点B，则第一线阵FG段和第二线阵PQ段对应同一段激波轮廓BC，第一线阵FG段和第二线阵PQ段相邻压力传感器测量得的时间差相同。结合第二线阵AH段相邻压力传感器测得的时间差与各压力传感器所在位置到点A的距离的变化规律，即可确定第二线阵点P和点Q的位置。

第二线阵AH段相邻压力传感器测得的时间差可由压力传感器测得激波的时刻集合{t₀,t₁,t₂,...t_λ,...t_m}得到，AH段时间差集合为{Δt₀,Δt₁,...Δt_λ,...Δt_m-1}，Δt_λ＝t_λ+1-t_λ。第二线阵AH段相邻压力传感器测得的时间差Δt_λ与各压力传感器所在位置到点A的距离λd的变化规律为Δt_λ＝f(λd),λ≥1，d为相邻两压力传感器的间距。

由于第一线阵FG和第二线阵PQ段上测量得到的相邻压力传感器的时间差的变化规律应当相同，则可以令第二线阵AH段中的时间差分别等于第一线阵FG上的F和G点处测得的时间差，即可确定点P和点Q的位置：

f(λ₁d)＝Δt_P＝t_F+1-t_F；

f(λ₂d)＝Δt_Q-1＝t_G-t_G-1；

t_F、t_F+1、t_G-1、t_G属于第一线阵FG各压力传感器测得激波时刻集合{t_F,t_F+1,...t_G-1,t_G}，AP＝λ₁d，AQ＝(λ₂+1)d。

通过一个关系式即可确定点P或点Q的位置，确定点P或点Q的位置后，另一点的位置可参考第一线阵FG的长度进行确定。优选地，当第一线阵FG至少设置三个压力传感器，可通过上述两个关系式同时求解点P和点Q位置，进一步地，若第一线阵FG设置有足够的压力传感器，还可求解第一线阵FG中其他点在第二线阵PQ段的对应点位置。综合上述求解的结果，可以提高测量精度。

由于第一线阵设置于第二线阵一侧，第一线阵可能干扰激波的轮廓，影响局部第二线阵测量数据的准确性，通过第二线阵AH段各个压力传感器测得时刻集合，采用常用的三次样条函数插值拟合得到第二线阵AH各点处的时间差随着该点与A的距离的变化规律，并求解一个以上的对应点，可避免第二线阵局部测量数据的准确性影响最终测量的精度。

优选地，步骤S5中，根据第一线阵FG中点F位置及步骤S4求解得到的其对应的第二线阵点P位置，以及第二线阵和第一线阵间的垂直距离FE，计算弹丸在线阵平面单元所在平面内的实际飞行距离FP；结合第二线阵和第一线阵对应点测得激波的时间差Δt_FP，计算弹丸在线阵平面单元所在平面内的实际飞行速度v＝FP/Δt_FP以及实际飞行方向与水平靶道的夹角θ＝arctan(FE/EP)；其中，点E为点F在第二线阵AH段的投影点，Δt_FP为激波到达点P与点F时刻的时间差。显然，此步骤也可以用第一线阵FG中其他点及其对应的第二线阵位置进行求解，例如可利用点G的位置及其对应的点Q进行求解，在此不再重复说明。

优选地，如图2所示，步骤S6包括：

S6-1、设起始时刻t₀激波轮廓与另一压力传感器线阵组中第二线阵的交点为点L(点L在另一组的第二线阵UV上，可根据各个压力传感器测量到激波的时刻进行确定，点L测得激波的时刻与点A均为起始时刻t₀)，其在测量组一侧的对称点为点N，点C在连线LN的投影点为M，第二线阵与连线LN的交点为点K，点L在第二线阵的投影点为点S；若点Y为激波轮廓CN段上任一点，其在连线LN的投影点为点Y’，在第二线阵AH段的对应点为点X；

S6-2、计算点X到点Y的距离XY，XY＝v·(tx-t₀)，v为步骤S5中解得的实际飞行速度，tx为点X处压力传感器测得激波时刻，由于t₀为起始时刻，t₀＝0，XY＝v·tx；根据第二线阵AH段各压力传感器测得激波时刻集合{t₀,t₁,t₂,...t_λ,...t_m}，得到AH段各点处压力传感器测得的时刻t_λ与该点到点A的距离λd的变化规律t_λ＝g(λd),λ≥1，则tx＝g(AX)，XY＝v·g(AX)，AX为点A到点X的距离；

S6-3、计算点X到点Y’的距离XY’＝(AX+AK)cosθ，θ为步骤S5中解得的实际飞行方向与水平靶道的夹角，AK为点A到点K的距离，AK＝AS+LStanθ，AS为点A到点S的距离，LS为点L到点S的距离；点A、点L和点S根据线阵平面单元确定；

S6-4、计算点Y到连线LN的距离YY’＝XY’-XY，YY’为AX的函数，点A到点X的距离AX＝AQ-XQ，AQ为点A到点Q的距离，点X到点Q的距离XQ与点Y’到点M间的距离MY’满足关系XQ＝MY’/sinθ，得到点Y到连线LN的距离YY’与点Y’到点M间的距离MY’之间满足的关系为：

YY’＝XY’-XY

＝(AX+AK)cosθ-v·tx

＝(AQ-XQ+AS+LStanθ)cosθ-v·g(AQ-XQ)

＝(AQ-MY’/sinθ+AS+LStanθ)cosθ-v·g(AQ-MY’/sinθ)；

S6-5、点Y到连线LN的距离YY’＝0时，MY’＝MN，令YY’＝0，解上述关系式得到MN；

S6-6、计算点L到点N的距离LN＝LM+MN，其中，LM²＝QL²-QM²，QM＝(AK+AQ)cosθ；

S6-7、连线LN的中点点O位于弹丸的轨迹上，LO＝0.5LN，结合弹丸实际飞行方向与水平靶道的夹角θ，确定弹丸飞行轨迹。

优选地，若弹丸飞行速度和轨迹的测量装置包括两个正交的线阵平面单元，且二者之间存在重叠区域，则该测量方法还包括获得另一线阵平面单元测量的弹丸飞行速度和轨迹结果，并将两个结果交汇合成弹丸在空间中的飞行速度和轨迹，即将两个二维的测量结果合成三维空间的测量结果。两个线阵平面单元中弹丸实际飞行速度和轨迹的计算方法相同，在此不再重复说明。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种弹丸飞行速度和轨迹的测量方法，其特征在于：

采用弹丸飞行速度和轨迹的测量装置进行测量，所述弹丸飞行速度和轨迹的测量装置包括至少一个线阵平面单元，每个所述线阵平面单元均包括两组设于同一平面内的压力传感器线阵组；每组所述压力传感器线阵组包括平行间隔设置第一线阵和第二线阵，所述第一线阵和所述第二线阵均为由多个沿同一直线等距间隔设置的压力传感器构成的传感器线阵，所述第一线阵的长度小于所述第二线阵，其两端位置均不超过所述第二线阵的端部；两组所述压力传感器线阵组平行相对设置，两条所述第一线阵位于内侧，两条所述第二线阵位于外侧；

该测量方法包括如下步骤：

S1、调整所述弹丸飞行速度和轨迹的测量装置，使水平靶道与线阵平面单元所在的平面平行，且穿过两组相对的压力传感器线阵组之间；调整好后固定所述弹丸飞行速度和轨迹的测量装置的位置；

S2、沿所述水平靶道发射待测弹丸，测量弹丸引起的激波到达所述弹丸飞行速度和轨迹的测量装置中各个压力传感器的时刻；

S3、选定激波到达一个所述线阵平面单元中两条第二线阵而未到达任一第一线阵的一时刻为起始时刻，判断弹丸偏斜倾向，以弹丸偏向的一组压力传感器线阵组为测量组；

S4、根据测量组中第二线阵和第一线阵自起始时刻起相邻两压力传感器测得激波的时间差，求解第二线阵中与第一线阵对应同一段激波轮廓的起止点位置；

S5、根据第一线阵端点位置、步骤S4求解的结果，以及第二线阵和第一线阵间的垂直距离，结合第二线阵和第一线阵对应点测得激波的时间差，计算弹丸在线阵平面单元所在平面内的实际飞行速度以及实际飞行方向；

S6、求解起始时刻激波轮廓与另一所述压力传感器线阵组中第二线阵交点在测量组一侧的对称点，结合弹丸实际飞行方向，确定弹丸飞行轨迹；

设测量组第一线阵朝向弹丸发射点的一端位置为点F，另一端位置为点G，第二线阵朝向弹丸发射点的一端位置为点D，另一端位置为点H，起始时刻为t₀，起始时刻t₀的激波轮廓与测量组第二线阵的交点为点A；

所述步骤S4求解第二线阵中与第一线阵对应同一段激波轮廓的起止点位置时，若第二线阵点Q与第一线阵点G均对应起始时刻t₀激波轮廓上的点C，第二线阵点P与第一线阵点F均对应起始时刻t₀激波轮廓上的点B，则第一线阵FG段和第二线阵PQ段对应同一段激波轮廓BC，第一线阵FG段和第二线阵PQ段相邻压力传感器测量得的时间差相同，结合第二线阵AH段相邻压力传感器测得的时间差与各压力传感器所在位置到点A的距离的变化规律，确定第二线阵点P和点Q的位置；

所述步骤S5中，根据第一线阵点F位置及其对应的第二线阵点P位置，以及第二线阵和第一线阵间的垂直距离FE，计算弹丸在线阵平面单元所在平面内的实际飞行距离FP；结合第二线阵和第一线阵对应点测得激波的时间差Δt_FP，计算弹丸在线阵平面单元所在平面内的实际飞行速度v＝FP/Δt_FP以及实际飞行方向与水平靶道的夹角θ＝arctan(FE/EP)；其中，点E为点F在第二线阵AH段的投影点，Δt_FP为激波到达点P与点F时刻的时间差；

所述步骤S6包括：

S6-1、设起始时刻t₀激波轮廓与另一所述压力传感器线阵组中第二线阵的交点为点L，其在测量组一侧的对称点为点N，点C在连线LN的投影点为M，第二线阵与连线LN的交点为点K，点L在第二线阵的投影点为点S；若点Y为激波轮廓CN段上任一点，其在连线LN的投影点为点Y’，在第二线阵AH段的对应点为点X；

S6-2、计算点X到点Y的距离XY＝v·tx，v为所述步骤S5中解得的实际飞行速度，tx为点X处压力传感器测得激波时刻；根据第二线阵AH段各压力传感器测得激波时刻集合，得到AH段各点处压力传感器测得的时刻t_λ与该点到点A的距离λd的变化规律t_λ＝g(λd),λ≥1，则tx＝g(AX)，XY＝v·g(AX)，AX为点A到点X的距离；

S6-3、计算点X到点Y’的距离XY’＝(AX+AK)cosθ，θ为所述步骤S5中解得的实际飞行方向与水平靶道的夹角，AK为点A到点K的距离，AK＝AS+LStanθ，AS为点A到点S的距离，LS为点L到点S的距离；

S6-4、计算点Y到连线LN的距离YY’＝XY’-XY，YY’为AX的函数，点A到点X的距离AX＝AQ-XQ，AQ为点A到点Q的距离，点X到点Q的距离XQ与点Y’到点M间的距离MY’满足关系XQ＝MY’/sinθ，得到点Y到连线LN的距离YY’与点Y’到点M间的距离MY’之间满足的关系为：

YY’＝XY’-XY

＝(AQ-MY’/sinθ+AS+LStanθ)cosθ-v·g(AQ-MY’/sinθ)；

S6-5、点Y到连线LN的距离YY’＝0时，MY’＝MN，令YY’＝0，解上述关系式得到MN；

S6-6、计算点L到点N的距离LN＝LM+MN，其中，LM²＝QL²-QM²，QM＝(AK+AQ)cosθ；

S6-7、连线LN的中点点O位于弹丸的轨迹上，LO＝0.5LN，结合弹丸实际飞行方向与水平靶道的夹角θ，确定弹丸飞行轨迹。

2.根据权利要求1所述的弹丸飞行速度和轨迹的测量方法，其特征在于：

每组所述压力传感器线阵组中，所述第二线阵的长度不小于所述第一线阵长度的二倍。

3.根据权利要求1所述的弹丸飞行速度和轨迹的测量方法，其特征在于：

每组所述压力传感器线阵组中，所述第一线阵和所述第二线阵间的垂直距离为相邻两个所述压力传感器间距的2～3倍。

4.根据权利要求1所述的弹丸飞行速度和轨迹的测量方法，其特征在于：

所述第一线阵包括至少三个沿同一直线等距间隔设置的压力传感器。

5.根据权利要求1至4任一项所述的弹丸飞行速度和轨迹的测量方法，其特征在于：

所述弹丸飞行速度和轨迹的测量装置包括两个所述线阵平面单元，两个所述线阵平面单元所在的平面相互正交，且二者之间存在重叠区域。

6.根据权利要求1所述的弹丸飞行速度和轨迹的测量方法，其特征在于：

若所述弹丸飞行速度和轨迹的测量装置包括两个正交的所述线阵平面单元，且二者之间存在重叠区域，则该测量方法还包括获得另一线阵平面单元测量的弹丸飞行速度和轨迹结果，并将两个结果交汇合成弹丸在空间中的飞行速度和轨迹。

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