CN109654953A - 一种大靶面弹丸着靶坐标及速度测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大靶面弹丸着靶坐标及速度测量方法，包括：设置两个区截靶，每一区截靶的两端分别设置若干激光模组和若干激光接收管，激光接收管接收相应激光膜组发射的扇形一字线激光；以区截靶第一个发光的激光模组为坐标原点O建立坐标系XOY，其光轴方向为X轴，激光模组组成的阵列方向为Y轴；弹丸穿过由激光组成的光幕，通过弹丸遮挡住光幕的部分识别被遮挡的每个区截靶的激光接收管和激光模组的位置坐标；获得弹丸过靶的位置坐标；根据弹丸通过两个区截靶的时差与两个区截靶间的距离获取弹丸速度。

Description

一种大靶面弹丸着靶坐标及速度测量方法
技术领域
本发明涉及一种靶场弹道测试技术，特别是一种大靶面弹丸着靶坐标及速度测量方法。
背景技术
在枪炮弹药武器的研制和生产中，立靶精度是靶场测试中的一项重要研究内容，具体包括射击准确度以及射击密集度，即武器散布中间偏差和散布程度。射击准确度可以理解成“接近真值的程度”，即散布中心对目标点的偏离程度，以诸元精度的大小来衡量，因此射击准确度也称为诸元精度。射击密集度可以理解成“相互接近的程度”，指弹体着靶点相对于散布中心的离散程度，用散布误差的大小来衡量，因此射击密集度也称为散布程度。目前常用的非接触式测量方法有声靶法、双线阵CCD交汇法、多光幕交汇法等。
声学原理立靶虽然能实现弹丸着靶坐标的测量，但是由于其受测量环境影响较大，如现场的气压和环境温度等，因此声学测量方法误差较大，且不能用于低音速弹丸的测量。
双线阵CCD交汇立靶测量方法是近年来迅速发展起来的一个非接触式测量技术，由于CCD立靶具有结构简单、使用方便、测量精度高、实时性强和自动化程度高等诸多优点，目前在靶场测试中使用较为普遍。但是现有双线阵CCD交汇立靶在用于室外小口径弹丸测量时，存在灵敏度低、难以形成较大靶面的缺陷。
多光幕交汇测量法具体有四光幕交汇法和六光幕交汇法。四光幕交汇立靶系统主要由四个光幕靶、光幕靶固定靶架、电源、信号处理设备和远程计算机这五个部分组成，预先在空间上以交汇的方式放置四个光幕靶，通过测试弹丸穿过这四个光幕靶的时间间隔，配合相应的机械结构参数，由相关公式可以计算出飞行速度和着靶坐标。该方法要求弹丸垂直入射预定靶面，当不垂直时，采用的测算公式计算出的坐标值与实际相差较大。六光幕交汇测试系统是在四光幕交汇测量方法的基础上，增加两个光幕实现对斜入射弹丸速度、弹道俯仰角和着靶坐标的测量，消除了对于弹丸不垂直入射靶面时测量不准的影响。但是多光幕测量系统较为复杂，不能够实现靶面测量，同时在用于室内弹丸坐标测量时，需要配备多个光源，使得测量系统更复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大靶面弹丸着靶坐标及速度测量方法，包括以下步骤：设置两个区截靶，每一区截靶的两端分别设置若干激光模组和若干激光接收管，激光接收管接收相应激光膜组发射的扇形一字线激光；以区截靶第一个发光的激光模组为坐标原点O建立坐标系XOY，其光轴方向为X轴，激光模组组成的阵列方向为Y轴；弹丸穿过由激光组成的光幕，通过弹丸遮挡住光幕的部分识别被遮挡的每个区截靶的激光接收管和激光模组的位置坐标；获得弹丸过靶的位置坐标；根据弹丸通过两个区截靶的时差与两个区截靶间的距离获取弹丸速度。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)测量装置系统体积小，在单个光幕靶上即可完成着靶坐标的测量，通过两个光幕靶的配合可进一步测量弹丸运动速度、弹丸运动俯仰角度等多个弹道参数；(2)选用激光光源，光幕面能量均匀，抗干扰能力强，在室内和室外都可以使用；(3)光源器件和接收器件做成线阵阵列布局，可以扩展阵列长度从而扩大光幕面的尺寸，可实现大靶面光幕靶测量；(4)通过两个区截靶装置正交放置对弹丸着靶坐标位置构成时间和位置双重高精度测量。
下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。
附图说明
图1是本发明的区截靶装置示意图。
图2是本发明的供电单元的时序特性图。
图3是本发明的信号处理电路流程图。
图4是本发明的弹丸着靶坐标计算示意图。
图5是本发明的弹丸速度计算示意图。
图6为弹丸过靶坐标的一种求解算法示意图。
具体实施方式
结合图1，一种基于激光光幕交汇的大靶面弹丸着靶坐标及速度测量装置，包括两个光轴互相垂直的区截靶8、9，每个区截靶由分离式靶架1、发光单元、信号接收单元、供电单元6和信号处理单元7组成。发光单元由N个激光模组2构成，信号接收单元由滤光片5和激光接收管3构成，供电单元6与发光单元相连，信号处理单元7与信号接收单元相连；发光单元和信号接收单元均为线阵列排列结构置于分离式靶架上，其中N个激光模组均选用扇形一字线激光模组，发散角度控制在10°，线宽2mm即光幕4厚度为2mm，相邻两激光模组间距相等且间距不超过弹丸弹径尺寸。
结合图2，所述的供电单元为单片机系统，通过控制其内部时钟系统实现若干个激光模组从阵列一端向另一端时序发光，每个激光模组从亮到灭的时间间隔为t。
结合图3，所述的信号处理单元，激光光源输出的光幕透过滤光片照射在光电探测器阵列上，滤光片的作用是只允许光源波段的光通过，消除其他杂散光对探测器的影响。经过光电探测器和光电转换电路的作用，光幕上的光信号被转换成电流信号，对光电流进行放大处理并转换为电压信号，再用滤波电路滤除系统中存在的干扰信号。弹尖触发是为了给系统一个弹丸过靶的计时脉冲信号，弹丸过靶时遮挡住部分光，此时探测器会输出一个上拉的脉冲信号，信号处理单元根据此脉冲信号记录弹丸过靶的时刻T和识别接收到信号的两个探测器的位置坐标。
采用上述装置实现的一种大靶面弹丸着靶坐标及速度测量方法，包括：
步骤S101，建立区截靶的直角坐标系，坐标系以发光单元阵列第一个发光的激光模组为坐标原点O建立坐标系XOY，其光轴方向为X轴，阵列方向为Y轴，相邻两激光模组间距为D，发光单元和信号接收单元的距离为L，发光单元阵列上共设有N个激光模组；
下面针对弹丸穿过第一区截靶时的坐标进行求解，弹丸穿过第二区截靶时坐标同理可以求求得。
步骤S102，弹丸穿过光幕4遮挡住光幕的部分光信号，处理单元识别被遮挡光信号的两个探测器的位置坐标，分别为N1(L,Y1)、N2(L,Y2)，Y1和Y2为已知值，并记录下弹丸过靶的时刻为T；
步骤103，通过过靶时刻T和供电单元的时序间隔t可以计算得到，弹丸穿过光幕靶面中扇形光幕的激光模组A(0,YA)、B(0,YB)的位置坐标为：
其中，[]为取整运算符，即舍去小数的整数部分，mod为取余运算符；
步骤104，根据两条直线相交可确定一点的测量原理即可计算得到弹丸过靶的位置坐标，结合图6，具体为：
过点M作一条平行线，其与两组激光模组的光束分别成夹角α、β，则利用三角函数公式可得到：
D＝x·(tanα+tanβ)
Y1-Y2＝(L-x)·(tanα+tanβ)
根据上式可以求得点M的x坐标值为：
根据相似三角形性质推导：
将x和YA带入上式中得到y的坐标：
采用上述装置实现的另一种大靶面弹丸着靶坐标及速度测量方法，包括：
步骤S201，两个区截靶以固定距离s正交放置，建立区截靶的直角坐标系，坐标系以发光单元阵列第一个发光的激光模组为坐标原点O建立坐标系XOY，其光轴方向为X轴，阵列方向为Y轴，相邻两激光模组间距为D，发光单元和信号接收单元的距离为L，发光单元阵列上共设有N个激光模组；
步骤S202，弹丸穿过光幕4遮挡住光幕的部分光信号，处理单元识别被遮挡光信号的两个探测器的位置坐标，分别为N1(L,Y1)、N2(L,Y2)，Y1和Y2为已知值，并记录下弹丸过靶的时刻为T；
步骤203，弹丸穿过第二个区截靶触发过靶信号的两个探测器的位置坐标分别为N3(L,Y3)、N4(L,Y4)；
步骤204，利用弹丸穿过第一区截靶时的坐标解算弹丸过靶的x方向坐标值，用弹丸穿过第二区截靶时的坐标解算弹丸过靶的y方向坐标值，即获取弹丸过靶的位置坐标(X,Y)
其中，D为每一区截靶中相邻激光模组(2)的间距，L为每一区截靶中激光模组(2)和激光接收管(3)之间的距离。
利用信号处理单元测量得到弹丸通过两个区截靶的信号时差为Δt，可与其间的距离s一同用于解算弹丸的速度v，计算公式如下：

Claims (6)

1.一种大靶面弹丸着靶坐标及速度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
设置两个区截靶，每一区截靶的两端分别设置若干激光模组(2)和若干激光接收管(3)，激光接收管(3)接收相应激光膜组(2)发射的扇形一字线激光；
以区截靶第一个发光的激光模组为坐标原点O建立坐标系XOY，其光轴方向为X轴，激光模组组成的阵列方向为Y轴；
弹丸穿过由激光组成的光幕(4)，通过弹丸遮挡住光幕(4)的部分识别被遮挡的每个区截靶的激光接收管(3)和激光模组(2)的位置坐标；
获得弹丸过靶的位置坐标；
根据弹丸通过两个区截靶的时差与两个区截靶间的距离获取弹丸速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，弹丸戳过每一区截靶，其中
获取两个激光接收管(3)的坐标分别为(L,Yti1)和(L,Yti2)；
获取两个激光模组(2)的坐标分为(0,YtiA)和(0,YtiB)
其中，i为区截靶的索引值，[]为取整运算符，mod为取余运算符，T为弹丸通过靶的时间，t为激光发射的时序间隔，N为每一区截靶激光膜组的数量，D为每一区截靶中相邻激光模组(2)的间距。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获得弹丸过靶的位置坐标(x,y)为
其中，L为每一区截靶中激光模组(2)和激光接收管(3)之间的距离。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，两个区截靶的光轴互相垂直，当弹丸穿过每一区截靶，其中
获取第一区截靶两个激光接收管(3)的坐标分别为(L,Yt11)和(L,Yt12)，获取第二区截靶两个激光接收管(3)的坐标分别为(L,Yt21)和(L,Yt22)；
获取弹丸过靶的位置坐标(X,Y)
其中，D为每一区截靶中相邻激光模组(2)的间距，L为每一区截靶中激光模组(2)和激光接收管(3)之间的距离。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，弹丸的速度v由下式获得
其中，s为两个区截靶间的距离，Δt为弹丸穿过两个区截靶的时差。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相邻激光膜组(2)间的间距小于弹丸直径。
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