CN111220026A - 掠飞灵巧弹箭弹载的激光雷达探测仿真平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种掠飞灵巧弹箭弹载的激光雷达仿真实验平台，包括水平运动机构、旋转机构、连接机构、探测模块、缩比模型、支撑板和两组支撑机构。两组支撑机构对称固定于地面，缩比模型设置于地面，支撑板两端分别连接两组支撑机构，避免产生应力弯曲，水平运动机构两端通过两组支撑机构支撑固定，且位于支撑板下方，旋转机构通过连接机构与水平运动机构固连，并随着水平机构一起运动。探测模块被固定在旋转机构上跟随旋转机构一起旋转扫描缩比模型。本发明通过对掠飞灵巧弹箭扫描探测过程进行仿真，为高旋掠飞灵巧弹箭弹载激光雷达探测目标识别算法研究提供数据，为高旋掠飞灵巧弹箭总体设计提供理论依据。
Description
技术领域
本发明属于激光探测制导，具体涉及一种掠飞灵巧弹箭弹载的激光雷达探测仿真平台。
背景技术
掠飞灵巧弹箭是针对传统末敏弹存在的作用过程复杂、可靠性低以及边下降边探测导致的落速慢、滞空时间长、气动性差、易被反制等问题而提出新型灵巧弹药。现阶段关于掠飞灵巧弹箭对目标的探测与识别的研究与论文还较少。赵博博在《高旋掠飞末敏弹动力学特性及命中概率研究》一文中，采用了蒙特卡洛法对目标的捕获及命中概率进行了探究；陈亮在《掠飞灵巧弹箭动力学特性及稳态扫描特性研究》一文中，充分分析了掠飞灵巧弹箭的稳态扫描机理，探究了掠飞灵巧弹箭能否有效的扫描到目标。上述两种方法仅在理论层次研究了掠飞灵巧弹箭探测到目标的概率，没有具体提出目标识别的算法。且未能考虑具体的探测设备以及未设置具体的实验来进一步验证探测目标后获取到的数据能否有效的识别目标。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种掠飞灵巧弹箭弹载的激光雷达探测仿真平台，通过对掠飞灵巧弹箭扫描探测过程进行仿真，为高旋掠飞灵巧弹箭弹载激光雷达探测目标识别算法研究提供数据，为高旋掠飞灵巧弹箭总体设计提供理论依据。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种掠飞灵巧弹箭弹载的激光雷达仿真实验平台，包括水平运动机构、旋转机构、连接机构、探测模块、缩比模型、支撑板和两组支撑机构。两组支撑机构对称固定于地面，缩比模型设置于地面，支撑板两端分别连接两组支撑机构，避免产生应力弯曲，水平运动机构两端通过两组支撑机构支撑固定，且位于支撑板下方，旋转机构通过连接机构与水平运动机构固连，并随着水平机构一起运动。探测模块被固定在旋转机构上跟随旋转机构一起旋转扫描缩比模型。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
（1）本发明所提出的探测仿真平台能有效地模拟掠飞灵巧弹箭水平运动，且速度可调。
（2）本发明所提出的探测仿真平台能有效地模拟掠飞灵巧弹箭旋转运动，且转速可调。
（3）本发明所提出的探测仿真平台能改变敏感探测器斜置的角度。
（4）本发明所提出的探测仿真平台能有效地模拟弹丸飞行的高度，且高度可调。
（5）本发明可以较好地模拟了掠飞灵巧弹箭的扫描过程，获取实测数据，为识别算法的提出提供实验基础。
附图说明
图1为本发明掠飞灵巧弹箭弹载的激光雷达探测仿真平台结构示意图。
图2为本发明的旋转机构局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1，一种掠飞灵巧弹箭弹载的激光雷达仿真实验平台，包括水平运动机构、旋转机构、连接机构、探测模块20、缩比模型、支撑板1和两组支撑机构。两组支撑机构对称固定于地面12，缩比模型设置于地面12，支撑板1两端分别连接两组支撑机构，避免产生应力弯曲，水平运动机构两端通过两组支撑机构支撑固定，且位于支撑板1下方，旋转机构通过连接机构与水平运动机构固连，并随着水平机构一起运动。探测模块20被固定在旋转机构上跟随旋转机构一起旋转扫描缩比模型。
水平运动机构是一根长为2m的水平单向模组2，其水平最大速度为1.5m/s， 水平最大加速度为1500mm/s，由于其速度较大且长度较长，丝杠式导轨以现有技术水平无法达到既定速度要求，因此选了皮带传动模组，皮带传动模组上设有一个滑块8可沿皮带传动模组滑动。2m长度是为了保证激光雷达在运动行程内能达到有效的弹丸速度。以最大加速度加速到最大速度需要1s，在水平单向模组2上存在加速与减速两个过程，因此以最大速度运动的行程为0.5m，已经超出缩比坦克长度，满足实验要求。掠飞灵巧弹箭在扫描探测目标时飞行姿态是水平低空飞行，即掠飞姿态。水平单向模组2中的滑块8左右移动可以较好地模拟弹丸飞行姿态。探测扫描结果由掠飞灵巧弹箭的弹速与转速共同决定。当放大系数为200时，弹速最大可考虑300m/s。水平单向模组2两端分别与两组支撑机构固连。
所述支撑机构包括联结板4、支撑杆5、底座7和若干加强筋6。支撑杆5是铁质方料，高度为1.5米。高度缩比因子为1：20。则可以模拟掠飞灵巧弹箭在10m～30m的飞行高度。在支撑杆5的侧面上以方料长直面长向对称中心铣一长直槽，在所述长直槽底面铣一个与长直槽等长的长条孔。长直槽下端距离地面12500mm，留出500mm是因为掠飞弹离地最低高度为10m，不需要考虑，减少加工成本。联结板4是一块L型的零件，长条孔便于使用内六角螺栓通过联结板4固定水平单向模组2，且可以随意调节上下高度，从而可以实现掠飞灵巧弹箭在不同飞行高度的实验要求。两根支撑杆5竖直相对支撑固定水平单向模组2。底座7是长0.6米宽0.5米厚1cm的铁板，其质量与面积决定了实验装置的稳定性。支撑杆5焊接在底座7上被竖直固定。为了进一步增强稳定性，在底座7和支撑杆5之间焊接若干加强筋6。
连接机构包括随动杆9和限位板10。随动杆9包括相连的第一方杆和第二方杆，两者之间形成夹角，所述夹角为钝角。第一方杆与水平单向模组2的滑块8固连。第二方杆的杆身铣有长条形通孔，第二方杆的杆端与旋转支撑件11通过螺栓连接。限位板10一端与随动杆9的第二杆身的长条形通孔连接，另一端固定在旋转支撑件11上，使得限位板10一端可以沿长条形通孔移动从而改变随动杆9与旋转支撑件11的夹角，继而有效的模拟激光雷达在30o～60O的倾斜角度下的探测过程。
结合图2，旋转机构包括旋转支撑件11、步进电机16、齿轮17、空心齿轮轴18、电滑环21、轴衬19、端盖3和两个滚动轴承22。旋转支撑件11包括第三方杆和离心轴。第三方杆一端与随动杆9的第二方杆固连，另一端固连离心轴。步进电机16固定在第三方杆的侧壁上，步进电机16的输出轴上固定齿轮17。空心齿轮轴18通过两个滚动轴承22与离心轴配合，并通过轴衬19、端盖3限位，齿轮17与空心齿轮轴18外壁配合传动，带动空心齿轮轴18旋转。空心齿轮轴18外壁上套有电滑环21，目的是防止在旋转时线路错乱。
探测模块20采用单线激光雷达，固定在齿轮空心轴18外壁上，跟随空心齿轮轴18一起旋转，转速由步进电机16决定，可以调节。缩比后，转速可以达到5r/s即可。
缩比模型包括等比缩小的坦克（目标）14、树（障碍物）13、房屋（障碍物）15。
所述的掠飞灵巧弹箭弹载的激光雷达仿真实验平台的实验方法如下：
水平运动机构由支撑机构固定，且高度可调，连接机构连接旋转支撑件11与水平运动机构。旋转机构与水平机构一起运动，运动速度可调。固定在旋转机构上的单线激光雷达既跟着旋转机构做旋转运动，也跟着水平运动机构一起运动，同时单线激光雷达发出扫描线扫描地面12上的坦克14、树13、房屋15。从而获取了掠飞灵巧弹箭使用单线激光雷达实测数据。
掠飞灵巧弹箭飞行时边飞行边旋转，由斜置在掠飞灵巧弹箭上的单线激光雷达扫描探测目标。以实际弹速及转速实弹测试，成本较高。且没有先行实验验证，可靠性低。该仿真平台可以较好地对掠飞灵巧弹箭采用单线激光雷达探测扫描进行先行实验验证。以缩比的方法，通过水平运动机构模拟实现掠飞灵巧弹箭水平飞行速度；支撑机构模拟实现掠飞灵巧弹箭的飞行高度；旋转机构模拟实现弹丸的旋转转速；连接机构模拟实现单线激光雷达的斜置角度。且以上机构模拟的参数如速度、高度、转速、斜置角都可以调节。可进行实验的内容较多，便于充分的探讨。
Claims (9)
1.一种掠飞灵巧弹箭弹载的激光雷达仿真实验平台，其特征在于：包括
两组支撑机构，对称固定于地面（12），起到支撑作用；
缩比模型，设置于地面（12），用于模拟实际探测目标与障碍物；
支撑板（1），两端分别连接两组支撑机构，避免产生应力弯曲；
水平运动机构，两端通过两组支撑机构支撑固定，且位于支撑板（1）下方，用于模拟掠飞灵巧弹箭水平方向的运动；
旋转机构，通过连接机构与水平运动机构固连，并随着水平机构一起运动，实现360°旋转；
探测模块（20），被固定在旋转机构上跟随旋转机构一起旋转扫描缩比模型，进行数据采集。
2.根据权利要求1所述的掠飞灵巧弹箭弹载的激光雷达仿真实验平台，其特征在于：所述水平运动机构为水平单向模组（2），采用皮带传动模组，其上设有一个滑块（8）可沿皮带传动模组滑动。
3.根据权利要求1或2所述的掠飞灵巧弹箭弹载的激光雷达仿真实验平台，其特征在于：所述水平运动机构长度为2m，水平最大速度为1.5m/s， 水平最大加速度为1500mm/s。
4.根据权利要求1所述的掠飞灵巧弹箭弹载的激光雷达仿真实验平台，其特征在于：所述支撑机构包括联结板（4）、支撑杆（5）和底座（7），在支撑杆（5）的侧面上以方料长直面长向对称中心铣一长直槽，在所述长直槽底面铣一个与长直槽等长的长条孔，联结板（4）是一块L型的零件，长条孔通过联结板（4）固定水平单向模组（2），支撑杆（5）固定在底座（7）上。
5.根据权利要求4所述的掠飞灵巧弹箭弹载的激光雷达仿真实验平台，其特征在于：支撑杆（5）的高度为1.5米，高度缩比因子为1：20，用于模拟掠飞灵巧弹箭在10m～30m的飞行高度。
6.根据权利要求1所述的掠飞灵巧弹箭弹载的激光雷达仿真实验平台，其特征在于：连接机构包括随动杆（9）和限位板（10），随动杆（9）包括相连的第一方杆和第二方杆，两者之间形成夹角，所述夹角为钝角，第一方杆与水平运动机构固连，第二方杆的杆身铣有长条形通孔，第二方杆的杆端与旋转机构连接，限位板（10）一端与随动杆（9）的第二杆身的长条形通孔连接，另一端固定在旋转机构上，使得限位板（10）一端沿长条形通孔移动从而改变随动杆（9）与旋转机构的夹角，继而有效的模拟激光雷达在30o～60O的倾斜角度下的探测过程。
7.根据权利要求6所述的掠飞灵巧弹箭弹载的激光雷达仿真实验平台，其特征在于：旋转机构包括旋转支撑件（11）、步进电机（16）、齿轮（17）、空心齿轮轴（18）、电滑环（21）、轴衬（19）、端盖（3）和两个滚动轴承（22）；旋转支撑件（11）包括第三方杆和离心轴，第三方杆一端与随动杆（9）的第二方杆固连，另一端固连离心轴；步进电机（16）固定在第三方杆的侧壁上，步进电机（16）的输出轴上固定齿轮（17），空心齿轮轴（18）通过两个滚动轴承（22）与离心轴配合，并通过轴衬（19）、端盖（3）限位，齿轮（17）与空心齿轮轴（18）外壁配合传动，带动空心齿轮轴（18）旋转，空心齿轮轴（18）外壁上套有电滑环（21）。
8.根据权利要求1所述的掠飞灵巧弹箭弹载的激光雷达仿真实验平台，其特征在于：探测模块（20）采用单线激光雷达，固定在齿轮空心轴（18）外壁上，跟随空心齿轮轴（18）一起旋转。
9.根据权利要求1所述的掠飞灵巧弹箭弹载的激光雷达仿真实验平台，其特征在于：缩比模型的缩比因子为1：20。
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