CN111536828A - 一种多光幕精度靶不可见幕面空间位置的精确标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多光幕精度靶不可见幕面空间位置的精确标定方法。以克服现有多光幕精度靶在安装、调试与使用中因幕面参数不准导致测量精度较大的问题。本发明使用装于带直线位移测量功能的直线导轨上的遮光探针结合接收装置输出信号测量不可见光幕面的厚度中心位置，并通过双经纬仪系统配合直线位移测得值将直线位移转换为空间坐标。

Description

一种多光幕精度靶不可见幕面空间位置的精确标定方法

技术领域：

本发明属于靶场外弹道参数测试技术领域，主要涉及一种弹丸射击密集度和飞行速度测量装置调校方法，具体是一种多光幕精度靶不可见幕面空间位置的精确标定方法。

背景技术：

弹道密集度和弹头初速是评价低伸弹道身管火器的性能的重要指标。传统的弹道密集度测量方式通过射击靶板或靶纸等实体靶，并人工测量弹孔的位置来获取所需数据，但这一方法需频繁更换耗材，且更换过程存在对操作人员造成人身伤害的隐患。随着科学技术的进步，各种自动化测量技术，如声靶、测速雷达、CCD线阵靶、多光幕精度靶等都得到了发展。其中，以四光幕精度靶和六光幕精度靶为代表的非接触式多光幕精度靶自动测量系统以其结构简单、维护方便、测量效率高等优点，获得了广泛的好评。在多光幕精度靶中，多个光幕单元以多种空间布局安装于一六面体框架内，以光幕P₁为基准XOY平面，光幕P₁中心为坐标原点，垂直方向为Y轴，水平方向为X轴，Z轴与光幕P₁垂直且指向后方其他幕面方向。在完成结构的加工与组装后，由于装调误差的存在，需要对各光幕的结构参数进行测量。为尽量完善地反映各个幕面的空间位置关系，提高解算时的幕面参数装定精度，从而提高最终的测量精度，需要一种能够精密地测量各个幕面的空间位置关系的方法。但在现实中，各光幕的工作波长处于不可见红外波段，无法直观地进行测量。因此，缺乏对不可见光幕的空间位置进行测量，并进而标定整个多光幕测量系统中各光幕的空间位置关系的方法是一个亟需解决的问题。

发明内容：

本发明主要提供一种多光幕精度靶的幕面空间位置关系与幕面方程测量方法，以克服现有多光幕精度靶在安装、调试与使用中因幕面参数不准导致测量精度较大的问题。

为克服现有技术所存在的问题，本发明提供一种多光幕精度靶不可见幕面空间位置的精确标定方法，包括如下步骤：

1)调节发射与接收装置的激光瞄准器使各光幕的接收与发射端相互对准；

2)搭建过幕装置和双经纬仪测量系统，使过幕装置与光幕P₁相垂直，两台经纬仪置于被测多光幕精度靶两侧距离相同处，所述过幕装置包括带有滑块的导轨，滑块上设置有一遮光探针，探针指向其前进方向，与导轨平行设置有一测量滑块直线位移量的光栅尺；

3)将过幕装置中的滑块置于导轨一端，记录光栅尺示数，使用双经纬仪测量系统对遮光探针的空间坐标进行测量；

4)将滑块向导轨另一端推进，在滑块经过各光幕测量区域时，记录接收装置的输出信号值与光栅尺示数；

5)将滑块继续向前推进至导轨另一端，记录光栅尺示数，使用经纬仪对遮光探针的空间坐标进行测量；

6)将测量导轨移动至下一测量位置，重复步骤3)-5)，直至完成所有测量区域的测量工作；

7)处理数据：根据各测量位置上探针经过各光幕时光栅尺示数与被测光幕接收装置输出信号的对应关系计算各次测量中光幕厚度中心点所对应的光栅尺示数，并结合各测量直线两端点的空间坐标，算得各测量直线上各光幕厚度中心的空间坐标；

8)使用各光幕面厚度中心空间坐标进行平面拟合，得到各光幕面的平面方程，从而得到各光幕面的空间位置关系。

与现有技术相比，本发明的优点是：

使用搭载于过幕系统上的遮光探针与接收装置相配合，测量不可见光幕面的实际空间位置，实现了对光幕本身实际位置的测量；使用双经纬仪系统探测各被测点空间位置，摆脱了被测多光幕精度靶本身结构的限制，放宽了六面体支撑架的加工与安装精度要求；除过幕装置外所有测量设备均不存在形变问题，且过幕装置的导轨也已通过直线度补偿实现了10微米级的直线度要求，基本排除了测量系统的形变对测量结果的影响。同时，这一方法不受幕面数量和布局的限制，适用于多种多光幕精度靶系统。

附图说明：

图1为标定方法整体示意图；

图2为接收装置输出信号相同时的两种探针位置状态；

图3为遮光探针经过被测光幕时接收装置输出信号的变化。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明。

参见图1，本发明所测量的多光幕精度靶的光幕面以一定规律排布于六面体框架内，P₁～P₆为六个光幕面，以光幕P₁作为XOY平面(即测量坐标基准平面)，坐标原点O位于其有效探测幕面中心，Z轴为垂直于XOY平面的理想弹道入射方向，O_n为各光幕P_n与Z轴的交点，k_n(A_n,B_n,C_n)为P_n的法向量，n的取值为1～6。对光幕P_n而言，其对应的平面方程中，-D_n为该幕与Z轴交点的Z坐标，A_n、B_n、C_n分别为该幕法向量k_n的X轴、Y轴、Z轴分量，由此即可得到六光幕精度靶P₁～P₆幕面的方程：

设弹丸经过测量区域时的轨迹为一条空间直线M，设弹丸过光幕P₁时的坐标为M₁(x₀,y₀,z₀)，其速度v在三个坐标轴方向的速度分量为v_x、v_y、v_z，过P_n幕面的时刻为t_n(n＝1～6)，故有弹丸过P_n幕面时的点M_n坐标(x_n,y_n,z_n)的参数方程为：

P₁幕面为XOY平面，故z₀＝0，联立式(2.6)、(2.7)即可得到：

在六光幕阵列结构参数已知的情况下，幕面方程中各参数A_n、B_n、C_n、D_n已知，弹丸过幕时刻t₁～t₆可通过数据采集系统记录，联立解方程组式(2.8)即可得到着靶坐标x₀、y₀和速度v_x、v_y、v_z的解。这一方法亦可用于任意布置的多个测量光幕的建模及解算。

如图1所示，本发明使用装于带直线位移测量功能的直线导轨上的遮光探针结合接收装置输出信号测量不可见光幕面的厚度中心位置，并通过双经纬仪系统配合直线位移测得值将直线位移转换为空间坐标。

本发明提供的一种多光幕精度靶不可见幕面空间位置的精确标定方法，具体步骤如下：

(1)调节被测六光幕精度靶的发射与接收装置的激光瞄准器，使各个激光器所发出的圆形激光点处于所对应的另一侧的狭缝中心，使各光幕的接收与发射端处于同一平面内相互对准，完成光幕系统的搭建。启动光幕靶系统，分别对各个光幕在无遮挡情况下和在随机位置存在遮挡时的输出信号进行测量，以确定被测光幕靶系统工作正常。

(2)搭建过幕装置和双经纬仪测量系统：所述过幕装置包括带有滑块的导轨，滑块上设置有一遮光探针，探针指向其前进方向，与导轨平行设置有一测量滑块直线位移量的光栅尺。参见图1，设置过幕装置，使其导轨与被测多光幕精度靶的第一幕相垂直；连接光栅尺读数头与数显表，启动数显表，前后推动连接板以确定光栅尺工作正常。将两台经纬仪置于被测多光幕精度靶两侧距离相同处，也就是以六面体框架的轴线为基准的两侧位置，调整测量基线与被测多光幕精度靶的第一幕相平行，并与被测光幕靶的测量坐标系原点等高。完成搭建后，对双经纬仪坐标测量系统进行调平、互对等准备工作。

(3)选定被测多光幕精度靶上的一处测量区域，将载有遮光探针的滑块推至导轨一端，将光栅尺置零，并使用经纬仪对探针的空间坐标M₀(x₀,y₀,z₀)进行测量。

(4)将滑块向导轨另一端推进，在滑块经过各光幕测量区域时，记录接收装置的输出信号值与光栅尺示数

参见图2、图3，设定一阈值U_it，当所测得的被测光幕P_i的接收装置输出信号低于U_it的瞬间记录一次探针进入位置的光栅尺示数l_ie；当所测得的光幕接收端输出信号回升后，在其高于所设定阈值U_it的瞬间再记录一次探针离开位置的光栅尺示数l_il，记探针长度为d，则此测量直线上P_i幕面中心点位置l_ic可由下式求得：

l_ic＝0.5(l_ie+d+l_il)

随着探针向前推进，对其所经过的每个被测幕面重复这一操作，直到完成所有被测幕面所对应的两个探针位置的测量。

(5)将滑块继续向前推进至导轨另一端，记录此时光栅尺示数l，使用经纬仪对探针的空间坐标M_e(x_e,y_e,z_e)进行测量。

(6)为了取得精准的测量结果，至少应选择三个测量位置进行测量。本实施例中选择五处相距尽量远的测量位置用来安放过幕装置，以保证在各被测幕面上所获取的测量点的距离，进而提高标定精度。在该步骤中，将测量导轨移动至下一测量位置，重复步骤(3)～(5)，直至完成所有测量区域的测量工作。

(7)对测得数据进行处理。单次测量中，滑块起始点处探针坐标为M₀(x₀,y₀,z₀)，结束点处探针坐标为M_e(x_e,y_e,z_e)，所对应的直线位移量为l，此次测量中被测幕面P_i厚度中心点M_i所处的直线位移量为l_ic，则有各厚度中心点在测量坐标系下的空间坐标M_i(x_i,y_i,z_i)为：

(8)使用上一步所得到的光幕面厚度中心空间坐标进行各被测光幕的平面方程拟合，得到各光幕面的平面方程，从而得到各光幕面的空间位置关系。最后，通过坐标系转换得到被测精度靶坐标系下，可用于求解测量结果的各幕面方程参数。

Claims (1)

1.一种多光幕精度靶不可见幕面空间位置的精确标定方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)调节发射与接收装置的激光瞄准器使各光幕的接收与发射端相互对准；

2)搭建过幕装置和双经纬仪测量系统，使过幕装置与光幕P₁相垂直，两台经纬仪置于被测多光幕精度靶两侧距离相同处，所述过幕装置包括带有滑块的导轨，滑块上设置有一遮光探针，探针指向其前进方向，与导轨平行设置有一测量滑块直线位移量的光栅尺；

3)将过幕装置中的滑块置于导轨一端，记录光栅尺示数，使用双经纬仪测量系统对遮光探针的空间坐标进行测量；

4)将滑块向导轨另一端推进，在滑块经过各光幕测量区域时，记录接收装置的输出信号值与光栅尺示数；

5)将滑块继续向前推进至导轨另一端，记录光栅尺示数，使用经纬仪对遮光探针的空间坐标进行测量；

6)将测量导轨移动至下一测量位置，重复步骤3)-5)，直至完成所有测量区域的测量工作；

7)处理数据：根据各测量位置上探针经过各光幕时光栅尺示数与被测光幕接收装置输出信号的对应关系计算各次测量中光幕厚度中心点所对应的光栅尺示数，并结合各测量直线两端点的空间坐标，算得各测量直线上各光幕厚度中心的空间坐标；

8)使用各光幕面厚度中心空间坐标进行平面拟合，得到各光幕面的平面方程，从而得到各光幕面的空间位置关系。

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