CN111912289A - 一种自行式电磁火炮控制系统、方法和装置 - Google Patents

一种自行式电磁火炮控制系统、方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自行式电磁火炮控制系统、方法和装置,其中,系统包括:第一控制器、目标识别模块、自索数据计算模块、第一舵机和第二舵机;目标识别模块用于识别击打目标的位置以及周期性测量与击打目标之间的距离;自索数据计算模块用于计算获得炮台水平方向的转动角度θ以及竖直方向上转动俯仰角α;转动角度θ的计算公式为:Tanθ=Vt/X;转动俯仰角α的计算公式为:Tanα=H/0.5S;第一控制器根据转动角度θ来利用第一舵机控制调节炮台水平方向转动的角度;根据转动俯仰角α利用第二舵机控制调节炮台竖直方向转动的俯仰角度。该系统克服现有技术中的电磁炮需要人工进行瞄准,再进行发射,浪费人力,且火炮击中目标的准度较差;且体积和重量大的问题。

Description

一种自行式电磁火炮控制系统、方法和装置
技术领域
本发明涉及电磁炮技术领域,具体地,涉及一种自行式电磁火炮控制系统、方法和装置。
背景技术
电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器。与传统的大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同,电磁炮是利用电磁系统中电磁场的作用力,其作用的时间要长得多,可大大提高弹丸的速度和射程。因而引起了世界各国军事家们的关注。
但是现有技术中的电磁炮需要人工进行瞄准,再进行发射,浪费人力,且火炮击中目标的准度较差;且体积和重量大。
因此,提供一种在使用过程中可以实现自动索敌自行开火,击中目标的准度高,而且体积和重量也优化的自行式电磁火炮控制系统、方法和装置是本发明亟需解决的问题。
发明内容
针对上述技术问题,本发明的目的是克服现有技术中的电磁炮需要人工进行瞄准,再进行发射,浪费人力,且火炮击中目标的准度较差;且体积和重量大的问题,从而提供一种在使用过程中可以实现自动索敌自行开火,击中目标的准度高,而且体积和重量也优化的自行式电磁火炮控制系统、方法和装置。
为了实现上述目的,本发明提供了一种一种自行式电磁火炮控制系统,所述系统包括:第一控制器、目标识别模块、自索数据计算模块、第一舵机和第二舵机;
所述目标识别模块用于识别击打目标的位置以及周期性测量与所述击打目标之间的距离;
所述自索数据计算模块用于计算获得炮台水平方向的转动角度θ以及竖直方向上转动俯仰角α;其中,
所述转动角度θ的计算公式为:Tanθ=Vt/X;
上述公式中V为所述击打目标的移动速度,t为击中所述击打目标的时间,X为与所述击打目标之间的实时距离;
所述转动俯仰角α的计算公式为:Tanα=H/0.5S;
上述公式中H为弹道最高点的高度,S为与所述击打目标之间的预测距离,H计算公式为:H=0.5*gt2;t为击中所述击打目标的时间,g为重力加速度;所述S的计算公式为:
Figure BDA0002625132160000021
V为所述击打目标的移动速度,X为与所述击打目标之间的实时距离,T为所述目标识别模块测量与所述击打目标之间的距离的间隔周期;
所述第一控制器根据所述自索数据计算模块计算获得的转动角度θ来利用所述第一舵机控制调节炮台水平方向转动的角度;根据计算获得的转动俯仰角α利用所述第二舵机控制调节炮台竖直方向转动的俯仰角度。
优选地,所目标识别模块包括:OpenMV、激光测距模块以及超声波测距模块;其中,
所述OpenMV为主测距模块,所述激光测距模块以及超声波测距模块为辅助测距模块。
优选地,所述系统还包括:储能模块,用于将12V直流电源先转换成交流电源,再转换成直流电源并升压至300V-480V。
优选地,所述系统还包括:第二控制器,用于对所述储能模块中能量的储能后释放。
优选地,所述系统还包括:电源模块,用于为系统以及电磁火炮提供电能。
本发明还提供了一种自行式电磁火炮控制方法,所述方法包括:
识别击打目标的位置以及周期性测量与所述击打目标之间的距离;
计算获得炮台水平方向的转动角度θ以及竖直方向上转动俯仰角α;其中,
所述转动角度θ的计算公式为:Tanθ=Vt/X;
上述公式中V为所述击打目标的移动速度,t为击中所述击打目标的时间,X为与所述击打目标之间的实时距离;
所述转动俯仰角α的计算公式为:Tanα=H/0.5S;
上述公式中H为弹道最高点的高度,S为与所述击打目标之间的预测距离,H计算公式为:H=0.5*gt2;t为击中所述击打目标的时间,g为重力加速度;所述S的计算公式为:
Figure BDA0002625132160000031
V为所述击打目标的移动速度,X为与所述击打目标之间的实时距离,T为测量与所述击打目标之间的距离的间隔周期;
根据计算获得的转动角度θ控制调节炮台水平方向转动的角度;根据计算获得的转动俯仰角α控制调节炮台竖直方向转动的俯仰角度。
优选地,所述识别击打目标的位置以及周期性测量与所述击打目标之间的距离中利用OpenMV为主测距模块进行测距,利用激光测距模块以及超声波测距模块为辅助测距模块进行测距。
本发明还提供了一种自行式电磁火炮装置,所述装置包括自行式电磁火炮控制系统。
根据上述技术方案,本发明提供的自行式电磁火炮控制系统、方法和装置的有益效果为可以实现自动索敌自行开火,击中目标的准度高,而且能源利用效率偏高,相比以前传统的电磁炮也减小了体积,减少了重量,加速方面也比传统的要快。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是本发明的一种优选的实施方式中提供的自行式电磁火炮控制系统的结构框图;
图2是本发明的一种优选的实施方式中提供的自行式电磁火炮控制方法的流程图;
图3是本发明的一种优选的实施方式中提供的自行式电磁火炮的电路原理图。
附图标记说明
1第一控制器 2目标识别模块
3自索数据计算模块 4第一舵机
5第二舵机 6第二控制器
7电源模块 8储能模块
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
如图1所示,本发明提供了一种自行式电磁火炮控制系统,所述系统包括:第一控制器1、目标识别模块2、自索数据计算模块3、第一舵机4和第二舵机5;
所述目标识别模块2用于识别击打目标的位置以及周期性测量与所述击打目标之间的距离;
所述自索数据计算模块3用于计算获得炮台水平方向的转动角度θ以及竖直方向上转动俯仰角α;其中,
所述转动角度θ的计算公式为:Tanθ=Vt/X;
上述公式中V为所述击打目标的移动速度,t为击中所述击打目标的时间,X为与所述击打目标之间的实时距离;
所述转动俯仰角α的计算公式为:Tanα=H/0.5S;
上述公式中H为弹道最高点的高度,S为与所述击打目标之间的预测距离,H计算公式为:H=0.5*gt2;t为击中所述击打目标的时间,g为重力加速度;所述S的计算公式为:
Figure BDA0002625132160000051
V为所述击打目标的移动速度,X为与所述击打目标之间的实时距离,T为所述目标识别模块2测量与所述击打目标之间的距离的间隔周期;
所述第一控制器1根据所述自索数据计算模块3计算获得的转动角度θ来利用所述第一舵机4控制调节炮台水平方向转动的角度;根据计算获得的转动俯仰角α利用所述第二舵机5控制调节炮台竖直方向转动的俯仰角度。
在本发明的一种优选的实施方式中,所目标识别模块2包括:OpenMV机器视觉模块、激光测距模块以及超声波测距模块;其中,
所述OpenMV为主测距模块,所述激光测距模块以及超声波测距模块为辅助测距模块。
在本发明的一种优选的实施方式中,所述系统还包括:储能模块8,用于将12V直流电源先转换成交流电源,再转换成直流电源并升压至300V-480V。
在本发明的一种优选的实施方式中,所述系统还包括:第二控制器6,用于对所述储能模块8中能量的储能后释放。
在本发明的一种优选的实施方式中,所述系统还包括:电源模块7,用于为系统以及电磁火炮提供电能。
根据上述内容,本发明提供的自行式电磁火炮控制系统的工作原理为:利用所述自索数据计算模块3计算出炮台水平方向的转动角度θ以及竖直方向上转动俯仰角α,然后利用第一控制器1根据所述自索数据计算模块3计算获得的转动角度θ来利用所述第一舵机4控制调节炮台水平方向转动的角度;根据计算获得的转动俯仰角α利用所述第二舵机5控制调节炮台竖直方向转动的俯仰角度,从而达到自动索敌自行开火的目的;其中,对于击打目标测距而言:通过OpenMV机器视觉模块可直接测距,使用激光和超声波辅助测距;
炮弹初速度:本发明中通过电磁线缠绕,打磨炮弹已经使初速度达到6m/s,实际计算需要通过毕奥萨法尔定律对线圈内的电流元进行多重积分求出磁场,然后使用法拉第定律计算这里不再赘述。需要说明的是:本发明中是通过期望速度制作电磁炮,而不是制作完电磁炮后再计算速度。
对于炮台水平方向的转动角度θ而言:识别到靶子后OpenMV将跟随移动或静止的靶子,每10ms采集一次距离X和上一10ms间隔的x轴转动角度θ;通过公式
V=X*tanθ/0.01m/s;
假定当前识别到靶子角度为0,速度V,t秒后击中靶子,则夹角公式为t可通过仰角改变,理想环境下炮弹不衰减:
Tanθ=Vt/X;
对于转动俯仰角α而言:根据
Figure BDA0002625132160000061
计算出与所述击打目标之间的预测距离,通过公式H=0.5*gt2计算出弹道最高点H,再根据Tanα=H/0.5S计算出转动俯仰角α;这样就完成了对击打目标的自动索敌效果。
如图2所示,本发明还提供了一种自行式电磁火炮控制方法,所述方法包括:
识别击打目标的位置以及周期性测量与所述击打目标之间的距离;
计算获得炮台水平方向的转动角度θ以及竖直方向上转动俯仰角α;其中,
所述转动角度θ的计算公式为:Tanθ=Vt/X;
上述公式中V为所述击打目标的移动速度,t为击中所述击打目标的时间,X为与所述击打目标之间的实时距离;
所述转动俯仰角α的计算公式为:Tanα=H/0.5S;
上述公式中H为弹道最高点的高度,S为与所述击打目标之间的预测距离,H计算公式为:H=0.5*gt2;t为击中所述击打目标的时间,g为重力加速度;所述S的计算公式为:
Figure BDA0002625132160000071
V为所述击打目标的移动速度,X为与所述击打目标之间的实时距离,T为测量与所述击打目标之间的距离的间隔周期;
根据计算获得的转动角度θ控制调节炮台水平方向转动的角度;根据计算获得的转动俯仰角α控制调节炮台竖直方向转动的俯仰角度。
在本发明的一种优选的实施方式中,所述识别击打目标的位置以及周期性测量与所述击打目标之间的距离中利用OpenMV为主测距模块进行测距,利用激光测距模块以及超声波测距模块为辅助测距模块进行测距。
根据上述内容,本发明提供的方法的工作原理为:利用所述自索数据计算模块3计算出炮台水平方向的转动角度θ以及竖直方向上转动俯仰角α,然后利用第一控制器1根据所述自索数据计算模块3计算获得的转动角度θ来利用所述第一舵机4控制调节炮台水平方向转动的角度;根据计算获得的转动俯仰角α利用所述第二舵机5控制调节炮台竖直方向转动的俯仰角度,从而达到自动索敌自行开火的目的;其中,对于击打目标测距而言:通过OpenMV机器视觉模块可直接测距,使用激光和超声波辅助测距;
炮弹初速度:本发明中通过电磁线缠绕,打磨炮弹已经使初速度达到6m/s,实际计算需要通过毕奥萨法尔定律对线圈内的电流元进行多重积分求出磁场,然后使用法拉第定律计算这里不再赘述。需要说明的是:本发明中是通过期望速度制作电磁炮,而不是制作完电磁炮后再计算速度。
对于炮台水平方向的转动角度θ而言:识别到靶子后OpenMV将跟随移动或静止的靶子,每10ms采集一次距离X和上一10ms间隔的x轴转动角度θ;通过公式
V=X*tanθ/0.01m/s;
假定当前识别到靶子角度为0,速度V,t秒后击中靶子,则夹角公式为t可通过仰角改变,理想环境下炮弹不衰减:
Tanθ=Vt/X;
对于转动俯仰角α而言:根据
Figure BDA0002625132160000081
计算出与所述击打目标之间的预测距离,通过公式H=0.5*gt2计算出弹道最高点H,再根据Tanα=H/0.5S计算出转动俯仰角α;这样就完成了对击打目标的自动索敌效果。
本发明还提供了一种自行式电磁火炮装置,所述装置包括自行式电磁火炮控制系统。
如图3所示,为本发明的自行式电磁火炮的电路原理图,其中,12V的VCC供电至ZVS升压模块为电容充电,可控硅作为电子开关,当发射开关闭合时,A、K两触点导通。
综上所述,本发明提供的自行式电磁火炮控制系统、方法和装置克服现有技术中的电磁炮需要人工进行瞄准,再进行发射,浪费人力,且火炮击中目标的准度较差;且体积和重量大的问题。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种自行式电磁火炮控制系统,其特征在于,所述系统包括:第一控制器(1)、目标识别模块(2)、自索数据计算模块(3)、第一舵机(4)和第二舵机(5);
所述目标识别模块(2)用于识别击打目标的位置以及周期性测量与所述击打目标之间的距离;
所述自索数据计算模块(3)用于计算获得炮台水平方向的转动角度θ以及竖直方向上转动俯仰角α;其中,
所述转动角度θ的计算公式为:Tanθ=Vt/X;
上述公式中V为所述击打目标的移动速度,t为击中所述击打目标的时间,X为与所述击打目标之间的实时距离;
所述转动俯仰角α的计算公式为:Tanα=H/0.5S;
上述公式中H为弹道最高点的高度,S为与所述击打目标之间的预测距离,H计算公式为:H=0.5*gt2;t为击中所述击打目标的时间,g为重力加速度;所述S的计算公式为:
Figure FDA0002625132150000011
V为所述击打目标的移动速度,X为与所述击打目标之间的实时距离,T为所述目标识别模块(2)测量与所述击打目标之间的距离的间隔周期;
所述第一控制器(1)根据所述自索数据计算模块(3)计算获得的转动角度θ来利用所述第一舵机(4)控制调节炮台水平方向转动的角度;根据计算获得的转动俯仰角α利用所述第二舵机(5)控制调节炮台竖直方向转动的俯仰角度。
2.根据权利要求1所述的自行式电磁火炮控制系统,其特征在于,所目标识别模块(2)包括:OpenMV(机器视觉模块)、激光测距模块以及超声波测距模块;其中,
所述OpenMV为主测距模块,所述激光测距模块以及超声波测距模块为辅助测距模块。
3.根据权利要求1所述的自行式电磁火炮控制系统,其特征在于,所述系统还包括:储能模块(8),用于将12V直流电源先转换成交流电源,再转换成直流电源并升压至300V-480V。
4.根据权利要求3所述的自行式电磁火炮控制系统,其特征在于,所述系统还包括:第二控制器(6),用于对所述储能模块(8)中能量的储能后释放。
5.根据权利要求1所述的自行式电磁火炮控制系统,其特征在于,所述系统还包括:电源模块(7),用于为系统以及电磁火炮提供电能。
6.一种自行式电磁火炮控制方法,其特征在于,所述方法包括:
识别击打目标的位置以及周期性测量与所述击打目标之间的距离;
计算获得炮台水平方向的转动角度θ以及竖直方向上转动俯仰角α;其中,
所述转动角度θ的计算公式为:Tanθ=Vt/X;
上述公式中V为所述击打目标的移动速度,t为击中所述击打目标的时间,X为与所述击打目标之间的实时距离;
所述转动俯仰角α的计算公式为:Tanα=H/0.5S;
上述公式中H为弹道最高点的高度,S为与所述击打目标之间的预测距离,H计算公式为:H=0.5*gt2;t为击中所述击打目标的时间,g为重力加速度;所述S的计算公式为:
Figure FDA0002625132150000021
V为所述击打目标的移动速度,X为与所述击打目标之间的实时距离,T为测量与所述击打目标之间的距离的间隔周期;
根据计算获得的转动角度θ控制调节炮台水平方向转动的角度;根据计算获得的转动俯仰角α控制调节炮台竖直方向转动的俯仰角度。
7.根据权利要求6所述的自行式电磁火炮控制方法,其特征在于,所述识别击打目标的位置以及周期性测量与所述击打目标之间的距离中利用OpenMV为主测距模块进行测距,利用激光测距模块以及超声波测距模块为辅助测距模块进行测距。
8.一种自行式电磁火炮装置,其特征在于,所述装置包括权利要求1-5所述的自行式电磁火炮控制系统。
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