CN115307485A - 弹载式动态参数测试系统 - Google Patents

弹载式动态参数测试系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115307485A
CN115307485A CN202210812180.8A CN202210812180A CN115307485A CN 115307485 A CN115307485 A CN 115307485A CN 202210812180 A CN202210812180 A CN 202210812180A CN 115307485 A CN115307485 A CN 115307485A
Authority
CN
China
Prior art keywords
missile
assembly
electrically connected
borne
testing system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210812180.8A
Other languages
English (en)
Inventor
孙海涛
邓辉咏
殷军辉
崔凯波
刘亮
齐子元
俞文文
赵玉龙
张飒
郭德卿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Army Engineering University of PLA
Original Assignee
Army Engineering University of PLA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Army Engineering University of PLA filed Critical Army Engineering University of PLA
Priority to CN202210812180.8A priority Critical patent/CN115307485A/zh
Publication of CN115307485A publication Critical patent/CN115307485A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41AFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS COMMON TO BOTH SMALLARMS AND ORDNANCE, e.g. CANNONS; MOUNTINGS FOR SMALLARMS OR ORDNANCE
    • F41A31/00Testing arrangements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

本发明涉及测量技术领域,具体公开了弹载式动态参数测试系统,包括控制器组件,控制器组件电连接有无线控制组件和信号处理模块,信号处理模块电连接有电源组件,信号处理模块包括信号调理电路和储存器组件,信号调理电路的输入端电连接有位置测量组件和角度测量组件,信号调理电路与储存器组件之间电连接有A/D转换器,储存器组件电连接有接口电路,和接口电路电连接有计算机,解决了传统的速射火炮武器系统干扰信号多进而影响测试结果的问题。

Description

弹载式动态参数测试系统
技术领域
本申请涉及测量技术领域,具体公开了弹载式动态参数测试系统。
背景技术
速射火炮武器系统射速非常高,达到550发/分,平均9发/秒,为了匹配高射速的供弹要求,其供弹系统采用自带能源供弹。由于火炮一般采用自动状态进行射击,安装在火炮上的电机产生大量干扰信号。装备操作过程中各机构的接触碰撞、使用环境存在大量噪声干扰等均会对测试结果产生较大的干扰。另外炮弹在供弹过程中,炮弹的加速度幅值不超过200g,而在输弹过程中,其加速度幅值则超过500g。在测试过程中即要系统能够分辨由于装备故障带来的炮弹运动偏差,又要求有较大的量程,承受较大的过载,因此,发明人提出了弹载式动态参数测试系统,用以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于解决传统的速射火炮武器系统干扰信号多进而影响测试结果的问题。
为了达到上述目的,本发明的基础方案提供弹载式动态参数测试系统,包括控制器组件,所述控制器组件电连接有无线控制组件和信号处理模块,所述信号处理模块电连接有电源组件,所述信号处理模块包括信号调理电路和储存器组件,所述信号调理电路的输入端电连接有位置测量组件和角度测量组件,所述信号调理电路与储存器组件之间电连接有A/D转换器,所述储存器组件电连接有接口电路,所述和接口电路电连接有计算机。
本基础方案的原理及效果在于:
与现有技术相比,本发明符合系统设计原则中的技术可实现原则、结构最优化原则、阻抗匹配原则和精度匹配原则,其中信号调理电路是将位置测量组件和角度测量组件传输过来的信号进行调理,同时还将加速度高频信号滤除,以此来提高信号的精度,加上电连接的无线控制组件,使本发明具有无需外引线、抗干扰能力强等优点,本发明还具有自动启动记录、自动控制记录开始时间和停止时间的功能,同时具有可充电、功耗低、操作简单、使用方便等特点,解决了传统的速射火炮武器系统干扰信号多进而影响测试结果的问题。
进一步,所述位置测量组件和角度测量组件输出的信号经信号调理电路适配后送入A/D转换器,经A/D转换器转换为数字信号后存放在存储器中,通过读数接口电路连接计算机USB口获取测试弹的过载、角速度数据。实现计算机对测试数据的获取。
进一步,所述计算机内设有用于分析位置测量组件和角度测量组件得到的数据的分析软件。对获取的测试数据进行分析。
进一步,分析软件包括显示模块、采样读数模块、定标读数模块、图形操作模块和波形打印模块。显示模块完成对被测数据的图形化显示和数据定标之后的图形化显示,采样读数模块主要完成对测试装置所储存数据的读取,并将其以指定数据文件的形式存储在程序指定的数据文件夹中,定标读数模块完成对原始数据的灵敏度换算,显示数据图形的真实幅值和时间信息和不同点间的差值,图形操作模块完成对数据图形的抽点或全点显示、移位、全屏和缩放等功能,波形打印作为测试软件与打印机的通信端口,完成对数据图形的打印操作。
进一步,所述计算机内设有用于分析位置测量组件和角度测量组件测到的参数的姿态解算分系统。姿态解算分系统解算参数有角速度ω、滚转角γ、俯仰角α和运动轨迹,是以陀螺仪与加速度计为敏感器件的参数解算系统。
进一步,所述位置测量组件和角度测量组件采用的是三轴压阻式加速度传感器和陀螺仪传感器,所述三轴压阻式加速度传感器具体为MEMS传感器,所述陀螺仪传感器具体为MEMS陀螺仪。MEMS传感器具有小体积、低成本、低功耗和集成化的特点;MEMS陀螺仪将旋转物体的角速度转换成正比的直流电压信号
进一步,所述三轴压阻式加速度传感器电连接有仪表放大器。它是一种低电压通用型仪放大器,其特性优良,体积小,并可用一个外部电阻方便地设定增益,在单电源供电的时候,可以在低至2.2V的电源电压下工作并且静态工作电流很小,是便携式和其它用电池供电系统的理想器件。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本申请实施例提出的弹载式动态参数测试系统的原理图;
图2示出了本申请实施例提出的弹载式动态参数测试系统的安装结构图;
图3示出了本申请实施例提出的弹载式动态参数测试系统的测试弹载体坐标系示意图;
图4示出了本申请实施例提出的弹载式动态参数测试系统的数据处理软件流程图;
图5示出了本申请实施例提出的弹载式动态参数测试系统的数据可视化设计主流程图;
图6示出了本申请实施例提出的弹载式动态参数测试系统的数据处理设计主流程图;
图7示出了本申请实施例提出的弹载式动态参数测试系统的数据处理设计各模块设计流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例,对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效,详细说明如后。
说明书附图中的附图标记包括:测试弹后端盖1、弹体与测试设备连接部件2、惯性测量单元3、存储记录电路模块4、弹体5。
实施例如图1所示:
弹载式动态参数测试系统,包括控制器组件,控制器组件电连接有无线控制组件和信号处理模块,信号处理模块电连接有电源组件,信号处理模块包括信号调理电路和储存器组件。
信号调理电路的输入端电连接有位置测量组件和角度测量组件,具体的:位置测量组件和角度测量组件采用的是三轴压阻式加速度传感器和陀螺仪传感器,三轴压阻式加速度传感器具体为MEMS传感器,陀螺仪传感器具体为MEMS陀螺仪;MEMS传感器具有小体积、低成本、低功耗和集成化的特点;MEMS陀螺仪将旋转物体的角速度转换成正比的直流电压信号。
信号调理电路与储存器组件之间电连接有A/D转换器,储存器组件电连接有接口电路,和接口电路电连接有计算机,具体实现过程:位置测量组件和角度测量组件输出的信号,经信号调理电路适配后送入A/D转换器,经A/D转换为数字信号后存放在存储器中,通过读数接口电路连接计算机USB口获取测试弹的过载、角速度数据,实现计算机对测试数据的获取。
三轴压阻式加速度传感器电连接有仪表放大器,它是一种低电压通用型仪放大器,其特性优良,体积小,并可用一个外部电阻方便地设定增益,在单电源供电的时候,可以在低至2.2V的电源电压下工作并且静态工作电流很小,是便携式和其它用电池供电系统的理想器件。
储存器组件具体为FRAM非易失性铁电存储器,FRAM是一种非易失性内存,能够在断电情况下保存数据,由于铁电效应是铁电晶体所固有的一种极化特性,与电磁作用无关,所以FRAM存储器的内容不会受到外界条件的影响,因此具有极高的稳定性。
A/D转换器具体型号为AD7492,它可在2.7V~5.25V的电压下工作,其最高转换率为1.5MSPS,分辨率12bit,在3V电源供电时,功耗不到4mW;控制器组件具体为CPLD芯片XCR3064XL,是一款低功耗产品,其静态工作电流仅为20μA,比一般的CPLD芯片要低1000倍。
计算机内设有用于分析位置测量组件和角度测量组件得到的数据的分析软件,对获取的测试数据进行分析,具体的:软件包括显示模块、采样读数模块、定标读数模块、图形操作模块和波形打印模块,显示模块完成对被测数据的图形化显示和数据定标之后的图形化显示,采样读数模块主要完成对测试装置所储存数据的读取,并将其以指定数据文件的形式存储在程序指定的数据文件夹中,定标读数模块完成对原始数据的灵敏度换算,显示数据图形的真实幅值和时间信息和不同点间的差值,图形操作模块完成对数据图形的抽点或全点显示、移位、全屏和缩放等功能,波形打印作为测试软件与打印机的通信端口,完成对数据图形的打印操作。
数据处理软件可完成数据可视化及数据处理分析两大部分操作,如图是所示:①首先判断是否进行数据可视化操作,若是转到具体的数据可视化操作模式执行,转到②,否则判断是否退出系统,若是退出系统,否则转到①;②判断是否进行数据处理操作,若是转到具体的数据处理分析模块执行,否则转到①。
数据可视化设计主流程图如图5所示:可视化设计的目的是将测试的数据生成二维图形,能够直观显示测试数据变化规律,主要包括二维图形显示、对显示的图形进行局部放大、缩小和平移操作,从而能够使数据分析人员专注于数据历程中的某一段,分析发现规律。
数据处理分析设计主流程图和数据处理设计各模块设计流程图如图6和图7所示:数据定标,数据定标是指将存储器中的二进制数据根据采样频率和传感器灵敏度转换为相应的加速度信号,角速度信号;频谱分析,频谱分析部分可根据不同的采样频率和传感器基线来得到所需的加速度信号和角速度信号的频谱;滤波部分,滤波部分可对信号进行Butterworth滤波,使用时只需输入相应的采样频率以及滤波阶数,然后软件将自动进行滤波;积分部分,最后的积分部分,可通过积分函数得到所需信息,如位移量可通过对加速度量进行积分求得。使用时可先对数据进行去基线、设置截止频率等数据处理操作,然后再积分。利用LabVIEW语言开发了专用的软件系统,该系统功能丰富,使用方便,可靠性强,软件可对数据进行定标、频谱分析、滤波以及积分等操作,使用时只需按顺序输入相应的参数,如采样频率、灵敏度等即可显示所需曲线。
本方案所研究的对象是速射火炮在供弹、输弹过程中的测试弹,导航坐标系选择测试弹初始状态时固定的坐标位置,如图3所示:即O点位于静止时子弹几何中心,Yn轴沿弹链运动方向指向前,Xn轴沿测试弹横轴指向弹头部,Zn轴垂直于XnOYn平面沿测试弹竖轴指向下。载体坐标系如图3所示,O点位于测试弹几何中心,Xb轴沿测试弹横轴指向弹头,Yb轴沿子弹纵轴指向前,Zb轴沿测试弹竖轴向下为正,并与Xb,Yb轴构成右手直角坐标系。载体坐标系固连于测试弹,并且载体坐标系是随着测试弹的运动而变化坐标系,测试弹的姿态位置改变,载体坐标系也会随之改变。
在确定了导航坐标系和载体坐标系后,需根据这两个坐标系之间的转动关系即坐标变换矩阵表示载体位置的变化。表示姿态的俯仰角、偏航角和横滚角以及位置信息可以从坐标变换矩阵中求解得到。
设计采用用途最广的四元数法解算姿态矩阵,由于在姿态解算过程中需要多次使用旋转变换向量旋转坐标系,因此可以使用四元数表示载体的旋转矩阵,然后辅以方向余弦法求解的姿态变换矩阵中各元素与四元数求解的旋转变换矩阵各元素一一对应的特性来求解三个姿态角的方案。
将采集到的三轴角速度数据输入姿态角解算的四元数微分方程中,求解四元数微分方程得到四元数矩阵,再由四元数矩阵与旋转矩阵的关系,得到俯仰角、偏航角和横滚角三个姿态角。再输入三轴加速度数据,求解速度矩阵和位置矩阵,进而得到测试弹的位置。
姿态解算软件基于Matlab语言,利用非线性最小二乘的优化算法进行姿态角求解。该软件由通道、姿态角、轨迹三大模块组成。“通道”用来读取存储在硬盘上的传感器实测数据;“姿态角”主要处理陀螺仪输出的三轴角速度数据,计算测试弹的运动姿态,主要是俯仰角和滚转角;“轨迹”主要处理三轴加速度传感器输出的数据,计算测试弹的轨迹。
弹载式动态参数测试系统的机械结构包括存储记录电路模块4壳体、传感器壳体和弹体与测试设备连接部件2,电路模块装配完成后采用环氧树脂一体化灌封,以提高测试设备的抗冲击能力,安装如图2所示:安装时需要考虑测试设备的止转问题,图中,测试设备在与弹体5的连接壳体处通过1个止转销钉与弹体5固连,测试设备在弹体5内通过测试弹后端盖1向压紧固定,确保在弹体5运动过程中于弹丸一体,不产生相对运动,同时为提高弹载测试设备的抗过载能力,在测试设备与弹体5的接触界面可加入适当的缓冲材料,为了提高测试弹质量和质心位置精度,随弹体5携带1mm~5mm铝片垫垫片若干,填充于传动器的前端或后端,从而使得炮弹的质心前移或后移,满足测试要求。
具体实现过程:第一步,位置测量组件和角度测量组件输出的信号经信号调理电路适配后送入A/D转换器,经A/D转换器转换为数字信号后存放在存储器中,第二步,整个采样过程由控制器组件来控制采样频率及时序,待测试过程完成后,回收测试弹,通过读数接口电路连接计算机USB口获取测试弹的过载、角速度数据,第三步,在数据处理软件界面下完成数据的波形显示、预处理、打印等功能,根据过载、角速度信息,在姿态解算软件中解算出测试弹俯仰角、偏航角和横滚角三个姿态角,通过求解速度矩阵和位置矩阵,进而得到测试弹的位置信息。
本发明符合系统设计原则中的技术可实现原则、结构最优化原则、阻抗匹配原则和精度匹配原则,其中信号调理电路是将位置测量组件和角度测量组件传输过来的信号进行调理,同时还将加速度高频信号滤除,以此来提高信号的精度,加上电连接的无线控制组件,使本发明具有无需外引线、抗干扰能力强等优点,本发明还具有自动启动记录、自动控制记录开始时间和停止时间的功能,同时具有可充电、功耗低、操作简单、使用方便等特点,解决了传统的速射火炮武器系统干扰信号多进而影响测试结果的问题。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭示如上,然而并非用以限定本发明,任何本领域技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.弹载式动态参数测试系统,其特征在于:包括控制器组件,所述控制器组件电连接有无线控制组件和信号处理模块,所述信号处理模块电连接有电源组件,所述信号处理模块包括信号调理电路和储存器组件,所述信号调理电路的输入端电连接有位置测量组件和角度测量组件,所述信号调理电路与储存器组件之间电连接有A/D转换器,所述储存器组件电连接有接口电路,所述和接口电路电连接有计算机。
2.根据权利要求1所述的弹载式动态参数测试系统,其特征在于,所述位置测量组件和角度测量组件输出的信号经信号调理电路适配后送入A/D转换器,经A/D转换为数字信号后存放在存储器中,通过读数接口电路连接计算机USB口获取测试弹的过载、角速度数据。
3.根据权利要求1所述的弹载式动态参数测试系统,其特征在于,所述计算机内设有用于分析位置测量组件和角度测量组件得到的数据的分析软件。
4.根据权利要求3所述的弹载式动态参数测试系统,其特征在于,所述分析软件包括显示模块、采样读数模块、定标读数模块、图形操作模块和波形打印模块。
5.根据权利要求3所述的弹载式动态参数测试系统,其特征在于,所述计算机内设有用于分析位置测量组件和角度测量组件测到的参数的姿态解算分系统。
6.根据权利要求1所述的弹载式动态参数测试系统,其特征在于,所述位置测量组件和角度测量组件采用的是三轴压阻式加速度传感器和陀螺仪传感器,所述三轴压阻式加速度传感器具体为MEMS传感器,所述陀螺仪传感器具体为MEMS陀螺仪。
7.根据权利要求1所述的弹载式动态参数测试系统,其特征在于,所述三轴压阻式加速度传感器电连接有仪表放大器。
CN202210812180.8A 2022-07-11 2022-07-11 弹载式动态参数测试系统 Pending CN115307485A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210812180.8A CN115307485A (zh) 2022-07-11 2022-07-11 弹载式动态参数测试系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210812180.8A CN115307485A (zh) 2022-07-11 2022-07-11 弹载式动态参数测试系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115307485A true CN115307485A (zh) 2022-11-08

Family

ID=83856064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210812180.8A Pending CN115307485A (zh) 2022-07-11 2022-07-11 弹载式动态参数测试系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115307485A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203940782U (zh) * 2014-05-09 2014-11-12 中国人民解放军军械工程学院 一种高炮自动机参数测试装置
DE102016005911A1 (de) * 2016-05-17 2017-11-23 Rheinmetall Air Defence Ag Messprojektil und Verfahren zur Messung eines Zustands eines Geschützes mittels eines Messprojektils
CN111504144A (zh) * 2020-05-27 2020-08-07 西安工业大学 内置式炮弹动作检测系统及其动作测量分析方法
CN112484564A (zh) * 2020-12-01 2021-03-12 中国人民解放军陆军工程大学 便携式炮闩润滑系统检测仪
CN114113661A (zh) * 2021-09-15 2022-03-01 中国人民解放军陆军工程大学 用于弹丸轴向加速度测量的固定载体、速度测量系统和测量方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203940782U (zh) * 2014-05-09 2014-11-12 中国人民解放军军械工程学院 一种高炮自动机参数测试装置
DE102016005911A1 (de) * 2016-05-17 2017-11-23 Rheinmetall Air Defence Ag Messprojektil und Verfahren zur Messung eines Zustands eines Geschützes mittels eines Messprojektils
CN111504144A (zh) * 2020-05-27 2020-08-07 西安工业大学 内置式炮弹动作检测系统及其动作测量分析方法
CN112484564A (zh) * 2020-12-01 2021-03-12 中国人民解放军陆军工程大学 便携式炮闩润滑系统检测仪
CN114113661A (zh) * 2021-09-15 2022-03-01 中国人民解放军陆军工程大学 用于弹丸轴向加速度测量的固定载体、速度测量系统和测量方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孙白波: "遥测·安全·监控", 30 November 1994, 宇航出版社, pages: 173 *
张明跃,房立清,郭德卿,石永雷, MEMS传感器数据漂移抑制技术研究, pages 99 - 103 *
徐磊,房立清,李旭,霍瑞坤,齐子元,郭德卿, MEMS加速度传感器的数据采集系统设计 *
牛伟萌,房立清,齐子元,郭德卿: "基于MEMS加速度传感器的位移测量系统", 基于MEMS加速度传感器的位移测量系统, pages 62 - 66 *
王淑敏;陈晓宁;张海涛;黄立洋;林楚;: "基于光纤传输的三维电磁场传感器设计与试验标定", 装备制造技术, no. 09 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102636139B (zh) 空间六自由度运动的六位移传感器动态测量法
CN102087110B (zh) 微型水下运动体自主姿态检测装置及方法
CN110262282A (zh) 火箭子级落区控制三轴转台半实物仿真系统及方法
CN108227736B (zh) 一种基于测距信号的固定翼无人机编队跟踪制导方法
CN109739088B (zh) 一种无人船有限时间收敛状态观测器及其设计方法
CN102901613B (zh) 一种再入飞行器压力中心确定方法
CN106949781B (zh) 一种自行火炮调炮精度测试方法及设备
CN109599674B (zh) 一种基于解耦的相控阵天线稳定角跟踪方法
CN114001602A (zh) 基于四元数卡尔曼滤波去噪融合的火箭炮扰动检测方法
CN115307485A (zh) 弹载式动态参数测试系统
Parfiriev et al. Model of inertial navigation system for unmanned aerial vehicle based on MEMS
CN105676303A (zh) 地磁数据采集装置
CN104748734B (zh) 一种带倾角补偿的车载电子海拔罗盘仪
Shaojun et al. Application of recurrent neural network in research of intelligent wind tunnel balance
CN114964259A (zh) 基于红外焦平面阵列时域信号与红外图像的姿态解算方法及系统
CN110595426B (zh) 一种弹载着角测量系统及测量方法
CN216049923U (zh) 一种基于磁传感器的姿态检测系统频响特性检测装置
CN114386173B (zh) 一种全捷联制导武器制导精度评估方法
CN115752119B (zh) 一种弹道修正引信弹载计算机半实物仿真系统及方法
CN104656654A (zh) 飞行器姿态控制系统
CN114858004B (zh) 一种基于弱磁探测技术反无人机的起爆控制方法
RU2767712C1 (ru) Комплекс полунатурного моделирования движения авиационного средства поражения
CN117685960A (zh) 一种弹载式数据采集与分析软件系统
CN113624256A (zh) 船载天线前馈陀螺在线性能分析方法及系统
CN113835360B (zh) 一种基于误差分析的复合引信定高精度仿真评估方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination