CN203657633U - 高精度枪弹飞行参数测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于轻武器试验与测试技术领域，涉及一种高精度枪弹飞行参数测试系统，主要用于轻武器枪弹飞行速度及射击精度测试。它包括有靶机、靶机座、压力传感器阵列、模拟信号处理模块、数字信号处理模块、数传载体、水平仪、数据处理终端、数据处理软件。其优点是：实现了枪弹飞行速度及射击精度集成测试，测量精度高，探测区域大，可用于枪弹全弹道参数测试；具备全天候工作的能力；可用于对天幕靶、光幕靶等区截装置的校准。

Description

高精度枪弹飞行参数测试系统

技术领域

本实用新型属于轻武器试验与测试技术领域，涉及一种高精度枪弹飞行参数测试系统，主要用于轻武器枪弹飞行速度及射击精度测试。

背景技术

在轻武器实弹射击试验时，常常需要准确测量枪弹的飞行速度及射击精度，目前国内外测试设备主要有弹道测速雷达、天幕靶、光幕靶、室内CCD精度靶。

弹道测速雷达根据多普勒原理计算推导得到弹道上距枪口一定距离的枪弹飞行速度，该方法测试结果误差较大，不能用于轻武器技术指标的评价和指导轻武器的设计与改进。

天幕靶以天空亮度为背景，主要用于室外试验场枪弹飞行速度测试。试验与测试时，在弹道线上特定距离放置两个天幕靶，枪弹飞越天幕靶探测区域时，两个天幕靶相继输出触发信号，启动和停止计时设备，这种测试方法测试精度较高。但是由于天幕靶的探测区域很小，仪器布设要求高，且易受天空亮度、风及雨雪的影响，尤其在高海拔地区及远距离试验时几乎难以准确捕捉信号，使用局限性很大。

光幕靶以人造光为背景，主要用于室内试验场枪弹飞行速度测试，包括光发射单元、光接收单元、控制单元。装配时，一个光发射单元和一个光接收单元在一个平面内相对放置构成一组探测部件，两组探测部件分别固定于长方体结构的两端。试验与测试时，整个光幕靶架体必须置于弹道线上，易受枪弹击中而损毁；且光幕靶探测区域有限，体积庞大，只能用于距枪口很近距离的速度测试，不能用于轻武器全弹道速度的测试。

室内CCD精度靶以CCD光电探测为原理，主要用于室内试验场枪弹射击精度测试，其结构及缺点类似光幕靶，使用场合极其有限。

弹道测速雷达、天幕靶、光幕靶、室内CCD精度靶等设备由于设计原理及使用方法限制，枪弹飞行速度及射击精度测试不确定度较大，难以进一步提高测试结果的精准度。

发明内容

本实用新型目的在于针对上述不足，提供一种新的高精度枪弹飞行参数测试系统。

本实用新型的高精度枪弹飞行参数测试系统是按下述方案实现的，它包括有靶机、靶机座、压力传感器阵列、模拟信号处理模块、数字信号处理模块、数传载体、水平仪、数据处理终端、数据处理软件。数只压力传感器组成阵列固定于靶机的上端面；压力传感器阵列输出连接至模拟信号处理模块输入端，模拟信号处理模块输出端连接至数字信号处理模块输入端，数字信号处理模块输出端连接至数传载体；模拟信号处理模块、数字信号处理模块及数传载体置于靶机内部；水平仪置于靶机上端面可视之处；数据处理终端安装数据处理软件。使用时，在较为平坦地面放置靶机，使靶机的长边垂直弹道线，调节靶机座并观察水平仪使靶机水平。射击时，在高速飞行枪弹周围的空气压力产生急剧变化，当枪弹飞行到靶机上方后，压力传感器阵列采集到空气压力变化的信号并转变成电信号，模拟信号处理模块对此电信号进行放大、整形、滤波以及抗干扰处理后，输出至数字信号处理模块；数字信号处理模块进一步处理得到每只压力传感器采集到压力变化信号的相对延迟时间，此延迟时间通过数传载体以无线或有线方式传输至数据处理终端。数据处理终端安装的数据处理软件对所有延迟时间信息进行分析处理，得到枪弹的飞行速度及射击精度，并进行统计、存盘，以及在显示器上显示，实现枪弹飞行参数精确测试的功能。

本实用新型的优点：

1.实现了枪弹飞行速度及射击精度集成测试，测量精度高，探测区域大，可用于枪弹全弹道参数测试；

2.不受天空亮度、风雨等环境影响，具备全天候工作的能力；

3.可以作为校准仪器用于对天幕靶、光幕靶等区截装置的校准。

附图说明

图1本实用新型高精度枪弹飞行参数测试系统组成结构示意图；

图2本实用新型高精度枪弹飞行参数测试系统工作时序框图。

具体实施方式

参照附图1结合实例对本实用新型的高精度枪弹飞行参数测试系统作进一步地详细描述。图1给出了本实用新型高精度枪弹飞行参数测试系统组成结构示意图。

本实用新型高精度枪弹飞行参数测试系统包括有靶机1、靶机座2、压力传感器阵列3、模拟信号处理模块4、数字信号处理模块5、数传载体6、水平仪7、数据处理终端8、数据处理软件9。

所述的靶机1由金属板材制成，上端面固定压力传感器阵列3及水平仪7；靶机1内部放置模拟信号处理模块4、数字信号处理模块5、数传载体6；靶机1的底部四个角分别设置有靶机座2；数据处理终端8安装数据处理软件9。

所述的压力传感器阵列3的传感器类型或为压电式压力传感器、或为压阻式压力传感器；压力传感器的数量或为6只、或8只、或10只、或更多只(偶数只)，数量越多，所测量枪弹的飞行速度及射击精度的精准度就越高。压力传感器阵列3布设时，沿平行弹道线方向的两只压力传感器间距相同；沿垂直弹道线方向的所有压力传感器，其相邻压力传感器间距相同。

所述的压力传感器阵列3输出端连接至模拟信号处理模块4，模拟信号处理模块4输出端连接至数字信号处理模块5，数字信号处理模块5输出端连接至数传载体6。

所述的模拟信号处理模块4对压力传感器阵列3的输出信号进行放大、整形、滤波以及抗干扰处理等，其信号处理技术及措施可以使用本技术领域公知的各种手段，只要能采集到枪弹飞越压力传感器时引起的空气压力变化信息即可。

所述的数字信号处理模块5对模拟信号处理模块4的输出进行进一步处理，在沿平行弹道线方向实现两个压力传感器之间(3_(i，1)与3_(i，2)，i为变量)时间延迟的测量；在沿垂直弹道线方向实现任意两个压力传感器之间(3_(i，j)与3_(k，j)，i和k可以为相邻的自然数，也可以为不相邻的自然数)时间延迟的测量，其信号处理技术及措施可以使用本技术领域公知的各种手段，如可以选用具有启动和停止计时功能的计时仪，也可以选用具有多通道时间测量的总线仪器，只要能实现两个模拟信号的时间延迟测量即可。

所述的数传载体6或为数传电台、或为双绞线，通过无线或者有线方式实现靶机1与数据处理终端8之间的信息传输。

所述的水平仪7或为圆柱水准泡、或为圆水准泡、或为万向水准器、或为万向水平泡、或为电子水平传感器。

所述的数据处理终端8或为台式电脑、或为平板电脑，内部嵌入数传载体6。数据处理终端8安装数据处理软件9，对数字信号处理模块5的输出进行分析处理，得到枪弹的飞行速度及射击精度，并进行统计、存盘、显示、打印。

所述的压力传感器阵列3沿平行弹道线方向的两个压力传感器组成一对，即可测量计算得到枪弹飞越该传感器对的飞行速度；有多对传感器时取其测量结果的均值，即可得到高精度的枪弹飞行速度，此方法称为飞行速度组平均测量法。如图1中3_(1，1)与3_(1，2)、3_(i，1)与3_(i，2)等，距枪口较近的压力传感器3_(i，1)经调理后的输出作为时间测量的启动信号，距枪口较远的压力传感器3_(i，2)经调理后的输出作为时间测量的停止信号，两者配对即可测得枪弹飞越该传感器对的时间。压力传感器3_(i，1)与压力传感器3_(i，2)之间的距离除以该传感器对所测的时间即为枪弹飞越该传感器对的速度，多个传感器对所测速度的平均值，即为枪弹飞越靶机1的飞行速度。配对的压力传感器对数越多，所测量的枪弹飞行速度的精准度就越高。

所述的压力传感器阵列3沿垂直弹道线方向三个或三个以上的压力传感器组成一组，即可测量计算得到枪弹飞越靶机1的射击精度(即弹着点坐标)，根据计算处理方法的不同，射击精度测量方法分为时间延迟距离差组平均法和最小二乘时间延迟距离差法。

时间延迟距离差组平均方法如下：沿垂直弹道线方向的三个压力传感器组成一组，如图1中3_(1，1)与3_(2，1)、3_(3，1)组成一组，3_(1，1)与3_(3，1)、3_(5，1)也组成一组等，只要该组的三个压力传感器中相邻两个压力传感器的间距相等即可。因此，当压力传感器阵列3有6只传感器时，可以分为2组；当压力传感器阵列3有8只传感器时，可以分为4组；当压力传感器阵列3有10只传感器时，可以分为8组，等等。

由一组传感器的输出即可处理计算得到枪弹的射击精度。设相邻两个压力传感器的间距为S，以中间的压力传感器为坐标原点，以3个压力传感器的连线为X轴，以过中间压力传感器且垂直于靶机1的上端面的直线为Y轴建立直角坐标系，则从左至右三个传感器的坐标依次为A(-S，0)、B(0，0)、C(S，0)。设弹着点的坐标为P(x，y)，枪弹高速飞行产生的压力波从弹着点P向A、B及C传播的速度为v(由飞行速度组平均测量法计算得到)，压力波从弹着点P到B与从弹着点P到A、C的延迟时间分别为t₁、t₂，则有：

$\sqrt{{(x+S)}^2+y^2}-\sqrt{x^2+y^2}=v\×t_1---\left(1\right)$

$\sqrt{{(x-S)}^2+y^2}-\sqrt{x^2+y^2}=v+t_2---\left(2\right)$

由(1)、(2)式可解得x、y。

由于S、v、t₁、t₂均是测量计算得到，因此在测量误差作用下，由(1)、(2)式计算求解的x、y为弹着点坐标的估计值，而并非真值。

当有多组传感器时可求得多个弹着点坐标值，计算这些坐标的均值并作为弹着点坐标的测量值。传感器组数越多，所测量的枪弹射击精度的精准度就越高。

最小二乘时间延迟距离差法，其实质是根据弹着点至传感器i的距离和弹着点至传感器j的距离的差值等于压力波传播的速度与从传感器i至传感器j的时间延迟的乘积建立方程组，并利用最小二乘法进行方程组求解。方法如下：沿垂直弹道线方向的三个以上的压力传感器组成一组(如图1所示的压力传感器阵列3可组成两组)，设相邻两个压力传感器的间距为S，以最左侧的压力传感器为坐标原点，以压力传感器的连线为X轴，以过坐标原点且垂直于靶机1的上端面的直线为Y轴建立直角坐标系，则从左至右每个传感器的坐标依次为A₀(0，0)、A₁(S，0)、A₂(2S，0)，……，A_i(i×S，0)。设弹着点的坐标为P(x，y)，枪弹高速飞行产生的压力波从弹着点P向A_i传播的速度为v(由飞行速度组平均测量法计算得到)，压力波从弹着点P到A₀与从弹着点P到A₁、A₂、……A_i的延迟时间分别为t₁、t₂、……、t_i，则有：

$\sqrt{{(x-i*S)}^2+y^2}-\sqrt{x^2+y^2}=v\×t_i---\left(3\right)$

设一组传感器个数为n，则(3)式为n-1个有2个未知数方程的集合。

在(3)式中，由于S、v、t_i均是测量计算得到，因此在测量误差作用下，(3)式不会恒等，而是有一定大小的残差，记为ε_i。则(3)式重写为：

$\sqrt{{(x-i*S)}^2+y^2}-\sqrt{x^2+y^2}-v\×t_i={\mathrm{\ϵ}}_i---\left(4\right)$

利用最小二乘法即可计算求得x，y。

如图1所示的压力传感器阵列3共组成两组，可对按照最小二乘距离差法计算求得的两组弹着点坐标值计算平均值，然后再与按照时间延迟距离差组平均法计算求得的弹着点坐标值计算平均值，就可获得精准度极高的枪弹射击精度测试结果。

本实用新型的高精度枪弹飞行参数测试系统的功能原理如下：射击时，在高速飞行枪弹周围的空气压力产生急剧变化，当枪弹飞行到靶机1上方后，压力传感器阵列3采集到空气压力变化的信号并转变成电信号，模拟信号处理模块4对此电信号进行放大、整形、滤波以及抗干扰处理后，输出至数字信号处理模块5。数字信号处理模块5分析处理得到各个压力传感器输出的时间延迟量，并通过数传载体6传输至数据处理终端8。数据处理终端8安装的数据处理软件9集成了飞行速度和射击精度测量计算功能模块，通过对数字信号处理模块5输出的时间延迟量进行计算，得到枪弹飞越靶机1时的飞行速度和射击精度，实现枪弹飞行参数精确测试的功能。

图2给出了本实用新型高精度枪弹飞行参数测试系统工作时序框图。数据处理终端8启动数据处理软件10后，进行数传载体初始化11；然后读取时间延迟量12，计算飞行速度及射击精度13，结果输出14；判断测试是否结束15，如果测试结束，则程序运行结束16。如果测试没有结束，则再次读取时间延迟量12，计算飞行速度及射击精度13，结果输出14，并重复循环，直到测试结束。

本实用新型高精度枪弹飞行参数测试系统实现了枪弹飞行速度及射击精度集成测试，测量精度高，探测区域大，可用于枪弹全弹道参数测试；具备全天候工作的能力；可用于对天幕靶、光幕靶等区截装置的校准。

Claims (4)

1.一种高精度枪弹飞行参数测试系统，包括有靶机(1)、靶机座(2)、压力传感器阵列(3)、模拟信号处理模块(4)、数字信号处理模块(5)、数传载体(6)、水平仪(7)、数据处理终端(8)、数据处理软件(9)，其特征是：压力传感器阵列(3)固定于靶机(1)的上端面，靶机(1)内部放置模拟信号处理模块(4)、数字信号处理模块(5)、数传载体(6)，靶机(1)的底部四个角分别设置有靶机座(2)，数据处理终端(8)安装数据处理软件(9)。 

2.根据权利要求1所述的高精度枪弹飞行参数测试系统，其特征是： 

所述的压力传感器阵列(3)成两排平行布设，且与靶机(1)的长边平行；每排传感器数量不少于3只；两排传感器前后对齐。 

3.根据权利要求1所述的高精度枪弹飞行参数测试系统，其特征是： 

所述的压力传感器阵列(3)沿平行弹道线方向的两个压力传感器组成一对，测量计算得到枪弹飞越靶机(1)的飞行速度；求取多对传感器测量结果的均值，得到高精度的枪弹飞行速度，实现枪弹飞行速度的精确测量。 

4.根据权利要求1所述的高精度枪弹飞行参数测试系统，其特征是： 

所述的压力传感器阵列(3)沿垂直弹道线方向三个压力传感器组成一组，按照时间延迟距离差组平均法测量计算得到枪弹飞越靶机(1)的射击精度；或沿垂直弹道线方向三个以上的压力传感器组成一组，按照最小二乘时间延迟距离差法测量计算得到枪弹飞越靶机(1)的射击精度；或同时采用时间延迟距离差组平均法和最小二乘时间延迟距离差法，并求取两者计算结果的均值，得到枪弹飞越靶机(1)的射击精度，实现枪弹射击精度的精确测量。 

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