CN2773610Y - 弹道参数测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种可测定炮弹或子弹弹道参数的测量装置，包括控制设备、固定在靶机或汽车上的前置设备以及可实现控制设备和前置设备之间通信数据传输设备，前置设备包括支撑架、固定在支撑架上的传感器阵列及与传感器阵列相连的前置数据预处理设备，传感器阵列包括在空间位置任意设置的至少6个激波传感器，数据传输设备包括与前置设备相连的前置数传设备和与控制设备相连的控制方数传设备。本实用新型解决了现有测量装置标定试验周期长、测量距离范围很小、无法精确测定脱靶距离、无法应用于动态射击的技术问题，适合动态射击要求，具有测量精度高，不需要事先作标定试验、安装快捷、应用范围广的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种弹道参数测量装置，尤其涉及一种可测定炮弹或子弹弹道方位的测量装置。
背景技术
弹道参数包括子弹或炮弹的射击速度、射击方位、弹着点等多项参数。当在空中飞行的飞机对悬吊在空中的吊靶实施单发或连发射击时，为评定武器系统的性能，或评定射击成绩，需要实时测量脱靶量，即测量靶标参考点到弹道的最近距离。当移动的汽车受到来自道路两旁树林或建筑物中的狙击手的袭击时，需要及时知道危险来自何方并制定相应的对策，即需要测量子弹的射击方位。
目前，国内外脱靶量测量装置和子弹射击方位测量装置主要采用声测方法。
声测方法最常用的是MDC系统，该系统采用四个声传感器，组成正四面体阵列。通过测量弹道波到达各传感器的时差，和N波的正相持续时间，确定脱靶量和弹道方向数。该系统虽然传感器布阵范围小，便于在靶上安装，但由于N波的正相持续时间不易测准，脱靶量对传感器正相持续时间又特别敏感，因而会对脱靶量测量带来很大误差。另外，该系统需要针对不同类型的武器，作大量标定试验，因而试验周期长，费用昂贵，再加上测量距离范围很小，因而不能满足使用要求。
无论线阵或空中平面阵系统，实际上采用的是一种标量方法。该系统主要在静对静射击情况下使用。在动对静或动对动射击条件下，使用该系统有许多困难，主要表现在：
1、在建立线阵或平面阵定位方程时，首先假定弹道与阵平面垂直，或与线阵线段垂直，对于已知小的偏角，通过方程迭代修正提高脱靶量定位精度。但在动态情况下，无法实时确定射击偏离量，况且这种偏量可能很大，因而无法精确测定脱靶距离；
2、线阵或平面阵靶架尺寸很大，安装在空中目标或地面移动目标上比较困难。而且大尺寸的框架在移动中容易摆动和扭曲变形，这些都对空中脱靶量测量或子弹方位测量带来很大困难。可见在动态射击(包括动对动射击、静对动射击)情况下，不易采用该种测量系统。
发明内容
本实用新型目的是提供一种弹道参数测量装置，其解决了现有测量装置标定试验周期长、测量距离范围很小、无法精确测定脱靶距离、无法应用于动态射击的技术问题。
本实用新型的技术解决方案为：一种弹道参数测量装置，包括控制设备9、固定在移动射击目标2上的前置设备7以及可实现控制设备9和前置设备7之间通信的数据传输设备8；所述前置设备7包括固定在移动射击目标2上的支撑架3、固定在支撑架3上的传感器阵列及与所述传感器阵列相连的前置数据预处理设备15；所述控制设备9包括数据处理微机10以及与数据处理微机10相连的显示设备11，其特殊之处是：所述传感器阵列包括在空间位置任意设置的至少6个传感器1。
上述移动射击目标2可为汽车，所述支撑架3固定在汽车上；所述控制设备9设置在所述汽车上，所述数据传输设备8为传输电缆，其两端分别与控制设备9和前置设备7相连；上述控制设备9还设置在其他移动物体或固定在地面上；所述数据传输设备8包括与前置设备7相连的前置数传设备13和与控制设备9相连的控制方数传设备14。
上述支撑架3包括从汽车顶部某一点向外任意方向伸出的任意长度的多个传感器支杆16，所述传感器支杆16的数量与传感器1数量相同，所述传感器1设置在传感器支杆16的顶端。
上述传感器1为激波传感器，其数量为9个或9个以上。
上述移动射击目标2可为靶机；所述支撑架3固定在靶机上；所述控制设备9设置在其他移动物体或固定在地面上，所述数据传输设备8包括与前置设备7相连的前置数传设备13和与控制设备相连的控制方数传设备14。
上述支撑架3包括中心支杆6以及分别与中心支杆6中部固连的底层圆环4和中间层圆环5，所述中心支杆6的后端部与靶机固连；所述传感器1分别设置在中心支杆6前端部、底层圆环4以及中间层圆环5上。
上述底层圆环4的直径比中间层圆环5的直径大；所述底层圆环4上设置8个传感器，所述中间层圆环5上设置4个传感器，所述中心支杆6上设置2个传感器。
上述传感器1包括至少12个激波传感器和至少1个气象参数传感器；所述气象参数传感器包括空气温度传感器和风速矢量传感器。
上述控制设备9包括与数据处理微机10相连的打印输出设备12；所述前置数传设备13和控制方数传设备14为普通无线数传设备或双功无线数传设备。
本实用新型具有如下优点：
1、由于本装置采用三维定位数学方程，允许弹道与靶架为任意夹角，适合动态射击要求。
2、由于测量参数为弹道波到达各传感器的时差，测量精度高，不需要事先作标定试验，因而试验成本较低，对于各类武器都能使用。
3、本装置中传感器阵列支撑架安装快捷，十分方便。传感器阵列支撑架尺寸较小，空中地面都便于安装，尤其满足空中安装要求。
4、本装置采用一种通用测量方法，应用范围广。传感器阵列框架的尺寸和形状可根据试验要求及测量对象的不同而变化，能满足多种试验测量要求。
附图图面说明
图1是弹道及目标物座标系示意图；
图2是本实用新型适用于空中脱靶量测量时的靶机及支撑架结构示意图；
图3是本实用新型适用于空中脱靶量测量时的支撑架结构示意图；
图4是本实用新型适用于汽车上的一种支撑架结构示意图；
图5是本实用新型适用于汽车上的另一种支撑架俯视结构示意图；
图6是本装置工作原理示意图；
其中的附图标记为：1-传感器，2-移动射击目标，3-支撑架，4-底层圆环，5-中间层圆环，6-中心支杆，7-前置设备，8-数据传输设备，9-控制设备，10-数据处理微机，11-显示设备，12-打印输出设备，13-前置数传设备，14-控制方数传设备，15-前置数据预处理设备，16-传感器支杆。
具体实施方式
本实用新型第一个实施例是用于空中脱靶量测量，参考图2和图6，此时的移动射击目标2为靶机，该装置由安装在靶机上的前置设备7、安装在地面或进行射击训练的飞机上的控制设备9以及可实现控制设备9和前置设备7之间通信的数据传输设备8等三大部分组成；前置设备7包括固定在靶机上的支撑架3、固定在支撑架3上的传感器阵列，以及可读取所有传感器1数据的前置数据预处理设备15，该传感器阵列包括12个激波传感器、1个空气温度传感器和1个风速矢量传感器，参考图3，支撑架3包括后端部与靶机固连的中心支杆6以及分别与中心支杆6中部固连的底层圆环4和中间层圆环5，底层圆环4的直径比中间层圆环5的直径大，其中传感器阵列采用塔形布局，即底层圆环4上设置8个传感器，中间层圆环5上设置4个传感器，中心支杆6的前端部依次设置2个传感器；控制设备9包括数据处理微机10、与数据处理微机10相连的显示设备11和打印输出设备12；数据传输设备8包括与前置设备7的前置数据预处理设备15相连的前置数传设备13和与控制设备9的数据处理微机10相连的控制方数传设备14，该前置数传设备13和控制方数传设备14均为双功无线数传设备。
本实用新型第二个实施例是用于汽车遇袭警报，参考图4和图6，此时的移动射击目标2为汽车或装甲车等运输车辆，该装置由安装在车辆顶部的前置设备7、安装在本车辆的车厢内部或相邻前后车辆的车厢内部或空中直升飞机上的控制设备9以及可实现控制设备9和前置设备7之间通信的数据传输设备8等三大部分组成；前置设备7包括固定在车辆顶部的支撑架3、固定在支撑架3上的传感器阵列以及与传感器阵列中的传感器1相连的前置数据预处理设备15，传感器阵列包括9～15个传感器1，此时的传感器1可采用激波传感器，传感器阵列采用蒲公英形布局，参考图4，支撑架3包括从车辆顶部某一点向外任意方向伸出的长短不一的9～15个传感器支杆16，激波传感器设置在传感器支杆16的顶端；控制设备9包括数据处理微机10、与数据处理机10相连的显示设备11，该控制设备还可控制警报设备或防弹设备；如果控制设备9安装在相邻前后车辆的车厢内或空中直升飞机上，则数据传输设备8包括与前置设备7相连的前置数传设备13和与控制设备9相连的控制方数传设备14，该前置数传设备13和控制方数传设备14间可采用双功无线传输，也可采用单向无线传输，如果控制设备9安装在本车车厢内，数据传输设备8可为两端分别与控制设备9和前置设备7相连的传输电缆，也可以采用上述无线传输设备。为了美观，汽车顶部的支撑架也可对称设置，参考图5，在与车辆顶部平面垂直方向设置一个顶部传感器支杆16，在与水平面60度方向均匀设置四个中间层传感器支杆16，在与水平面30度方向均匀设置四个底层传感器支杆16，底层传感器支杆和中间层传感器支杆16间的水平投影的夹角为45度，传感器1设置在传感器支杆16的顶端，所有传感器支杆的底端固定于车辆顶部的某一点，一般设置在车辆顶部的中间位置。
本实用新型工作过程可参考图6：前置数据预处理设备15采用多路测量系统，其中两路可采集环境气象参数，其余多路用于采集弹道波时间参数。前置设备7实时将弹道波到达各传感器的时间、环境气温和风速参数等通过数据传输设备8传到控制设备9，控制设备9接收到数据后，在1秒内确定炮弹的单发脱靶量或者子弹的射击方位，并以数字方式和图形方式在显示设备11上显示，还可同时向报警装置和防弹装置发送控制信号，空中射击结束后还可打印出数据表和脱靶量分布图。
本实用新型的工作原理：
在建立定位方程之前，我们在目标物上选取直角坐标系，座标原点为目标参考点。如图1所示。
假设：
1、弹道与xy平面的交点为M0(x0，y0，0)
2、弹道在目标物附近为直线
3、弹道与坐标轴的夹角分别为α，β，r
4、着靶弹速为VP
5、传感器测点座标为Mi(xi，yi，zi)，其中i＝1，2，...，n，n为测点个数
6、弹道波半锥角为φ
通过座标系平动和转动，将(x，y，z)座标系变换为(x’，y’，z’)。在新座标系中，z’轴与弹道一致，在新座标系中，我们可得到如下形式的锥面方程，即定位方程：
(x’)2+(y’)2＝tg2φ[z’-z0’(t)]2 ……(1-1)
式中：
x’＝x(1-x0/x)cosα-y(1-y0/y)sinαcosβ-z sinαsinβ
y’＝y(1-y0/y)sinβ-z cosβ
z’＝x(1-x0/x)sinα+y(1-y0/y)cosαcosβ+z cosαsinβ
将(1-1)式展开后，可得到如下形式的方程：
fi(xi，yi，zi，ti，x0，y0，α，β，vp，t0)＝0 ……(1-2)
式中，测点座标(xi，yi，zi)和时间量ti为已知参数，x0，y0，α，β，vp，和t0为未知参数，其中t0为时间常数，当弹速vp未知时，测点个数大于等于6方程可解。当n＞6时，(1-2)式为矛盾方程，用迭代法求解该方程组，计算结果表明，方程收敛速度很快，1秒内即可给出计算结果。
Claims (10)
1、一种弹道参数测量装置，包括控制设备(9)、固定在移动射击目标(2)上的前置设备(7)以及可实现控制设备(9)和前置设备(7)之间通信的数据传输设备(8)；所述前置设备(7)包括固定在移动射击目标(2)上的支撑架(3)、固定在支撑架(3)上的传感器阵列及与所述传感器阵列相连的前置数据预处理设备(15)；所述控制设备(9)包括数据处理微机(10)以及与数据处理微机(10)相连的显示设备(11)，其特征在于：所述传感器阵列包括在空间位置任意设置的至少6个传感器(1)。
2、根据权利要求1所述的弹道参数测量装置，其特征在于：所述移动射击目标(2)为汽车，所述支撑架(3)固定在汽车上；所述控制设备(9)设置在所述汽车上，所述数据传输设备(8)为传输电缆，其两端分别与控制设备(9)和前置设备(7)相连。
3、根据权利要求1所述的弹道参数测量装置，其特征在于：所述移动射击目标(2)为汽车，所述支撑架(3)固定在汽车上；所述控制设备(9)设置在其他移动物体或固定在地面上；所述数据传输设备(8)包括与前置设备(7)相连的前置数传设备(13)和与控制设备(9)相连的控制方数传设备(14)。
4、根据权利要求2或3所述的弹道参数测量装置，其特征在于：所述支撑架(3)包括从汽车顶部某一点向外任意方向伸出的任意长度的多个传感器支杆(16)，所述传感器支杆(16)的数量与传感器(1)数量相同，所述传感器(1)设置在传感器支杆(16)的顶端。
5、根据权利要求4所述的弹道参数测量装置，其特征在于：所述传感器(1)为激波传感器，其数量为9个或9个以上。
6、根据权利要求1所述的弹道参数测量装置，其特征在于：所述移动射击目标(2)为靶机；所述支撑架(3)固定在靶机上；所述控制设备(9)设置在其他移动物体或固定在地面上，所述数据传输设备(8)包括与前置设备(7)相连的前置数传设备(13)和与控制设备相连的控制方数传设备(14)。
7、根据权利要求6所述的弹道参数测量装置，其特征在于：所述支撑架(3)包括中心支杆(6)以及分别与中心支杆(6)中部固连的底层圆环(4)和中间层圆环(5)，所述中心支杆(6)的后端部与靶机固连；所述传感器(1)分别设置在中心支杆(6)前端部、底层圆环(4)以及中间层圆环(5)上。
8、根据权利要求7所述的弹道参数测量装置，其特征在于：所述底层圆环(4)的直径比中间层圆环(5)的直径大；所述底层圆环(4)上设置8个传感器(1)，所述中间层圆环(5)上设置4个传感器(1)，所述中心支杆(6)上设置2个传感器(1)。
9、根据权利要求1或2或3或6或7或8所述的弹道参数测量装置，其特征在于：所述传感器(1)包括至少12个激波传感器和至少1个气象参数传感器；所述气象参数传感器包括空气温度传感器和风速矢量传感器。
10、根据权利要求2或3或6所述的弹道参数测量装置，其特征在于：所述控制设备(9)包括与数据处理微机(10)相连的打印输出设备(12)；所述前置数传设备(13)和控制方数传设备(14)为普通无线数传设备或双功无线数传设备。
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