RU2416103C2 - Method of determining trajectory and speed of object - Google Patents
Method of determining trajectory and speed of object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2416103C2 RU2416103C2 RU2009126000/09A RU2009126000A RU2416103C2 RU 2416103 C2 RU2416103 C2 RU 2416103C2 RU 2009126000/09 A RU2009126000/09 A RU 2009126000/09A RU 2009126000 A RU2009126000 A RU 2009126000A RU 2416103 C2 RU2416103 C2 RU 2416103C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shock wave
- trajectory
- speed
- points
- coordinates
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области испытательной и измерительной техники, в частности к акустической локации, и позволяет определить координаты и вектор скорости объекта, движущегося со сверхзвуковой скоростью.The invention relates to the field of testing and measuring equipment, in particular to acoustic location, and allows you to determine the coordinates and velocity vector of an object moving at supersonic speed.
Широкий спектр задач, решаемых с помощью акустической локации, обуславливает разнообразие методов, их совершенствование и обновление. В последнее время локации источников акустических возмущений, воздушных ударных волн (ВУВ) или сверхзвуковых объектов посвящено много работ.A wide range of problems solved with the help of acoustic location determines a variety of methods, their improvement and updating. Recently, a lot of work has been devoted to the location of sources of acoustic disturbances, air shock waves (ASW), or supersonic objects.
Известен «Способ определения местоположения стрелка на местности», патент RU №2285272, МПК 8 G01S 5/18, опубликованный 10.10.2006, позволяющий определить и указать местоположение источника выстрела (стрелка). Способ основан на регистрации ударных волн от пролетевшей сверхзвуковой пули и дульной волны от расширяющихся газов со среза ствола не менее чем тремя чувствительными элементами, закрепленными неподвижно относительно оптической оси устройств видеозаписи. При обнаружении ударной волны с помощью одного или нескольких устройств видеозаписи производится синхронная запись изображения местности. По результатам регистрации дульной волны определяют пеленг на источник звука и производят указание источника выстрела на видеокадре, соответствующем времени выстрела. Данный способ позволяет зафиксировать факт пролета пули, но не позволяет решить задачу определения ее траектории и скорости.The well-known "Method for determining the location of the shooter on the ground", patent RU No. 2285272, IPC 8 G01S 5/18, published on 10.10.2006, which allows to determine and indicate the location of the source of the shot (arrow). The method is based on the registration of shock waves from a flying supersonic bullet and a muzzle wave from expanding gases from the edge of the barrel by at least three sensitive elements fixed motionless relative to the optical axis of the video recorders. When a shock wave is detected using one or more video recorders, the terrain image is synchronously recorded. According to the results of the registration of the muzzle wave, the bearing to the sound source is determined and the source of the shot is indicated on the video frame corresponding to the time of the shot. This method allows you to record the fact of the passage of the bullet, but does not allow to solve the problem of determining its trajectory and speed.
Известен способ определения траектории и скорости объекта, описанный в патенте US №6178141 «Акустическая система для обнаружения снайперов», МПК 8 G01S 5/18, опубликованный 23.01.2001, в котором на основе регистрации ударной волны, создаваемой сверхзвуковым снарядом или пулей, определяют их траекторию. Для обнаружения ударной волны и потока воздуха из дула огнестрельного оружия используют группу разнесенных друг от друга акустических датчиков, регистрирующих возмущение воздушной среды. Данные о времени прихода ударной волны (носового скачка уплотнения) на каждый акустический датчик и параметры зарегистрированной ударной волны используют для определения траектории и пеленга исходной точки этой траектории. При расчетах используют модель баллистики снаряда и акустического излучения, учитывающую замедление снаряда. Расположение датчиков может быть простым, например, группы из двух-трех микрофонов могут устанавливать на каждой стороне охраняемой зоны или по всей зоне могут быть распределены шесть всенаправленных микрофонов. Траекторию движения определяют по результатам регистрации параметров ударной волны и времен достижения ей чувствительных элементов. Реализация этого способа является весьма дорогостоящей. Кроме того, этот способ предъявляет высокие требования к средствам измерения параметров ударной волны, которые зачастую недостижимы. Например, при измерении амплитуды импульса ударной волны погрешность может достигать 20-50%. Это обстоятельство снижает точность определения траектории объекта данным способом.A known method for determining the trajectory and speed of an object is described in US patent No. 6178141 “Acoustic system for detecting snipers”, IPC 8 G01S 5/18, published January 23, 2001, in which they are determined based on the registration of a shock wave created by a supersonic projectile or bullet trajectory. To detect the shock wave and air flow from the muzzle of a firearm, a group of acoustic sensors spaced from each other, recording a disturbance in the air, is used. Data on the time of arrival of the shock wave (bow shock) for each acoustic sensor and the parameters of the registered shock wave are used to determine the trajectory and bearing of the starting point of this trajectory. In the calculations, a model of projectile ballistics and acoustic radiation is used, taking into account the slowdown of the projectile. The location of the sensors can be simple, for example, groups of two to three microphones can be installed on each side of the protected area or six omnidirectional microphones can be distributed throughout the area. The trajectory of motion is determined by the results of recording the parameters of the shock wave and the times it reaches sensitive elements. The implementation of this method is very expensive. In addition, this method makes high demands on the means of measuring the parameters of the shock wave, which are often unattainable. For example, when measuring the amplitude of the shock wave pulse, the error can reach 20-50%. This circumstance reduces the accuracy of determining the trajectory of the object in this way.
Известен способ определения траектории и скорости объекта, летящего со сверхзвуковой скоростью и пересекающего плоскость мишени в конкретной точке, патент US №5920522 МПК 8 G01S 5/18 «Индикатор акустической ударной волны», опубликованный 06.07.1999. Регистрацию ударной волны осуществляют в нескольких фиксированных точках, не лежащих на одной прямой, вблизи указанной плоскости мишени, определяют времена задержек приема волны каждым из чувствительных элементов относительно заданного опорного (базового) момента времени. С использованием этих данных определяют точку попадания, угол падения и сверхзвуковую скорость объекта. В данном способе существует ряд предопределенных условий, связанных с взаимным положением стрелка и мишени, оборудованной набором чувствительных элементов. В большинстве применений предполагают, что стрельба (полет объектов) происходит в условиях площадки, включающей определенные позиции стрелков и плоскости мишени, а угол пересечения плоскости мишени имеет только горизонтальную составляющую. Применение этого метода в условиях, когда пролетающий объект имеет произвольное положение траектории относительно чувствительных элементов и мишени, приведет к недостоверным результатам. Данный способ является наиболее близким по технической сути и решаемой задаче.A known method for determining the trajectory and speed of an object flying at supersonic speed and crossing the target plane at a specific point, US patent No. 5920522 IPC 8 G01S 5/18 "Acoustic shock wave indicator" published on 07/06/1999. The registration of the shock wave is carried out at several fixed points that do not lie on one straight line, near the indicated plane of the target, the delay times of the reception of the wave by each of the sensitive elements relative to a given reference (base) time are determined. Using this data, the point of impact, the angle of incidence, and the supersonic speed of the object are determined. In this method, there are a number of predetermined conditions associated with the relative position of the shooter and the target, equipped with a set of sensitive elements. In most applications, it is assumed that shooting (flight of objects) takes place in a site that includes certain positions of shooters and the target plane, and the angle of intersection of the target plane has only a horizontal component. Application of this method in conditions when a flying object has an arbitrary position of the trajectory relative to sensitive elements and the target will lead to unreliable results. This method is the closest in technical essence and the task at hand.
Предлагаемый способ позволяет шире посмотреть на задачу локации объектов, летящих со сверхзвуковой скоростью, и определить траекторию и скорость движения объекта вне зависимости от взаимного положения чувствительных элементов и движущегося объекта. Такая ситуация часто возникает в области испытательной техники при отработке и испытаниях новых образцов летающих объектов. Траектория опытных образцов часто непредсказуема, а надежная информация о ней способствует повышению эффективности процесса отработки и дальнейшему совершенствованию этих объектов.The proposed method allows a broader look at the problem of location of objects flying at supersonic speed, and to determine the trajectory and speed of the object regardless of the relative position of the sensitive elements and the moving object. This situation often arises in the field of testing equipment during testing and testing of new samples of flying objects. The trajectory of prototypes is often unpredictable, and reliable information about it helps to increase the efficiency of the mining process and further improve these objects.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в определении пространственных координат точки, принадлежащей траектории полета объекта, углов, образуемых вектором скорости с осями выбранной системы координат, и модуля вектора скорости в определенной точке траектории.The technical problem to which the claimed invention is directed is to determine the spatial coordinates of the point belonging to the flight path of the object, the angles formed by the velocity vector with the axes of the selected coordinate system, and the module of the velocity vector at a certain point on the path.
Техническим результатом использования изобретения является надежное определение параметров движения объекта на участке возбуждения носового скачка уплотнения, достигнувшего измерительные точки (ИТ) в виде воздушной ударной волны, включая пространственные координаты точки, принадлежащей траектории, величину и направление вектора скорости объекта в ней вне зависимости от взаимного расположения траектории объекта и ИТ, в том числе и на необорудованных площадках, с более высокой точностью при относительной простоте и малых затратах.The technical result of the use of the invention is the reliable determination of the parameters of the movement of the object in the area of the excitation of the nasal shock wave, reaching the measuring point (IT) in the form of an air shock wave, including the spatial coordinates of the point belonging to the trajectory, the magnitude and direction of the velocity vector of the object in it, regardless of the relative position object and IT trajectories, including those on unequipped sites, with higher accuracy with relative simplicity and low cost.
Технический результат достигается в заявляемом способе следующим образом. В нескольких ИТ с известными координатами регистрируют ударную волну (УВ), создаваемую сверхзвуковым движением объекта и распространяющуюся в пространстве в виде конуса Маха. По результатам регистрации УВ определяют задержки распространения УВ до каждой ИТ относительно ИТ, выбранной за базовую и определяют траекторию и скорость объекта на основании полученных данных. В отличие от прототипа ИТ размещают в виде пространственной фигуры (ПФ), в области поиска задают предполагаемые параметры движения объекта путем задания координаты точки траектории, величин вектора скорости и углов, образуемых им с осями выбранной пространственной системы координат, для предполагаемых параметров движения рассчитывают координаты точек, в которых должен находиться объект в момент достижения УВ каждой ИТ. На основании заданной величины вектора скорости объекта и рассчитанных координат точек, в которых должен находиться объект, вычисляют времена его движения между рассчитанными точками, которые сравнивают с соответствующими задержками распространения УВ до каждой ИТ относительно ИТ, выбранной за базовую, за траекторию и скорость объекта принимают такие параметры, для которых разница расчетных времен и определенных задержек минимальна. В некоторых случаях может быть размещена РЛС, по результатам измерений которой задают величину вектора скорости объекта. Величина вектора скорости объекта может быть задана по результатам регистрации ударной волны. В этих случаях в расчетах используется определенное таким образом значение скорости объекта, что ускоряет вычисления.The technical result is achieved in the claimed method as follows. In several IT with known coordinates, a shock wave (shock wave) is generated, created by the supersonic motion of the object and propagating in space in the form of a Mach cone. According to the results of HC registration, the delays in the propagation of HC to each IT relative to IT selected for the base are determined and the trajectory and speed of the object are determined based on the received data. Unlike the prototype, IT is placed in the form of a spatial figure (PF), in the search area, the estimated parameters of the object’s motion are set by setting the coordinates of the trajectory point, the magnitude of the velocity vector and the angles formed by it with the axes of the selected spatial coordinate system, the coordinates of the points are calculated for the estimated motion parameters in which the object should be located at the time of reaching the HC of each IT. Based on a given value of the object’s velocity vector and the calculated coordinates of the points at which the object should be located, the times of its movement between the calculated points are calculated, which are compared with the corresponding delays in the propagation of hydrocarbons to each IT relative to the IT selected as the base, such parameters for which the difference between the estimated times and certain delays is minimal. In some cases, a radar can be placed, according to the measurement results of which the magnitude of the object’s velocity vector is set. The magnitude of the object's velocity vector can be set based on the results of the registration of the shock wave. In these cases, the calculations use the value of the object velocity determined in this way, which speeds up the calculations.
Размещение ИТ в виде пространственной фигуры позволяет получать задержки регистрации в ИТ ударной волны, взаимные соотношения которых зависят от взаимного расположения в пространстве фигуры и движущегося объекта. Заданием в области поиска предполагаемых параметров движения объекта, а именно пространственных координат точки траектории, величины вектора скорости и углов, образуемых им с осями выбранной системы координат, расчетом для предполагаемых параметров движения координат точек, в которых должен находится объект в момент достижения ударной волной каждой ИТ, получают пространственную модель движения объекта, что позволяет повысить точность локации объекта, движущегося со сверхзвуковой скоростью, по сравнению с прототипом. Измерительные средства и вспомогательное оборудование компактно и может быть в короткие сроки развернуто и подготовлено к измерениям, в том числе и на необорудованных площадках.Placing an IT in the form of a spatial figure allows one to obtain registration delays in the shock wave IT, the mutual relations of which depend on the relative position in the space of the figure and the moving object. By setting in the search area the estimated parameters of the object’s movement, namely the spatial coordinates of the trajectory point, the magnitude of the velocity vector and the angles formed by it with the axes of the selected coordinate system, by calculating for the estimated parameters of the movement of the coordinates of the points at which the object should be at the moment when each IT reaches the shock wave , get a spatial model of the movement of the object, which improves the accuracy of the location of the object moving at supersonic speed, compared with the prototype. Measuring tools and auxiliary equipment are compact and can be quickly deployed and prepared for measurements, including on non-equipped sites.
Способ поясняется чертежами. На фиг.1 приведена схема постановки измерений, на фиг.2 - графики измерений носового скачка уплотнения с выделением исходных данных для расчета; на фиг.3 - схема, поясняющая алгоритм расчета, на фиг.4 - одна из возможных схем оптимизации расчета, на фиг.5 - таблица исходных данных для расчета, фиг.6 - сопоставление результатов определения траектории и вектора скорости оптическим и предлагаемым способом.The method is illustrated by drawings. Figure 1 shows a diagram of the measurement, figure 2 - graphs of measurements of the nasal shock wave with the selection of the source data for the calculation; figure 3 is a diagram explaining the calculation algorithm, figure 4 is one of the possible schemes for optimizing the calculation, figure 5 is a table of initial data for calculation, figure 6 is a comparison of the results of determining the trajectory and velocity vector in the optical and proposed method.
Способ определения траектории и скорости объекта реализуется следующим образом. В месте проведения испытаний размещают ИТ. В каждой ИТ размещают датчик ударной волны (Фиг.1 - ИТ1, ИТ2, …, ИТ8) При установке ИТ определяют их координаты или взаимное расположение. ИТ размещают в виде пространственной фигуры. Для ее создания целесообразно использовать жесткий легкосплавный каркас 1, например в форме куба. Каркас обеспечит постоянство взаимного расположения ИТ.The method of determining the trajectory and speed of an object is implemented as follows. IT is located at the test site. A shock wave sensor is placed in each IT (Fig. 1 - IT1, IT2, ..., IT8). When installing IT, their coordinates or relative position are determined. IT is placed in the form of a spatial figure. To create it, it is advisable to use a
В ходе испытаний в ИТ регистрируют ударную волну, создаваемую объектом. Определяют моменты времени ti соответствующие достижению каждой ИТ ударной волной от объекта (Фиг.2). С использованием значений ti определяют интервалы времени Δti, представляющие собой величину задержки достижения ударной волной каждой ИТ относительно ИТ, выбранной за базовую. В предпочтительном варианте базовой может считаться ИТ, которую ударная волна достигла первой.During tests in IT, a shock wave generated by an object is recorded. The time moments t i corresponding to the achievement of each IT by the shock wave from the object are determined (Figure 2). Using the values of t i determine the time intervals Δt i , which is the amount of delay in reaching the shock wave of each IT relative to IT selected as the base. In a preferred embodiment, the baseline can be considered IT, which the shock wave reached first.
Движение объекта в пространстве как материальной точки может быть описано 7 параметрами |Vои| - величина скорости ОИ, αх, αy, αz - углы между положительными направлениями выбранной прямоугольной системы координат и вектором скорости Vои, Х0, Y0, Z0 - координаты точки 2, принадлежащей траектории (точки пролета). С использованием этих данных уравнения движения объекта могут иметь вид (1).The movement of an object in space as a material point can be described by 7 parameters | V oi | - the velocity of the OC, α x , α y , α z - the angles between the positive directions of the selected rectangular coordinate system and the velocity vector V ои , X 0 , Y 0 , Z 0 - the coordinates of
Для поиска решения определяют область поиска точки пролета и вектора скорости в ней. Из области поиска выбирают предполагаемые параметры движения объекта Х0, Y0, Z0, αх, αy, αz, |Vои| и с использованием этих значений в уравнении (1) рассчитывают координаты точек S'i, в которых должен находится объект в момент достижения ударной волной каждой ИТ. Затем на основании заданной величины вектора скорости объекта |Vои| и рассчитанных координат точек S'i вычисляют Δt'i - времена движения объекта между этими точками, которые сравнивают с Δti - соответствующими фактически измеренными задержками распространения ударной волны до каждой ИТ относительно ИТ, выбранной за базовую. В качестве решения принимается набор значений параметров движения Х0, Y0, Z0, αх, αу, αz, |Vои|, при которых выражение (2) принимает минимальное значение.To find a solution, the search area of the passage point and the velocity vector in it is determined. From the search area, the estimated parameters of the object’s motion X 0 , Y 0 , Z 0 , α x , α y , α z , | V oi | and using these values in equation (1), the coordinates of the points S ' i at which the object should be located at the moment the shock wave reaches each IT are calculated. Then, based on a given value of the object’s velocity vector | V ои | and the calculated coordinates of the points S ' i calculate Δt' i - the time of movement of the object between these points, which are compared with Δt i - the corresponding actually measured propagation delays of the shock wave to each IT relative to the IT selected as the base. As a solution, a set of values of the motion parameters X 0 , Y 0 , Z 0 , α x , α y , α z , | V oi | at which expression (2) takes a minimum value is taken.
Описанные расчеты выполняются следующим образом. Для набора параметров движения Х0, Y0, Z0, αх, αy, αz, |Vои| составляют систему уравнений (1), которые описывают движение объекта в окрестности размещенных ИТ (Фиг.1). Для каждой ИТ (Фиг.3) находится основание перпендикуляра Pi(Xpi;Ypi;Zpi), опущенного на прямую, описываемую уравнениями (1), путем решения системы уравнений (3) относительно (Xpi;Ypi;Zpi).The described calculations are performed as follows. For a set of motion parameters X 0 , Y 0 , Z 0 , α x , α y , α z , | V oi | constitute a system of equations (1) that describe the movement of the object in the vicinity of the placed IT (Figure 1). For each IT (Figure 3), there is a base of the perpendicular P i (X pi ; Y pi ; Z pi ), lowered to the straight line described by equations (1), by solving the system of equations (3) with respect to (X pi ; Y pi ; Z pi ).
С использованием конкретного значения скорости объекта |Vои| из диапазона предполагаемых значений и рассчитанной длины перпендикуляра (расстояния от i-той ИТ до прямой) определяется расстояние Li от основания перпендикуляра до точки нахождения объекта в момент достижения волной i-той ИТ (4).Using a specific value of the speed of the object | V oi | from the range of estimated values and the calculated perpendicular length (distance from the ith IT to the straight line), the distance L i from the base of the perpendicular to the point of location of the object at the time the wave reaches the ith IT is determined (4).
где pi - расстояние от i-той ИТ до прямой, описывающей движение объекта; αм=arcsin(Cзв/|Vои|) - угол Маха, Cзв, [м/с] - скорость распространения звука в воздушной среде. Сзв определяется по формуле, известной из технической литературы: Сзв=20.084*[Тв+273]1/2, Тв - температура воздушной среды.where p i is the distance from the i-th IT to the line describing the movement of the object; α m = arcsin (C sv / | V oi |) is the Mach angle, C sv , [m / s] is the speed of sound propagation in the air. C sv is determined by a formula known from the technical literature: S sv = 20.084 * [T in +273] 1/2 , T in - air temperature.
Расстояние Li и уравнения движения (1) позволяют определить предполагаемые координаты объекта в точке S'i(XSi, YSi, ZSi) - в момент достижения ударной волной 1-той ИТ по формулам (5).The distance L i and the equations of motion (1) allow us to determine the estimated coordinates of the object at the point S ' i (X Si , Y Si , Z Si ) - at the moment the shock wave reaches the 1st IT using formulas (5).
Для каждой ИТ определяют расстояния ΔS', преодоленные объектом с момента регистрации ударной волны в базовой ИТ до момента регистрации ударной волны в i-той ИТ. Рассчитывают величины задержек распространения ударной волны до каждой ИТ относительно ИТ, выбранной за базовую - Δt'i (6).For each IT, the distances ΔS 'covered by the object from the moment of registration of the shock wave in the base IT to the moment of registration of the shock wave in the i-th IT are determined. Calculate the magnitude of the propagation delay of the shock wave to each IT relative to the IT selected for the base - Δt ' i (6).
Вычисленные задержки Δt'i с соответствующими фактически измеренными - Δti включаются в выражение (2).The calculated delays Δt ' i with the corresponding actually measured - Δt i are included in expression (2).
Итерационный процесс, включающий определение вектора параметров движения и выполнение описанных вычислений, продолжают до выполнения условия минимизации выражения (2).The iterative process, including determining the vector of motion parameters and performing the described calculations, continues until the condition for minimizing the expression (2) is fulfilled.
В целях сокращения количества итераций применяют ряд методов, позволяющих сократить время поиска решения. Например, с использованием времен регистрации ВУВ в четырех ИТ определяют направляющий вектор n квазиплоскости ударной волны, являющейся фрагментом конуса Маха, образуемого носовым скачком уплотнения, а также фактическую скорость распространения фронта ударной волны. Этот прием с использованием ожидаемого диапазона скоростей позволяет уменьшить область поиска направления движения объекта. Для двумерного случая это проиллюстрировано на фиг.4. Этот и другие приемы, оптимизирующие вычисления, в совокупности с методами автоматического детектирования сигналов с датчиков обеспечивают удовлетворительную сходимость решения и позволяют определять параметры траектории непосредственно после испытаний.In order to reduce the number of iterations, a number of methods are used to reduce the time it takes to find a solution. For example, using the time of the registration of the wavelength shock wave in four ITs, the guiding vector n of the shock wave quasiplane, which is a fragment of the Mach cone formed by the nose shock wave, and the actual velocity of propagation of the shock front are determined. This technique using the expected speed range allows you to reduce the search area of the direction of movement of the object. For the two-dimensional case, this is illustrated in FIG. This and other methods that optimize calculations, together with methods for automatically detecting signals from sensors, provide satisfactory convergence of the solution and allow determining the trajectory parameters immediately after the tests.
В ходе расчетов предполагают, что скорость объекта на участке возбуждения ударной волны, достигнувшей датчиков, была постоянной, и объект двигался с постоянной скоростью. С учетом размеров пространственной фигуры (~3 м) в большинстве случаев эти предположения не снижают точность расчетов. Однако, если в области размещения пространственной фигуры объект движется по криволинейной траектории, то точность расчетов может оказаться ниже прогнозируемой. В этом случае можно увеличить количество датчиков, модифицировать уравнения движения (1), включив в число неизвестных ускорения по осям выбранной системы координат и баллистический коэффициент, описывающий изменение скорости, обусловленное силами сопротивления воздушной среды. Это позволит сохранить точность на приемлемом уровне и получить дополнительную информацию о параметрах движения.In the course of calculations, it is assumed that the speed of the object in the area of excitation of the shock wave that reached the sensors was constant, and the object moved at a constant speed. Given the size of the spatial figure (~ 3 m) in most cases, these assumptions do not reduce the accuracy of the calculations. However, if the object moves along a curved path in the area of the spatial figure, then the accuracy of the calculations may be lower than predicted. In this case, it is possible to increase the number of sensors, modify the equations of motion (1) by including in the number of unknown accelerations along the axes of the selected coordinate system and a ballistic coefficient that describes the change in speed due to air resistance forces. This will keep accuracy at an acceptable level and get additional information about the motion parameters.
Для отработки и применения предлагаемого способа использовались общеизвестные технические средства.For testing and application of the proposed method, well-known technical means were used.
1. Датчики измерения импульсных давлений воздушной среды (например, содержащиеся в Государственном реестре средств измерений, датчики ИКЛЖ 406233. 001).1. Sensors for measuring pulsed pressures of the air (for example, those contained in the State Register of Measuring Instruments, ICLZ sensors 406233. 001).
2. Адаптер сбора аналоговых данных (ADLINK Technology Inc., 64-канальный адаптер аналогового ввода-вывода DAQ-2204).2. Analog data acquisition adapter (ADLINK Technology Inc., DAQ-2204 64-channel analog input-output adapter).
3. Экранированные измерительные линии, соединяющие датчики и схему запуска с регистратором (кабель ГПЭУ 6/012).3. Shielded measuring lines connecting the sensors and the start-up circuit to the recorder (
4 Электронный тахеометр для геодезической привязки ИТ к выбранной системе координат (TRIMBLE М3).4 An electronic total station for geodetic reference of IT to the selected coordinate system (TRIMBLE M3).
Работоспособность способа и его возможности подтверждены в ряде экспериментов, в которых параллельно применялся оптический метод определения координат объекта и направления его движения в пространстве [ГОСТ Р51271-99 «Изделия пиротехнические Методы сертификационных испытаний» (раздел 6.4, 6.5)]. При сравнении с оптическим способом заявляемый способ показал хорошее совпадение результатов. Сопоставление результатов определения координат объекта испытаний приведено на фиг.6.The efficiency of the method and its capabilities are confirmed in a number of experiments in which the optical method was used to determine the coordinates of the object and the direction of its movement in space [GOST R51271-99 “Pyrotechnic Products Methods of Certification Tests” (section 6.4, 6.5)]. When compared with the optical method, the inventive method showed good agreement between the results. A comparison of the results of determining the coordinates of the test object is shown in Fig.6.
Определение траектории и скорости объекта при сверхзвуковом полете объекта производилось следующим образом. Согласно заявляемому способу была выбрана схема установки ИТ, при которой они образовывали пространственную фигуру. В каждой ИТ было размещено по одному датчику измерения импульсных давлений воздушной среды и выполнена геодезическая привязка ИТ к системе пространственных координат измерительной площадки (см. табл. фиг.5). По окончании проверок был произведен запуск объекта испытаний.The trajectory and speed of the object during supersonic flight of the object were determined as follows. According to the claimed method, an IT installation scheme was selected in which they formed a spatial figure. In each IT, one sensor for measuring the pulsed pressures of the air was placed and a geodetic reference was made of the IT to the spatial coordinate system of the measuring site (see table. Fig. 5). At the end of the checks, the test facility was launched.
Датчиками в ИТ1, ИТ2, …, ИТ14, подключенными к регистратору на базе ПЭВМ, была зарегистрирована ударная волна от объекта, проиллюстрированная на фиг.2.The sensors in IT1, IT2, ..., IT14 connected to a PC-based recorder recorded a shock wave from the object, illustrated in FIG. 2.
Определены моменты времени t1, …, t14, соответствующие достижению ударной волной каждой из ИТ, соответственно ИТ1, …, ИТ14 (см. фиг.2 и табл. фиг.5).The time moments t 1 , ..., t 14 corresponding to the achievement of the shock wave of each of IT, respectively IT1, ..., IT14 (see figure 2 and table. Figure 5) are determined.
ИТ2 выбрана за базовую.IT2 selected as the base.
С использованием величин t1, …, t14 определены интервалы времени Δti, соответствующие задержке распространения ударной волны относительно ИТ2, выбранной за базовую (фиг.5).Using the values of t 1 , ..., t 14 determined time intervals Δt i corresponding to the propagation delay of the shock wave relative to IT2, selected as the base (figure 5).
Координаты ИТ и интервалы времени Δti являются исходными данными для дальнейших расчетов. Исходя из ожидаемой области полета объекта выбраны области поиска. Начальные размеры области поиска в данном случае были определены в виде куба, центром которого является базовая ИТ2. Сторона куба равна удвоенному максимальному удалению объекта от пространственной фигуры, образуемой ИТ. Для данного эксперимента размер ребра куба составил - 2*Rmax=2*50 м=100 м. Диапазон изменения скорости выбирается исходя из ожидаемой скорости объекта. Исходя из условий постановки испытаний диапазон изменения скорости 600-1200 м/с. На диапазон углов, определяющих направление движения объекта, на начальном этапе не накладывается никаких ограничений. Такой выбор метода и начальных условий (границ) поиска позволяет определять параметры движения объекта, движущегося в любом направлении относительно пространственной фигуры, образуемой ИТ.IT coordinates and time intervals Δt i are the initial data for further calculations. Based on the expected area of flight of the object selected search area. The initial dimensions of the search area in this case were determined in the form of a cube, the center of which is basic IT2. The side of the cube is equal to twice the maximum distance of the object from the spatial figure formed by IT. For this experiment, the size of the cube rib was 2 * R max = 2 * 50 m = 100 m. The range of velocity changes is selected based on the expected speed of the object. Based on the test setup conditions, the range of speed changes is 600-1200 m / s. At the initial stage, no restrictions are imposed on the range of angles that determine the direction of motion of the object. Such a choice of the method and the initial conditions (boundaries) of the search allows us to determine the motion parameters of an object moving in any direction relative to the spatial figure formed by the IT.
В ходе расчета фиксируют набор параметров Х0, Y0, Z0, αх, αy, αz, |Vои|, при котором значение выражения (2) принимает минимальное значение. Сходимость решения обеспечивается применением численных методов решения на различных стадиях расчета.During the calculation, a set of parameters X 0 , Y 0 , Z 0 , α x , α y , α z , | V oi | is fixed, at which the value of expression (2) takes a minimum value. The convergence of the solution is ensured by the application of numerical methods of solution at various stages of the calculation.
В результате расчетов были определены следующие параметры движения ОИ на участке возбуждения носового скачка уплотнения, достигнувшего ИТ: Х0=460 м, Y0=5.79 м, Z0=7.93 м, αx=0°, αy=90°, α=90°, |Vои|=1022.5 м/с.As a result of the calculations, the following parameters of the OI movement were determined in the area of excitation of the nasal shock wave reaching IT: X 0 = 460 m, Y 0 = 5.79 m, Z 0 = 7.93 m, α x = 0 °, α y = 90 °, α = 90 °, | V oi | = 1022.5 m / s.
В ходе испытаний скорость ОИ была измерена доплеровской РЛС и оценена по результатам регистрации ударной волны. По результатам измерений доплеровской РЛС скорость ОИ в окрестности ИТ составила |Vои|РЛС=1023 м/с, а по результатам регистрации ударной волны скорость ОИ в окрестности ИТ составила |Vои|УВ=1022.52 м/с. Таким образом, значения скорости ОИ, полученные в расчете, с помощью РЛС и по результатам измерения ударной волны совпадают с допустимой погрешностью. В соответствии с п.2 или п.3 формулы изобретения был выполнен расчет с использованием скорости ОИ как известной величины, определенной по результатам измерений доплеровской РЛС или по результатам регистрации ударной волны. Время расчета параметров движения ОИ в данном случае сократилась на 30%.During the tests, the speed of the optical radiation was measured by the Doppler radar and estimated from the results of the registration of the shock wave. According to the results of measurements of the Doppler radar, the speed of the OI in the vicinity of the IT was | V oi | Radar = 1023 m / s, and according to the results of the registration of the shock wave, the velocity of the OI in the vicinity of IT was | V oi | HC = 1022.52 m / s. Thus, the values of the OI velocity obtained in the calculation, using the radar and according to the results of the measurement of the shock wave, coincide with the permissible error. In accordance with
Как видно из фиг.6, рассчитанные параметры движения хорошо согласуются с результатами оптических измерений. Интерполяция результатов оптических измерений позволяет определить отклонения значений параметров движения ОИ, полученных различными способами, которые в рассматриваемом случае составили ΔY0=0.17 м, ΔZ0=0.04 м, Δαх=0.295°, Δαy=-0.282°, Δαz=0.085°, при расстоянии до траектории объекта свыше 5 метров. Совершенствование методики измерений позволит повысить достигнутую точность.As can be seen from Fig.6, the calculated motion parameters are in good agreement with the results of optical measurements. Interpolation of the results of optical measurements allows us to determine the deviations of the values of the motion parameters of the optical radiation obtained by various methods, which in the case under consideration were ΔY 0 = 0.17 m, ΔZ 0 = 0.04 m, Δα x = 0.295 °, Δα y = -0.282 °, Δα z = 0.085 °, with a distance to the trajectory of the object over 5 meters. Improving the measurement technique will improve the accuracy achieved.
При практическом применении способа неоднократно подтверждена надежность регистрации ударной волны, сопровождающей сверхзвуковое движение объекта и технический результат, заключающийся в надежном определении пространственных координат точки, принадлежащей траектории, величины и направления вектора скорости объекта в ней, эффективности способа вне зависимости от взаимного расположения траектории объекта и ИТ, возможности его применения на необорудованных площадках, более высокой точности, относительной простоте и малых затратах.In the practical application of the method, the reliability of registering the shock wave accompanying the supersonic motion of the object and the technical result, which consists in reliably determining the spatial coordinates of the point belonging to the trajectory, the magnitude and direction of the velocity vector of the object in it, the effectiveness of the method, regardless of the relative position of the object trajectory and IT , the possibility of its use on unequipped sites, higher accuracy, relative simplicity and low cost.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009126000/09A RU2416103C2 (en) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Method of determining trajectory and speed of object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009126000/09A RU2416103C2 (en) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Method of determining trajectory and speed of object |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009126000A RU2009126000A (en) | 2011-01-20 |
| RU2416103C2 true RU2416103C2 (en) | 2011-04-10 |
Family
ID=44052312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009126000/09A RU2416103C2 (en) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Method of determining trajectory and speed of object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2416103C2 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467348C1 (en) * | 2011-07-11 | 2012-11-20 | Виталий Николаевич Стабровский | Method to measure distance between supersonic low-flying object and front of its trace on sea surface |
| RU2470252C1 (en) * | 2011-07-07 | 2012-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of defining bullet and shell position coordinates in space and time |
| RU2547839C1 (en) * | 2014-01-23 | 2015-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method to detect method of test object meeting obstacle |
| RU2561784C1 (en) * | 2014-04-29 | 2015-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Method of measurements of mach number in aerodynamic pipe |
| RU2610908C2 (en) * | 2015-06-29 | 2017-02-17 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский военный институт внутренних войск Министерства внутренних дел Российской Федерации" | Method of shooter locating by sound of shot |
| RU2642526C1 (en) * | 2017-01-31 | 2018-01-25 | Владимир Иванович Винокуров | Method and device for recognizing airplane destruction |
| RU2670731C2 (en) * | 2016-01-11 | 2018-10-24 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский военный институт внутренних войск Министерства внутренних дел Российской Федерации" | Method for determining supersonic projectile flight trajectory |
| RU2702955C1 (en) * | 2018-09-10 | 2019-10-14 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of determining the speed of the large elongation conical shape throwing object |
-
2009
- 2009-07-06 RU RU2009126000/09A patent/RU2416103C2/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| US 5241518 Ф, 31.06.1993. * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2470252C1 (en) * | 2011-07-07 | 2012-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of defining bullet and shell position coordinates in space and time |
| RU2467348C1 (en) * | 2011-07-11 | 2012-11-20 | Виталий Николаевич Стабровский | Method to measure distance between supersonic low-flying object and front of its trace on sea surface |
| RU2547839C1 (en) * | 2014-01-23 | 2015-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method to detect method of test object meeting obstacle |
| RU2561784C1 (en) * | 2014-04-29 | 2015-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Method of measurements of mach number in aerodynamic pipe |
| RU2610908C2 (en) * | 2015-06-29 | 2017-02-17 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский военный институт внутренних войск Министерства внутренних дел Российской Федерации" | Method of shooter locating by sound of shot |
| RU2670731C2 (en) * | 2016-01-11 | 2018-10-24 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский военный институт внутренних войск Министерства внутренних дел Российской Федерации" | Method for determining supersonic projectile flight trajectory |
| RU2670731C9 (en) * | 2016-01-11 | 2018-11-30 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский военный институт внутренних войск Министерства внутренних дел Российской Федерации" | Method for determining supersonic projectile flight trajectory |
| RU2642526C1 (en) * | 2017-01-31 | 2018-01-25 | Владимир Иванович Винокуров | Method and device for recognizing airplane destruction |
| RU2702955C1 (en) * | 2018-09-10 | 2019-10-14 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of determining the speed of the large elongation conical shape throwing object |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009126000A (en) | 2011-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2416103C2 (en) | Method of determining trajectory and speed of object | |
| US7796470B1 (en) | Acoustic detection of weapons near transportation centers | |
| CN101095062B (en) | Systems and methods for disambiguating shooter locations | |
| US8325563B2 (en) | Systems and methods of locating weapon fire incidents using measurements/data from acoustic, optical, seismic, and/or other sensors | |
| CN108169714B (en) | Positioning method and device based on vibration waves | |
| CN108614268B (en) | Acoustic tracking method for low-altitude high-speed flying target | |
| WO1987005706A1 (en) | Position measuring apparatus and method | |
| EP0511293B1 (en) | Acoustic projectile trajectory evaluation device | |
| KR101914264B1 (en) | Method for measuring explosion position in space of proximity fuze | |
| KR100658004B1 (en) | Method and system for correcting for curvature in determining the trajectory of a projectile | |
| CN111381215A (en) | Phase correction method and meteor position acquisition method | |
| Dagallier et al. | Long-range acoustic localization of artillery shots using distributed synchronous acoustic sensors | |
| KR101997387B1 (en) | Method and apparatus for estimating target impact point using acoustic sensor | |
| CN106597003B (en) | A method of utilizing shock wave measurement supersonic projectile flight path | |
| RU2593518C1 (en) | Method for determining ammunition fugacity characteristics | |
| CN110471029A (en) | A kind of Single passive location method and device based on Extended Kalman filter | |
| CN112162239B (en) | Impact point positioning method based on horizontal gate array | |
| US9817015B2 (en) | System for predicting exterior ballistics | |
| CN115031585B (en) | Double-array acoustic vertical target oblique incidence impact point positioning method | |
| KR101614602B1 (en) | Method for location detection using time difference of arrival of acousic signal and apparatus therefor | |
| CN115685778A (en) | Radar-seeking aircraft miss distance estimation method based on radio frequency semi-physical simulation | |
| RU126168U1 (en) | SCIENTIFIC RESEARCH MODEL FOR THE EVALUATION OF RADIO ELECTRONIC SYSTEMS EFFICIENCY INDICATORS | |
| JP2000205794A (en) | Bullet position locator | |
| CN111521076B (en) | Method for testing position of explosion point in ship cabin | |
| US8300501B2 (en) | Supercavitating projectile tracking system and method |