RU2757929C1 - Method for measuring initial velocity of projectile by laser fiber-optic system - Google Patents

Method for measuring initial velocity of projectile by laser fiber-optic system Download PDF

Info

Publication number
RU2757929C1
RU2757929C1 RU2020138819A RU2020138819A RU2757929C1 RU 2757929 C1 RU2757929 C1 RU 2757929C1 RU 2020138819 A RU2020138819 A RU 2020138819A RU 2020138819 A RU2020138819 A RU 2020138819A RU 2757929 C1 RU2757929 C1 RU 2757929C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
projectile
mixer
radiation
frequency
initial velocity
Prior art date
Application number
RU2020138819A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Соловьев
Алексей Владимирович Федотов
Степан Степанович Ярощук
Александр Александрович Ошкин
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва"
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 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва" filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва"
Priority to RU2020138819A priority Critical patent/RU2757929C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2757929C1 publication Critical patent/RU2757929C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: checkout technique.
SUBSTANCE: invention relates to control and measuring equipment and can be used for non-contact measurement of the initial velocity of a projectile, which is one of the most important ballistic characteristics of a weapon that affects its combat properties. To do this, electromagnetic energy is emitted in the direction of the projectile movement, receive electromagnetic energy reflected from the projectile by two optical telescopic systems with Doppler frequencies ƒd1 and ƒd2. At the same time, the angle α between the optical axes of telescopic systems is known and unchanged. The received radiation from each of the telescopic systems is combined with the laser radiation in two optical mixers, receiving signals with different radiation frequencies after the first mixer (ƒ0d1) and (ƒ0d2) after the second mixer. Then the signals after the first mixer and after the second mixer are summed in the third mixer, receiving a signal with a difference frequency (ƒd1d2). Initial velocity of the projectile is determined by the formula:
Figure 00000029
,
where λ is the laser wavelength and corresponding frequency ƒ0; (ƒ0d1) is the difference radiation frequency after the first mixer; (ƒ0d2) is the difference radiation frequency after the second mixer; (ƒd1d2) is the difference radiation frequency after the second mixer.
EFFECT: increased accuracy of measuring the initial velocity of the projectile at small angles between the optical axes of telescopic systems.
1 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения начальной скорости снаряда, являющейся одной из важнейших баллистических характеристик оружия, оказывающей влияние на его боевые свойства.The invention relates to instrumentation and can be used for non-contact measurement of the initial velocity of a projectile, which is one of the most important ballistic characteristics of a weapon, which affects its combat properties.

Аналогом данного технического решения является способ измерения внешнебаллистических характеристик снаряда (патент RU 2515580 на изобретение заявка: 2013112556/07 МПК G01S 13/58 (2006.01), опубликован: 10.05.2014. Бюл. № 13).An analogue of this technical solution is a method for measuring the external ballistic characteristics of a projectile (patent RU 2515580 for invention, application: 2013112556/07 IPC G01S 13/58 (2006.01), published: 05/10/2014. Bull. No. 13).

Способ основан на излучении электромагнитной энергии в направлении движения снаряда, приеме электромагнитной энергии отраженной от снаряда, преобразовании аналогового сигнала в цифровой вид, записи сигналов в блок памяти, формировании последовательности дискретных значений его текущей скорости по реализациям доплеровского эхо-сигнала снаряда, вычислении по текущей скорости начальной скорости снаряда с учетом установленной задержки начала его наблюдения относительно момента вылета из ствола орудия, оценивании достоверности дискретных значений текущей скорости снаряда для каждой позиции в полученной последовательности содержащихся в них данных, выделении с учетом полученных результатов в этой последовательности участка, содержащего преимущественно достоверные данные, по которым определяют начальную скорость снаряда, при этом при оценке достоверности данных о текущей скорости снаряда используют критерии, учитывающие задаваемые требования по точности измерения начальной скорости снаряда, при формировании участка упомянутой последовательности для вычисления начальной скорости снаряда начало этого участка определяют по наличию не менее трех следующих подряд позиций с достоверными данными, а его конец – по наличию двух и более позиций с недостоверными данными; используемое при вычислении начальной скорости снаряда время задержки начала наблюдения представляют суммой установленной задержки и суммарной длительности реализации доплеровского эхо-сигнала, предшествующей первой позиции в участке данных, сформированном для вычисления начальной скорости снаряда; при наличии одиночных позиций с недостоверными данными в выделенном участке последовательности дискретных значений текущей скорости снаряда данные, содержащиеся в таких одиночных позициях, заменяют средним значением достоверных данных из двух непосредственно примыкающих к ним позиций этого участка, достоверность данных о текущей скорости снаряда проверяют по превышению фактическим отношением сигнал/шум того его значения, которое необходимо для обеспечения заданной точности определения начальной скорости снаряда, достоверность данных о текущей скорости снаряда оценивают по изменениям значений текущей скорости снаряда, представленным на смежных позициях в полученной последовательности, при этом сначала по величине этих изменений обнаруживают зоны, содержащие недостоверные данные, а затем по достоверным данным, получаемым из позиций, непосредственно примыкающим к этим зонам, определяют для каждой позиции в обнаруженной зоне ожидаемые значения скорости и локализуют каждую позицию с недостоверными данными, причем достоверными считают те позиции, для которых анализируемые изменения значений текущей скорости снаряда не превышают величину задаваемой погрешности измерения начальной скорости снаряда, определяют ширину спектра доплеровского эхо сигнала, определяют по ширине спектра площадь максимального сечения снаряда плоскостью, перпендикулярной линии визирования снаряда, по изменению данной площади на каждой позиции судят о величине нутации снаряда, дополнительно в спектре доплеровского эхо-сигнала определяют частоты гармоник вторичной модуляции эхо-сигнала, вызванной асимметрией распределения массы снаряда относительно его продольной оси, вычисляют по формулеThe method is based on emitting electromagnetic energy in the direction of the projectile movement, receiving electromagnetic energy reflected from the projectile, converting an analog signal into digital form, recording signals into a memory unit, generating a sequence of discrete values of its current velocity based on realizations of the projectile's Doppler echo signal, and calculating from the current velocity the initial velocity of the projectile, taking into account the established delay in the beginning of its observation relative to the moment of departure from the gun barrel, evaluating the reliability of discrete values of the current projectile velocity for each position in the obtained sequence of data contained in them, highlighting, taking into account the results obtained in this sequence, a section containing mainly reliable data, by which the initial velocity of the projectile is determined, while assessing the reliability of data on the current velocity of the projectile, criteria are used that take into account the specified requirements for the accuracy of measuring the initial velocity of the projectile, p When forming a section of the above sequence for calculating the initial velocity of the projectile, the beginning of this section is determined by the presence of at least three consecutive positions with reliable data, and its end - by the presence of two or more positions with unreliable data; used in calculating the initial velocity of the projectile, the observation start delay time is the sum of the set delay and the total duration of the Doppler echo signal implementation preceding the first position in the data section formed for calculating the initial velocity of the projectile; in the presence of single positions with unreliable data in the selected section of the sequence of discrete values of the current velocity of the projectile, the data contained in such single positions is replaced by the average value of reliable data from two immediately adjacent positions of this section, the reliability of the data on the current velocity of the projectile is checked by exceeding the actual ratio signal / noise of that value, which is necessary to ensure the specified accuracy of determining the initial velocity of the projectile, the reliability of the data on the current velocity of the projectile is assessed by the changes in the values of the current velocity of the projectile, presented at adjacent positions in the obtained sequence, while the zones are first detected by the magnitude of these changes, containing invalid data, and then, using valid data obtained from positions immediately adjacent to these zones, determine the expected speed values for each position in the detected zone and localize each position with an invalid the correct data, and those positions for which the analyzed changes in the values of the current velocity of the projectile do not exceed the value of the specified error in measuring the initial velocity of the projectile, determine the width of the Doppler echo signal spectrum, determine the area of the maximum cross section of the projectile by the plane perpendicular to the line of sight of the projectile from the spectrum width, according to the change in this area at each position is judged on the magnitude of the nutation of the projectile, additionally in the spectrum of the Doppler echo signal, the frequencies of the harmonics of the secondary modulation of the echo signal caused by the asymmetry of the mass distribution of the projectile relative to its longitudinal axis are determined, calculated by the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

угловую скорость вращения снаряда вокруг продольной оси, гдеthe angular velocity of rotation of the projectile around the longitudinal axis, where

fвр=(f1-f2)/2,f bp = (f 1 -f 2 ) / 2,

f1 и f2 – частоты, соответствующие максимумам первых парных гармоник вторичной модуляции доплеровского эхо-сигнала.f 1 and f 2 - frequencies corresponding to the maxima of the first paired harmonics of the secondary modulation of the Doppler echo signal.

Работа устройства для измерения внешнебаллистических характеристик снаряда функционирует следующим образом (фиг. 1).The operation of the device for measuring the external ballistic characteristics of the projectile functions as follows (Fig. 1).

При нажатии на боевую кнопку происходит одновременный запуск устройства 1 для измерения внешнебаллистических характеристик и срабатывание метательного устройства 2, при этом в момент выхода снаряда 4 из канала ствола срабатывает индукционный датчик 3. Доплеровский радиолокатор 5 осуществляет излучение электромагнитной энергии в направлении движения снаряда, отраженный от снаряда сигнал поступает на первый вход ключа 6, на второй вход которого поступает сигнал с выхода линии 7 задержки, на вход которой поступает сигнал с выхода индукционного датчика 3 (фиг. 2). Выбор времени задержки обусловлен необходимостью измерения начальной скорости снаряда, так как именно в момент выстрела наблюдается момент, когда скорость снаряда достигает максимального значения. Сигнал с выхода ключа 6 через аналого-цифровой преобразователь 8 поступает на вход блока 9 памяти, где осуществляется его запись. Обработка полученных данных осуществляется в блоке 10 обработки данных, при этом осуществляется анализ достоверности данных в анализаторе 14 достоверности данных (фиг. 3). Анализатор 14 достоверности данных осуществляет выделение участка, содержащего повышенные достоверные данные, при этом начало участка определяют по наличию не менее трех следующих подряд позиций с достоверными данными, а его конец – по наличию двух и более позиций с недостоверными данными, по которым определяют начальную скорость снаряда.When the combat button is pressed, the device 1 for measuring the external ballistic characteristics is simultaneously launched and the throwing device 2 is triggered, while at the moment the projectile 4 leaves the bore, the induction sensor 3 is triggered. The Doppler radar 5 emits electromagnetic energy in the direction of movement of the projectile, reflected from the projectile the signal is fed to the first input of the key 6, the second input of which receives the signal from the output of the delay line 7, to the input of which the signal from the output of the induction sensor 3 is received (Fig. 2). The choice of the delay time is due to the need to measure the initial velocity of the projectile, since it is at the moment of the shot that the moment is observed when the velocity of the projectile reaches its maximum value. The signal from the output of the key 6 through the analog-to-digital converter 8 is fed to the input of the memory unit 9, where it is recorded. The processing of the obtained data is carried out in the data processing unit 10, while the analysis of the data reliability is carried out in the data reliability analyzer 14 (Fig. 3). The data reliability analyzer 14 selects a section containing increased reliable data, while the beginning of the section is determined by the presence of at least three consecutive positions with reliable data, and its end - by the presence of two or more positions with unreliable data, which determine the initial velocity of the projectile ...

Вычисления начальной скорости снаряда осуществляют в момент времени t0=tзад+tΣ, где tзад – установленная задержка, tΣ – суммарная длительность реализации доплеровского эхо-сигнала, предшествующей первой позиции в участке данных, сформированном для вычисления начальной скорости снаряда (фиг. 6). При наличии одиночных позиций с недостоверными данными в выделенном участке последовательности дискретных значений текущей скорости снаряда данные, содержащиеся в таких одиночных позициях, заменяют средним значением достоверных данных из двух непосредственно примыкающих к ним позиций этого участка. Таким образом, анализатор 10 достоверности (фиг. 4) данных обеспечивает выборку участка повышенной достоверности данных и обеспечивает проверку достоверности текущей скорости, при этом скорость определяется в соответствии с выражениемCalculations of the initial velocity of the projectile are carried out at time t 0 = t back + t Σ , where t back is the set delay, t Σ is the total duration of the Doppler echo signal implementation preceding the first position in the data section formed to calculate the initial velocity of the projectile (Fig. . 6). If there are single positions with unreliable data in the selected section of the sequence of discrete values of the current projectile velocity, the data contained in such single positions is replaced with the average value of reliable data from two immediately adjacent positions of this section. Thus, the reliability analyzer 10 (Fig. 4) of the data provides a sample of the area of increased data reliability and provides a validation of the current speed, while the speed is determined in accordance with the expression

Figure 00000002
Figure 00000002

где Δf – частота Доплера, λ – длина волны, Δϕ – угол наблюдения.where Δf is the Doppler frequency, λ is the wavelength, Δϕ is the observation angle.

С выхода анализатора 14 достоверности данных сигналы поступают на входы блока 15 определения ширины спектра и блока 16 определения угловой скорости вращения снаряда.From the output of the data reliability analyzer 14, the signals are fed to the inputs of the block 15 for determining the spectrum width and block 16 for determining the angular velocity of rotation of the projectile.

Кроме того, сигнал с выхода анализатора 14 достоверности данных поступает на вход индикатора 11 скорости движения снаряда. Блок 15 определения ширины спектра обеспечивает:In addition, the signal from the output of the data reliability analyzer 14 is fed to the input of the projectile speed indicator 11. Block 15 for determining the width of the spectrum provides:

- вычисление модуля быстрого преобразования Фурье (БПФ):- calculation of the module of fast Fourier transform (FFT):

Figure 00000003
Figure 00000003

где yk=y(k/Fd) оцифрованный аналого-цифровым преобразователем входной сигнал y(t), Fd – частота дискретизации исходного сигнала, N – число отсчетов БПФ, Sn – действительная амплитуда n-й спектральной гармоники, частоту которой можно определить как:where y k = y (k / F d ) the input signal y (t) digitized by the analog-to-digital converter, F d is the sampling frequency of the original signal, N is the number of FFT samples, S n is the actual amplitude of the n-th spectral harmonic, the frequency of which is can be defined as:

Figure 00000004
Figure 00000004

- определение величины порога:- determination of the threshold value:

Figure 00000005
Figure 00000005

где Рлт – вероятность ложной тревоги, которая на практике обычно принимается равной 10-5,

Figure 00000006
– дисперсия шума, значение которой можно вычислить, проанализировав БПФ выходного сигнал радиолокатора при отсутствии движущихся объектов в его зоне видимости на соответствие закону распределения Релея;where Р лт - the probability of a false alarm, which in practice is usually taken equal to 10 -5 ,
Figure 00000006
- the variance of the noise, the value of which can be calculated by analyzing the FFT of the output signal of the radar in the absence of moving objects in its visibility zone for compliance with the Rayleigh distribution law;

- обнуление гармоник, не превысивших значение порога Sпор и находящихся в области ожидаемых частот Доплера:- zeroing of harmonics that do not exceed the threshold S pore and are in the area of expected Doppler frequencies:

Figure 00000007
Figure 00000007

где fож.min, fож.max – нижняя и верхняя границы области ожидаемых частот Доплера соответственно,where f ex.min , f ex.max are the lower and upper boundaries of the region of expected Doppler frequencies, respectively,

- определение ширины спектра сигнала:- determination of the signal spectrum width:

Figure 00000008
Figure 00000008

где fc.min – нижняя граница спектра сигнала, fc.max – верхняя граница спектра сигнала, Δf – ширина спектра сигнала (фиг. 5);where f c.min is the lower limit of the signal spectrum, f c.max is the upper limit of the signal spectrum, Δf is the width of the signal spectrum (Fig. 5);

- определение по ширине спектра площади максимального сечения снаряда плоскостью, перпендикулярной линии визирования снаряда,- determination of the area of the maximum cross-section of the projectile by the plane perpendicular to the line of sight of the projectile by the width of the spectrum,

- определение величины нутации снаряда по изменению данной площади на каждой позиции.- determination of the size of the nutation of the projectile by changing the given area at each position.

Сигнал с выхода блока 15 определения ширины спектра поступает на вход индикатора 12 ширины спектра. Блок 16 определения угловой скорости вращения снаряда обеспечивает определение угловой скорости вращения снаряда относительно продольной оси для выбранного участка измерения. Недостатком данного способа является зависимость точности измерения начальной скорости снаряда от угла между траекторией движения снаряда и направлением наблюдения.The signal from the output of the block 15 for determining the spectrum width is fed to the input of the spectrum width indicator 12. Block 16 for determining the angular velocity of rotation of the projectile provides for the determination of the angular velocity of rotation of the projectile relative to the longitudinal axis for the selected area of measurement. The disadvantage of this method is the dependence of the accuracy of measuring the initial velocity of the projectile on the angle between the trajectory of the projectile and the direction of observation.

Наиболее близким (прототип) способом является (патент RU 2715994 на изобретение, заявка: 2019127089 МПК G01S 13/58 (2006.01), опубликован: 05.03.2019. Бюл. № 7).The closest (prototype) method is (patent RU 2715994 for invention, application: 2019127089 IPC G01S 13/58 (2006.01), published: 03/05/2019. Bull. No. 7).

В данном способе излучение лазера распространяется в направлении движения снаряда, а прием отраженной от снаряда электромагнитной энергии осуществляется двумя оптическими телескопическими системами с частотами Доплера ƒd1 и ƒd2, причем угол α между их оптическими осями известен и неизменен. При этом излучения от каждой из телескопических систем суммируют с излучением лазера в двух оптических смесителях, а начальную скорость снаряда определяют по формуле:In this method, the laser radiation propagates in the direction of the projectile movement, and the electromagnetic energy reflected from the projectile is received by two optical telescopic systems with Doppler frequencies ƒ d1 and ƒ d2 , and the angle α between their optical axes is known and unchanged. In this case, the radiation from each of the telescopic systems is summed up with the laser radiation in two optical mixers, and the initial velocity of the projectile is determined by the formula:

Figure 00000009
Figure 00000009

где λ0 – длина волны лазера и соответствующая ей частота ƒ0;where λ 0 is the laser wavelength and the corresponding frequency ƒ 0 ;

0d1) – разностная частота излучения после первого смесителя;0d1 ) - difference frequency of radiation after the first mixer;

0d2) – разностная частота излучения после второго смесителя.0d2 ) - difference frequency of radiation after the second mixer.

Данное положение поясняется следующим. Частота отраженного от снаряда излучения при использовании эффекта Доплера зависит от скорости движущегося снаряда и углом ϕ между вектором скорости снаряда V и направлением наблюдения. При этом доплеровский сдвиг частоты излучения ƒD, связан с начальной скоростью снаряда соотношением:This provision is explained as follows. The frequency of the radiation reflected from the projectile when using the Doppler effect depends on the speed of the moving projectile and the angle ϕ between the velocity vector of the projectile V and the direction of observation. In this case, the Doppler shift of the radiation frequency ƒ D is related to the initial velocity of the projectile by the ratio:

Figure 00000010
Figure 00000010

где λ0 – длина волны электромагнитного излучения лазера; ϕ – угол между вектором скорости снаряда V и направлением наблюдения.where λ 0 is the wavelength of the electromagnetic radiation of the laser; ϕ is the angle between the velocity vector of the projectile V and the direction of observation.

Погрешность измерения скорости, обусловленную погрешностью установки угла Δϕ между осью ствола и направлением наблюдения ϕ можно найти, дифференцируя соотношение (1) по ϕ.The error in measuring the velocity caused by the error in setting the angle Δϕ between the axis of the trunk and the direction of observation ϕ can be found by differentiating relation (1) with respect to ϕ.

Figure 00000011
Figure 00000011

Разделив ΔV на V из формулы (1), получим относительную погрешность:Dividing ΔV by V from formula (1), we obtain the relative error:

Figure 00000012
Figure 00000012

Как следует из формулы (3) относительная погрешность измерения начальной скоростью снаряда определяется углом между вектором скорости снаряда V и направлением наблюдения. При углах наблюдения ~90° погрешность стремится к бесконечности. В полевых условиях эта погрешность может быть значительной. Так при ϕ=10° и абсолютной погрешности установки угла между осью ствола и направлением наблюдения Δϕ=1°, относительная погрешность измерения начальной скорости снаряда будет составлять 17,6%. Для исключения этой составляющей погрешности предлагается рассеянное и отраженное снарядом излучение, принимать двумя телескопическими оптическими системами, с известным и неизменным углом α между их оптическими осями.As follows from formula (3), the relative measurement error of the initial velocity of the projectile is determined by the angle between the velocity vector of the projectile V and the direction of observation. At viewing angles of ~ 90 °, the error tends to infinity. In the field, this error can be significant. So at ϕ = 10 ° and the absolute error of setting the angle between the axis of the barrel and the direction of observation ∆ϕ = 1 °, the relative error in measuring the initial velocity of the projectile will be 17.6%. To eliminate this component of the error, it is proposed that the radiation scattered and reflected by the projectile be received by two telescopic optical systems, with a known and constant angle α between their optical axes.

В этом случае доплеровский сдвиг частот излучения будет составлять:In this case, the Doppler frequency shift of the radiation will be:

Figure 00000013
Figure 00000013

После оптического смешения излучения лазера с частотой ƒ0, соответствующей длине волны λ, с излучениями соответствующих доплеровским сдвигам частот ƒd1 и ƒd2 получают:After optical mixing of laser radiation with a frequency ƒ 0 , corresponding to the wavelength λ, with radiation corresponding to the Doppler frequency shifts ƒ d1 and ƒ d2, one obtains:

Figure 00000014
Figure 00000014

Подставляя (4) в (5), получают систему двух уравнений (6) и (7):Substituting (4) into (5), a system of two equations (6) and (7) is obtained:

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

В этих уравнениях величины ƒ0, α известны, a Δƒ1 и Δƒ2 измерены. Решая систему двух уравнений, исключив из этих уравнений параметр ϕ, получают:In these equations, the quantities ƒ 0 , α are known, and Δƒ 1 and Δƒ 2 are measured. Solving the system of two equations, excluding the parameter ϕ from these equations, one obtains:

Figure 00000017
Figure 00000017

Как следует из выражения (8), начальная скорость снаряда не зависит от угла ϕ, а угол α можно конструктивно можно установить с любой наперед заданной точностью.As follows from expression (8), the initial velocity of the projectile does not depend on the angle ϕ, and the angle α can be constructively set with any predetermined accuracy.

Устройство измерения начальной скорости снаряда (фиг. 6) функционирует следующим образом. Отраженное от снаряда излучение лазера с частотами Доплера принимается двумя оптическими телескопическими системами 2 и 3 угол между оптическими осями, которых равен α. Принятые излучения подают в оптические смесители – 4 вместе с излучением лазера 1 с частотой ƒ0. После смесителей 4 сигналы с разностной частотой направляются в фотоприемники, установленные в блоке обработки доплеровских эхо-сигналов 5, который производит обработку сигналов и вычисление начальной скорости снаряда по формуле (8).The device for measuring the initial velocity of the projectile (Fig. 6) operates as follows. The laser radiation reflected from the projectile with Doppler frequencies is received by two optical telescopic systems 2 and 3, the angle between the optical axes, which is equal to α. The received radiation is fed into optical mixers - 4 together with the radiation of the laser 1 with a frequency ƒ 0 . After the mixers 4, the signals with the difference frequency are sent to the photodetectors installed in the Doppler echo signal processing unit 5, which processes the signals and calculates the initial velocity of the projectile according to the formula (8).

Недостатком описанного способа является маленькая разность частот ƒd1 и ƒd2 определяемая, в соответствии с формулами (4), малым углом α. Малый угол необходим для обеспечения пересечение оптических осей двух телескопических систем в зоне движения снаряда, при небольшом расстоянии между оптическими осями двух, рядом расположенных, объективов телескопических систем. Например, чтобы обеспечить пересечение оптических осей двух телескопических систем в зоне движения снаряда, на расстоянии ~30 метров от места установки приемной системы, угол α должен составлять 0,2°÷10,5°, при расстоянии между оптическими осями двух, рядом расположенных, объективов телескопических систем ~100 мм. tg 0,2°=100/30000=0,0035.The disadvantage of the described method is the small difference in frequencies ƒ d1 and ƒ d2 determined, in accordance with formulas (4), by a small angle α. A small angle is necessary to ensure the intersection of the optical axes of two telescopic systems in the area of movement of the projectile, with a small distance between the optical axes of two adjacent lenses of telescopic systems. For example, in order to ensure the intersection of the optical axes of two telescopic systems in the projectile movement zone, at a distance of ~ 30 meters from the installation site of the receiving system, the angle α should be 0.2 ° ÷ 10.5 °, with a distance between the optical axes of two adjacent lenses of telescopic systems ~ 100 mm. tg 0.2 ° = 100 / 30,000 = 0.0035.

При скорости снаряда V=1000 м/сек. ϕ=0, α=0,2°, ƒd1=1290322580,6 Гц, ƒd2=1290314719,5, а разность частот, рассчитанная по формулам (5) будет ƒd1d2=7861 Гц, что составляет 0,0006% от ƒd1.At a projectile speed V = 1000 m / s. ϕ = 0, α = 0.2 °, ƒ d 1 = 1290322580.6 Hz, ƒ d2 = 1290314719.5, and the frequency difference calculated by formulas (5) will be ƒ d1d2 = 7861 Hz, which is 0 , 0006% of ƒ d1 .

При тех же углах ϕ и α, а также скорости снаряда V=1001 м/сек.At the same angles ϕ and α, as well as the velocity of the projectile V = 1001 m / s.

ƒd1=1291612903,2 Гц, ƒd2=1291605153,5 Гц, ƒd1d2=7750 Гц.ƒ d1 = 1291612903.2 Hz, ƒ d2 = 1291605153.5 Hz, ƒ d1d2 = 7750 Hz.

Зарегистрировать изменение частоты в 11 Гц при частоте 1,29 ГГц, представляет собой достаточно сложную задачу.Recording the change in frequency of 11 Hz at a frequency of 1.29 GHz is a rather difficult task.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения начальной скорости снаряда, при малых углах между оптическими осями телескопических систем.The technical objective of the invention is to improve the accuracy of measuring the initial velocity of the projectile, at small angles between the optical axes of telescopic systems.

Перепишем соотношение (8) в виде:Let us rewrite relation (8) in the form:

Figure 00000018
Figure 00000018

Преобразуем (9), для чего в числителе дроби прибавим и вычтем ƒd1. Тогда соотношение (9) запишется в виде:We transform (9), for which we add and subtract ƒ d1 in the numerator of the fraction. Then relation (9) will be written in the form:

Figure 00000019
Figure 00000019

Группируя в последнем соотношении члены, получим:Grouping the members in the last ratio, we get:

Figure 00000020
Figure 00000020

В соотношение (10) оптический сигнал с частотой ƒd1d20-Δƒ10-Δƒ2 является результатом смешения оптических сигналов после первого и второго смесителей в третьем смесителе. В данном случае зарегистрировать изменение частоты в 11 Гц при частоте ƒd1d2=7750 Гц достаточно просто.In relation (10), an optical signal with a frequency ƒ d1d2 = ƒ 0 -Δƒ 10 -Δƒ 2 is the result of mixing optical signals after the first and second mixers in the third mixer. In this case, it is quite simple to register a change in frequency of 11 Hz at a frequency of ƒ d1d2 = 7750 Hz.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями по способу, является следующая совокупность действий.New features that have significant differences in the method is the following set of actions.

1. Излучение с разностной частотой излучения после первого смесителя Δƒ10d1 и излучение с разностной частотой излучения после второго Δƒ20d2 суммируют в третьем смесителе, получая сигнал с разностной частотой (ƒd1d2).1. Radiation with a difference radiation frequency after the first mixer Δƒ 1 = ƒ 0d1 and radiation with a difference radiation frequency after the second Δƒ 2 = ƒ 0d2 are summed in the third mixer, obtaining a signal with a difference frequency (ƒ d1d2 ).

2. Начальную скорость снаряда определяют по формуле:2. The initial velocity of the projectile is determined by the formula:

Figure 00000021
.
Figure 00000021
...

Заявляемый способ являются результатом научно исследовательской и экспериментальной работы.The inventive method is the result of scientific research and experimental work.

На фигуре 7 приведена схема проведения экспериментов, где:Figure 7 shows a diagram of the experiments, where:

1 – одночастотный лазер;1 - single frequency laser;

2, 3 – приемные телескопические системы;2, 3 - receiving telescopic systems;

4.1, 4.2, 4.3 – первый, второй и третий оптические смесители;4.1, 4.2, 4.3 - first, second and third optical mixers;

5 – блок обработки доплеровских эхо-сигналов с фотоприемниками.5 - block for processing Doppler echo signals with photodetectors.

Устройство измерения начальной скорости снаряда содержит одночастотный лазер 1, излучение которого направлено на траекторию движения снаряда. Отраженное от снаряда излучение лазера с частотами Доплера ƒd1 и ƒd2 принимается двумя оптическими телескопическими системами 2 и 3. Принятые излучения подают в первый 4.1 и второй 4.2 оптические смесители. Одновременно с этим в оптические смесители 4.1 и 4.2 приходит излучение лазера 1 с частотой ƒ0. После смесителей 4.1 и 4.2 оптические сигналы с разностными частотами Δƒ1 и Δƒ2 направляются в третий смеситель 4.3. Оптические сигналы с разностными частотами Δƒ1 после первого смесителя и ƒd1-ƒd2 после третьего смесителя попадают на два фотоприемника, установленных в блоке обработки доплеровских эхо-сигналов 5.The device for measuring the initial velocity of the projectile contains a single-frequency laser 1, the radiation of which is directed to the trajectory of the projectile. Reflected from the projectile laser radiation with Doppler frequencies ƒ d1 and ƒ d2 is received by two optical telescopic systems 2 and 3. Received radiation is fed into the first 4.1 and second 4.2 optical mixers. At the same time, the radiation of laser 1 with a frequency ƒ 0 arrives at optical mixers 4.1 and 4.2. After mixers 4.1 and 4.2, optical signals with difference frequencies Δƒ 1 and Δƒ 2 are sent to the third mixer 4.3. Optical signals with difference frequencies Δƒ 1 after the first mixer and ƒd 1 -ƒd 2 after the third mixer fall on two photodetectors installed in the Doppler echo signal processing unit 5.

Устройство измерения начальной скорости снаряда функционирует следующим образом. Отраженное от снаряда излучение лазера с частотами Доплера принимается двумя оптическими телескопическими системами 2 и 3 угол между оптическими осями, которых равен α. Принятые излучения подают в оптические смесители 4 вместе с излучением лазера 1 с частотой ƒ0. После первого 4.1 и второго 4.2 оптических смесителей сигналы с разностными частотамиThe device for measuring the initial velocity of the projectile operates as follows. The laser radiation reflected from the projectile with Doppler frequencies is received by two optical telescopic systems 2 and 3, the angle between the optical axes, which is equal to α. The received radiation is fed into the optical mixers 4 together with the radiation of the laser 1 with a frequency ƒ 0 . After the first 4.1 and second 4.2 optical mixers, signals with difference frequencies

Δƒ10-ƒd1 и Δƒ20-ƒd2 Δƒ 1 = ƒ 0 -ƒd 1 and Δƒ 2 = ƒ 0 -ƒd 2

направляются в третий оптический смеситель 4.3, на выходе которого будет оптический сигнал с разностной частотой ƒd1-ƒd2. Оптические сигналы с разностными частотами Δƒ1 после первого смесителя и ƒd1-ƒd2 после третьего смесителя направляются на два фотоприемника установленных в блоке обработки доплеровских эхо-сигналов 5, который производит обработку сигналов и вычисление начальной скорости снаряда по формуле:are sent to the third optical mixer 4.3, the output of which will be an optical signal with a difference frequency ƒd 1 -ƒd 2 . Optical signals with difference frequencies Δƒ 1 after the first mixer and ƒd 1 -ƒd 2 after the third mixer are sent to two photodetectors installed in the Doppler echo signal processing unit 5, which processes the signals and calculates the initial velocity of the projectile according to the formula:

Figure 00000022
.
Figure 00000022
...

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет зарегистрировать малое изменение частоты ƒd1-ƒd2 и компенсировать влияние угла между траекторией движения снаряда и направлением наблюдения на точность измерения начальной скорости снаряда.Thus, the use of the proposed invention allows you to register a small change in frequency ƒd 1 -ƒd 2 and compensate for the effect of the angle between the trajectory of the projectile and the direction of observation on the accuracy of measuring the initial velocity of the projectile.

Claims (3)

Способ измерения начальной скорости снаряда лазерной волоконно-оптической системой, заключающийся в излучении электромагнитной энергии в направлении движения снаряда, приеме отраженного от снаряда излучения двумя оптическими телескопическими системами, с известным и неизменным углом α между их оптическими осями, смешении принятых излучений каждой телескопической системой с излучением лазера в двух оптических смесителях, последующем преобразовании оптических сигналов в электрические и обработке сигналов смешения, отличающийся тем, что оптические сигналы с разностными частотами излучения после первого смесителя (ƒ0d1) и (ƒ0d2) после второго смесителя суммируют в третьем смесителе, получая сигнал с разностной частотой (ƒd1d2), а начальную скорость снаряда определяют по формуле:A method for measuring the initial velocity of a projectile with a laser fiber-optic system, which consists in emitting electromagnetic energy in the direction of the projectile movement, receiving radiation reflected from the projectile by two optical telescopic systems, with a known and constant angle α between their optical axes, mixing the received radiation with each telescopic system with radiation laser in two optical mixers, subsequent conversion of optical signals into electrical ones and processing of mixing signals, characterized in that the optical signals with difference radiation frequencies after the first mixer (ƒ 0d1 ) and (ƒ 0d2 ) after the second mixer are summed into the third mixer, receiving a signal with a difference frequency (ƒ d1d2 ), and the initial velocity of the projectile is determined by the formula:
Figure 00000023
,
Figure 00000023
,
где λ – длина волны лазера и соответствующая ей частота ƒ0; ƒd1 – частота Доплера отраженного от снаряда излучения, и принятого первой телескопической системой; ƒd2 – частота Доплера отраженного от снаряда излучения, и принятого второй телескопической системой; Δƒ1 – разностная частота излучения после первого смесителя.where λ is the laser wavelength and the corresponding frequency ƒ 0 ; ƒ d1 is the Doppler frequency of the radiation reflected from the projectile and received by the first telescopic system; ƒ d2 is the Doppler frequency of the radiation reflected from the projectile and received by the second telescopic system; Δƒ 1 is the difference frequency of radiation after the first mixer.
RU2020138819A 2020-11-25 2020-11-25 Method for measuring initial velocity of projectile by laser fiber-optic system RU2757929C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020138819A RU2757929C1 (en) 2020-11-25 2020-11-25 Method for measuring initial velocity of projectile by laser fiber-optic system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020138819A RU2757929C1 (en) 2020-11-25 2020-11-25 Method for measuring initial velocity of projectile by laser fiber-optic system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2757929C1 true RU2757929C1 (en) 2021-10-25

Family

ID=78289635

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020138819A RU2757929C1 (en) 2020-11-25 2020-11-25 Method for measuring initial velocity of projectile by laser fiber-optic system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2757929C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2790640C1 (en) * 2022-02-11 2023-02-28 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва" Way of measuring the initial velocity of high-speed projectiles with a laser fibre-optic system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2665960A1 (en) * 1986-06-27 1992-02-21 Bbc Brown Boveri & Cie Muzzle velocity measuring circuit with Doppler radar
RU2250476C2 (en) * 2002-09-30 2005-04-20 ОАО "Научно-исследовательский институт "Стрела" Measuring of a shell's initial speed mode and device for its realization
RU2515580C1 (en) * 2013-03-20 2014-05-10 Сергей Михайлович Мужичек Method to measure external ballistic characteristics of projectile and device for its realisation
WO2015143243A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 Houston Radar Llc Robust dual-radar-beam systems and methods for traffic monitoring
US9470786B2 (en) * 2011-03-01 2016-10-18 Eads Deutschland Gmbh Methods for detecting the flight path of projectiles
RU2715994C1 (en) * 2019-08-27 2020-03-05 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва" Method for measuring initial speed of projectile

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2665960A1 (en) * 1986-06-27 1992-02-21 Bbc Brown Boveri & Cie Muzzle velocity measuring circuit with Doppler radar
RU2250476C2 (en) * 2002-09-30 2005-04-20 ОАО "Научно-исследовательский институт "Стрела" Measuring of a shell's initial speed mode and device for its realization
US9470786B2 (en) * 2011-03-01 2016-10-18 Eads Deutschland Gmbh Methods for detecting the flight path of projectiles
RU2515580C1 (en) * 2013-03-20 2014-05-10 Сергей Михайлович Мужичек Method to measure external ballistic characteristics of projectile and device for its realisation
WO2015143243A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 Houston Radar Llc Robust dual-radar-beam systems and methods for traffic monitoring
RU2715994C1 (en) * 2019-08-27 2020-03-05 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва" Method for measuring initial speed of projectile

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2790640C1 (en) * 2022-02-11 2023-02-28 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва" Way of measuring the initial velocity of high-speed projectiles with a laser fibre-optic system
RU2792607C1 (en) * 2022-07-12 2023-03-22 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва" Polarizing fiber-optic meter of the angular rotation velocity and the initial velocity of a rifled artillery gun
RU2807259C1 (en) * 2023-02-28 2023-11-13 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ имени генерала армии А.В. Хрулева" Polarization method for measuring projectile movement parameters at internal ballistics stage

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7733267B2 (en) Method for analysing a substance in a container
US2837738A (en) Passive range measuring device
US3491358A (en) Atmospheric turbulence detection system
RU2715994C1 (en) Method for measuring initial speed of projectile
CN105509817A (en) TeraHertz wave Doppler interferometry instrument and method
Abratkiewicz et al. Radar signal parameters estimation using phase accelerogram in the time-frequency domain
KR20190135716A (en) Active Radar Target Simulating Apparatus having multiple Antennas
RU2395102C1 (en) Method of measuring missile velocity and device for realising said method
RU2669702C2 (en) Radar method for detecting and determining parameters of movement of low-attitude and low-visibility objects in decameter range of waves
RU2757929C1 (en) Method for measuring initial velocity of projectile by laser fiber-optic system
RU2515580C1 (en) Method to measure external ballistic characteristics of projectile and device for its realisation
RU2667485C1 (en) Method for radar scanning of space and multiposition complex therefor
RU2650419C1 (en) Sonar method of classification of underwater objects in a controlled area
RU2790640C1 (en) Way of measuring the initial velocity of high-speed projectiles with a laser fibre-optic system
RU2311661C2 (en) Method for measurement of speed of small-sized high-speed object at penetrating of spaced obstacles and device for its realization
RU2392639C1 (en) Method for measurement of missile initial speed and device for its implementation
RU2612201C1 (en) Method of determining distance using sonar
RU2765137C2 (en) Method for testing a laser ballistic measuring system
RU2338220C1 (en) Method of measurement of shell speed
RU2335785C1 (en) Laser doppler radar
RU2308735C1 (en) Method for determining position of radio radiation sources in short-distance zone
RU2766534C2 (en) Simulation and testing complex for laser ballistic measuring system
RU2515419C1 (en) Method of measuring change in course angle of probing signal source
Qin et al. Prediction of Point of impact of anti-ship missile—An approach combining target geometic features, circular error probable (CEP) and laser fuze
RU2362182C1 (en) Radial velocity measurement method and radiolocation station for its implementation