RU2766534C2 - Simulation and testing complex for laser ballistic measuring system - Google Patents
Simulation and testing complex for laser ballistic measuring system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2766534C2 RU2766534C2 RU2020119516A RU2020119516A RU2766534C2 RU 2766534 C2 RU2766534 C2 RU 2766534C2 RU 2020119516 A RU2020119516 A RU 2020119516A RU 2020119516 A RU2020119516 A RU 2020119516A RU 2766534 C2 RU2766534 C2 RU 2766534C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- projectile
- laser
- frequency
- input
- measuring
- Prior art date
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 32
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 6
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 5
- 244000309464 bull Species 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920005372 Plexiglas® Polymers 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/36—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области электромагнитных методов измерения начальной скорости снаряда, в частности к области испытаний лазерной баллистической измерительной системы.The invention relates to the field of electromagnetic methods for measuring the muzzle velocity of a projectile, in particular to the field of testing a laser ballistic measuring system.
Уровень техникиState of the art
Испытание является наиболее достоверным способом оценки технических характеристик системы. (Натурный эксперимент: Информационное обеспечение экспериментальных исследований / А.Н. Белюнов, Г.М. Солодихин, В.А. Солодовников и др. / Под ред. Н.И. Баклашова. - М: Радио и связь, 1982, с. 13-15).Testing is the most reliable way to evaluate system performance. (Natural experiment: Information support for experimental research / A.N. Belyunov, G.M. Solodikhin, V.A. Solodovnikov and others / Edited by N.I. Baklashov. - M: Radio and communication, 1982, p. 13-15).
В процессе испытания необходимо определить основные характеристики лазерной баллистической измерительной системы:During the test, it is necessary to determine the main characteristics of the laser ballistic measuring system:
- погрешность измерения начальной скорости снаряда;- error in measuring the initial velocity of the projectile;
- погрешность измерения скорости вращения снаряда.- error in measuring the speed of rotation of the projectile.
Испытание лазерной баллистической системы представляет собой технически и организационно сложный, дорогостоящий и продолжительный этап. Поэтому упрощение и удешевление испытания при сохранении достоверности является чрезвычайно актуальной задачей.Testing a laser ballistic system is a technically and organizationally complex, expensive and lengthy stage. Therefore, simplifying and reducing the cost of testing while maintaining reliability is an extremely urgent task.
Аналогом данного технического решения является лазерный измеритель скорости и/или перемещения малоразмерных объектов в местах с ограниченным доступом (патент RU 2610905 на изобретение заявка: 2015122034 от 09.06.2015 МПК G01S 17/58 (2006.01) опубликован: 17.02.2017 Бюл. №5)An analogue of this technical solution is a laser measuring the speed and / or movement of small objects in places with limited access (patent RU 2610905 for the invention application: 2015122034 dated 06/09/2015 IPC G01S 17/58 (2006.01) published: 02/17/2017 Bull. No. 5)
Лазерный измеритель скорости и/или перемещения малоразмерных объектов в местах с ограниченным доступом (фиг. 1) включает источник 1 лазерного излучения, соединенный оптическим волокном с оптическим изолятором 2, волоконным усилителем 3 с лазерным диодом накачки 4, оптический делитель 5, выполняющий роль светоделительной пластины для разделения оптического излучения в соотношении 1:1, соединенный оптическим волокном с коннектором FC/APC 6, выполняющим функцию слабоотражающего зеркала, и коллиматором 7 с диаметром пучка 0,8-1,2 мм, и оптическим приемником 8. Выход оптического приемника 8 подключен к входу осциллографа 9, соединенному через USB-интерфейс с персональным компьютером 10. При проведении эксперимента при измерении скорости пули 12 в стволе 11 пневматической винтовки также использовалось защитное оргстекло 13. Элементы измерителя [поз.1 + поз.2 + поз.3 + поз.4], поз.5, поз.6, [поз.7 + поз.12], поз.8 представляют собой оптоволоконный аналог интерферометра Майкельсона.A laser measuring device for the speed and/or movement of small objects in places with limited access (Fig. 1) includes a
Источником 1 лазерного излучения является полупроводниковый одночастотный лазер, стабилизированный с помощью брэгговской решетки, работающий на токе 120 мА, с мощностью излучения около 20 мВт и длиной волны 1064 нм при ширине линии генерации не более 3 МГц, что обеспечивает большую длину когерентности и, следовательно, обеспечивает возможность измерения динамики движения объекта в диапазоне перемещения до 100 м и в диапазоне скоростей от 0,1 до 180 м/с. Оптический изолятор 2 пропускает излучение от лазера 1 только в одном направлении и используется для того, чтобы отраженное излучение, идущее в обратном направлении, не оказывало негативного влияния на лазерный диод 4.The
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
В момент выстрела из пневматической винтовки ИЖ-61 свинцовой пулей весом 0.5 грамма, поршень освобождается спусковым механизмом, что приводит к его движению внутри стакана и, соответственно, к нагнетанию давления. Через специальное отверстие сжатый воздух попадает в канал ствола, что приводит к ускорению пули. Винтовка закреплялась на оптическом столе, защитное оргстекло 12 закреплялось под углом около 60° градусов относительно ствола 11 винтовки. Далее производится выстрел из винтовки посредством нажатия на спусковой крючок с одновременной подачей синхроимпульса на вход синхронизации осциллографа 9 при помощи специального датчика. Осциллограф 9 в режиме однократной записи по приходу синхроимпульса записывает 16776704 отсчетов с периодом снятия dt=2Hc. Осциллограмма представляет собой сигнал с оптического приемника 9, т.е. в сущности готовую интерферограмму.At the moment of firing from an IZH-61 air rifle with a lead bullet weighing 0.5 grams, the piston is released by the trigger mechanism, which leads to its movement inside the glass and, accordingly, to pressure build-up. Through a special hole, compressed air enters the bore, which leads to the acceleration of the bullet. The rifle was fixed on an optical table, the
Благодаря эффекту Доплера в данной осциллограмме будут наблюдаться биения с частотой прямо пропорциональной скорости измеряемого объекта (пули), поэтому необходимо вычислить спектральные компоненты осциллограммы в различные моменты времени. Спектрограмма вычисляется с использованием быстрого преобразование Фурье (БПФ), которая далее пересчитывается в скорость пули.Due to the Doppler effect, beats will be observed in this oscillogram with a frequency directly proportional to the speed of the measured object (bullet), so it is necessary to calculate the spectral components of the oscillogram at different times. The spectrogram is computed using the Fast Fourier Transform (FFT), which is then converted to bullet velocity.
Недостатком данного описанного устройства является недостаточная достоверность измеренных скоростей. Испытание является наиболее объективным способом оценки технических характеристик системы. Наиболее близким к заявляемому устройству (прототип), является устройство измерения внешнебаллистических характеристик снаряда, предназначенное для измерения скорости снаряда, угловой скорости вращения снаряда вокруг продольной оси и величины нутации снаряда (Патент RU2515580 на изобретение заявка: 2013112556/07 от 20.03.2013 МПК G01S 13/58 (2006.01) опубликован: 10.05.2014 Бюл. №13). Сущность прототипа заключается в том, в устройстве для измерения внешнебаллистических характеристик снаряда, содержащем доплеровский радиолокатор, индикатор ширины спектра, в которое дополнительно введены ключ, линия задержки, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти, блок обработки данных, индикатор начальной скорости снаряда и индикатор угловой скорости вращения снаряда, причем выход доплеровского радиолокатора соединен с первым входом ключа, второй вход которого соединен с выходом линии задержки, вход которой соединен с выходом индукционного датчика размещенного на канале ствола метаемого тела, а выход с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом блока памяти, выход которого соединен с входом блока обработки сигналов, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входами индикатора начальной скорости снаряда, индикатора ширины спектра и индикатора угловой скорости вращения снаряда.The disadvantage of this described device is the lack of reliability of the measured speeds. Testing is the most objective way to assess the performance of a system. Closest to the claimed device (prototype) is a device for measuring the external ballistic characteristics of the projectile, designed to measure the speed of the projectile, the angular velocity of rotation of the projectile around the longitudinal axis and the amount of nutation of the projectile (Patent RU2515580 for the invention application: 2013112556/07 dated 20.03.2013 IPC G01S 13 /58 (2006.01) published: May 10, 2014 Bull. No. 13). The essence of the prototype lies in the fact that, in a device for measuring the external ballistic characteristics of a projectile, containing a Doppler radar, a spectrum width indicator, in which a key, a delay line, an analog-to-digital converter, a memory unit, a data processing unit, an indicator of the initial velocity of the projectile and an angular indicator the speed of rotation of the projectile, and the output of the Doppler radar is connected to the first input of the key, the second input of which is connected to the output of the delay line, the input of which is connected to the output of the induction sensor placed on the bore of the missile body, and the output to the input of the analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of the memory block, the output of which is connected to the input of the signal processing unit, the first, second and third outputs of which are connected respectively to the inputs of the projectile initial velocity indicator, the spectrum width indicator and the projectile angular velocity indicator.
Кроме того, блок обработки данных состоит из анализатора достоверности данных, блока определения ширины спектра, блока определения угловой скорости вращения снаряда, при этом вход блока обработки сигнала является входом анализатора достоверности данных, выход которого соединен с входом блока определения ширины спектра и блока определения угловой скорости вращения снаряда, выходы анализатора достоверности данных, блока определения ширины спектра и блока определения угловой скорости вращения снаряда, являются соответственно первым, вторым и третьим выходами блока обработки сигналов.In addition, the data processing unit consists of a data reliability analyzer, a spectrum width determination unit, a projectile angular velocity determination unit, while the input of the signal processing unit is the input of the data reliability analyzer, the output of which is connected to the input of the spectrum width determination unit and the angular velocity determination unit projectile rotation, the outputs of the data reliability analyzer, the spectrum width determination unit and the projectile angular velocity determination unit are the first, second and third outputs of the signal processing unit, respectively.
Алгоритм работы анализатора достоверности данных заключается в оценивании достоверности дискретных значений текущей скорости снаряда для каждой позиции в полученной последовательности содержащихся 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, скорость движения снаряда определяется в соответствии с выражениемThe operation algorithm of the data reliability analyzer consists in evaluating the reliability of discrete values of the current projectile velocity for each position in the obtained sequence of data contained, selecting, taking into account the results obtained in this sequence, a section containing predominantly reliable data, from which the initial velocity of the projectile is determined, while assessing the reliability data on the current velocity of the projectile use criteria that take into account the specified requirements for the accuracy of measuring the initial velocity of the projectile; when forming a section of the said 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 is determined by the presence of two or more positions with invalid data; the observation start delay time used in calculating the muzzle velocity of the projectile is the sum of the set delay and the total duration of the realization of the Doppler echo signal preceding the first position in the data section generated for calculating the muzzle velocity of the projectile; if there are single positions with unreliable data in the selected section of the sequence of discrete values of the current projectile speed, the data contained in such single positions are replaced by the average value of reliable data from two positions of this section directly adjacent to them, the reliability of the data on the current projectile speed is checked by exceeding the actual ratio the signal/noise of its value, which is necessary to ensure the specified accuracy of determining the initial speed of the projectile, the reliability of data on the current speed of the projectile is estimated by changes in the values of the current speed of the projectile, presented at adjacent positions in the resulting sequence, while first, zones are detected by the magnitude of these changes, containing unreliable data, and then, based on reliable data obtained from positions immediately adjacent to these zones, the expected speed values \u200b\u200bare determined for each position in the detected zone and each position is localized with insufficient 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 are considered reliable, the velocity of the projectile is determined in accordance with the expression
где Δf - частота Доплера, λ - длина волны, Δϕ - угол наблюдения.where Δf is the Doppler frequency, λ is the wavelength, Δϕ is the viewing angle.
Кроме того, блок определения ширины спектра функционирует в соответствии с алгоритмом, суть которого заключается в вычислении модуля быстрого преобразования ФурьеIn addition, the block for determining the spectrum width operates in accordance with the algorithm, the essence of which is to calculate the modulus of the fast Fourier transform
где yk=y(k/Fd) - оцифрованный аналого-цифровым преобразователем входной сигнал y(t), Fd - частота дискретизации исходного сигнала, N - число отсчетов ДПФ, Sn - действительная амплитуда n-ой спектральной гармоники, частоту которой можно определить как: определение величины порога:where y k =y(k/F d ) is 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 DFT samples, S n is the actual amplitude of the n-th spectral harmonic, the frequency which can be defined as: definition of the threshold value:
где Рлт - вероятность ложной тревоги, которая на практике обычно принимается равной 10-5, σ2 ш - дисперсия шума, значение которой можно вычислить, проанализировав БПФ выходного сигнал радиолокатора при отсутствии движущихся объектов в его зоне видимости на соответствие закону распределения Релея, обнуление гармоник, не превысивших значение порога Sпор и находящихся в области ожидаемых частот Доплера:where Рlt is the probability of a false alarm, which in practice is usually taken equal to 10-5, σ 2 w is the noise dispersion, the value of which can be calculated by analyzing the FFT of the radar output signal in the absence of moving objects in its visibility zone for compliance with the Rayleigh distribution law, nulling harmonics , which have not exceeded the value of the threshold S then and are in the region of the expected Doppler frequencies:
где fож.min, fож.max. - нижняя и верхняя границы области ожидаемых частот Доплера соответственно, определение ширины спектра сигнала:where f exp.min , f exp.max. - the lower and upper limits of the expected Doppler frequency range, respectively, determining the width of the signal spectrum:
где fc.min - нижняя граница спектра сигнала, fc.max - верхняя граница спектра сигнала, Δf - ширина спектра сигнала, определение по ширине спектра площади максимального сечения снаряда плоскостью, перпендикулярной линии визирования снаряда, определении величины нутации снаряда по изменению данной площади на каждой позиции (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, determining the projectile maximum section area by the plane perpendicular to the projectile line of sight by the spectrum width, determining the projectile nutation value by changing this area at each position (Fig. 5).
Кроме того, блок определения угловой скорости вращения снаряда функционирует в соответствии с алгоритмом, суть которого заключается в вычислении частот гармоник вторичной модуляции в амплитудно-частотном спектре выбранного участка измерения, при этом при получении амплитудно-частотного спектра применяется алгоритм компенсации влияния фазовой модуляции отраженного радиолокационного сигнала:In addition, the unit for determining the angular velocity of the projectile operates in accordance with the algorithm, the essence of which is to calculate the harmonic frequencies of the secondary modulation in the amplitude-frequency spectrum of the selected measurement area, while obtaining the amplitude-frequency spectrum, an algorithm is used to compensate for the effect of phase modulation of the reflected radar signal :
- определение комплексной спектральной амплитуды на выходе алгоритма БПФ:- determination of the complex spectral amplitude at the output of the FFT algorithm:
Где - выбранный участок отраженного эхо-сигнала, K - число отсчетов выбранного участка сигнала,Where - the selected section of the reflected echo signal, K - the number of samples of the selected section of the signal,
- определение границы спектра доминирующей гармоники:- determination of the boundary of the spectrum of the dominant harmonic:
где [Nэ.min, Nэ.max] - интервал спектральных отсчетов, содержащий частоты доминирующей гармоники, nпл - частотная позиция максимальной спектральной амплитуды, Δnпл - априорно заданная ширина интервала поиска энергетического центра спектра доминирующей гармоники,where [N e.min , N e.max ] is the interval of spectral readings containing the frequencies of the dominant harmonic, n pl is the frequency position of the maximum spectral amplitude, Δn pl is the a priori specified width of the search interval for the energy center of the spectrum of the dominant harmonic,
- определение энергетического центра спектра доминирующей гармоники, по квадратам спектральных амплитуд:- determination of the energy center of the spectrum of the dominant harmonic, by the squares of the spectral amplitudes:
где , nс - априорно известная ширина спектра доминирующей гармоники, выделение спектра сигнала, отраженного от снаряда, и осуществление дополнения его нулями:where , n c - a priori known width of the spectrum of the dominant harmonic, selection of the spectrum of the signal reflected from the projectile, and the implementation of its completion with zeros:
где nф - ширина спектра сигнала, отраженного от снаряда, включая гармоники вторичной модуляции, проведении циклического смещение спектра таким образом, чтобы энергетический центр спектра оказался в нулевой позиции в соответствии с выражением:where n f is the width of the spectrum of the signal reflected from the projectile, including the harmonics of the secondary modulation, carrying out a cyclic shift of the spectrum so that the energy center of the spectrum is in the zero position in accordance with the expression:
- осуществление выполнения операции обратного БПФ спектра и получение корректирующего сигнала:- implementation of the operation of the inverse FFT spectrum and receiving a corrective signal:
- осуществление умножения исходного участка сигнала на комплексно-сопряженный корректирующий сигнал и выполнение операции БПФ:- implementation of the multiplication of the original signal section by the complex conjugate corrective signal and performing the FFT operation:
- выделение из спектра эхо-сигнала Zn двух пар гармоник вторичной модуляции, расположенных ближе всех к доминирующей гармонике, и определение значений частот f1 и f2, при которых они достигают максимума,- extracting from the spectrum of the echo signal Z n two pairs of harmonics of the secondary modulation, located closest to the dominant harmonic, and determining the values of the frequencies f 1 and f 2 at which they reach a maximum,
- вычисление угловой скорости вращения снаряда вокруг продольной оси по формуле:- calculation of the angular velocity of rotation of the projectile around the longitudinal axis according to the formula:
ω=2πfвp ω=2πf vp
где fвp=f1-f2)/2, f1 и f2 - частоты, соответствующие максимумам первых парных гармоник вторичной модуляции доплеровского эхо-сигнала. На фиг. 2 приведена схема установки для оценки внешнебаллистических характеристик снаряда, где 14 - устройство для измерения внешнебаллистических характеристик снаряда, 15 - метательное устройство, 16 - индукционный датчик, 17 - метаемое тело, на фиг. 3 - структурная схема устройства измерения внешнебаллистических характеристик снаряда, где 18 - доплеровский радиолокатор, 19 - ключ, 20 - линия задержки, 21 - аналого-цифровой преобразователь, 22 - блок памяти, 23 - блок обработки данных, 24 - индикатор скорости движения снаряда, 25 - индикатор ширины спектра, 26 - индикатор угловой скорости вращения снаряда, на фиг. 4 - структурная схема блока обработки данных, где 27 - анализатор достоверности данных, 28 - блок определения ширины спектра, 29 - блок определения угловой скорости вращения снаряда.where f vp =f 1 -f 2 )/2, f 1 and f 2 - frequency corresponding to the maxima of the first pair of harmonics of the secondary modulation of the Doppler echo signal. In FIG. 2 shows a diagram of an installation for evaluating the external ballistic characteristics of a projectile, where 14 is a device for measuring the external ballistic characteristics of a projectile, 15 is a throwing device, 16 is an induction sensor, 17 is a projectile, in Fig. 3 is a block diagram of a device for measuring the external ballistic characteristics of a projectile, where 18 is a Doppler radar, 19 is a key, 20 is a delay line, 21 is an analog-to-digital converter, 22 is a memory unit, 23 is a data processing unit, 24 is an indicator of projectile speed, 25 - indicator of the width of the spectrum, 26 - indicator of the angular velocity of the projectile, in Fig. 4 is a block diagram of a data processing unit, where 27 is a data reliability analyzer, 28 is a spectrum width determination unit, 29 is a projectile angular velocity determination unit.
Устройство для измерения внешнебаллистических характеристик снаряда функционирует следующим образом. При нажатии на боевую кнопку происходит одновременный запуск устройства 14 для измерения внешнебаллистических характеристик и срабатывание метательного устройства 15, при этом в момент выхода снаряда 17 из канала ствола срабатывает индукционный датчик 16 (фиг. 2).The device for measuring the external ballistic characteristics of the projectile operates as follows. When the combat button is pressed, the
Доплеровский радиолокатор 18 осуществляет излучение электромагнитной энергии в направлении движения снаряда, отраженный от снаряда сигнал поступает на первый вход ключа 19, на второй вход которого поступает сигнал с выхода линии 20 задержки, на вход которой поступает сигнал с выхода индукционного датчика 17 (фиг. 3). 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 19, через аналого-цифровой преобразователь 21, поступает на вход блока памяти 22, где осуществляется его запись. Обработка полученных данных осуществляется в блоке обработки данных 23, при этом осуществляется анализ достоверности данных в анализаторе достоверности данных 27 (фиг. 4).The Doppler
Анализатор 27 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.The
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. 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.Calculation of the initial velocity of the projectile is carried out at the time t 0 =t ass +t Σ , where t ass is the set delay, t Σ is the total duration of the Doppler echo signal realization preceding the first position in the data section formed to calculate the initial velocity of the projectile. 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 by the average value of reliable data from two positions of this section immediately adjacent to them.
Таким образом, анализатор 27 достоверности данных обеспечивает выборку участка повышенной достоверности данных и обеспечивает проверку достоверности текущей скорости.Thus, the
С выхода анализатора 27 достоверности данных сигналы поступают на входы блока 28 определения ширины спектра и блока 29 определения угловой скорости вращения снаряда.From the output of the
Кроме того, сигнал с выхода анализатора 27 достоверности данных поступает на вход индикатора 24 скорости движения снаряда. Блок 28 определения ширины спектра обеспечивает вычисление модуля быстрого преобразования Фурье (БПФ), определение ширины спектра сигнала, определение по ширине спектра площади максимального сечения снаряда плоскостью, перпендикулярной линии визирования снаряда, определение величины нутации снаряда по изменению площади на каждой позиции. Сигнал с выхода блока 28 определения ширины спектра поступает на вход индикатора 25 ширины спектра. Блок 29 определения угловой скорости вращения снаряда обеспечивает определение угловой скорости вращения снаряда относительно продольной оси для выбранного участка измерения.In addition, the signal from the output of the
Недостатком данного устройства является недостаточная достоверность измеренных внешнебаллистических характеристик, которая устанавливается анализатором достоверности на основе расчетных, а не экспериментальных данных. Испытание является наиболее объективной оценкой технических характеристик лазерной баллистической измерительной системы. Технической задачей изобретения является имитационно-испытательный комплекс для испытания лазерной баллистической измерительной системы и установление ее основных тактико-технических характеристик:The disadvantage of this device is the insufficient reliability of the measured external ballistic characteristics, which is set by the reliability analyzer on the basis of calculated rather than experimental data. The test is the most objective assessment of the performance of a laser ballistic measurement system. The technical objective of the invention is a simulation test complex for testing a laser ballistic measuring system and establishing its main performance characteristics:
- погрешности измерения начальной скорости снаряда;- errors in measuring the initial velocity of the projectile;
- погрешности измерения скорости вращения снаряда.- errors in measuring the speed of rotation of the projectile.
Указанный технический результат достигается тем, что имитационно-испытательный комплекс для оценки технических характеристик (погрешностей измерения скорости поступательного движения артиллерийского снаряда и скорости его вращения) лазерной баллистической измерительной системы, на соответствие требованиям тактико-технического задания), содержащий снаряд для создания натурной обстановки в измерительной зоне, лазерную баллистическую измерительную систему, одночастотный лазер, блок управления и обработки сигналов. Отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что выход одночастотного лазера, лазерной баллистической измерительной системы соединен с входом оптического частотного модулятора, а его оптический выход соединен с входом коллиматора, излучение с которого направлено на неподвижный снаряд, при этом управляющий вход оптического частотного модулятора соединен с выходом управляемого делителя частоты, вход которого соединен с выходом высокочастотного генератора, а управляющий вход делителя частоты соединен с блоком управления и обработки сигналов, которым задаются фиксированные частоты модуляции соответствующие доплеровскому сдвигу частоты для заданной на данном временном интервале имитируемой скорости снаряда Viз, при этом отраженное от снаряда излучение принимается лазерной баллистической измерительной системой, которая вычисляет имитируемую скорость снаряда , а комплекс определяет погрешности измерения скорости движения снаряда ΔVi=Viз - Viи на различных временных интервалах, где λ0 - длина волны одночастотного лазера.The specified technical result is achieved by the fact that a simulation and test complex for evaluating the technical characteristics (errors in measuring the speed of the translational movement of an artillery projectile and the speed of its rotation) of a laser ballistic measuring system, for compliance with the requirements of the tactical and technical task), containing a projectile for creating a full-scale environment in the measuring zone, laser ballistic measuring system, single-frequency laser, control and signal processing unit. A distinctive feature of the claimed invention is that the output of a single-frequency laser, a laser ballistic measuring system is connected to the input of an optical frequency modulator, and its optical output is connected to the input of a collimator, the radiation from which is directed to a stationary projectile, while the control input of the optical frequency modulator is connected to the output controlled frequency divider, the input of which is connected to the output of a high-frequency generator, and the control input of the frequency divider is connected to a control and signal processing unit, which sets fixed modulation frequencies corresponding to the Doppler frequency shift for the simulated projectile speed V iz specified at a given time interval, while the radiation reflected from the projectile is received by the laser ballistic measuring system, which calculates the simulated projectile speed , and the complex determines the error in measuring the velocity of the projectile ΔV i =V iz - V ii at different time intervals, where λ 0 is the wavelength of a single-frequency laser.
Другой отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что продольная ось снаряда связана с ротором электрического двигателя и образцовым тахометром, при этом погрешность измерения скорости вращения снаряда определяется соотношением Δωi=ωiз -ωiи, где ωiз - значение скорости по тахометру, ωiи - значение скорости измеренное лазерной баллистической измерительной системой.Another distinctive feature of the claimed invention is that the longitudinal axis of the projectile is connected with the rotor of the electric motor and the exemplary tachometer , while the measurement error of the projectile rotation speed is determined by the ratio - speed value measured by the laser ballistic measuring system.
Осуществление изобретения.Implementation of the invention.
На фиг. 6 представлена функциональная схема имитационно-испытательного комплекса для лазерной баллистической измерительной системы.In FIG. 6 shows a functional diagram of a simulation and test complex for a laser ballistic measuring system.
Имитационно-испытательный комплекс для лазерной баллистической измерительной системы содержит лазерную баллистическую измерительную систему с одночастотным лазером 30, волоконно-оптическую приемную систему 31, блок управления и обработки информации 32. Выход одночастотного лазера 30, соединен с входом частотного модулятора 33, а его выход соединен с входом волоконно-оптического коллиматора 34, излучение с которого направлено на неподвижный в продольном направлении снаряд 35, продольная ось которого соединена с электрическим двигателем 36 и тахометром 37. Частота модуляции модулятора 33 задается высокочастотным генератором 38 и делителем частоты 39.The simulation and test complex for a laser ballistic measuring system contains a laser ballistic measuring system with a single-
Устройство функционирует следующим образом. На неподвижный, продольном направлении снаряд 35, направляется излучение одночастотного лазера 30, входящего в состав лазерной доплеровской измерительной баллистической системы. Излучение одночастотного лазера 30 проходит частотный модулятор 33. Блок управления и обработки информации 32 задает делителем частоты 39, величины частот модуляции излучения одночастотного лазера, соответствующих заданным скоростям движения снаряда Viз, на временных интервалах t1-tn (фиг. 7). Отраженное от неподвижного снаряда излучение принимается волоконно-оптической приемной системой 31 лазерной баллистической измерительной системой, которая производит обработку принятой информации и вычисляет текущую (имитируемую) на данном временном интервале времени скорость снаряда Viи по значениям доминирующих частот в спектре отраженного сигнала. Далее определяются погрешности измерения скорость движения снаряда (имитируемая) на различных временных интервалах ΔVi=Viз-Viи.The device functions as follows. On a fixed, longitudinal direction of the projectile 35, the radiation of a single-
Одновременно с этим, снаряд 35 приводится во вращательное движение относительно своей продольной оси электрическим двигателем 36, а заданная угловая скорость ωiз измеряется тахометром 37. Лазерная баллистическая измерительная система по паре гармоник f1 и f2 вторичной модуляции, расположенных ближе всех к доминирующей частоте, вычисляет угловую скорость вращения снаряда вокруг продольной оси ωiи=2πƒв, где ƒв=(ƒ1-ƒ2)/2. По измеренной угловой скорости вращения снаряда ωи, и заданной угловой скорости ωiз определяется погрешность измерения угловой скорости вращения снаряда Δωi=ωiз-ωiи. Заявляемое устройство позволит проводить испытания лазерной баллистической измерительной системы и устанавливать ее тактико-технические характеристики:At the same time, the projectile 35 is driven in rotation about its longitudinal axis by an
- погрешность измерения начальной скорости снаряда;- error in measuring the initial velocity of the projectile;
- погрешность измерения скорости вращения снаряда. Все компоненты системы являются стандартными для телекоммуникационных применений.- error in measuring the speed of rotation of the projectile. All system components are standard for telecommunications applications.
Использованные источники информации:Used sources of information:
1. Натурный эксперимент: Информационное обеспечение экспериментальных исследований / А.Н. Белюнов, Г.М. Солодихин, В.А. Солодовников и др. / Под ред. Н.И. Баклашова. - М: Радио и связь, 1982, с.13-15.1. Full-scale experiment: Information support for experimental research / A.N. Belyunov, G.M. Solodikhin, V.A. Solodovnikov and others / Ed. N.I. Baklashov. - M: Radio and communication, 1982, p.13-15.
2. Патент RU 2610905 на изобретение заявка: 2015122034 от 09.06.2015 МПК G01S 17/58 (2006.01) опубликован: 17.02.2017 Бюл. №5.2. Patent RU 2610905 for invention application: 2015122034 dated 06/09/2015
3. Патент RU 2515580 на изобретение заявка: 2013112556/07 от 20.03.2013 МПК G01S 13/58 (2006.01) опубликован: 10.05.2014 Бюл. №13.3. Patent RU 2515580 for invention application: 2013112556/07 dated 03/20/2013
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020119516A RU2766534C2 (en) | 2020-06-05 | 2020-06-05 | Simulation and testing complex for laser ballistic measuring system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020119516A RU2766534C2 (en) | 2020-06-05 | 2020-06-05 | Simulation and testing complex for laser ballistic measuring system |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020119516A RU2020119516A (en) | 2021-12-06 |
RU2020119516A3 RU2020119516A3 (en) | 2021-12-06 |
RU2766534C2 true RU2766534C2 (en) | 2022-03-15 |
Family
ID=79171531
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020119516A RU2766534C2 (en) | 2020-06-05 | 2020-06-05 | Simulation and testing complex for laser ballistic measuring system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2766534C2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0593777A (en) * | 1991-09-30 | 1993-04-16 | Nec Corp | Doppler measurement system |
US6362775B1 (en) * | 2000-04-25 | 2002-03-26 | Mcdonnell Douglas Corporation | Precision all-weather target location system |
US7197197B2 (en) * | 2001-10-25 | 2007-03-27 | The Johns Hopkins University | Method for detecting projectile impact location and velocity vector |
RU2351947C2 (en) * | 2007-01-19 | 2009-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет) | Method of measuring initial shell velocity |
RU2392639C1 (en) * | 2009-06-22 | 2010-06-20 | Сергей Михайлович Мужичек | Method for measurement of missile initial speed and device for its implementation |
RU2576333C1 (en) * | 2014-09-02 | 2016-02-27 | Василий Васильевич Ефанов | Method of determining ballistic characteristics of projectiles and data processing system for its implementation |
-
2020
- 2020-06-05 RU RU2020119516A patent/RU2766534C2/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0593777A (en) * | 1991-09-30 | 1993-04-16 | Nec Corp | Doppler measurement system |
US6362775B1 (en) * | 2000-04-25 | 2002-03-26 | Mcdonnell Douglas Corporation | Precision all-weather target location system |
US7197197B2 (en) * | 2001-10-25 | 2007-03-27 | The Johns Hopkins University | Method for detecting projectile impact location and velocity vector |
RU2351947C2 (en) * | 2007-01-19 | 2009-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет) | Method of measuring initial shell velocity |
RU2392639C1 (en) * | 2009-06-22 | 2010-06-20 | Сергей Михайлович Мужичек | Method for measurement of missile initial speed and device for its implementation |
RU2576333C1 (en) * | 2014-09-02 | 2016-02-27 | Василий Васильевич Ефанов | Method of determining ballistic characteristics of projectiles and data processing system for its implementation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2020119516A (en) | 2021-12-06 |
RU2020119516A3 (en) | 2021-12-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9702975B2 (en) | Lidar measuring system and lidar measuring method | |
US10261187B2 (en) | Optical phasograms for LADAR vibrometry | |
JP6868246B2 (en) | Equipment and methods for measuring Brillouin frequency shift | |
CN105509817A (en) | TeraHertz wave Doppler interferometry instrument and method | |
RU2766534C2 (en) | Simulation and testing complex for laser ballistic measuring system | |
Zhai et al. | Design of terahertz-wave Doppler interferometric velocimetry for detonation physics | |
US5701006A (en) | Method and apparatus for measuring distances using fiber optics | |
Rodriguez et al. | Fiber Bragg grating sensing of detonation and shock experiments at Los Alamos National Laboratory | |
RU2715994C1 (en) | Method for measuring initial speed of projectile | |
RU2610905C2 (en) | Laser device for measuring velocity and/or displacement of small-size objects in limited-access places | |
US20080273209A1 (en) | Systems and methods for high-precision length measurement | |
RU2765137C2 (en) | Method for testing a laser ballistic measuring system | |
RU2790640C1 (en) | Way of measuring the initial velocity of high-speed projectiles with a laser fibre-optic system | |
RU2757929C1 (en) | Method for measuring initial velocity of projectile by laser fiber-optic system | |
RU2792607C1 (en) | Polarizing fiber-optic meter of the angular rotation velocity and the initial velocity of a rifled artillery gun | |
RU2805642C1 (en) | Polarization system for measuring parameters of projectile movement around the barrel of a rifled artillery gun | |
RU2766535C1 (en) | Laser fiber-optic meter of initial velocity of projectile | |
RU2387949C1 (en) | Method of charge influence initiation | |
Mokrushin et al. | An interferometer with time-and-frequency signal compression for studying properties of materials in shock wave experiments | |
US20120046898A1 (en) | Systems and methods for pressure measurement using optical sensors | |
RU2727778C1 (en) | Doppler fibre-optic device of projectile initial speed | |
RU2807259C1 (en) | Polarization method for measuring projectile movement parameters at internal ballistics stage | |
CN205506097U (en) | Terahertz wave doppler interference measuring apparatus | |
RU2729950C2 (en) | Systems and methods of polling parameters in multiple places in a sample | |
Myers et al. | Application of W-band, Doppler radar to railgun velocity measurements |