專利名稱：彈丸的章動參數(shù)測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開的彈丸的章動參數(shù)測量方法屬電子測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種采用內(nèi)測法利用彈丸轉(zhuǎn)速信息測量彈丸章動參數(shù)的新方法。
二.
背景技術(shù)：
對于線膛炮，高速旋轉(zhuǎn)的彈丸在空中飛行的同時彈軸繞著彈道切線做某種周期性的搖擺運(yùn)動，即章動。假設(shè)彈丸的質(zhì)心與坐標(biāo)原點(diǎn)O重合，N軸為彈道的切向---質(zhì)心運(yùn)動方向，軸為彈丸軸向，彈丸運(yùn)動無章動時彈道的切向N軸與彈丸的軸向t軸重合，如

圖1所示；彈丸運(yùn)動有章動時彈道的切向N軸與彈丸的軸向Z'軸間夾角δ即為彈丸運(yùn)動過程中的章動角，如圖2所示。彈丸章動參數(shù)測量的研究意義如下:①章動角是外彈道測量中的一個重要參量，在飛行體穩(wěn)定性測量理論中，章動角的變化是否正常是判斷其飛行是否穩(wěn)定的一個直接因素。章動角越小說明飛行體的穩(wěn)定性越好，反之穩(wěn)定性越差。②目標(biāo)識別是現(xiàn)在非常熱門的研究課題。目標(biāo)識別是指:一個特殊的目標(biāo)從其它目標(biāo)中被分離出來的過程，在彈道防御理論中有重要的作用，尤其是目標(biāo)真假的識別，其主要依靠目標(biāo)的三個主要特性:目標(biāo)運(yùn)動狀態(tài)、目標(biāo)的尺寸和形狀、目標(biāo)的溫度。章動角的研究是飛行目標(biāo)運(yùn)動狀態(tài)及形狀研究的基礎(chǔ)，故其在目標(biāo)識別中顯得尤為重要。章動的測量參數(shù)主要有章動角、章動周期。(I)章動角δ:章動角又稱攻角，是指飛行體在飛行過程中軸線與其質(zhì)心運(yùn)動方向(彈道切向方向)間的夾角。章動角近似呈正弦規(guī)律變化，且最大章動角出現(xiàn)在炮口附近。章動角通常在幾度到幾十度的范圍內(nèi)。(2)章動周期T:需要大于10個章動周期來推算其周期。目前常用的章 動參數(shù)測量方法很多，常用的章動測量方法有:高速攝影、狹縫攝影、光學(xué)立靶法和紙靶法等。①高速攝影法:兩臺線陣CCD相機(jī)對稱布置，當(dāng)彈丸進(jìn)入CCD視場時對其進(jìn)行高速掃描攝像，將掃描圖像實(shí)時存儲在高速緩存存儲器中，當(dāng)彈丸飛離存儲器視場時通過軟件對圖像進(jìn)行處理，重構(gòu)彈丸圖形，進(jìn)而得到彈丸的章動信息狹縫攝影法:利用狹縫相機(jī)對彈丸進(jìn)行拍攝，進(jìn)而在膠片上獲得彈丸的章動角信息。狹縫相機(jī)是在成像平面前安裝一個狹縫光闌，該狹縫垂直于彈丸目標(biāo)的飛行方向；③光學(xué)立靶法:利用兩臺線陣CCD相機(jī)對稱布置交匯成一光靶，當(dāng)彈丸穿越靶面時兩臺相機(jī)會分別記錄下彈丸位置信息，進(jìn)而獲得彈丸著靶坐標(biāo)，通過著靶坐標(biāo)計算出彈丸的章動角紙靶法:在離炮口適當(dāng)距離的一定區(qū)間內(nèi)，布置一系列紙靶，并使靶面與射線垂直，當(dāng)發(fā)射彈丸穿過紙靶時，就會在紙靶上留下一個個彈孔，根據(jù)彈丸的幾何形狀及彈孔尺寸即可推出彈丸穿靶時的章動角。上述的方法中，高速攝影法和狹縫攝影法所得照片小而不清晰，給定量計算造成困難；紙靶法邊緣破碎的孔型長短軸的判讀本身不嚴(yán)密，故其測試精度較差。光學(xué)立靶法由于彈頭和彈尾的著靶坐標(biāo)位置的判斷不嚴(yán)密，故其測試精度較差。上述各方法為外測法，難以獲取彈丸飛行過程完整的章動參數(shù)。本發(fā)明提出了一種利用彈丸轉(zhuǎn)速信息測量彈丸章動參數(shù)的新方法，該方法屬于內(nèi)測法，即將地磁傳感器和測試電路安裝在彈丸的內(nèi)部，在實(shí)彈試驗(yàn)后回收測試電路，讀取存儲器里的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)做分析、處理即可得出彈丸在飛行過程中的章動周期和章動角。通過對** 口徑彈丸實(shí)測數(shù)據(jù)的計算，驗(yàn)證了該方法是行之有效的，對彈丸章動參數(shù)的測量具有
重要意義。
三.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是:向社會提供這種彈丸的章動參數(shù)測量方法的技術(shù)方案，因?yàn)閺椡枵聞訁?shù)的測量具有重要的實(shí)用意義。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的:這種彈丸的章動參數(shù)測量方法，是采用內(nèi)測法測量彈丸章動參數(shù)的新方法，所述的內(nèi)測法是把測試裝置安裝在彈丸的內(nèi)部，在實(shí)彈試驗(yàn)后回收測試裝置，讀取測試裝置里存儲的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)做分析、處理即可得出彈丸在飛行過程中的章動周期和章動角等參數(shù)。技術(shù)特點(diǎn)在于:所述彈丸的章動參數(shù)測量方法包括如下詳細(xì)方法:(1).將測試裝置放入待發(fā)射的彈丸體內(nèi)，測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示；(2).測試裝置測量并存儲彈丸飛行過程中地磁傳感器切割磁力線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢來測量彈丸的章動參數(shù)；(3).回收測試完畢的測試裝置并把測試裝置記錄的實(shí)測數(shù)據(jù)讀入計算機(jī)中；(4).處理錄入計算機(jī)的數(shù)據(jù)，畫出彈丸感應(yīng)電動勢曲線的包絡(luò)線并求出彈丸的章動周期；(5).根據(jù)彈丸的感應(yīng)電動勢E及包絡(luò)線上的感應(yīng)電動勢差值ΛΕ求出彈丸的章動角。根據(jù)以上所述的彈丸的章動參數(shù)測量方法,技術(shù)特點(diǎn)還有:所述彈丸的章動參數(shù)測量方法之(2).測試裝置測量并存儲彈丸飛行過程中地磁傳感器切割磁力線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢來測量彈丸的章動參數(shù)，其詳細(xì)方法是:測試裝置的地磁傳感器采用纏繞在鐵磁性物體上的薄膜式地磁線圈，在發(fā)射彈丸旋轉(zhuǎn)時，采集由于線圈切割磁力線在線圈的兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，經(jīng)過測試裝置的電壓放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、存儲器把彈丸旋轉(zhuǎn)和章動運(yùn)動過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢信號存儲下來。

根據(jù)以上所述的彈丸的章動參數(shù)測量方法,技術(shù)特點(diǎn)還有:所述彈丸的章動參數(shù)測量方法之(4).處理錄入計算機(jī)的數(shù)據(jù)，畫出彈丸感應(yīng)電動勢曲線的包絡(luò)線并求出彈丸的章動周期詳細(xì)方法是:a.處理錄入計算機(jī)的數(shù)據(jù):對實(shí)測彈丸的感應(yīng)電動勢信號數(shù)據(jù)進(jìn)行去基線、定標(biāo)換算處理，得到處理后的彈丸出炮口后感應(yīng)電動勢隨時間變化的曲線，如圖8所示。b.畫出處理后的彈丸出炮口后感應(yīng)電動勢隨時間變化曲線的包絡(luò)線即是彈丸的章動運(yùn)動規(guī)律曲線，如圖10所示，該包絡(luò)線的周期即為彈丸的章動周期。c.求出彈丸的章動周期:對彈丸出炮口后感應(yīng)電動勢曲線的包絡(luò)線進(jìn)行去除偏置、濾波處理，去除偏置后的包絡(luò)線如圖11所示，去除偏置并濾波后的包絡(luò)線如圖12所示。依據(jù)處理后包絡(luò)線的周期數(shù)據(jù):包絡(luò)線若干周期經(jīng)歷時間/包絡(luò)線若干周期數(shù)=彈丸的章動周期T。根據(jù)以上所述的彈丸的章動參數(shù)測量方法,技術(shù)特點(diǎn)還有:所述彈丸的章動參數(shù)測量方法之(5).根據(jù)彈丸的感應(yīng)電動勢E及包絡(luò)線上的感應(yīng)電動勢差值ΛΕ求出彈丸的章動角的計算方法是:地球具有內(nèi)部穩(wěn)定磁場和外部變化的磁場，在地表上空確定位置具有確定的磁場。彈丸在Is內(nèi)飛行距離約為1km，故可認(rèn)為在Is內(nèi)地磁場方向保持不變。a.無章動角時:彈丸運(yùn)動無章動時包含測試裝置的示意圖如圖13所示。薄膜線圈式地磁傳感器采用法拉第電磁感應(yīng)定律為原理設(shè)計，工作原理為一個N匝線圈的閉合電路，切割地磁場產(chǎn)生周期性感應(yīng)電動勢，當(dāng)線圈隨著彈丸自旋而旋轉(zhuǎn)時，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢
權(quán)利要求
1.一種彈丸的章動參數(shù)測量方法，是采用內(nèi)測法測量彈丸章動參數(shù)的新方法，特征在于:所述彈丸的章動參數(shù)測量方法包括如下詳細(xì)方法:(I).將測試裝置放入待發(fā)射的彈丸體內(nèi)；(2).測試裝置測量并存儲彈丸飛行過程中地磁傳感器切割磁力線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢來測量彈丸的章動參數(shù)；(3).回收測試完畢的測試裝置并把測試裝置記錄的實(shí)測數(shù)據(jù)讀入計算機(jī)中；(4).處理錄入計算機(jī)的數(shù)據(jù)，畫出彈丸感應(yīng)電動勢曲線的包絡(luò)線并依據(jù)包絡(luò)線求出彈丸的章動周期；(5).根據(jù)彈丸的感應(yīng)電動勢E及包絡(luò)線上的感應(yīng)電動勢差值ΛE求出彈丸的章動角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈丸的章動參數(shù)測量方法，特征在于:所述彈丸的章動參數(shù)測量方法之(2).測試裝置測量并存儲彈丸飛行過程中地磁傳感器切割磁力線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢來測量彈丸的章動參數(shù)，其詳細(xì)方法是:測試裝置的地磁傳感器采用纏繞在鐵磁性物體上的薄膜式地磁線圈，在發(fā)射彈丸旋轉(zhuǎn)時，采集由于線圈切割磁力線在線圈的兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，經(jīng)過電壓放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、存儲器把彈丸旋轉(zhuǎn)和章動運(yùn)動過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢信號存儲下來。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈丸的章動參數(shù)測量方法，特征在于:所述彈丸的章動參數(shù)測量方法之(4).處理錄入計算機(jī)的數(shù)據(jù)畫出彈丸感應(yīng)電動勢曲線的包絡(luò)線并求出彈丸的章動周期詳細(xì)方法是: a.處理錄入計算機(jī)的數(shù)據(jù):對實(shí)測彈丸的感應(yīng)電動勢信號數(shù)據(jù)進(jìn)行去基線、定標(biāo)換算處理，得到處理后的彈丸出炮口后感應(yīng)電動勢隨時間變化的曲線； b.畫出處理后的彈丸出炮口后感應(yīng)電動勢隨時間變化曲線的包絡(luò)線即是彈丸的章動運(yùn)動規(guī)律曲線，該包絡(luò)線的周期即為彈丸的章動周期； c.求出彈丸的章動周期:對彈丸感應(yīng)電動勢曲線的包絡(luò)線進(jìn)行去除偏置、濾波處理，依據(jù)處理后包絡(luò)線的周期數(shù)據(jù):包絡(luò)線的若干周期經(jīng)歷時間/包絡(luò)線的若干周期數(shù)=彈丸的章動周期T。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈丸的章動參數(shù)測量方法，特征在于:所述彈丸的章動參數(shù)測量方法之(5).根據(jù)彈丸的感應(yīng)電動勢E及包絡(luò)線上的感應(yīng)電動勢差值△ E求出彈丸的章動角的計算方法是: a.無章動角時:薄膜線圈式地磁傳感器采用法拉第電磁感應(yīng)定律為原理設(shè)計，工作原理為一個N匝線圈的閉合電路，切割地磁場產(chǎn)生周期性感應(yīng)電動勢，當(dāng)線圈隨著彈丸自旋而旋轉(zhuǎn)時，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為: E = N— = N—[B S] = N—(B-S-cos0-smY)dt dt dt =NBS (cos θ ■ sin γ) = NBS(-sin0-siny^- + cose-cosy^-)(I) (I)式中E為線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢；Φ為單匝線圈的磁通量；t為時間；N為線圈的匝數(shù)；B為當(dāng)?shù)氐卮艌隹偞鸥袘?yīng)強(qiáng)度為總磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量；S為線圈的面積為面積矢量；Θ為線圈的旋轉(zhuǎn)角；Y為彈丸軸向與地磁場總磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間的夾角； b.有章動角時:彈丸運(yùn)動過程中有章動角時，線圈隨著彈丸自旋旋轉(zhuǎn)時，N匝線圈的閉合電路切割地磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為:
全文摘要
本發(fā)明公開的彈丸的章動參數(shù)測量方法屬電子測試技術(shù)領(lǐng)域，該方法是把測試裝置安裝在彈丸內(nèi)部的內(nèi)測法，其方法包括如下詳細(xì)方法(1).將測試裝置放入待發(fā)射的彈丸體內(nèi)；(2).測試裝置測量并存儲彈丸飛行過程中的章動參數(shù)；(3).回收測試完畢的測試裝置并把記錄的實(shí)測數(shù)據(jù)讀入計算機(jī)中；(4).處理錄入計算機(jī)的數(shù)據(jù)，求出彈丸的章動周期；(5).根據(jù)測試數(shù)據(jù)求出彈丸的章動角；本發(fā)明彈丸的章動參數(shù)測量新方法優(yōu)點(diǎn)有該內(nèi)測法克服了各種外測法測量彈丸章動參數(shù)的不足或缺點(diǎn)，是技術(shù)創(chuàng)新，通過對**口徑、另一**口徑彈丸實(shí)測數(shù)據(jù)的計算，驗(yàn)證了本發(fā)明的新測量方法是行之有效的，對彈丸章動參數(shù)的測量具有重要的實(shí)用意義和理論意義，這種測量方法值得采用和推廣。
文檔編號G01D21/02GK103217189SQ20131005097
公開日2013年7月24日 申請日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者裴東興, 馬鐵華, 范錦彪, 沈大偉, 岳晗, 李新娥, 靳鴻, 張瑜, 尤文斌, 王燕 申請人:中北大學(xué)