專利名稱:單排光源雙z型反射式光幕靶測速定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測量彈丸速度以及彈著點(diǎn)坐標(biāo)技術(shù)，特別是一種單排光源雙Z型反射式光幕IE測速定位方法。
背景技術(shù)：
除傳統(tǒng)的人工報(bào)靶技術(shù)外，現(xiàn)有的彈著點(diǎn)檢測方法主要采用聲、光、電等方法。比如采用導(dǎo)電橡膠靶法、基于圖像處理的坐標(biāo)靶、光電坐標(biāo)靶法、線陣CCD靶法、聲電坐標(biāo)靶法等。導(dǎo)電橡膠靶法存在靶板壽命的問題；基于圖像處理的坐標(biāo)靶法采用視覺處理的方法，實(shí)際使用效果與算法關(guān)系較大，處理結(jié)果參差不齊；線陣CCD靶法采用交匯的方式，成本較高；聲靶法是對彈丸激波的檢測，存在干擾較大的問題，且對斜向入射的彈丸測量誤差較大；在實(shí)際應(yīng)用中光電靶法是較常用的測量彈丸落點(diǎn)的方法。
目前現(xiàn)有的測量彈道的方法有雷達(dá)法、高速攝影法、多光幕靶法等。雷達(dá)法適用于遠(yuǎn)距離測量彈道；高速攝影法測量彈道至少需要在兩個(gè)方向上同時(shí)測量以確定彈道，而高速攝影機(jī)費(fèi)用動(dòng)輒百萬；多光幕法是進(jìn)行彈道測量的一個(gè)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠方便的方法。
西安工業(yè)學(xué)院(馮斌，倪晉平等.六光幕結(jié)構(gòu)立靶坐標(biāo)測量原理.彈道學(xué)報(bào)2008，20(01):59-61.)提出了一種六光幕結(jié)構(gòu)，根據(jù)6個(gè)光幕布置的幾何關(guān)系，運(yùn)用空間解析幾何的方法建立6個(gè)光幕面的平面方程，并與含有未知參數(shù)的彈道方程聯(lián)立，將測到的彈丸依次穿過6個(gè)幕面的時(shí)間代入聯(lián)立方程組，求得彈道方程中的未知參數(shù)，獲得彈道線與預(yù)定光幕面的交點(diǎn)坐標(biāo)，可解決彈道不垂直預(yù)定靶面入射的問題。此方法需要用6套光源及6套光探測器，解算方法較為復(fù)雜。
南京理工大學(xué)(YuJiyan, Li Yongxin, Wang Xiaoming, Theory of ballistictrajectorymeasurement using a mult1-reflective laser light screen target，International Symposium onPhotoelectronic Detection and Imaging 2009 (ISPDI2009))采用2套光源及2套光探測器外加5面反射鏡構(gòu)建了 7道光幕，實(shí)現(xiàn)對彈丸彈道的測量。此方法采用的光源為不可定位式光源，對空間坐標(biāo)的求取均通過測時(shí)來得到，此方法解算相對簡單，但由于采用了 2套光源及探測器，安裝調(diào)試要求的精度較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用一套光源及光探測器實(shí)現(xiàn)對彈丸彈道測量的方法。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種單排光源雙Z型反射式光幕靶彈道測量方法，步驟如下:
(I)單排平行光源發(fā)出的平行光構(gòu)成第一道光幕，該第一道光幕經(jīng)第一反射鏡反射后形成第二道光幕，該第二道光幕經(jīng)過第二反射鏡反射后形成第三道光幕，在該第三道光幕經(jīng)過第三反射鏡反射后形成第四道光幕，該第四道光幕經(jīng)過第四反射鏡反射后形成第五道光幕，在該第五道光幕末端放置光探測器，第一道光幕、第三道光幕、第五道光幕相互平行，第二道光幕與第四道光幕平行。第一道光幕、第二道光幕、第三道光幕、第四道光幕、第五道光幕共同構(gòu)成一個(gè)光幕祀體，且所述的第一、二、三、四、五道光幕在與該第一、二、三、四、五道光幕垂直平面上的投影是首尾相接的兩個(gè)Z字形或者是兩個(gè)反Z字形；
(2)當(dāng)彈丸依次穿越第一、二、三、四、五道光幕時(shí)對應(yīng)測得穿越各光幕的時(shí)刻，通過靶體尺寸與時(shí)間差等信息間接求出彈丸過靶速度以及彈丸與第二道光幕、第三道光幕、第四道光幕相交點(diǎn)在與第一、二、三、四、五道光幕垂直平面上的兩個(gè)坐標(biāo)；
(3)通過光探測器獲得彈丸遮擋光線的位置，即得到彈丸與第二、三、四道光幕相交點(diǎn)在光探測器的光敏元器件排列方向上的坐標(biāo)；
(4)彈丸與第二、三、四道光幕的3個(gè)相交點(diǎn)的空間坐標(biāo)進(jìn)行擬合，求出彈道方程；
(4)根據(jù)彈道方程計(jì)算需要的數(shù)據(jù)，將諸如彈道方程或者彈道上某點(diǎn)坐標(biāo)等類似有用的信息傳輸給顯示設(shè)備或者計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步處理。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):(1)節(jié)省成本，只用單排光源，光幕成本為現(xiàn)有測試方法的六分之一或二分之一。(2)采用相同光源及光探測器的情況下，本發(fā)明的方法可以成倍地拓展靶體尺寸。(3)方法簡單、解算簡單。(4)由于采用了一組光源及光探測器，器件響應(yīng)一致性好，測時(shí)精度高。(5)可以方便地一次性測量出彈道及彈丸各方向速度分量，得到的信息量大，可以推算出靶區(qū)附近彈丸行進(jìn)過程中的任一點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)。
(6)可用于部隊(duì)進(jìn)行軍事射擊訓(xùn)練、體育射擊的訓(xùn)練及比賽、大眾娛樂射擊活動(dòng)等方面的自動(dòng)報(bào)靶方向，也可用于軍工科研乃至武器驗(yàn)收等場合實(shí)現(xiàn)對彈丸位置以及速度的測定。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1是雙正Z型靶體示意圖。
圖2是xOy平面投影圖。
圖3是yOz平面投影圖。
圖4是連續(xù)型平行光幕構(gòu)成示意圖。
圖5是點(diǎn)對點(diǎn)激光光幕不意圖。
圖6是點(diǎn)對點(diǎn)光源雙Z型光幕靶結(jié)構(gòu)。
圖7是報(bào)靶應(yīng)用示意圖。
圖8是實(shí)驗(yàn)原理圖。
圖9是實(shí)驗(yàn)xOy平面圖。
圖10是聞速攝影機(jī)所拍照片。
具體實(shí)施方式
結(jié)合圖1，本發(fā)明單排光源Z型反射式光幕靶測速定位方法，步驟如下:
(I)單排平行光源I發(fā)出的平行光構(gòu)成第一道光幕S1,該第一道光幕S1經(jīng)第一反射鏡R1反射后形成第二道光幕S2,該第二道光幕S2經(jīng)過第二反射鏡R2反射后形成第三道光幕S3，在該第三道光幕S3經(jīng)過第三反射鏡R3反射后形成第四道光幕S4，該第四道光幕S4經(jīng)過第四反射鏡R4反射后形成第五道光幕S5，在該第五道光幕S5末端放置光探測器2，第一道光幕S1、第三道光幕S3、第五道光幕S5相互平行,第二道光幕S2與第四道光幕S4平行。第一道光幕S1、第二道光幕S2、第三道光幕S3、第四道光幕S4、第五道光幕S5共同構(gòu)成一個(gè)光幕祀體，且所述的第一、二、三、四、五道光幕Sp S2> S3> S4> S5在與該第一、二、三、四、五道光幕S1、S2, S3、S4、S5垂直平面上的投影是“Z”字形或者是反“Ζ”字形；
(2)當(dāng)彈丸依次穿越第一、二、三、四、五道光幕Sp S2、S3、S4、S5時(shí)對應(yīng)測得穿越光幕的時(shí)刻&^2、^^通過靶體尺寸與時(shí)間差等信息間接求出彈丸過靶速度以及彈丸與第二道光幕S2、第三道光幕S3、第四道光幕S4相交點(diǎn)在與第一、二、三、四、五道光幕Sp S2>S3、S4、S5垂直平面上的兩個(gè)坐標(biāo)；
(3)通過光探測器2獲得彈丸遮擋光線的位置，即得到彈丸與第二、三、四道光幕S2> S3、S4相交點(diǎn)在光探測器2的光敏兀器件排列方向上的坐標(biāo)；
(4)彈丸與第二、三、四道光幕S2、S3、S4的3個(gè)相交點(diǎn)的空間坐標(biāo)進(jìn)行擬合，求出彈道方程。
(4)根據(jù)彈道方程計(jì)算需要的數(shù)據(jù)，將諸如彈道方程或者彈道上某點(diǎn)坐標(biāo)等類似有用的信息傳輸給顯示設(shè)備或者計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步處理。
實(shí)施例
一、推導(dǎo)過程舉例
圖1中，假設(shè)彈丸入射時(shí)有一定傾角入射,彈丸與第一、二、三道、四、五道光幕S:、S2> S3、S4、S5的交點(diǎn)為F、G、H、1、J。假設(shè)彈丸到達(dá)F、G、H、1、J的時(shí)刻為W t3、t4、t5，計(jì)tij = tj-tp表示tj與&的時(shí)間差。設(shè)彈丸速度為V。
在xOy平面內(nèi)FJ為彈丸軌跡投影，F(xiàn)J與AO、OB、BC交于點(diǎn)F、G、H、1、J，由于Δ BGH ∽ Δ 0GF, ΔOKG∽Δ OAB,故
權(quán)利要求
1.一種單排光源雙Z型反射式光幕靶測速定位方法，其特征在于步驟如下: (1)單排平行光源[I]發(fā)出的平行光構(gòu)成第一道光幕[S1],該第一道光幕[S1]經(jīng)第一反射鏡[R1]反射后形成第二道光幕[S2]，該第二道光幕[S2]經(jīng)過第二反射鏡[R2]反射后形成第三道光幕[S3]，在該第三道光幕[S3]經(jīng)過第三反射鏡[R3]反射后形成第四道光幕[SJ，該第四道光幕[S4]經(jīng)過第四反射鏡[R4]反射后形成第五道光幕[S5]，在該第五道光幕[S5]末端放置光探測器[2]，第一道光幕[S1]、第三道光幕[S3]、第五道光幕[S5]相互平行，第二道光幕[S2]與第四道光幕[S4]平行；第一道光幕[S1]、第二道光幕[S2]、第三道光幕[S3]、第四道光幕[S4]、第五道光幕[S5]共同構(gòu)成一個(gè)光幕祀體，且所述的第一、二、三、四、五道光幕[Sp S2> S3> S4> S5]在與該第一、二、三、四、五道光幕[Sp S2> S3> S4> S5]垂直平面上的投影是首尾相接的兩個(gè)Z字形或者是兩個(gè)反Z字形； (2)當(dāng)彈丸依次穿越第一、二、三、四、五道光幕[S1、S2、S3、S4、S5]時(shí)對應(yīng)測得穿越光幕的時(shí)刻t1、t2、t3、t4、t5，通過靶體尺寸與時(shí)間差間接求出彈丸過靶速度以及彈丸與第二道光幕[S2]、第三道光幕[S3]、第四道光幕[S4]相交點(diǎn)在與第一、二、三、四、五道光幕[SpS2'S3、S4、S5]垂直平面上的兩個(gè)坐標(biāo)； (3)通過光探測器[2]獲得彈丸遮擋光線的位置，即得到彈丸與第二、三、四道光幕[S2、S3、S4]相交點(diǎn)在光探測器[2]的光敏兀器件排列方向上的坐標(biāo)； (4)彈丸與第二、三、四道光幕[S2、S3、S4]的3個(gè)相交點(diǎn)的空間坐標(biāo)進(jìn)行擬合，求出彈道方程； (5)根據(jù)彈道方程計(jì)算需要的數(shù)據(jù)，將彈道方程或者彈道上某點(diǎn)坐標(biāo)傳輸給顯示設(shè)備或者計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的單排光源雙Z型反射式光幕靶測速定位方法，其特征在于第一、二、三、四、五道光幕[S1、S2、S3、S4、S5]形成的光幕結(jié)構(gòu)在xOy平面內(nèi)的投影為首尾相接的兩個(gè)Z字形或兩個(gè)反Z字型，光幕靶體在X方向的寬度記為1，第一、二道光幕[SpS2]之間夾角為α ; 彈丸穿越靶體過程中，會五次穿越光幕，彈丸遮擋住相應(yīng)的光線后光探測器[2]將會有相應(yīng)的信號輸出，彈著點(diǎn)在ζ方向的坐標(biāo)由光探測器[2]直接獲得，但彈著點(diǎn)在X、y方向的坐標(biāo)需要通過測時(shí)來進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)彈丸入射時(shí)有一定傾角入射，彈丸與第一、二、三道、四、五道光幕[S1' S2, S3> S4, S5]的交點(diǎn)為F、G、H、1、J ;假設(shè)彈丸到達(dá)F、G、H、1、J的時(shí)亥1J為tp t2、t3、t4、t5,計(jì)tu = ,表示tj與&的時(shí)間差,設(shè)彈丸速度為V ； 在xOy平面內(nèi)FJ為彈丸軌跡投影，F(xiàn)J與AO、OB、BC交于點(diǎn)F、G、H、1、J，由于Λ BGH ⑴ Λ 0GF, Λ OKG ⑴ Λ OAB,故 迎=卿=剛Xg^ok/=/ka/^={1-,g)^ /GH/ /GB/ /KA/ 」付.σ 1 N l/GH/ V gJ Vt23 解得:Xg =—/

G t

M3 同理可得:
專利摘要
本發(fā)明公開了一種單排光源雙Z型反射式光幕靶測速定位方法，單排平行光源發(fā)出的平行光構(gòu)成第一道光幕，該第一道光幕經(jīng)四個(gè)反射鏡反射后形成五道光幕，在第五道光幕末端放置光探測器；通過靶體尺寸與時(shí)間差等信息間接求出彈丸過靶速度以及彈丸與各光幕相交點(diǎn)在與各光幕垂直平面上的兩個(gè)坐標(biāo)；通過光探測器獲得彈丸遮擋光線的位置；彈丸與光幕的三個(gè)相交點(diǎn)的空間坐標(biāo)進(jìn)行擬合，求出彈道方程，將諸如彈道方程或者彈道上某點(diǎn)坐標(biāo)等類似有用的信息傳輸給顯示設(shè)備或者計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步處理。本發(fā)明可以方便地測量出彈丸的彈道，可用于推算出彈丸在空間平面上任意的著靶點(diǎn)坐標(biāo)以及彈丸在各方向的速度分量等信息。
文檔編號F41J5/06GKCN101929824 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 201010203377
公開日2013年9月25日 申請日期2010年6月18日
發(fā)明者于紀(jì)言, 王曉鳴, 李永新, 李文彬, 高旭東 申請人:南京理工大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (1), 非專利引用 (3),