專利名稱:雙管齊射武器彈丸飛行速度與著靶坐標測量方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于靶場測試技術領域：
，主要涉及一種用于室外靶道，可測量各種口徑、大散布雙管齊射武器彈丸飛行速度與著靶坐標的方法，特別涉及一種基于八光幕交匯測量原理的雙目標多彈道參數測量裝置。
背景技術：
彈丸速度及射擊密集度是槍、炮、彈生產廠家在產品檢驗中主要測量的技術指標之一，而測量射擊密集度的基礎是彈丸著靶坐標的測量。代替技術落后、效率低、精度差的木板靶、紗網靶等傳統(tǒng)測量方法，實現(xiàn)彈丸著靶坐標的自動測量一直是國內外靶場測試領域積極研究的課題。目前主要的非接觸測試方法有聲靶、CCD立靶、四光幕或六光幕交匯光電坐標靶以及網式坐標靶等。
聲靶系統(tǒng)是利用由聲傳感器組成的靶面來接收超音速彈丸通過靶面時產生的激波信息，計算出彈著點坐標。目聲靶法存在偏軸誤差和邊緣誤差，使用條件要求苛刻，抗風能力差，致使大靶面的聲靶性能不穩(wěn)定，測量精度差，達不到使用要求，只適用于超聲速小口徑彈丸的近距離測量，且目前尚未見可解決多管齊射武器測試問題的聲傳感系統(tǒng)。
CXD交匯立靶系統(tǒng)是近年來迅速發(fā)展起來的一種非接觸式測量技術，由于其結構簡單、實時性強和自動化程度高等諸多優(yōu)點，而成為現(xiàn)代靶場中動態(tài)飛行目標(如彈頭)跟蹤測量應用的研究熱點，且已在大型動態(tài)目標的軌跡測量上獲得了較成功的應用。但這一類測量系統(tǒng)從原理上存在整個有效靶面內目標捕獲率和測量精度分布不均勻的問題，距鏡頭越遠捕獲率越低，測量誤差也較大。同時，雙CCD立靶只能測試單個彈丸的著靶坐標而無法測試彈丸飛行方向和速度，如果要同時測量彈丸速度，則必須增加另一測量裝置，這樣就增加了系統(tǒng)的復雜性。雖然有研究提出利用三CCD交匯解決雙目標測量問題，但CCD方案對CCD器件的性能要求高，普通CCD難以滿足要求，高速和高靈敏度的CCD器件又使得成本提高。由于內存的限制，CCD器件的驅動和采集數據電路需要天幕靶或炮口信號作為觸發(fā)源，從而影響了系統(tǒng)工作的可靠性。在測量彈徑小的彈丸時，由于靈敏度的限制，為了可靠的捕捉彈丸，需要輔助激光光源，從而使得系統(tǒng)龐大，展開時間過長，使用不便。
六光幕交匯光電坐標靶在原有四光幕交匯立靶基礎上，通過增加兩光幕面，可實現(xiàn)對斜入射彈丸速度、速度方向空間角度和著靶位置坐標多參數的自動化測試，該系統(tǒng)成功解決了四光幕交匯立靶對斜入射彈道彈著點和速度測不準的不足，但現(xiàn)有各類基于四光幕及六光幕交匯原理的光電坐標靶均只能實現(xiàn)單個目標速度與著靶坐標的測試，當兩個目標同時進入測試光幕時則無法識別。
網式光幕坐標靶是利用多個發(fā)光器件和與之對應的半導體接收器件陣列組成網格式光幕，當彈丸過靶時遮住相應的光線，形成通斷信號，相應的接收器接收到信息，經過實時處理，確定坐標位置。該技術國內外都有相關研究，相關國內專利有CN1614348A、CN2682371Y等，美國專利有US3727069、US4267443等。該類系統(tǒng)雖然能實現(xiàn)對連發(fā)(點射)射擊的彈丸坐標測量，區(qū)分彈序，并能夠實現(xiàn)對彈丸飛行速度的測量，但這種測試方法受激光束寬度及路數的限制，其測試的有效面積小、測試精度較低、特定的系統(tǒng)只適應特定口徑范圍目標的測試，且系統(tǒng)需要不斷檢測多個接收器件的狀態(tài)，電路部分的設計比較復雜，目前實際應用較少。
除上述裝置外，西安工業(yè)大學較早提出的一種可用于測試武器射擊準確度和射擊密度并識別多管齊射武器的管序與彈序的測量系統(tǒng)——光纖編碼立靶。該方法以光電轉換原理為基礎，采用光纖編碼方法形成能夠敏感彈丸空間坐標的無形光幕，兩臺光纖編碼的天幕靶交匯組成立靶測試系統(tǒng)，同時由光電傳感器與多路測試儀結合測每發(fā)彈的管序與彈序，完成最終測試。該方法需用光導纖維把光學鏡頭像面的一條狹縫排成三排若干列，并對光纖進行編碼，整個編碼過程復雜，后續(xù)電路系統(tǒng)龐大，且隨測試靶面的增大，坐標測試精度降低，因此該方法未得到推廣使用。
盡管上述這些測試裝置對單目標測試，在一定條件及測試范圍內可獲得滿意的測試結果，但對于新型號武器如雙管炮、雙頭彈等在終點彈道大散布情況下飛行速度與著靶坐標的測試，現(xiàn)有這些設備顯然已不適用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于解決各種口徑、大散布雙管齊射武器彈丸飛行速度與著靶坐標快速精確測試問題，提供一種可識別單個、兩個彈丸的飛行速度與著靶坐標測試方法及裝置。
本發(fā)明所述雙管齊射武器彈丸飛行速度與著靶坐標測量方法，當雙管齊射武器的彈丸飛經探測裝置產生的八幕測試光幕陣時，探測裝置輸出相應的電信號，八路數據采集裝置準確獲取此電信號，從而得到彈丸依次穿過八個光幕的時刻，數據通過無線數傳設備傳輸至位于炮位的上位機，上位機通過速度與著靶坐標計算算法，識別飛行彈丸，存儲并顯示彈丸的飛行速度與穿過靶面時的位置坐標。
所述八幕測試光幕陣中，八個光幕順序排列，前四個光幕中光幕各、光幕S1、光幕S2對稱中心軸同處于JrOfJr平面內，且相交于一點，交點為坐標原點O1 ;光
幕各、光幕S2垂直于ΓΟΖ平面，其中心軸關于光幕sI中心軸對稱分布，夾角為;光幕St繞其自身中心軸逆時針旋轉角度γ ;光幕S2與rear平面的夾角為5 ;光幕Si垂直于jbdz平面，且繞其中心軸順時針旋轉角度#，其中心軸也位于ΓΩΖ平面內，水平距離原點O為rf;后四個光幕S4、光幕亀、光幕^、光幕S7對稱中心軸也處于:rOZ平面內，除光幕亀繞其自身中心軸順時針旋轉角度 外，光、光. 、光分別與光. 、光.S2、光.民互相平行。
上述方法的具體步驟如下
一.八幕測試光幕陣中的各個光幕的幾何結構參數預先輸入到上位機，包括LA、di s S s Θ ；
二.測試裝置上電啟動工作，上位機軟件發(fā)出開始采集數據指令，經無線傳輸設備傳輸啟動數據采集設備開始采集信號；
三.彈丸穿過光幕陣時，探測裝置輸出相應的電信號，此信號記錄了彈丸過幕的時刻；
四.八路數據采集裝置采集過幕信號，得到彈丸依次穿過本發(fā)明裝置中八個光幕的時刻值；
五.包含時刻值的數據通過無線數傳設備傳輸至位于炮位的上位機；
六.將預先輸入的光幕幾何結構參數和計算得到的時刻值代入上位機速度與著靶坐標計算算法中，具體步驟是
(一 )定乂四光眷探測裝直Tj、T·廣生的光眷&、S|、S2、$、S4、&、各、Sj分別
對應的方向矢量為叉、S1、 、m木，按照下述方法計算
權利要求
1.一種雙管齊射武器彈丸飛行速度與著靶坐標測量方法，當雙管齊射武器的彈丸飛經探測裝置產生的八幕測試光幕陣時，探測裝置輸出相應的電信號，八路數據采集裝置準確獲取此電信號，從而得到彈丸依次穿過八個光幕的時刻，數據通過無線數傳設備傳輸至位于炮位的上位機，上位機通過速度與著靶坐標計算算法，識別飛行彈丸，存儲并顯示彈丸的飛行速度與穿過靶面時的位置坐標， 所述八幕測試光幕陣中，八個光幕順序排列，前四個光幕中光幕^、光幕S1、光幕對稱中心軸同處于JQZr平面內，且相交于一點，交點為坐標原點O ;光幕各、光幕垂直于ΓΟΖ平面，其中心軸關于光幕中心軸對稱分布，光幕^、光幕與光幕St中心軸的夾角為沒光幕黽以垂直于roZ平面位置為起點繞其自身中心軸逆時針旋轉角度Tr ;光幕S2與MT平面的夾角為5 ;光幕^垂直于Jl疋平面，且以垂直于JOtZ平面位置為起點繞其中心軸順時針旋轉角度#，其中心軸也位于ΓΟΖ平面內，水平距離原點O為rf ;后四個光幕S4、光幕Ss光幕&、光幕A對稱中心軸也處于yoz平面內，除光幕&以垂直于ΓΟΖ平面位置為起點繞其自身中心軸順時針旋轉角度F外，光幕S4、光幕、光幕S7分別與光幕^、光幕S5光幕互相平行。
2.如權利要求
1所述的雙管齊射武器彈丸飛行速度與著靶坐標測量方法，其具體步驟如下 一.八幕測試光幕陣中的各個光幕的幾何結構參數預先輸入到上位機，包括1、h、d、5Θ7Φ ;其中，I為四光幕探測裝置T丨和四光幕探測裝置T11之間的水平距離A力其垂直距離； 二.測試裝置上電啟動工作，上位機軟件發(fā)出開始采集數據指令，經無線傳輸設備傳輸啟動數據采集設備開始采集信號；三.彈丸穿過光幕陣時，探測裝置輸出相應的電信號，此信號記錄了彈丸過幕的時刻； 四.八路數據采集裝置采集過幕信號，得到彈丸依次穿過本發(fā)明裝置中八個光幕的時刻值； 五.包含時刻值的數據通過無線數傳設備傳輸至位于炮位的上位機； 六.將預先輸入的光幕幾何結構參數和計算得到的時刻值代入上位機速度與著靶坐標計算算法中，具體步驟是 (一)定義四光幕探測裝置T1、Tb產生的光幕S6、S1、S2、Ss、S4、民、Se、S7分別對應的方向矢量為按照下述方法計算
3.如權利要求
2所述的雙管齊射武器彈丸飛行速度與著靶坐標測量方法，其特征在于所述步驟六中，在對單個彈丸測量時，步驟(三)的具體步驟是從幕面線性方程組JK = B知，要求得未知參數X，需知道不相關的6個幕面線性方程即可，通常四光幕探測裝置T1、Tb產生的光幕中各自選擇3個幕面，因此共有4x4=16種測試組合
4.如權利要求
2所述的雙管齊射武器彈丸飛行速度與著靶坐標測量方法，其特征在于所述步驟六中，在對兩個彈丸測量時，步驟(三)的具體步驟是 I)設彈丸I的速度為芎= PipFwJkf ,到達幕Sb的坐標為乓=D^ JtZj，彈丸2的速度為冩=υ^^^τζ ,到達幕Sb的坐標為馬=l^,y7,Z2I,假定彈丸1、2 “僅僅”同時到達幕^，且時刻為“O”時刻基準點，測得彈丸I到達幕我的時刻分別為％ ,彈丸2到達幕Si的時刻分別為= …》7 ;對所測時刻進行排列組合，共計有2M = 128種時刻組合
5.如權利要求
1所述的雙管齊射武器彈丸飛行速度與著靶坐標測量方法所采用的裝置，包括探測裝置、數據采集裝置、無線數傳設備、上位機、存儲器及顯示器，其特征在于 所述探測裝置由間隔一定水平距離 、垂直距離A的四光幕探測裝置A和四光幕探測裝直Τ·排布而成，四光眷探測裝直T丨廣生四個光眷，其中光眷各、光眷^1、光眷$對稱中心軸同處于ΓΟΖ平面內，且相交于一點，交點為坐標原盧O光幕&、光幕S2垂直于JQZ平面，其中心軸關于光幕Si中心軸對稱分布，光幕各、光幕S2與光幕民中心軸的夾角為沒；光幕S1以垂直于Γ0Ζ平面位置為起點繞其自身中心軸逆時針旋轉角度 ;光幕sS與JQXr平面的夾角為在；光幕^垂直于jaaz"平面，且以垂直于ΓΟΖ平面位置為起點繞其中心軸順時針旋轉角度·#，其中心軸也位于平面內，水平距離原點O為rf ;四光幕探測裝置Tb產生四個光幕,光幕5 、光幕&、光幕&、光幕對稱中心軸也處于ΓΟΖ平面內，除光幕民以垂直于ΓΟΖ平面位置為起點繞其自身中心軸順時針旋轉角度F外，光幕s4、光幕^、光蕃分別與光眷^、光眷、光眷^互相平打。
6.如權利要求
5所述的裝置，其特征在于所述四光幕探測裝置T,和四光幕探測裝置Τ 分別包括兩個光幕探測組件，其中一個為三光幕探測組件，由一個三狹縫光闌、光學鏡頭及光電管組成，在空間形成互成一定角度的三個探測光幕，另外一個為單光幕探測組件，由單狹縫光闌、光學鏡頭及光電管組成，在空間形成單個探測光幕；兩個光幕探測組件固定于同一箱體內，鏡頭光軸處于同一平面，但相對傾斜成一定角度。
7.如權利要求
5所述的裝置，其特征在于所述四光幕探測裝置T1和四光幕探測裝置Tb也可分別由四個光幕探測組件構成，四個光幕探測組件均分別由單縫狹縫光闌、光學鏡頭及光電管形成探測光幕；各光幕探測組件固定于同一箱體內，鏡頭光軸處于同一平面，但相對傾斜成一定角度。
8.如權利要求
5所述的裝置，其特征在于所述四光幕探測裝置T1和四光幕探測裝置T·中的單個探測光幕的實現(xiàn)均由兩個相同的光幕探測組件拼接而成，形成80度的探測視場。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種用于室外靶道，可實現(xiàn)雙管齊射武器彈丸飛行速度與著靶坐標測量的方法及裝置，該方法是沿彈道方向布置八幕測試光幕陣，當彈丸飛經光幕陣時，探測裝置產生相應的電信號，八路數據采集裝置準確獲取此過幕信號，通過無線數傳設備傳輸至上位機，上位機通過速度與著靶坐標計算算法，識別飛行彈丸，存儲并顯示彈丸飛行速度與穿過靶面時的位置坐標。所涉及的方法原理簡單，容易實現(xiàn)。本發(fā)明涉及的測量裝置，包括探測裝置、數據采集裝置、無線數傳設備、上位機、存儲器及顯示器，所述探測裝置由兩臺四光幕探測裝置、排布而成。所涉及的裝置結構簡單、成本低，可實現(xiàn)終點彈道大散布情況下雙、單管武器彈道參數的快速精確測量。
文檔編號F42B35/00GKCN102183183 B發(fā)布類型授權 專利申請?zhí)朇N 201110045409
公開日2013年4月24日 申請日期2011年2月25日
發(fā)明者宋玉貴, 王國琿, 高芬, 倪晉平, 李海, 馮斌 申請人:西安工業(yè)大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (3),