反射式大面积光幕测速装置研究

介绍了一种基于反射式的大面积光幕测速装置,靶面的横向距离可达6000mm,避免了现有弹丸测速区截装置测试区域小、安全距离近、容易损坏测速装置等缺点。该装置由激光光学系统、回归式反光材料（反光膜）及其固定支架、反射镜、光电探测器与处理电路组成。将激光光源投射到另一端的反光膜上,形成光幕探测区,当弹丸或破片穿过光幕时,引起光通量变化,通过测时仪或数据采集系统即可获得过靶速度。用7．62mm枪弹经与高精度的框架式800mm×800mm的光幕靶进行了比对试验,结果满足测量精度要求。试验证明：该装置具有靶面大、精度高、使用维护方便,成本低等显著优点,不仅能进行常规的弹丸速度测试,同时,也适用于破片、弹幕武器等的速度测量。     

立靶光幕探测性能分析与弹丸信息提取研究

交汇立靶测量系统可以实现飞行弹丸的速度、着靶坐标测量,是靶场测试中不可缺少的测龟装置,然而,由于交汇立靶中的倾斜光幕存在,致使飞行弹丸在穿越光幕过程中的输出信息不一致,影响了测量精度;基于立靶测最系统原理,分析了立靶光幕的光学探测性能;从光学探测方面,研究与分析光幕幕厚、作用距离与光电探测输出信息的关系,并根据交汇光幕布阵的几何特点,提出采用相关算法对飞行弹丸穿越光幕信号的时刻提取,减少光幕幕厚不一致产生的计时误差,提高系统测量精度.     

探测光幕的高速弹丸红外辐射信号获取研究

为了解决光电探测靶在低照度环境下不能工作的问题,提出采用红外探测技术改善其低照度探测性能。利用普朗克定律,分析高速弹丸作用于探测光幕的红外辐射特性;结合探测光幕,分析高速弹丸穿越光幕的红外辐射通亮的变化;利用红外探测器的响应率,建立红外电压信号输出模型,设计红外探测放大电路与数据采集电路,通过实验,飞行弹丸穿越光幕瞬间,探测系统输出的信号明显,在小口径弹作用下,输出幅值可达1V。     

多线阵光电立靶弹丸攻角测量

基于立靶坐标交汇测量原理,介绍了传统单线阵CCD立靶系统,并对单线阵CCD立靶系统中弹丸攻角测量方法进行了分析,指出了其中存在的扫描帧频不足和弹头、弹尾着靶点距离误差的问题.在此基础上,提出了一种新的多阵列光电立靶测量系统的布设方法,利用6个交汇列图像在空间交汇组成光幕阵列,根据飞行弹丸穿越不同光幕阵列的时刻和多光幕立靶系统结构参数,提出了一种新的计算弹丸攻角的方法.利用多线阵光电立靶测量系统巧妙地避免了弹头、弹尾着靶点距离误差对测量结果的影响,保证了测量精度,降低了系统成本.     

光幕靶用大动态范围信号处理电路设计

为提高光幕靶测速精度和弹径适应范围,设计了一种光幕靶用自动调节增益的对数放大电路,扩大信号处理电路的测试动态范围。论文分析矩形探测光幕和扇形探测光幕两类典型光幕靶式光幕工作原理,分析弹丸过幕信号幅值与弹丸直径和过幕位置之间的关系。依据对数放大电路特性设计了基于TL441芯片的电压型对数放大电路和LOG112芯片的电流型对数放大电路,对设计的电路进行对数放大特性和动态范围进行测试。试验结果表明,设计的信号处理电路的输入输出信号幅值具有对数特性,其动态范围可达31dB,提高了光幕靶的测试动态范围,满足各口径弹丸的速度测量。     

双目结构光系统仿真建模和误差灵敏度分析

结构光系统目前在三维测量、逆向工程等领域应用日益广泛,然而关于结构光系统性能评测方法的研究成果仍然很少,仅有少数国际标准给出了3D扫描系统的性能评测方法.本文首先建立了双目结构光系统的仿真模型,其中包括了相机镜头畸变模型和针孔成像模型,实现投影仪投射数字正弦条纹的仿真和被扫描的靶球特征量仿真计算,采用的三维重建方法为光学三角法.然后基于仿真模型,对其基线距离相关的误差灵敏度进行了仿真,发现靶球中心位置和靶球球心距对基线距离误差具有较高的灵敏度,可以作为测试方法的输出.最后,如果只考虑基线距离误差,标准测试方法中的校准球棒的位置应在测量范围内的相对距离尽可能大,为标准性能评测方法提供了改进建议.     

用于远距离测速的光纤准直器研究

为了在空气炮内弹道测速中提高光纤准直器的工作距离,对光纤准直器结构进行改进,以实现远距离探测。列举了几种常见的准直透镜。从高斯光束原理以及可实现光学探测工作距离的角度出发,在C-LENS透镜原理基础上,提出了直径为16 mm的空气炮弹丸测速装置,并设计了长距离光纤准直器。在ZEMAX软件中对准直器进行仿真,利用优化函数求出透镜最大工作距离,并通过光束质量分析仪检测准直器性能指标。仿真结果进一步验证了准直器的可行性。通过在导轨上进行长距离返回光耦合效率试验,证明了该设计基本满足10~1 500 mm的探测要求,为光纤准直器的长距离测量提供了技术参考。     

基于FPGA的高速光幕同步系统设计与实现

常规光幕实现发射器和接收器双方信号的同步需要专用同步电缆来完成。针对这一缺点,提出了一种新的高速光幕同步方法,即在发射器的每个循环周期的第一通道发射光脉冲之前增加一个作为帧同步码的光脉冲段,接收端通过判断帧同步码的方式实现收发信号同步,这样便不再需要专用同步电缆,有效地节省了光幕同步系统成本。进一步地,采用新提出的高速光幕同步方法,基于FPGA技术,设计并实现了高速光幕同步系统的总体方案,硬件制作了可应用于高速运动物体的实时到位检测的高速光幕检测装置。实际工程应用表明,采用此方法的高速光幕检测装置,成本低,工作稳定可靠,捕捉与同步性能优良。     

弹丸过靶时间提取的算法研究

针对测速系统中弹丸过靶时间提取算法影响测试精度的问题.在介绍激光光幕测速系统的基础上,讨论了弹丸过靶时间提取的斜率计时法、峰值一半计时法、手动计时法等.分析了过靶波形基础上,提出了计算弹丸过靶时间的相关算法,经论证相关算法方法较常规方法计算更加准确.并且可以提高测试系统的抗干扰能力.     

光催化降解废气过程中紫外辐射照度模拟和优化

为在光催化设计中合理布置紫外灯,减少光在传输过程中的损失,概括总结径向辐射模型、多点源叠加近似辐射模型和离散坐标辐射模型等3种经典的紫外辐射物理模型;基于离散坐标辐射模型模拟某公司生产的光催化氧化废气处理装置的紫外辐射照度;通过调整灯管布置距离改变光强分布,并拟合光催化单元和光催化网表面的平均紫外辐射照度随灯管布置距离变化曲线.结果表明,距离参数在55～65 mm时,该光催化反应装置的光能利用率较好;紫外灯的合理布置可有效提高光能利用率.     

基于点云属性信息的平面标靶特征提取

目的 色彩和回光强度作为点云的属性信息可以有效地应用到点云数据的特征提取中.本文根据平面标靶的几何以及光谱特性,提出了一种平面标靶的快速提取算法用于精确确定靶心坐标.方法 首先根据点云的色彩信息,采用光谱欧式距离函数进行点云的分类;对分类后的点云进行色彩重采样以提高同类点云色彩的一致性,同时根据平面标靶点云的光谱特性,根据其RGB值进行目标区域的提取,通过对圆形区域的面积测定以确定目标提取的正确性.最终根据点的回光强度值,确定圆形目标区域的中心坐标位置.结果 通过两组实验分析,第1组对固定距离处的标靶靶心提取精度分析,本文自动提取靶心的点位中误差为3.31 mm,而手工提取靶心的点位中误差为11.78 mm,证明本文方法的提取精度明显高于手工提取靶心的精度;第2组对分散排列的标靶靶心提取精度分析,通过分析证明本文方法在5 m处的靶心提取精度可以优于2 mm;10 m处的提取精度可以优于4 mm;15 m 处的点位提取精度可以优于5 mm.结论证实了本文方法的可行性和精确性.     

激光引信收发视场测试及数据处理

要批量生产导弹激光引信,就要快速测试激光引信的各种测量参数。使用通常方法,完成各项测试所需时间较长,不利于批量生产激光引信产品。为了快速获得发射视场与接收视场的各项测量参数,针对采用宽光束的激光引信,本文采用激光引信收发视场的一次测量,根据所得测试数据,进行数据处理的方法。由测试数据可以计算出收发视场的匹配系数,并推导了在已知目标反射率和面积情况下,计算引信作用距离随视野分布所用的公式,可以避免实际测量带来的耗时。通过的实验验证,发现理论计算值基本与实际测量值的误差较小,可以认为它们基本相同。利用该计算方法可以在实验室测试引信收发组件后,快速计算出每套引信窗口的作用距离曲线,可以避免和减少实物测试的麻烦。     

分布式通信电缆防盗报警系统设计

针对通信电缆经常被盗割的现象,利用通信电缆任意两根芯线作为检测回路,按照一定距离并联滤波电阻器.当通信电缆被盗割后,检测回路的总电阻的变化会引起电流的变化,然后将电流变化量转化为电压变化量,再通过单片机的A/D转换后与事先设置好的报警数据比较,通过声光报警,提醒值班人员.设计给出了通信电缆防盗报警系统总体设计框图、整体...     

A new Maxwellian view display for trouble‐free accommodation

We studied a new display system that realizes a Maxwellian view. The system is composed of a base display and a fly‐eye lens with micro‐pinholes. This forms ray intersecting points of diameter of 0.8 mm at a viewing distance of 280 mm. It was confirmed that the new display system can extend the depth of field of the human eye system, where the observer sets the ray intersecting point at his pupil.     

一种小型动/静态双坐标感知系统结构设计

针对提高被动式热释电红外(PIR)传感器的探测距离和范围,提出动/静态双坐标感知系统理论,根据动/静态双坐标感知系统对动态目标实现一定距离内和全范围探测的要求,光学基准传递的要求,提出了小型动/静态双坐标感知系统的结构设计方案。该系统配用红外透镜作为其光学装置,在匀速转台的带动下,实现360°全范围探测红外信号,解决了PIR传感器探测距离和探测视场的矛盾,拓宽了PIR传感器的使用领域。经过实验验证,该系统结构设计合理。     

Analysis of camera behavior during tracking

A camera is mounted on a moving robot and can rotate, relative to the robot, about two axes. We show how the optical flow field can be used to control the camera's motion to keep a target at the center of the camera's field of view, but that this is not always possible when the target lies close to the plane defined by the camera's two axes of rotation. When the target is held at the center of the camera's field of view, then the magnitude of the camera's angular velocity about one axis never exceeds the magnitude of the flow vector associated with the target, but the angular velocity about the other axis is dependent on the inverse distance of the target from this axis, and hence can become large as this distance becomes small. Situations, where the magnitudes of the camera's angular velocity and acceleration become large, are considered in the special case where the relative motion between the robot and its environment is purely translational. The tracking strategy is experimentally evaluated using computer-generated optical flow fields     

金属感应探测线圈半径优化设计

用电磁感应方法来探测金属物体,采用探测线圈作传感器,由探测线圈与电容器组成振荡器的选频网络,并以振荡器受被探金属物扰动,所产生的相对频偏Δω/ω为探测仪器的检测标的。经理论分析和实验验证证明:用上述方法来探测远距小金属物体,为获得最大相对频偏,在探距x确定的条件下,探测线圈半径a的最优值是a=x。     

基于全景视觉的监控系统设计

设计了一个基于全景视觉的多摄像机监控网络。全景相机视野广,可以实现大范围的目标检测与跟踪。云台摄像机视角具有一定的自由度,可以捕捉目标的高分辨率图像。将全景相机与云台相机相互配合,通过多传感器的数据融合,分层次的跟踪算法及多相机调度算法,实现了大范围的多个运动目标的检测与跟踪,并能捕获目标的清晰图像。实验验证了该系统的有效性和合理性。     

初始分布非均匀的行人流疏散仿真研究

为了有效模拟研究初始分布非均匀的行人流疏散问题,通过定义行人方向模糊可视域,改进了场域元胞自动机模型。模型中,行人的目标位置选择受到方向模糊可视域内行人之间的排斥力和吸引力、出口处行人分布、距可选位置相对距离三种因素共同作用。研究表明,改进模型能够有效地实现初始分布非均匀的行人流在疏散过程中的动态平衡;改进模型不依赖于各因素的影响系数,从而避免了影响系数量化过程的主观性和疏散系统的限制性;在疏散过程中,如果行人保持一个较大的视野半径,疏散系统能够实时提供出口处行人分布状态,就可以有效地提高行人流疏散效率。该研究有助于相关行人流疏散策略和方案的制定。     

双目区域视差快速计算及测距算法

目的 双目测距对水面无人艇自主避障以及视觉侦察具有重要意义,但视觉传感器成像易受光照环境及运动模糊等因素的影响,基于经典Census变换的立体匹配代价计算方法耗时长,且视差获取精度差,影响测距精度。为了提高测距精度并保证算法运行速度,提出一种用于双目测距的快速立体匹配算法。方法 基于传统Census变换,提出一种新的比特串生成方法,在匹配点正方形支持窗口的各边等距各选3个像素点,共选出8个像素点,这8个像素点两两比较生成一个字节的比特串。将左右视场中的匹配点与待匹配点的比特串进行异或,得到两点的汉明距离,在各汉明距离中找到距离最小的像素点作为匹配像素点,两像素点的横坐标差为视差。本文采用区域视差计算的方法,在左右视场确定同一目标区域后进行视差提取和滤波,利用平均视差计算目标的距离。结果 本文算法与基于传统Census变换的立体匹配视差获取方法相比,在运算速度方面优势明显,时间稳定在0.4 s左右,用时仅为传统Census变换算法的1/5。在Middlebury数据集中的图像对teddy和cones上进行的算法运行时间对比实验中,本文基于Census变换改进的算法比已有的基于Census变换的匹配算法在运行时间上快了近20 s。在实际双目测距实验中,采用本文算法在1019 m范围内测距误差在5%以内,根据无人艇的运动特点和避障要求,通过分析可知该算法的测距精度可以满足低速无人艇的避障需求。结论 本文给出的基于改进Census变换的匹配算法在立体匹配速度上有大幅提高,提取目标视差用于测距,实际测距结果表明,本文算法能够满足水面无人艇的视觉避障要求。