基于大面积激光光幕的弹丸速度测试技术研究

针对弹道散布范围大或被测飞行物体尺寸大的测速场合,介绍了一种实现大面积有效靶区激光光幕速度测量的方法.采用圆弧柱面反射镜及置于其两共轭点上的半导体激光二极管和大面积光敏器件形成大面积有效光幕区.当高速飞行物体穿越激光光幕时,光通量的变化被转变为电信号并采集到计算机进行数据处理.文中对圆弧柱面反射镜所引起的像差及有效光幕区内的光功率密度的分布进行了建模分析;利用有效光幕区为900 mm×900 mm及500 mm×500 mm的系统分别对5.6 mm弹丸穿越动物及某大口径弹丸的速度进行了测试,并给出了试验波形及测试数据.试验表明,该测速系统具有有效光幕区面积大、灵敏度高、响应速度快、工作可靠的优点.     

基于大靶面光幕靶30mm口径弹丸速度测试技术

针对室内外全天候条件下用光幕靶测试大口径弹丸速度的需求,本文研究了一种新型大靶面光幕靶.采用红外发光二极管阵列作为发光光源,红外光电二极管线阵列组成接收装置,铝合金型材作为结构支撑架,构建的光幕靶探测区域面积最大可以到3m×1m,探测敏感面长度为1m,且该长度可以任意扩展.文中给出了大靶面光幕靶的光幕结构以及电路的详细设计.用12.7mm,14.5mm以及30mm弹丸进行了实弹试验验证,结果表明:设计的光幕靶能抗炮口火光的干扰,对无曳光或曳光较弱的的弹丸能可靠的工作.对曳光较强的弹丸尚无法测试,文中对该问题进行了分析,提出下一步工作思路.     

基于大靶面光幕靶的两类六光幕阵列测量原理

弹丸着靶坐标和飞行速度以及飞行方向角是外弹道测试中必测参数,本文针对四幕光幕靶和双光幕测速系统的不足,采用六个大靶面光幕靶,构造出了两类六光幕阵列结构.由作者首次提出的六幕光幕靶是文中所提基本结构的变形.所提六光幕阵列能同时完成着靶坐标、速度和速度方向三类参数的同时测试,是一类六光幕阵列的基本机构,其他结构可以通过光幕面的旋转平移得到.文中给出了两种六光幕阵列测量公式的详细推导.提出的六光幕阵列也可以用作自动报靶系统中的传感器.     

一种改进的激光光幕测速系统的设计及应用

弹丸速度测量的过程中,针对基于计算机与采集卡式的光幕测速系统的操作复杂的问题,提出一种改进的激光光幕测速系统。系统采用比较/整形电路把信号转化为矩形脉冲信号,并通过STM32单片机对脉冲信号进行输入/捕获得到两个脉冲信号的上升沿时间差,最后根据设定的靶距由速度公式计算得到弹丸速度,并将结果经无线发送到终端设备,以便于实时地存储和查看数据。同时,对系统的各个部分的设计进行系统地阐述,并利用该系统对口径7.62 mm子弹完成速度测试实验。实验结果表明:该设计不仅简化操作步骤,而且测试精度高,与传统的带有高精度计时仪的通靶相比准确度可达0.2%。     

大面积平行光幕弹着点测试系统

研究了基于平行激光幕大面积弹着点坐标测试方法.以半导体激光线发生器为光源,用长焦距消球差的柱面菲涅耳透镜形成平行激光幕单元,通过多个平行激光幕单元的无缝拼接可形成大面积靶面.由于平行激光幕单元内沿宽度方向通量密度呈高斯分布,一定直径的弹丸通过光幕的不同横向位置时探测器获取信号不同,因此可根据信号的幅值来细分平行激光幕单元宽度范围内弹着点的位置.通过口径为7.62mm的实弹射击试验验证了细分方法的可行性.结果表明了该系统有足够的灵敏度能获取小目标的过靶信号;在10 m长靶面的试验系统中测量坐标值与弹孔测量坐标值差值的标准差为5.16 mm.     

天幕靶测速系统标定技术的研究

针对检定天幕靶测速系统的整体性能用实弹测量,操作繁琐、精度不确定的现状,提出了一种基于动态模拟弹丸飞行装置的标定方法.用单片机精确控制光源亮暗,来模拟实弹飞行进入天幕靶视场的遮光作用和飞行姿态,与真实弹丸进入天幕靶视场的时间严格一致,特性相近,实现模拟弹丸速度精确可控.应用该模拟装置对天幕靶测速系统进行标定实验,结果表明,该装置制作简单,操作方法简便,标定出天幕靶测速系统的测量精度为0.129%.此标定技术可作为定量检验天幕靶测速系统的一种常规方法,具有很高的实用价值.     

基于光幕靶的亚音速弹和预制破片速度测量算法

针对亚音速弹和预制破片的速度测量,本文基于光幕靶和数据采集卡组成的弹丸测速系统,研究了一种弹形信号识别算法和测量结果处理算法.对亚音速弹,算法依据分拣电平和信号时间宽度大小,能很好地识别出弹形信号和冲击波信号;对预制破片,算法依据过靶信号脉冲宽度与两靶输出信号的时间间隔,识别出预制破片的过靶信号.通过对弹形信号的相关分析处理,即得到弹丸穿过两个光幕的精确飞行时间,进而确定出弹丸速度.经实弹射击验证,算法准确有效,满足靶场测试要求.     

大靶面光幕靶中发光二极管阵列线光源的设计

采用发光二极管阵列构造线了一种大尺度线光源．文中分析了发光二极管阵列光源能量在空间上的分布,用光照度计实测能量分布数据．以二维坐标给出了能量平面分布图．设计的线光源满足大靶面弹丸测速光幕靶的要求,文中给出了在光幕靶接收器件处阵列线光源光能量的计算公式．实验验证了分析的正确性．     

光幕靶光能分布研究及改善

光幕靶靶面光能分布的均匀性是影响弹丸测速精度的一个重要因素.以单个发光二极管为基础,近似处理后,进行数学建模分析,用代数叠加法推导出整个靶面光能分布公式,从而可得出靶面内任意点的光能量大小.当弹丸穿过靶面内任意一点时,都会遮挡一定的光能量引起接收端光通量的变化.过靶位置的光能量大小和接收端光通量变化大小成正比关系,从而导出靶面内不同位置和接收灵敏度的对应关系.对光幕靶进行一些改进以获得更均匀的光幕,提高弹丸测速精度.实验结果验证了理论的正确性和光幕靶改进的有效性.     

基于六天幕靶弹丸弹道末端飞行速度的测试

在弹道末端,由于弹道降与弹丸散布的存在,用雷达和天幕靶测速装置测试弹丸飞行速度误差很大.本文提出一种由六天幕组成的天幕阵列与信号处理装置配合的测试系统,测试弹道末端弹丸的速度.该方法采用两台特殊的三天幕靶和信号处理装置组成测速系统,信号处理装置记录弹丸飞过六天幕的时刻,依据六天幕的几何结构参数和弹丸穿过六天幕的时间值,计算出弹丸的飞行速度和速度飞行的方向角.测得的结果为弹丸飞行方向上的速度值.该方法与雷达和常规天幕靶测速系统相比,测量精度较高.     

弹丸着靶坐标测试系统的原理与信号处理电路

分析了4光幕交汇测试弹丸着靶坐标的原理．4个光幕分别由4个大面积光幕靶产生．大面积光幕靶的光源采用发光二极管阵列．接收部分采用PIN红外光电二极管阵列．设计的大面积光幕靶发射部分与接收部分的有效作用距离最大可以达到3m．文中给出了详细的信号处理电路．设计的测试系统用5种轻武器枪弹实弹射击，测试结果与纸靶相比较，其测量误差满足目前枪弹产品检验试验的要求．     

室内大靶面光电立靶技术研究

针对目前已应用的测量弹着点坐标的光电靶存在靶面小、不适用于大弹径弹丸测量的问题。采用平行点激光光束形成10m×10m的大靶面光栅光幕立靶,以FPGA构成数据采集系统,通过计算机上位机坐标识别软件,得到弹着点坐标,并提出了提高大靶面系统灵敏度和测量准确度的措施。室内靶场实弹测量实验结果表明,该方案满足室内测量弹着点坐标的测量准确度。     

一种红外光幕测速系统的设计与应用

各行业对测速系统测量精度的要求日益严格,也对作为常用测速系统之一的光幕测速系统提出了更高的测速精度要求.为提高光幕测速系统的测速精度,设计了一种基于红外线光电开关和NI6220高速数据采集卡的测速系统,代替了应用单片机等自行设计的硬件电路进行数据采集的测速系统,提高了测速系统的可靠性和测量精度.介绍了该测速系统的工作原...     

一种弹丸炸点空间三维坐标测量系统

一种用来检测弹丸接近空间特定目标时作用效能的弹丸炸点空间三维坐标测量系统.文章分析已有的立靶精度测量和炸点位置测量方法,选择了测量弹丸炸点空间位置坐标的最佳组合方案,介绍利用交汇光幕立靶测量与数码影像比例算法组合的测量原理和空间坐标计算公式.     

一种光幕测速信号的图像处理技术

在光幕靶精密测速系统中,提出了一种基于图像处理算法的信号处理技术,消除随机噪声对光电探测信号的干扰,从而可以精确荻取物体通过前后两光幕靶的间隔时间.该技术将间隔时间的计算转换为图像中目标物体尾部位置的计算.首先去除孤立点、毛刺等图像缺陷,得到只有一个连通区的图像,再用图像面积除以平均宽度计算物体的长度,求出对应的尾部位置.从前后光幕图像的尾部位置分别得到了物体通过前后两光幕靶的准确时间,两者相减最终得到间隔时间.实验表明系统采用该处理技术能够精确荻取间隔时间,实测的速度数据稳定、有效,测量精度可以达到0.05%.     

激光光幕自动报靶系统的设计与实现

为了解决人工报靶精确度低和存在安全隐患等问题,介绍了一种激光光幕自动报靶系统的设计方案.该系统由激光器和光敏二极管构成激光网络进行弹丸信号检测,以FPGA为核心的信号处理电路对信号进行处理,得到弹着点的坐标和环数.该系统精度高、成本低、安全可靠,具有一定的应用价值.     

高原环境下天幕靶探测电路设计

针对现有天幕靶在高原环境下天空背景主要为蓝光引起的探测灵敏度急剧下降的问题,提出了双光幕探测方案,设计了过幕信号增强电路和程控放大控制电路.采用两套独立的光电转换模块在空间形成重合的探测光幕.当弹丸穿过重合光幕时,两套模块各自独立输出弹丸过靶信号,经信号增强电路进行处理后,提高信噪比、输出有效的弹丸过幕信号.设计的电路经在双镜头天幕靶上使用验证,电路工作可靠,提高了天幕靶的探测灵敏度.     

天幕立靶测量模型精确标定方法研究

针对天幕立靶测量密集度参数的测量模型精确标定问题,本文提出了一种室内主动搜索扫描式精确标定天幕立靶光幕平面方程的方法.根据天幕立靶测量原理,采用激光点光源主动搜索光幕方式,确定光幕中心面,配合光栅尺平移台、示波器、专用门型架及双经纬仪等设备,完成了天幕立靶光幕平面方程的精确标定.搭建了2.6 m×1.6 m×2.6 m...     

一种用于破片测速的环形光幕装置

针对现有平面形光幕探测装置无法测量任意方向飞行的破片速度问题,本文提出了一种探测幕面为环形的光幕测速装置构建方法.设计同圆心环形光源阵列与环形接收阵列,形成等间隔的2个圆柱形探测光幕面,准确测量任意方向飞行的破片速度.设计的装置中每个接收器件所接收的光照度值一致,消除了传统平面形光幕边缘光能量衰减的缺陷.结合现有光幕实现方法验证了测试方案的可行性,可有效探测任意方向飞行的破片速度.     

改善激光测速靶抗火光干扰性能的探索

本文针对激光测速靶在实际应用过程中易受火光干扰,介绍了一种采用激光调制技术和高频选频放大电路的方法来消除火光干扰.该方法在测速系统、大面积弹着点坐标测量甲等领域有广阔的应用前景.