基于单目视觉的制导炮弹位姿参数测量方法

为了给制导炮弹末端弹道的精确控制提供有效依据,根据弹丸飞行弹道特性,借鉴计算机单目视觉技术和摄影测量方法,提出了一种基于四元数的炮弹位姿参数测量的新方法.该方法通过分析摄像机采集的目标区图像序列,利用4个已知空间坐标的非共面控制点,建立过渡坐标系,分两步来计算炮弹的空间位置和姿态参数.仿真结果表明,测量误差随着相对距离减小而收敛.提出的新方法可以精确测量炮弹的位姿参数,作为构建弹道控制模型的基础.     

末制导炮弹姿态更新算法研究

运用一种减小捷联惯导系统姿态算法误差的运算方法,对末制导炮弹姿态更新算法进行了研究,建立了双插值姿态解算数学模型.利用末制导炮弹的一条弹道数据进行仿真研究,与常见的四子样旋转矢量法进行了比较.结果表明,由于克服了刚体转动的不可交换性误差,与四子样旋转矢量法相比,在姿态更新周期相同及不相同的情况下,该方法计算精度都相对较高.     

滑翔增程制导炮弹复合导引算法设计及仿真

以滑翔增程制导炮弹为研究对象,研究其实现远程飞行和精确打击的导引律设计方法。为提高滑翔增程制导炮弹的射程,保证远距离飞行的稳定性,并实现对目标的精确打击,设计中、末制导结合的复合导引算法,采用经典PD控制方法进行中制导弹道跟踪算法设计;采用比例制导律设计末端精确导引算法;基于所设计的方法开展弹道仿真验证。仿真结果表明,导引算法能够实现不同射程的精确打击,满足设计要求。     

滑翔增程制导炮弹复合导引算法设计及仿真

以滑翔增程制导炮弹为研究对象,研究其实现远程飞行和精确打击的导引律设计方法。为提高滑翔增程制导炮弹的射程,保证远距离飞行的稳定性,并实现对目标的精确打击,设计中、末制导结合的复合导引算法,采用经典PD控制方法进行中制导弹道跟踪算法设计;采用比例制导律设计末端精确导引算法;基于所设计的方法开展弹道仿真验证。仿真结果表明,导引算法能够实现不同射程的精确打击,满足设计要求。     

图像末制导炮弹射击效率分析

为指导图像末制导炮弹的后期具体运用,分析其射击效率.将图像末制导炮弹的外弹道分为无控段、中制导段及末制导段,分别对每个阶段的误差、有效幅员和命中概率进行分析,计算出不同条件下对固定和运动目标的射击命中概率及毁伤概率,并与普通榴弹和激光末制导炮弹进行对比.结果表明:在不考虑操纵手搜索发现目标的情况下,图像末制导炮弹的射击效率与距离关系不大,整体上高于激光末制导炮弹,对装甲类点目标的命中概率基本保持在0.7以上.该研究可为下阶段该弹的具体作战运用提供理论支撑.     

超远程制导炮弹滑翔增程弹道仿真研究

本文对滑翔增程的原理及弹道特性进行了分析,建立了超远程制导炮弹滑翔增程外弹道的数学模型,对最大升阻比弹道进行了仿真,从而得出理想方案弹道及实际方案弹道。对仿真结果进行了分析,并对控制环节及鸭舵外形提出了改进措施,有效解决了飞行过程中姿态角及攻角震荡的问题,保证超远程制导炮弹能够进行稳定而有效的滑翔飞行。     

末制导炮弹外弹道仿真研究

本文对末制导炮弹外弹道的几个主要问题进行了研究: 1.对末制导炮弹的基本弹道进行了数字仿真并与垂直平面的末制导弹道作了对比; 2.运用得出的基本弹道算法,对末制导炮弹的射程、初速和射角进行了分级并给出了算例; 3.对末制导导引段有控弹道,建立了仿真模型并进行了数字仿真。本文提出的方法,可用于末制导炮弹的初步设计及末制导武器系统性能的近似计算。     

基于Gauss伪谱法的滑翔弹道快速优化

针对远程精确制导炮弹弹道优化问题,给出了一种基于Gauss伪谱法的滑翔弹道快速优化方法。以制导炮弹飞行时间为性能指标,考虑一阶动力学滞后,引入虚拟控制量,并将其作为优化变量,为保证攻击效果,对滑翔末端弹道倾角和速度值进行了约束,建立了纵向平面内弹道优化模型。利用Gauss伪谱法对状态量和控制量进行了离散,将最优控制问题转换为非线性规划问题,并利用序列二次规划法对其进行了求解,最后将求解结果与传统的直接打靶法进行了对比。结果表明,该方法具有较高的优化效率,能够快速计算出满足各种约束的滑翔弹道,具有在线优化的潜力。     

制导滑翔炸弹的最优末制导律研究

以滑翔制导炸弹为背景,利用最优控制理论,结合求解状态转移矩阵的方法,推导了一种具有末端姿态角约束的最优末制导律.该末制导律保证了脱靶量和控制能量消耗最小的性能指标,适用于攻击地面固定目标.通过数字仿真,并与有末端姿态角约束的修正比例导引律进行对比.仿真结果表明该最优末制导律在满足制导精度要求下提高了末端入射角.     

基于磁阻传感器的末制导迫击炮弹滚转姿态初始对准技术研究

在末制导追击炮弹控制时,需要知道追击炮弹的实时姿态角。追击炮弹在发射时具有高过载,使得陀螺等传统姿态角测量系统无法工作。文中提出了使用磁阻传感器,利用地磁矢量信息对弹体滚转姿态角进行辨识,并对自动驾驶仪滚转姿态进行空中初始对准的低成本方案。仿真结果显示,该方法具有较高的滚转姿态初始对准精度。     

浮空器姿态的单目视觉测量解析算法

利用浮空器进行俯视观测可有效提高防空反导系统的截获、跟踪目标能力。通过空中测量而为地面提供可直接用于武器控制的目标诸元,必须解决作为跟踪平台的浮空器姿态的高精度测定问题。提出了一种单目视觉测量方法：通过设置地面信标,对固定双焦CCD跟踪地面信标的视频图像进行处理,首次考虑根据浮空器姿态变化对地标的灵敏度分别计算航向角及俯仰角和横滚角,依照浮空器工作条件,提出了利用光轴和特征点之间方向余弦关系确定俯仰角和横滚角的方法,给出了姿态参数的解析解,并利用多种测量信息提高测量精度,估计误差小于1 mrad．静态精度测试实验结果表明该方法可行。     

弹头形状对侵彻多层靶弹道的影响

为了提高侵彻弹斜侵彻多层混凝土靶过程弹道稳定性,提出了头部刻槽形弹体结构和尖卵形弹体结构设计。基于LS?DYNA软件开展数值模拟计算,并进行了两种弹体侵彻10层混凝土靶试验。研究表明:在侵彻单层混凝土薄靶的过程中,随初始攻角增大弹体姿态偏转角度增大,刻槽形弹体相对尖卵形弹体姿态偏转相对较小。对比侵彻10层混凝土靶试验结果,刻槽形弹体相对尖卵形弹体可显著减少弹体偏转姿态,具有较好的侵彻弹道稳定性。     

柱形93钨弹体超高速撞击薄钢板穿孔及破片群扩展特征

为进一步研究柱形弹体超高速撞击靶板的破片群扩展、弹体侵蚀等问题,开展柱形93钨 弹体超高速撞击薄钢板实验研究。通过量纲分析方法给出柱形弹体穿靶的穿孔直径经验公式;利用高速摄像技术获得靶后破片群运动图像,分析破片群扩展规律以及弹体的侵蚀规律;基于微观组织分析,探索超高速撞击中弹靶材料的熔化问题。结果表明：通过对实验数据的拟合,认为在弹靶材料不变的情况下,靶板穿孔直径、靶后破片群轴向扩展最大速度、横向扩展最大速度近似和弹体直径、靶板厚度、撞击速度相关,而对于弹体侵蚀长度,除上述参数外还与弹体长径比相关;在柱形弹体超高速撞击靶板问题中,靶板背表面产生层裂并在破片群前部形成速度大于剩余弹体速度的“尖端”,可近似由靶板厚度小于弹体直径的0.72倍来确定;当柱形93钨弹体以2~3 km/s速度撞击靶板时,靶后破片群尚未发生大范围熔化,但当破片群、剩余弹体撞击第2层靶板时,受到二次加载作用,撞击区附近将发生大范围的材料熔化。     

基于波形诱骗的末敏弹毫米波有源干扰研究

根据末敏弹毫米波交流辐射计探测金属目标时弹目交会特点和信号处理电路特性,提出了一种基于波形诱骗的毫米波有源干扰新方法。分析并建立了辐射计探测干扰源信号时的天线温度模型,与探测地面金属目标相比,天线温度信号脉宽明显展宽,幅度保持恒定。该信号经视频放大器低频截止作用后,使输入的等幅宽时信号发生频率失真,输出具有正、负脉冲形式的波形分裂信号,其中负脉冲部分可以模拟探测地面金属目标的输出信号。实验结果验证了设计方法的正确性和有效性,为毫米波末敏弹有源干扰提供了一种可行的方法。     

弹丸飞行姿态的计算机采集与处理

根据纸靶弹孔图像判读处理弹丸飞行状态参数的测量原理,提出采用计算机图像采集与处理技术,实现纸靶弹孔图像判读和数据处理的方法。实践证明,该方法可以直接采集存储在纸靶上的弹孔图像,操作简单方便,自动化程序较高,受人为主观因素影响较小,结果重复率高,是一种多快好省的方法。     

基于海天线的舰船姿态算法

为提高船舶姿态测量的精度,提出一种基于海天线进行姿态测量的新方法。依据海洋环境的特殊性,在 确定海天线区域的基础上,对图像的处理、目标的提取进行分析,构建测姿算法模型,获取海基平台的水平姿态, 利用海天线信息解算出船舶姿态,并进行实船测量及效果分析。仿真结果表明：该算法可以有效地解算出船体的姿 态信息,精度较高。     

某火炮弹丸在炮口状态的动态灵敏度分析

合理评估火炮结构参数的变化对弹丸在炮口状态的影响,能够更加有助于提高火炮在整个射程内的射击精度。以弹丸6自由度外弹道方程的输入变量为弹丸在炮口状态的表征量,建立了求解某火炮弹丸在炮口状态的弹/炮相互作用模型。针对弹丸在炮口状态的多表征量和火炮多装药的特点,提出了一种基于绝对关联度的动态灵敏度分析方法。该方法通过对系统分析目标的实际序列与其目标序列的接近程度进行统计分析,得出可控因数在给定范围内对系统分析目标的平均影响情况、显著性以及对应的最优区间。利用上述模型和方法,进行了某火炮基于身管和弹丸参数的弹丸在炮口状态动态灵敏度分析,并实现了对上述方法和分析结果的验证。     

尾翼弹碰击薄弱目标前冲过载系数变化规律

为了给尾翼弹引信设计提供参考,采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,对弹丸以不同着角碰击不同材质、不同厚度的薄弱目标过程进行数值仿真研究。仿真结果表明:弹丸碰击薄弱目标的前冲过载系数值在某一特定着角时达到最大值,靶板材质和靶板厚度不同这一特定着角值也不同。超口径尾翼弹碰靶着角较大时,其最大前冲过载系数出现在尾翼穿过靶板时,而不是出现在头部侵彻靶板时。射击试验结果表明:根据上述仿真结果设计的引信惯性触发开关能够满足钝感度、弹道安全性以及擦地炸作用率要求。     

长杆弹超高速侵彻砂浆靶临界速度的实验和计算

为了研究高强度合金钢长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,开展了30CrMnSiNi2A长杆弹以初速度1 381~1 879 m/s侵彻半无限砂浆混凝土靶的实验。实验结果表明：靶板的开坑直径、开坑深度、开坑体积以及弹道孔径与侵彻速度呈近似线性关系;当侵彻速度小于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而增大;当侵彻速度大于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而减小;当速度为1 724 m/s时,侵彻深度达到最大。靶板的剖分结果显示:当长杆弹超高速侵彻靶板时,弹体着靶时微小的倾角会导致侵彻弹道发生严重的偏转,呈现为“J”字形弹道。基于实验结果,在考虑长杆弹头部变形的基础上利用修正的A-T模型,得到了长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,分析了不同的弹靶参数对临界速度的影响,并结合实验数据,验证了理论模型的可靠性。