抛物线弹道弹丸飞行参数测量模型与 精度分析

现有匀速直线弹道六光幕阵列测量模型无法满足终点抛物线弹道弹丸着靶坐标与飞行速度的测量需求。针对终点弹道测试试验中抛物线弹道的实际,提出一种变速抛物线弹道弹丸飞行参数的测量方法,建立六光幕阵列通用测量模型。综合考虑重力和空气阻力对弹丸运动轨迹的影响,建立弹丸的空间运动方程,结合光幕阵列平面方程和测量得到的弹丸穿过光幕阵列时刻序列,计算出弹丸在预定位置的着靶坐标和飞行速度矢量。对研究的抛物线弹道测量模型与现有的匀速直线弹道模型进行了比较分析,仿真计算了在不同靶距与不同飞行速度情况下2种模型测量数据的差值。对研究的测量算法进行了精度分析。采用六光幕阵列天幕靶和木板靶进行7.62 mm步枪弹的着靶坐标比对试验,结果表明在探测靶面内,着靶坐标测量误差不大于3.5 mm。建立的测量模型拓宽了六光幕阵列在终点弹道的测试领域的应用。     

多光幕法测量高空弹丸炸点坐标原理与分析

针对高空飞行弹丸命中目标爆炸时的坐标测量,低伸弹道立靶测量系统已不能满足要求,并且不能测出沿弹道方向弹丸爆炸时的坐标.为满足当前新研制的弹丸引信测量指标需求,提出采用高探测灵敏度光电探测靶的多光幕交汇测量原理,建立空间三维坐标测量数学模型,利用高灵敏度闪光探测靶测量弹道方向弹丸爆炸时的坐标,弥补立靶测量系统不能测量该参数的缺陷.运用微分法,从交汇光幕夹角、探测幕厚、测时、测距等方面分析测量误差.通过误差的分析,测量系统在高空工作时,达到指标要求.     

光幕靶探测灵敏度与响应时间测量方法

基于光幕阵列构建的光幕靶可用于弹丸的飞行速度、着靶坐标和飞行速度方向角的测量。光幕靶的探测灵敏度决定了其能探测飞行物体的最小尺寸,响应时间决定了可探测物体的最高飞行速度,是光幕靶的核心性能参数。通过分析光幕靶输出的过靶信号特征,建立光幕靶工作机理的数学表达式,提出了一种采用直流电机控制旋转码盘模拟辐射光能量的瞬态变化过程,可快速测量光幕靶的幅频特性参数。研究的方法也适用于其他光电探测仪器的动态响应特性测试领域。     

大面积三角组合光幕弹幕武器密集度的高精度测试

提出了一种交叉布置的大面积三角组合光幕的高精度激光靶密集度测试方法,以解决超高射频弹幕武器立靶密集度测试的难题。给出了激光器、激光光束整形系统、激光探测器阵列组成的大面积三角光幕光电开关系统设计方案,分析了双大面积三角光幕测量原理,推导出了三角光幕弹着点坐标解算方法。结合系统采用的探测器件输出特性分析了该测试方法的误差,结果显示:当规则靶面区域宽度从3.6 m扩展到10 m时,最大测试误差从0.557 mm变为0.832mm,只增加了0.275mm,实现了很高的测量精度。模拟射击试验结果表明,采用分辨率为1.6mm的探测器阵列时,X坐标最大误差为0.747mm,Y坐标最大误差为0.635mm,实现了对超高射频弹幕武器立靶密集度的高精度检测。该测试方法具有光幕面积大、测量精度高、安装调试方便的特点。     

多幕阵列结构对立靶测试精度的影响研究

深入分析多幕阵列式精度立靶的测量精度,针对现有多幕阵列结构存在问题,分析并论证一种新型的多幕阵列结构和弹道估计算法。给出运用MATLAB进行弹丸飞行轨迹外弹道仿真与计算的运算结果,并将计算结果与气枪实弹试验结果进行对比。结果证明:阵列结构对测试系统精度存在显著的影响,新的改进结构可有效提高仪器的测试精度。     

大靶面激光光幕靶研究

针对大靶面、高精度弹丸速度测量的要求,提出一种新型激光光幕靶弹丸速度测量系统。该系统采用大功率90°扇形线状激光器做为光源,两列高灵敏度光电二极管阵列作为接收装置,当弹丸穿越激光光幕面时,遮挡了部分投射在光电二极管上的光线,光电二极管产生微弱电信号,经放大、整形后输出一个脉冲信号,触发计时仪开始或停止计时。两台同样的装置配合测时仪,便可组成激光光幕靶测速系统。经实弹实验证明,该系统具有高灵敏度和高精度的特点。     

基于摄像法测量弹丸的空间炸点位置

为了测量了近炸引信对空中目标引炸的炸点位置,提出了采用基于定目标为参照的双面阵相机交汇摄像法来获取高空弹丸炸点三维坐标参数.根据试验测试要求,分析了相机交汇摄像原理与方法,建立了弹丸炸点三维坐标位置计算模型;利用交汇相机的空间几何关系、图像处理技术与模拟目标实际尺寸,研究弹丸炸点相对模拟目标的空间三维坐标算法,并分析了坐标参数修正方法;利用微分法对参数进行误差分析.分析计算显示,坐标误差均小于40 mm;实弹试验和图像处理显示,相机交汇摄像法可以获得弹丸炸点三维坐标.对四光幕法与摄像法的对比表明,两种方法在高低方向所测数值平均差为0.158m,左右方向数值平均差为0.114m.     

四光幕精度靶中的信号处理电路

结合四光幕精度靶测量弹丸着靶坐标的工程实现,设计了相应的信号处理电路.分析了四光幕精度靶测试系统的组成,并给出测量公式.设计了长线驱动电路和模拟信号隔离触发电路,确保模拟弹形信号经过远距离传输无畸变,同时保证多路信号传输延时一致性.针对试验现场安装调试的方便,设计了对正指示电路.设计的信号处理电路进行实弹射击,测试的结...     

单列光源反射式光幕靶检测弹着点

为了降低弹丸着靶点检测的成本,提出了一种新的弹着点检测原理。采用单列光源,经两面条形表面反射镜反射后,形成"Z"型的三道光幕,用于实现对弹丸等飞行目标的测速及定位。弹丸的速度和着靶点水平方向的坐标可以通过对时间的测量得到,弹丸着靶点竖直方向的坐标可以通过单列光探测器获知。文中对检测原理进行了研究,对光源、探测器、信号特征、有效测试区域、射频测试能力等进行了分析,并在桌面进行了原理性试验。高速摄影机拍摄的小球坐标与"Z"型结构测量出的坐标相对位置误差为0.1～1mm,传统区截靶法与"Z"型结构测量出的小球速度相对测速误差为0.02%～0.2%,说明基于反射镜的"Z"型结构在定位和测速方面的应用具有可行性,提出的方法具有结构简单、解算方便、节省成本的特点。     

带弹序的弹幕武器立靶密集度测试

提出一种基于4个线阵TDI-CCD相机组成的三空间靶面结构对多弹丸着靶参数进行测试,以解决弹幕武器等高射速武器多弹丸同时着靶时的立靶密集度测试难题。测试时,2个CCD相机在空中交汇形成与预定弹道方向垂直的立靶靶面I;靶面II和靶面III分别由1个CCD相机的探测面形成,并分别与靶面I在竖直方向和水平方向上成一定夹角。根据三靶面的空间几何结构、飞行弹丸在4个线阵CCD相机上的成像时间和成像角度,分析了单发弹丸的着靶坐标、飞行速度和穿靶角度。根据多弹丸在三靶面间的成像位置关系以及弹丸飞行速度约束,推导出多发弹丸着靶时的时空散布参数,如弹序、弹丸存速和着靶坐标。仿真和实际试验验证显示测试的多靶面间目标匹配率达到100%。提出的测试方法有效地解决了多发弹丸同时着靶时出现的假目标问题并克服了单CCD立靶测试参数单一等缺点。     

基于激光靶的战斗部破片群速度测量方法

提出了一种摹于激光靶技术的战斗部破片群速度非接触式测量方法,该系统南激光幕、多路计时仪以及计算机组成.当破片群从两个激光幕中间飞过,多路计时仪记录每个破片飞过激光幕的时刻以及破片通过激光幕的位置,根据记录的数据以及激光幕的几何参数,计算出单个破片飞行速度、飞行角度以及飞行位置.该方法可以自动识别破片群中单个破片的过靶位置和实际飞行方向上的速度,从而可以准确测量破片群的飞行速度,有利于准确计算破片初速及破片速度衰减系数.     

室内大面积激光测速光幕光能均匀性研究

针对大横截面室内靶道弹丸测速需求,提出采用一字线激光器作为光源,L形排布的光电二极管阵列作为接收的室内大面积矩形探测区域激光测速光幕构建方法,对光幕面内光能分布均匀性进行理论分析及实验研究。在单个一字线激光器光能分布理论分析基础上,通过实验验证了理论分析的正确性,并对两个一字线激光器拼接作为光源的1m×1m靶面的激光测速靶靶面内光能分布均匀性进行了实测研究,对实验结果进行了分析。该研究成果为实用室内超大面积激光测速光幕靶的设计提供了理论及数据参考。     

室内大面积激光测速光幕靶面光能均匀性研究

针对大横截面室内靶道弹丸测速需求,提出采用一字线激光器作为光源,L形排布的光电二极管阵列作为接收的室内大面积矩形探测区域激光测速光幕构建方法,并对光幕面内光能分布均匀性进行理论及实验研究。首先对单个一字线激光器的光能分布进行理论建模及分析,通过实验验证了理论分析的正确性;其次对用两个一字线激光器拼接作为光源的1m×1m激光测速靶靶面内的光能分布均匀性进行了实测研究,对实验结果进行了分析,并提出了进一步提高光幕均匀性的方法,通过研究为实用室内超大面积激光测速光幕的设计提供了理论指导及数据参考。     

双头弹速度测量系统研究

提出了一种基于数据采集卡配合光幕传感器的双头弹速度测试系统,详细地阐述了测量系统的组成与测量原理;采用相关算法分析双头弹穿过光幕靶传感器的输出信号,提高了弹丸时间间隔值求取精度。经实弹射击测试验证,该测量系统具有测量精度高、抗干扰能力强和操作简便等特点。     

科氏惯性力对转管自动机终点偏差的影响

转管自动机的科氏惯性力对弹丸终点偏差的影响会降低射击精度和密集度.利用有限元软件对自动机的固有模态进行分析,获取有关参数并根据空间解析几何知识计算身管振动偏角,依据此偏角及科氏定理得到了某转管自动机的科氏惯性力;结合外弹道理论,建立了科氏惯性力对弹丸章动影响的数学模型;研究结果表明:弹丸飞行马赫数影响章动周期的最小弹丸截止转速,马赫数越大,截止转速越高;弹丸弹带部分即将飞出炮口时,科氏惯性力达到最大;起始章动角影响弹丸章动某一方向的外延特性,改变射弹散布与目标的重合度;控制弹丸飞行的动平衡,采用合理的弹丸转速,可有效降低起始扰动.分析结果可为校正终点偏差,提高射击精度和密集度提供理论依据.     

基于激波信号的弹丸坐标测量系统研究

以提高声测自动报靶系统的稳定性与测量精度为目的,并根据弹丸坐标自动检测的需求设计了弹丸坐标测量系统。该系统采用压电式超声波传感器作为激波的测量传感器,后续分别设计了信号采集电路与时延计算电路,并设计了上位机程序以实现自动报靶。利用弹丸在飞行中产生的激波在经过不同位置处传感器时产生的时间差,通过建立合适的数学模型,结合TDOA定位算法计算出弹着点坐标值。最终通过实弹射击试验验证了该系统的性能。     

条带式弹道像机交汇测量系统

为了实现对大靶面、高速飞行的小目标进行精密测量,研究了采用多台CCD像机组成条带式弹道像的实现方法和交汇测量的原理,导出了交汇测量坐标的计算公式,利用误差理论对本系统的测量精度进行了详细的分析.研究结果表明,条带式弹道像机能够提高对目标的捕获几率,能够有效的提高坐标测量精度.     

弹丸内弹道运行时间计算方法

提出了一种枪炮弹丸内弹道运行时间的理论计算方法。首先通过常用参数对弹丸内弹道时间预测,然后再运用弹道学理论推断计算弹丸内弹道运行时间。将预测时间和理论推导时间比较,理论计算符合实际射击情况。此方法可以对各种枪炮的弹丸内弹道运行时间进行理论计算。     

光幕阵列测试系统动态信号分析及校准

光幕阵列各测量通道存在不均衡性,会导致阵列动态信号传输延迟出现差异,直接影响了光幕阵列测试系统的总体性能。为了解决这一问题,提出一种利用半实物仿真的方法进行评估、分析光幕阵列测量通道传输特性的方法。为了简化研究,本课题采用半实物仿真平台产生两路并行模拟动态信号,通过采集后进行动态信号的时、频域分析,基于不同信号参数条件下分析并获得其传输特性及相关变化规律,用校准源信号通过脉冲校准原理来校准。     

火炮发射膛内过载试验研究

利用火炮发射弹丸侵彻土壤靶,对膛内过载进行试验研究。采用压电和压阻式加速度传感器,通过回放弹载加速度存储仪,得到弹丸膛内过载曲线,经过数据处理得到弹丸膛内时期的速度、行程曲线和传感器的频谱曲线。结果表明,试验值与实测值基本符合,且传感器的有用信息主要集中在4 kHz频率范围内。该研究结果为内弹道测试提供了一种新的手段。