斜入射下四光幕精度靶着靶位置测量原理误差分析

为研究飞行弹丸斜入射时着靶坐标测量原理误差的分布规律,根据四光幕精度靶几何结构,建立了斜入射下着靶坐标测量原理误差模型,研究有效探测靶面内不同着靶位置与不同入射角下原理误差分布规律;分析工程应用中发射位置确定下,不同散布半径与不同射击距离对测量原理误差的影响,给出着靶坐标测量的修正公式,并进行实弹射击试验。试验结果表明:飞行弹丸斜入射时必然存在原理误差,必须修正着靶坐标;射击距离一定时,发射枪散布半径越大,原理误差越大;散布半径确定时,原理误差随射击距离增加而减小;在发射位置确定下,采用修正公式后,四光幕精度靶测量误差小于1 mm。

探测距离对光幕系统探测灵敏度影响研究

针对探测距离会对光幕系统探测灵敏度产生影响,分别建立弹丸进入系统时遮挡激光产生的光通量变化与系统接收弹丸反射激光功率的数学模型,得到最终弹丸过靶产生的光功率变化的数学模型,根据能够引起系统响应的最小光功率,得出了弹丸处于不同探测距离条件下光幕系统能够探测最小弹丸的尺寸,最后通过实验对数学模型结果进行验证。该研究对于根据所需探测灵敏度设计合理探测靶面,具有重要意义。

光电阵列动态扫描式弹丸坐标及速度测量方法

针对组合光幕立靶结构中存在的探测精度低、光幕不均匀、结构复杂以及靶面拼接时易重合且测速困难等问题,提出一种光电阵列扫描式坐标及速度的测量方法。采用两排式的多个红外发光管等间距分布组成的阵列作为发光阵列且多个光电二极管等间距分布组成的阵列作为探测阵列,发光阵列与探测阵列交错排布无缝拼接构成光电阵列坐标靶。系统靶面分别依次点亮红外发光管和选通光电二极管且以此循环工作呈动态扫描状态。模拟实验表明,x轴和y轴实际测量误差分别为1 mm和1.1 mm,系统的速度实验最大误差为0.13 m/s,表明光电阵列动态扫描弹丸坐标及速度测量方法可行。

电磁发射测量系统的设计与实现

设计了一种基于Rogowski线圈、B-dot探针、光幕靶及插入式数据采集卡(PC-DAQ)的电磁发射测量系统,开发出以动态链接库(DLL)为形式的数据处理模块,为系统的扩展和二次开发提供统一的接口,设计了具有Windows操作功能的人机交互界面,并成功地应用到实际研究中,为电磁发射系统的性能研究及技术匹配提供了数据依据。根据实验数据得出了触发放电和轨道拉弧时,整个测量系统受到了大的脉冲干扰;通过计算,可以得到本系统测量速度为1 km/s时的相对误差为0.7%.

四光幕精度靶工程化模型及测量精度分析

针对现有四光幕精度靶理想化结构模型及测量精度分析无法满足其工程化设计及发展需求的问题,构建了通用的四光幕精度靶工程化结构模型,推导了相应的坐标测量及误差传播公式,仿真分析了着靶位置、靶距、幕面夹角、靶面大小、弹丸斜入射角度等多参量对系统坐标测量精度的影响,得到了系列坐标测量误差分析数据.最后给出了一实际四光幕精度靶的结构及理论坐标测量误差估计.实弹射击表明,该系统在1m×1m有效靶面内的X、Y坐标测量误差均小于2mm,与理论仿真分析结果接近,验证了所提工程化测量模型的正确性,测量精度分析有效.研究结果可为实用型四光幕精度靶的设计及测量精度评估提供可靠参考.

六光幕结构立靶坐标测量原理

提出了一种六光幕结构,根据6个光幕布置的几何关系,运用空间解析几何的方法建立6个光幕面的平面方程,并与含有未知参数的弹道方程联立,将测到的弹丸依次穿过6个幕面的时间代入联立方程组,求得弹道方程中的未知参数,获得弹道线与预定光幕面的交点坐标.给出了测量原理并进行了测量误差分析.结果表明六光幕立靶与四光幕立靶相比更符合实际的射击情况,解决了弹道不垂直预定靶面入射的问题.

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.

红外测速光幕靶改进及测量精度分析

为提高XGK-2002型红外测速光幕靶的测量精度及安装调试速度,提出采用双辅助激光器实现光源和接收精确对准的光幕靶改进方案.在现有红外测速光幕靶工作原理及结构基础上,对光源和接收对准中存在的问题进行了探讨,分析了其影响.提出了在光幕靶两端分别设置一激光器实现对准的光幕靶改进方案,并从测时误差及靶距误差两方面对改进后测量精度进行了分析.结果表明,改进后的光幕靶可快速、直观的实现光源和接收的对准,测试精度及安装可靠性提高,改进后测速精度可达到1‰.

光幕靶破片速度测量方法及误差分析

主要针对破片速度测量实际需求,建立了光幕靶测量数据处理方法和速度误差的传递模型。研究了着靶信号波形匹配技术和破片轨迹匹配技术,利用无偏估计给出了测时、测距等各测量参数的随机误差范围,再结合时间和距离的匹配误差,最终给出了破片速度测量的总误差。

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.

天幕靶光源的设计

天幕靶在室内使用时必须配备非常稳定的人工光源,为解决天幕靶在室内使用时的采光问题,该文根据天幕靶的视场特点和对光源稳定性的要求,提出用超高亮度的发光二极管做发光基体,并利用机械结构将其拼成扇形以适应天幕靶的视场要求.该光源结构简单,使用方便,采用恒流供电,经过试制样机试验,它发出的光强度既高又非常稳定.该光源不仅满足了天幕靶室内测速的要求,而且有利于提高天幕靶的灵敏度.

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。

基于天幕立靶的两种弹着点坐标测量算法

针对天幕立靶弹着点坐标的测量问题,提出一种基于解析几何法的弹着点坐标测量算法。以天幕立靶为基础,建立弹着点坐标系,分别利用几何三角法和解析几何法推导简单双"N"形天幕立靶弹着点坐标测量公式,并给出了计算实例。分析结果证明:2种方法中,几何三角法适用于比较简单规则的双"N"形光幕,而解析几何法容易编制程序,适应于各种幕形。

四光幕精度靶结构参数的反求及仿真

针对工程中四光幕精度靶结构参数的精确测量问题,提出了一种结构参数的辨识方法.利用实弹射击后的纸靶坐标和弹丸穿过光幕阵列的时间序列反求所要测量的结构参数.文中结合四光幕精度靶的工程设计,在理想四光幕精度靶模型的基础上,建立了实际工程中的四光幕精度靶的数学模型.对所提的辨识方法进行了详细推导和仿真,仿真结果表明通过该方法反求的结构参数相对误差小于0.02%.由该参数引入的坐标测量误差小于0.2mm,可满足四光幕精度靶的立靶密集度参数测量精度.

大靶面探测光幕灵敏度分析与修正

为了解决室内10 m×10 m大靶面探测光幕灵敏度分布不均匀的问题,研究了镜头光幕探测传感器灵敏度分布规律。依据镜头式光度学理论,分析了影响光幕探测灵敏度的主要因素,建立探测灵敏度数学模型,获得幕面内不同位置的弹丸过幕信号幅值变化趋势。最终提出了灵敏度修正方案,通过改变光幕靶不同位置光源的发光亮度,来实现探测幕面内灵敏度分布均匀化。修正后的探测光幕采用气枪弹验证可知,灵敏度能满足大靶面灵敏度均匀化要求。

天幕靶人工光源的设计

针对天幕靶在使用时必须有非常稳定的光源,为了实现天幕靶能够全天候测量以及在室内测量,设计采用LED作为天幕靶的人工光源;分析了LED的特性,提出用超高亮度平头发光二极管作为人工光源,通过器材设计半径为5m的扇形形状LED光源。采用恒压供电,经过试验,该光源满足天幕靶在阴天或室内光线比较暗时测速的要求,而且对天幕靶的灵敏度有大幅度的提高。

一种改进型红外光幕靶测速系统

使用光幕测速系统对弹丸速度进行检测时,背景干扰光线对测试结果影响较大,为此通过试验分析背景光照强度、狭缝结构、光电二极管封装类型对测速效果的影响。提出使用双层狭缝结构以及黑色树脂封装光电二极管来进一步减弱干扰光线的影响,同时进行信号处理电路的设计,搭建完整的红外光幕测速系统,并进行了弹丸速度测试试验。试验测速范围是200~1 500 m/s,通过与高速摄影、丝网断靶测速数据进行对比,证明改进型红外光幕靶测速系统测速相对误差小于1%。

基于平面方程的六光幕精度靶工程化建模及精度分析

针对传统几何法在六光幕精度靶测量模型解算及精度分析中因取近似结构参数而引入误差的问题,提出了基于平面方程的精确解算及精度分析法.依据工程实际,构建了高通用性的六光幕精度靶工程化测量模型及误差传递模型,系统地仿真比较了两类六幕结构中靶距及靶距误差、斜幕角度及角度误差、光源和接收对准误差等多误差源对弹丸速度及着靶坐标测量结果的影响,获得了一系列探测靶面内的测量误差分布数据,并结合实际给出了一个可满足坐标测量误差小于3 mm,相对测速误差小于0.3%指标的工程设计实例.研究结果可为六光幕精度靶的工程化设计与精度评估提供可靠的理论基础及数据参考.

基于反射式光幕靶的信号处理电路设计

针对大面积反射式光幕靶的特点设计了光电转换电路,并通过野外试验对测试电路的性能进行了实弹考核。该光电转换电路具有低噪声、高增益、低输出阻抗、较好的响应带宽和带负载能力。通过野外实弹试验表明,该电路能有效去除飞虫干扰和杂散光的干扰,保证了大面积反射式光幕靶的测试性能。

一维光幕测试旋转对称破片的动能

针对飞行破片动能测试,提出了一种采用光幕测试飞行破片动能的方法。该方法采用两台光幕靶测试飞过光幕的破片的速度,通过破片穿过光幕输出的波形提取体积信息,得到破片的穿靶质量,进而得到破片的动能。文中分析了光幕输出波形与破片体积关系的理论模型,采用3种典型的旋转对称形状物体仿真验证了理论模型,并研究了一种标定方法。实弹射击试验表明,所提方法可以测量旋转对称破片或弹丸的动能,测量精度满足靶场测试的要求。