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。

基于移动激光扫描的行道树靶标实时检测

针对行道树靶标实时检测的问题,本研究基于随机森林(random forests, RF)的逐点检测算法,建立一个能够实时且准确检测行道树点云的分类器。本研究所用点云为一段230 m的校园人行道,根据点的三维坐标、回波次数和回波强度信息基于立方体邻域提取宽度、深度、高度、次数、强度、维度和密度特征,然后根据这些特征的贡献度大小保留5个特征。对比了邻域搜索算法、点云特征数量、决策树数量和检测算法,并研究了点云密度对分类器性能的影响。结果表明:采用的立方体邻域特征提取时间比球域缩短了11.85%;在筛选特征过程中检测器性能基本稳定,特征筛选后提取特征时间缩短了65.40%,平均每帧点云的特征提取时间仅为24.72 ms;在考虑误差下降梯度和检测时间的前提下,决策树数量定为13;对比基于Boosting算法的行道树检测算法,本研究方法实时性更强;点云密度不断下降直到原来的1/20过程中,检测器性能保持平稳,表明该方法能够有效识别不同密度的行道树点云。本研究方法能够实现行道树靶标实时检测。

基于结构张量筛选和局部对比度分析的空中红外小目标检测算法

针对复杂云层背景下红外小目标检测的虚警现象和实时性要求,提出一种基于结构张量筛选和局部对比度分析的新算法。结合目标区域结构张量最大特征值大于其他背景区域结构张量最大特征值的特点,滤除大部分非目标区域,保留少量可疑区域,再对可疑区域进行局部对比度计算,能够增强目标、抑制残留背景,并有效减少计算量。算法步骤如下:首先,在滑动窗口捕获的局部图像区域内构建结构张量矩阵,将最大特征值大于特定阈值的区域标记为可疑区域;然后,对可疑区域进行比差联合型局部对比度计算,生成显著度图;最后,利用自适应阈值分割实现小目标的分离。实验结果表明:该算法在复杂云层背景下具有更高的检测率、更低的虚警率以及更少的运行时间。

原向反射式大面积三角形探测光幕灵敏度分布

分体式大靶面测试系统的探测光幕灵敏度直接影响飞行弹丸速度测量的精度。可在散布不大的情况下,使用反射膜与激光器代替矩形大面积测试系统中的人工光源,简化测试系统。对新建的三角形探测光幕的灵敏度进行了分析,综合考虑激光器在不同传播距离处的光强度衰减、空间的非均匀性分布及反射膜逆反射系数和镜头离轴效应等因素,采用数值仿真和实弹试验的方法,将同一弹径的弹丸穿过光幕不同位置时的灵敏度等效到同一基准点进行归一化分析。结果显示,镜头离轴效应对灵敏度影响最大,激光器空间非均匀性分布影响最小。在3.5 m×2 m(宽×高)的直角三角形探测光幕区域进行实弹试验,其结果与仿真结果一致,距镜头越近,灵敏度越高;反之越低。研究结果可为类似原向反射式大面积探测光幕的工程设计提供参考。

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。

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3 m×1 m,探测敏感面长度为1 m,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12.7 mm,14.5 mm以及30 mm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.

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。

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.

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6 000mm,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。

激光测速靶的经济实用性改进

文中针对用户对于激光测速靶大靶面、安装调试方便等要求,研制了一种适于大靶面测试、安装调试简单方便、高精度、稳定的激光测速靶。与以往的激光测速靶进行了比较,并进行了实验分析。

构建城市规模大区域火灾预警系统的思考

城市规模大区域火灾预警系统以白光CCD、红外热像仪、多波段复合探测器为主要探测模块,以激光测距机及终端承载平台的双坐标伺服系统实现对目标的搜索、识别、捕捉和定位。消防指挥中心自动化遥控接收系统终端的探测信息、目标位置及可能的预警信号。如果预警信号出现,系统就能依据被锁定目标的三维坐标,结合嵌入的城市电子地图和其他信息系统,查询目标及周围的相关信息,迅速判明预警的真伪或状态,为消防出警决策提供可靠依据。

原向反射式大靶面光幕探测灵敏度分布特性

为了解决光幕探测能力不足的问题,提出了一种基于原向反射原理的大靶面光幕探测方法,根据探测系统的测量原理,建立了灵敏度分布模型,揭示了探测系统的灵敏度分布规律。进行了仿真与实验,仿真与实验结果均表明:随着弹丸过幕坐标与入射角逐渐增大,系统探测灵敏度逐渐下降;随着弹丸直径逐渐增大,系统探测灵敏度随之增强。在设定的参数条件下,当靶面为4 m×4 m时,系统可对直径6 mm及其以上的弹丸探测,指标要求探测捕获率不小于98%,目前实验中还未发现漏测情况,可以实现全靶面有效探测;建立的探测灵敏度分布模型对工程实践具有指导意义。

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。

基于红外发光二极管和光敏元件阵列的光电靶

室内大靶面立靶精度测试系统一直是外弹道测试领域研究的热点。目前国内已出现的单靶面激光精度靶存在靶面增大后灵敏度不够、精度不高的问题。基于红外发光二极管和光敏元件阵列的光电靶可以提高灵敏度,有效地增大靶面。弹丸的探测通过X和Y方向各一组光传感器来完成,在靶面上与光传感器对应的另一侧装有红外LED光源,靶面的有效探测区域由光传感器与光源形成的光幕确定。弹丸通过靶面时由邻近的几个传感器单元探测到,并通过软件精确识别确定弹丸过靶的坐标。传感器通过设置灵敏度,可仅探测快速移动的物体,避免误触发。单靶能够测量射击精度、射击频率,给出弹序、弹丸的X、Y坐标和R50与R100,当连接两套或更多光电靶时可测量弹丸飞行速度和弹丸偏角及倾角。

大面积三角形探测光幕灵敏度空域分布分析

分体式探测光幕实现室内靶道弹丸初速测试时,探测光幕的灵敏度直接影响初速测量的精度。研究了线光源配接镜头式接收装置组成大面积三角形探测光幕的灵敏度分布,考虑光学镜头离轴效应和线光源随距离衰减现象,将探测光幕内不同位置处光照度等效到线光源处,假设光幕厚度均匀,弹长始终大于幕厚,弹丸遮挡探测光幕所形成的面积与当前区域光幕截面积之比等效为弹径与当前位置处光幕宽度之比。在4.8 m×2.4 m三角形探测光幕上进行理论仿真与实弹试验验证,仿真分析与实弹试验结果一致,靠近镜头处灵敏度大,远离镜头处灵敏度小,且关键探测区域内模拟电压幅值标准差为0.05 V,均匀性符合测试要求。研究结果可为三角形探测光幕的工程设计提供参考。

L形光源大面积矩形探测光幕灵敏度空域分布分析

镜头式探测器配接L形LED光源构成大面积矩形探测光幕,常用来布置在封闭的室内靶道测量外弹道参数,其探测区域的灵敏度大小直接影响测量精度,文章研究和分析了配接L形LED光源的10m×10m大面积矩形探测光幕灵敏度空域分布规律,考虑镜头边缘效应和光传播路径损失,将飞行弹丸遮挡的光投射到镜头处计算光电器件接收的光通量变化,推导出探测光幕灵敏度的数学表达式,将探测区域分割成小块,采用数字仿真方式计算同一口径弹丸穿过不同区域块引起的光通量变化,得到矩形探测光幕区域灵敏度空域分布。结果显示矩形探测区域灵敏度呈现对称分布,靠近镜头主光轴和镜头附近处时,会得到探测区域内的较大探测灵敏度。其研究结果为后续进行大靶面外弹道测试相关技术提供了理论依据。