炮口烟光电测试方法设计

针对炮口烟雾浓度测试的目的,设计了一种烟雾浓度光电测试方法;采用半导体激光器作为调制光源,APD作为光敏探测单元,结合锁相放大的方式得出光强与烟雾浓度的对应关系;设计了炮口烟箱结构及信号处理电路,通过理论分析及仿真验证了设计的正确性。

多管齐射武器弹幕参数的细分光幕阵列测试方法

针对准确测试多管齐射武器弹幕参数,提出了一种细分六光幕阵列测试方法。研究的细分光幕阵列将探测空间划分为多个子探测平面区域,通过采集多管齐射武器发射的多发弹丸穿过每个光幕时输出的信号并计算时刻信息,依据穿过对称光幕的时间间隔相等的原理,利用穿过同一光幕不同位置的时间差可从众多时间序列中识别出每发弹丸穿过6个光幕的时间序列组合,从而计算出每发弹丸相应的飞行参数。研究的算法经仿真验证,结果表明算法有效。此外还给出了光幕的实现方案,并对高射频连发射击试验进行了验证。

CCD立靶光源适用性的图像判定技术

针对CCD立靶在室外自然环境下和配有主动光源的工程应用,提出一种基于背景图像分析的光源适用性判定方法。在图像采集与实际测试状态一致的条件下,采集无目标背景图像,通过数字图像处理,确定采集视场内各个位置处图像的灰度变化范围Δf及灰度均值fmean,若背景图像中各个像元的fmean>2×Δf,即认为CCD立靶可以对目标图像进行可靠识别。实验室及外场CCD立靶应用实验结果验证了该判据的有效性和可靠性。

基于序列线阵图像分析的飞行目标攻角测试

为解决飞行目标攻角高精度测试问题,在深入分析狭缝摄影测试攻角方法的基础上,结合双线阵CCD交汇测试过靶坐标原理,给出了基于双序列线阵图像分析获得攻角的方法,研究了轴上点有效数据的识别算法,解决了攻角计算中2个方向的尺度对应问题,并设计了测试系统.实验室低速目标攻角测试实验验证了测试方法的可行性,研究的测试系统能够对长度(mm)/速度(m/s)大于0.3的圆柱形目标进行攻角测试.

光幕阵列测试系统动态信号半实物仿真

为了客观且科学地评估光幕阵列测试的性能,提出一种基于半实物仿真技术的测试方法.采用任意波形发生器代替光电探测器,与光幕阵列剩余部分组成一套半实物验证平台;根据光幕阵列动态信号特征,通过配置波形编辑软件的脉冲描述字选项以生成具有特定时间间隔的模拟信号;信号波形文件下载至任意波形发生器可生成两路模拟信号,信号采集与处理模块可以测量出信号的时间间隔,将测量值与理论值进行比较.经试验可知:该测试方法能够满足光幕阵列性能评估的要求,并优于之前的测试方法.

圆形阵列光电探测系统双目标识别方法

针对双弹丸同时着靶情况下的立靶坐标测量问题,提出一种圆形阵列光电探测系统的双目标识别方法。采用光电探测器件组成1个圆形的探测阵列,并将3个发光角度均为60°的扇形一字线激光器均匀设置于圆形探测阵列上组成探测光幕。当2发弹丸同时穿过探测光幕时,会在圆形探测阵列上产生6个弹丸投影,通过信号处理电路识别6个弹丸投影的中心位置,最后通过系统弹丸着靶坐标测量公式计算得到2发弹丸的着靶坐标。在对系统测量原理进行论述的基础上,建立了系统的弹丸着靶坐标测量模型,并对坐标测量误差进行了分析和仿真。仿真结果显示,系统在测量靶面为1 m×1 m时的X坐标测量误差标准差最大为2.7 mm,Y坐标测量误差标准差最大为0.6 mm。实验结果表明,系统在测量靶面为1 m×1 m时的X坐标测量误差标准差为2.22 mm,Y坐标测量误差标准差为1.98 mm。因此,该文所提出的系统可以有效测量弹径4.5 mm及其以上的双弹丸着靶坐标。

天幕靶灵敏度自适应控制技术研究

为了解决天幕靶的探测灵敏度受外界环境光变化影响引起探测性能不稳定的问题,提出了一种基于天空亮度自适应调节的天幕靶灵敏度稳定的方法;对天幕靶的探测灵敏度模型进行了分析,确定了天空背景亮度、噪声和弹丸口径和速度等为主要影响因素;通过控制光通量、改变偏置电阻以及调整电路增益等手段,有效地实现了灵敏度自适应稳定的要求;经实弹试验验证,天幕靶输出信号的幅值波动范围减小为原来的35%,实现了天幕靶适应性强且灵敏度稳定的要求。

三角阵列光电探测的双弹丸识别方法

针对工程中3发及以上弹丸同时过幕为极低概率事件,提出一种基于三角阵列探测的双弹丸识别方法。采用光电探测器件搭建三角形测量阵列,配合3个一字线激光器构成双弹丸同时着靶识别系统。建立其测量模型,分析了x、y方向上的理论误差变化规律。静态模拟试验表明:有效探测区域为1 m×1 m,弹丸口径为5.8 mm的条件下,x、y方向上的实际测量误差分别为±3.5 mm与±3.2 mm,可有效地识别间距不小于4.74 mm的同时着靶双弹丸。

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。

科研赋能教学模式下研究生创新能力培养的探索与实践

新时代经济社会的发展需求创新能力强、工程实践能力强、具备在高精尖工程领域拥有竞争力的综合型高素质创新人才,这也是高校人才培养的基本任务。以光电类研究生为对象,分析了传统研究生培养存在的问题,通过项目牵引、科研赋能、课程改革,探索形成了以学生为中心的"三位一体"培养理念,实现了科研反哺教学、科研教学相长,促进了研究生创新能力的培养。

弹丸穿过梯形光幕过幕时刻提取算法研究

针对传统幕中触发时刻提取方法未考虑光幕幕厚分布不均匀而引入的测量误差,提出了一种弹丸以一定角度穿过光幕厚度呈倒梯形分布光幕的过幕时刻提取方法.通过分析光幕的空间分布,推导了相应的计算公式将弹尾到达光幕厚度中心面的时刻与弹丸穿过整个光幕时间的比值转换为中心面所在位置与弹丸在光幕中飞行距离的比值,利用迭代算法提取出弹尾到达光幕中心面的时刻,并计算出弹丸的外弹道飞行参数.实弹射击表明,算法在一定范围内可将六光幕阵列天幕立靶测量误差减小1mm.

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。

测速光幕靶用数字信号处理算法

针对光幕靶在使用中易受到蚊虫、冲击波和光电器件随机噪声干扰因而可靠性差的技术难题,提出一种测速光幕靶用数字信号处理算法。利用数据采集仪采集光幕靶输出的弹丸过靶信号,通过莱达因准则剔除偶发性干扰数据。通过阈值比较法判断出弹丸信号的时间范围后,利用4次高斯公式对一定时间范围内的采样数据进行曲线拟合,并准确计算出半峰值触发时刻点,实现低采样率下的高精度测量。研究的信号处理算法利用计算机进行仿真验证,其原理正确,计算效率高。配合XGK-2002型光幕靶进行实弹射击试验,测试数据表明:该算法可准确计算出各类弹丸信号的过幕时刻,极大地提高了光幕靶的稳定性和适用范围,测量相对误差不大于0.1%。研究的算法同样适用于一类动态特征信号的提取与计算。

一体化结构四组合光幕阵列测量研究

为了减少现场布靶的烦琐,提出一种一体化结构的四组合光幕阵列测量方法。采用光电二极管和线阵CCD图像传感器作为接收部件,分别构建模拟光幕和空间细分光幕,将2个模拟光幕与2个空间细分光幕集成在一个支撑箱体上,构建一体化四组合光幕阵列。依据弹丸穿过各光幕的时间和阵列结构参数,计算出飞行弹丸的穿靶速度矢量和着靶坐标。推导了测量公式,进行了测量不确定度仿真,结果表明提出的一体化结构四组合光幕阵列测量原理正确。与分立六光幕阵列和四光幕阵列立靶测试系统相比,简化了布靶步骤,缩短了布靶时间,进而消除了人工操作误差。

速射身管武器外弹道弹丸同时穿过光幕概率分析

在速射身管武器射击密集度试验中,一个身管先后射出的多发弹丸可能会同时穿过一个光幕面。在此情况下,某些光电靶测试系统无法测量到弹丸的外弹道参数。为了能获得这些测量值,必须对此现象做出定性分析,为选择出一种合理的光电靶测试系统来提供参考。对弹丸同时穿过光幕的现象做出简化数学描述;基于弹丸速度确定及不确定两种条件,分别构建弹丸同时穿过光幕概率的两种数学模型;根据最优化数学模型获得弹丸同时过幕的概率与其飞行距离的变化规律,确定了弹丸过幕的概率临界距离、直射距离上最大过幕的概率以及任意距离段上弹丸同时过幕的概率3项重要参数。经试验验证,经过合理选择的光电靶测试系统,可避免弹丸同时过幕而对试验数据造成的影响。

高分辨率大范围时间间隔测量仪的设计与实现

针对现有兵器试验中时间间隔测量仪测量分辨率低、测量范围窄的不足,提出了一种直接计数法与数字内插法相结合的测量方法,基于此方法研制了一种高分辨率大范围时间间隔测量仪.仪器采用单片机、CPLD可编程逻辑器件、专用时间-数字转化芯片TDC-GP2,运用模块化的设计思想设计了粗-精计时电路模块.实验结果表明:高分辨率大范围时间间隔测量仪的测量范围可以达到1～5×105μs,测量分辨率不大于100ps,测量精度优于1ns.

四光幕阵列的平面方程模型与解算

针对传统基于三角形原理的测量方法对结构参数要求严格、装调难度大的不足,提出了一种基于空间解析几何原理的平面方程模型和算法。采用最小二乘法曲线拟合的方法确定已标定的两个倾斜光幕的平面方程,通过弹道线与四个光幕的平面方程组的联立求解,实现弹丸速度和着靶位置的精确测量。文中的方法降低了对两倾斜光幕的安装和装调难度,采用实弹射击的方式对所提方法进行验证,结果表明:所提的四光幕阵列的平面方程模型与算法简化了四光幕阵列结构装调,节省了人力,提高了测量精度。

B571光学靶射击密集度参数测量系统改造设计

针对进口设备B571光学靶测试系统后端信号采集与处理部分故障后无法工作的问题,设计了一种采用数据采集装置的技术升级方案.方案包括硬件、软件和结构参数识别算法,硬件包括四通道数据采集装置和信号隔离仪,通过软件实现弹丸过幕信号的数据采集与处理,采用识别算法获取光学靶光幕探测传感器阵列结构参数.改造后的硬件和软件配合B571光学靶光幕探测传感器阵列,实现小口径弹丸射击密集度参数测量.实弹射击对比结果表明:射击密集度参数的测试误差小于1mm,满足实际靶场试验要求.文中研究的方法可以用于一类四光幕阵列光学靶的技术改造或升级.

线阵图像采集系统外触发延时时间的确定

针对高速线阵相机实际应用中的可靠触发问题,提出了一种高速线阵图像采集系统外触发延时时间的测试方法,提供有效触发设置参数,可靠捕获动态目标.采用双区截光幕准确获得飞行目标速度,其中第二个光幕同时提供图像采集外触发信号,依据区截装置参数及目标速度计算出采集系统接收到触发信号时刻;对序列线阵图像分析,以获得实际图像开始采集时刻,进而得到线阵图像采集系统外触发延时时间.对行频64 000的具体型号采集系统外触发延时时间进行了实际测试,测试结果与分析表明,该系统图像采集存在延时,平均延时时间为152μs,方差为3.3μs,延时测试精度小于1个行周期.分析了引入延时测试误差的因素及作用原理,通过10 000lps和50 000lps两种行频的线阵相机延时测试系统误差分析实例,给出了测试系统参数的一般确定方法.

光幕与图像融合式自动报靶系统

针对现有射击比赛用图像报靶系统无法识别弹孔重合的技术难题,研究了一种将图像采集系统和光幕传感器阵列相结合的自动报靶系统.图像采集系统利用面阵相机拍摄目标靶图像,通过剪影法判定弹孔位置,光幕传感器阵列利用反射镜将单光幕转换为具有一定角度的多光幕.该系统可以准确判定重孔位置并计算出着靶坐标.系统结构简单,测量误差不大于1mm,弥补传统图像报靶系统无法识别重孔的不足,测量精度满足使用要求,可用于各类射击训练和比赛中的自动报靶.