二级轻气炮遮挡式激光光幕测速系统

 研制了用于测量二级轻气炮毫米级弹丸速度的遮挡式激光测速系统。该系统主要包括测速平台和激光测速仪,采用红光半导体激光器作光源,硅光电二极管为光电探测器。测速平台安装于炮管测速段,具有结构简单紧凑、抗振动、激光光幕易于准直和测量等特点。激光光幕高度为20 mm,避免了弹丸偏离轴线过多时因无法遮断光束导致的测速失败。运用该测速系统进行了一系列二级轻气炮测速实验,成功测量了金属弹丸和非金属弹丸的速度,测速范围为1.58～4.51 km/s。将测量数据与磁测速系统测量数据进行比较,结果表明,该激光测速系统的测量精度高、稳定性好、灵敏度高、抗干扰性强、适用范围广。     

用于CCD立靶的双光幕触发系统研究

针对靶场测试当中CCD立靶测量系统需要稳定可靠触发的需求,提出一种双光幕触发系统。采用镜头式光幕探测器配合高亮度LED慢散射光源组成触发探测光幕,利用2个同样的光幕探测器配合测时装置组成区截测速系统,根据测得的速度值判定飞越探测光幕的目标是否为真实弹丸,并决定是否输出触发信号。根据速度值V和触发光幕至CCD探测光幕的距离计算出弹丸飞越至探测光幕的时间,然后在弹丸飞越将近至探测光幕的时刻输出触发信号。该方案不但可以提高系统的稳定性,避免非真实目标对系统的干扰,还可以为后续CCD图像采集系统在准确时刻提供触发信号。经实验证明,所设计的双光幕触发系统的速度测量误差不大于0.4％,完全满足CCD立靶测量系统需要精确触发的要求。     

用于小破片群测量的光幕靶测试技术

设计并组建了一种阵列式光幕靶测试系统,主要用于测试战斗部正常破片的速度以及破片群分布,尤其是小破片群速度及破片群分布。介绍了激光光幕靶的测试原理,利用该光幕靶进行了室外爆炸动态实验测试,并对实验结果进行了分析。结果表明,该光幕靶能够精确测量尺寸为5mm的破片速度及破片群分布。     

弹丸激波在激光光幕靶测量中的影响分析

分析了弹丸在飞越激光光幕靶时弹丸激波对激光传播的影响。针对难于实际测量由激波形成的空气折射率分布问题,应用弹丸超音速绕流场的数值计算结果和折射定律,借助SolidWorks软件分析了激波内折射率为常数的情况下光线穿过激波时的折射和出射轨迹,并用模拟实验验证了其正确性。讨论了激波对激光光幕靶测量的影响,为光幕靶的设计与应用提供了依据。     

10m×10m大靶面激光立靶设计

针对10m×10m大靶面、高精度立靶坐标测量的要求,提出了一种激光阵列式光电立靶坐标测量系统,该立靶采用半导体激光平行光管形成平行光光源,高灵敏度光电二极管及相应信号放大、转换电路组成接收阵列,光源和接收器件相距10m,当飞行弹丸穿越激光形成的光幕时,分别在X和Y方向上挡住了投射在某一个或几个光电二极管上的光线,该光电二极管对应的信号放大、转换电路将二极管产生的微弱电信号放大、整形,最后输出脉冲信号,后续信号编码识别电路将判断出被挡住光线的光电二极管的编号,进而得出弹丸穿越该光幕的X坐标和Y坐标。经实弹试验证明,系统具有测量靶面大,精度高的优点。     

单镜头天幕靶配接线阵光源探测灵敏度分析

单镜头天幕靶配接线阵光源构成等腰三角形探测光幕,常用作室内靶道速度测量装置,探测灵敏度直接影响天幕靶测速精度。分析了该类探测光幕的构建及工作原理,考虑天幕靶光学镜头的边缘效应及照度距离衰减,建立了灵敏度计算模型,推导了弹丸穿过光幕时刻遮挡光源引起光通量变化量的计算公式,以弹丸穿过光轴上某处产生的光通量变化量为参考值进行归一化处理,得到探测光幕内灵敏度分布规律并进行实弹射击试验验证,文中的结论可用于指导天幕靶配接线阵光源测速系统的使用和设计。     

主动光幕测速系统中光信号的模拟与探测实验研究

为满足主动光幕测速系统的测试需求,在分析弹丸光信号特征的基础上设计和研制了一种弹丸光信号模拟装置。通过该模拟装置生成了在不同环境条件下的弹丸反射光信号,其中包括弹丸形状、弹丸反射系数、背景光大小、弹丸速度、电磁干扰和蚊虫侵入等。利用这些不同的光信号对主动光幕测速系统探测单元的性能进行了测试实验,获得了弹尾时刻的最佳判决方式。通过与实地靶场实验对比,进一步验证了弹丸光信号模拟装置的正确性和探测单元的有效性。     

基于原向反射式激光光幕厚度一致性研究

在原向反射式激光光幕测速技术中,针对半导体激光光源产生的激光光束散射角使得出射光幕厚度不一致、原向反射屏产生的反射光幕剩余发散角使反射光幕厚度不一致这两方面导致弹丸穿过光幕不同位置触发光幕响应时间不一致的问题,根据几何光学原理,对半导体激光器弧矢与子午方向建立数学模型,设计了具有不同面型的非球面准直透镜组,将出射光斑尺寸控制在1 mm之内且子午和弧矢方向发散角分别为0.13 mrad、0.46 mrad。出射光束经过Powell透镜一维扩束后,形成厚度为1 mm、均匀度达到85.7%的扇形出射光幕,经过原向反射后,配合狭缝光阑使反射光幕有效厚度控制在1 mm。使用Zemax软件模拟弹丸过靶仿真,弹丸不遮挡系统光幕时探测器接收到原向反射光强1.54 mW,弹丸遮挡系统光幕时探测器接收到原向反射光强为1.03 mW。当弹丸紧贴出射光幕侧面边缘(即1 mm光幕边缘),分别距离光源100 mm、300 mm、500 mm处的弹丸触发探测器接收到的光强大小均为1.54 mW,显然,光强相对于无弹丸遮挡光幕情况下没有产生变化,证明系统有效可探测光幕厚度一致且为1 mm。该结果表明,本研究方案具有可行性。     

基于大面积双源激光光幕的射击密集度测试技术

针对超高射频武器射频高、弹丸空间散布大、飞行速度高的特点,设计了一种大面积高精度的激光光幕靶,用于射击密集度的测试。提出了由线激光器、光源整形系统、激光检测阵列共同组成的激光光幕靶设计方案,给出了弹丸坐标的求解原理和计算模型,得出不同大小靶面的x、y坐标计算误差,并对结果进行了分析,x坐标计算误差的标准差为0.015mm,y坐标计算误差的标准差为0.134mm,证明了测试靶有很好的可拓展性。通过实弹射击验证,得到x坐标最大误差为1.91mm,y坐标最大误差为1.92mm,表明测试靶可以有效满足超高射频武器射击密集度测试需求。     

红外光幕靶测速系统和精度分析

介绍了弹丸初速度测量的不同方法;讨论了红外光幕靶的测速原理;分析了该系统的测速误差;由实弹射击试验证明:红外光幕靶测速系统达到小于 0.1%的测速精度.     

基于改进型六幕光幕靶的弹道测量技术研究

现有的六幕光幕靶测量系统实现了近距离弹丸速度、姿态以及着靶坐标的测量,而在实际工程应用中需要计算的是弹丸整个飞行过程中的速度、姿态以及远距离的落点坐标。针对现有系统工程部署中的不足,提出了双交叉结构的六幕光幕靶的设计原理。利用双交叉结构的六幕光幕靶的测量结果以及外弹道计算原理,通过四阶龙格-库塔方程建立了弹道测量模型,实现了弹丸飞行全过程的弹道测量和计算。通过使用弹道系数1.0的标准弹丸进行仿真实验和分析,计算出其射程和射高分别可以达到16 269m和3 672m,证明了其与实际的弹丸运动曲线相吻合,能够实际应用于工程部署。     

能识别弹丸飞行方向的弹丸空间炸点三维坐标测试方法

针对现有测量装置在测量近炸引信弹丸空间炸点三维坐标时存在的不足,提出了一种采用6光幕阵列配合火焰探测器测量弹丸空间炸点的三维坐标测试方法.提出的方法包含两台多光幕天幕靶、一台空间炸点火焰探测器和一台多路数据采集仪.两台多光幕天幕靶的6套光路和光电转换部件在空间构成6光幕探测阵列,当弹丸穿过6个探测光幕时,多路数据采集仪...     

室内超大面积探测区域测速光幕设计

针对大横截面室内靶道弹丸测速需求,提出了一种大面积探测区域测速光幕构建方法。采用90°探测视场的广角天幕靶作为接收装置和多段等长的排布成L形状的LED线阵列作为光源,各段LED线阵列光源均朝向广角天幕靶扇形视场中心,完全填充广角天幕靶的视场,在空域形成10m×10m的探测区域。给出了L形光源的详细设计,采用气枪弹进行了靶面内灵敏度验证试验和系统实弹射击试验。试验结果表明,所提出的方法是有效可行的,可满足10m×10m横截面室内靶道的测速需要。     

基于天幕靶的六光幕立靶测量原理

 为了能够同时测量弹丸在斜入射时的速度和着靶坐标,基于天幕靶的六光幕交汇立靶测量原理,利用6套天幕靶在空中形成6个探测光幕,当弹丸以一定的角度入射并依次穿过6个光幕时,由信号采集与处理系统测得弹丸穿过各个光幕的时间间隔,再根据各时间间隔值和系统结构参数,便可以求出弹丸的速度、弹道俯仰角、弹道方位角。给出了测量原理及公式,并对测量误差进行了分析,结果表明,该方法具有精度高且易于工程化的优点。     

天幕立靶探测光幕响应时间一致性测量方法研究

为验证弹丸穿过天幕立靶时6个光幕响应时间是否一致，以提高测试设备测速精度，提出了一种用于检测天幕立靶光幕响应时间一致性的测量方法，设计了一种基于该测量方法的模拟弹丸过幕信号源测试装置。该装置调用存储在ROM中的弹丸轮廓数据，经DA转换控制两路光源间隔亮暗变化一次，用于模拟弹丸依次穿过探测光幕所遮挡的光能量变化。利用信号采集与处理仪同步采集两路输出信号时间间隔，与装置设定时间间隔的差值比较完成测试。测试结果表明:输出两路信号的时间间隔与设定时间间隔间的差值均小于1 μs，满足6个光幕响应时间一致性技术指标要求，该测试装置及测量方法可用于天幕立靶光幕响应时间一致性测量。     

一体化光幕阵列测量误差分析与结构参数优化

针对一体化六光幕阵列测量模型,提取模型中光幕结构参数,在MATLAB中建立模型进行仿真,逐一分析各结构参数影响下的对弹丸飞行速度和坐标测量误差的影响规律,给出结构参数优化方法。基于优化的结构参数典型值得到了1 m×1 m矩形靶面范围内弹丸飞行速度和坐标的测量误差分布。实弹试验表明弹丸飞行参数测量与仿真分析具有一致性,横坐标测量误差不超过3.1 mm,纵坐标测量误差不超过4.8 mm,速度测量误差小于1.1 m/s。该结果可为光幕阵列测量设备的工程设计提供理论依据,也可为提高身管武器弹丸飞行参数测量精度提供参考。     

弧形光源镜头式光幕灵敏度分布研究

针对室内大靶面光幕测试需求,对一种镜头式光幕探测灵敏度进行了分析,探测光幕由弧形光源配接天幕靶组成。介绍了镜头式光幕测试系统的构成,分析了扇面光幕的工作机理,给出了相应的灵敏度计算公式,根据镜头成像和扇面光幕形成原理,研究了光源放置距离R以及镜头物距l对镜头式光幕探测灵敏度的影响,并通过实验进行了验证。研究结果表明:文中所提的镜头式光幕能够正常工作,研究结果对进一步工程化设计提供了参考。     

多幕光学法测量弹丸炸点坐标及误差分析

针对飞行弹丸对空中目标近炸炸点位置测量,提出了多幕光学法测量技术。根据试验特点,分析了多光幕交汇测量弹丸炸点位置存在的问题,研究了采用侧向相机辅助多光幕交汇测量技术。通过相机采集到的炸点图像,建立相机、模拟目标和多光幕交汇光幕阵列空间几何计算模型。利用弹丸的飞行轨迹和弹丸炸点图像平面坐标,研究了弹丸炸点侧向空间坐标的计算方法和多光幕交汇测量系统二维坐标修正原理,给出了弹丸炸点坐标计算函数。利用微分法从交汇光幕夹角、光幕幕厚、测时和测距等方面分析测量误差。经计算分析,模拟目标中心高度小于50m时,炸点三维坐标的误差小于40mm。     

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。     

用于毫米级弹丸速度测量的光电检测装置

 为了满足二级轻气炮毫米级弹丸的测速需求,研制了一套利用激光光幕测量毫米级弹丸飞行速度的测试系统。采用光阑限光、光谱滤光和低阻滤波等复合抗干扰技术,解决了从强背景光中捕获快速变化的弱光扰动信号的技术问题,获得了较高的信噪比。在二级轻气炮上进行了直径为4 mm的球形金属弹丸测速实验,结果表明该装置的测量结果与线圈测速法实时监测结果的不一致性小于2%,可以满足毫米级弹丸速度测量的要求。