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CN102435106B - 基于弹丸激波宽度的报靶系统 - Google Patents

基于弹丸激波宽度的报靶系统 Download PDF

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CN102435106B
CN102435106B CN201110415142.0A CN201110415142A CN102435106B CN 102435106 B CN102435106 B CN 102435106B CN 201110415142 A CN201110415142 A CN 201110415142A CN 102435106 B CN102435106 B CN 102435106B
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CN
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shock wave
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bullet
wave sensor
signal
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于正亮
徐宏坤
朱高贵
杜立
宋瑞
束鹏程
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NANJING RESEARCH INSTITUTE ON SIMULATION TECHNIQUE
No 60 Institute of Headquarters of General Staff of PLA
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NANJING RESEARCH INSTITUTE ON SIMULATION TECHNIQUE
No 60 Institute of Headquarters of General Staff of PLA
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Abstract

本发明基于弹丸激波宽度的报靶系统涉及基于弹丸激波宽度的激波报靶系统，主要用于步枪、机枪、狙击步枪、直瞄火炮等超音速弹丸实弹射击时实现精度报靶功能。由信号采集器、显示终端和靶面组成：信号采集器由激波传感器阵列、微处理板组成；激波传感器阵列由5只非共线布设的激波传感器Q1、激波传感器Q2、激波传感器Q3、激波传感器Q4、激波传感器Q5组成；激波传感器阵列位于靶标平面的底部，其信号输出端接微处理板输入端；微处理板包括放大电路、比较电路、脉冲信号宽度测量电路和DSP处理电路；显示终端为安装有显示程序的计算机。

Description

基于弹丸激波宽度的报靶系统
技术领域
本发明基于弹丸激波宽度的报靶系统涉及基于弹丸激波宽度的激波报靶系统，主要用于步枪、机枪、狙击步枪、直瞄火炮等超音速弹丸实弹射击时实现精度报靶功能。
背景技术
中国专利公开了“激波报靶系统”（公开号CN 1967136A）和“智能定位报靶系统”（公开号CN1462864A）基于弹丸激波到达多个传感器时差的定位方法，这种方法没有充分利用弹丸激波特征信息，要求弹丸垂直入射靶面，严重限制了实弹战术射击使用。
发明内容   
本发明目的是针对上述不足之处提供一种基于弹丸激波宽度的报靶系统，根据各激波传感器测得的弹丸激波宽度来计算各激波传感器与弹道线距离，然后通过解析法计算弹丸着靶位置，适用于对靶面实弹战术射击训练。
本发明基于弹丸激波宽度的报靶系统采取以下技术方案实现：
基于弹丸激波宽度的报靶系统由信号采集器、显示终端和靶面组成：信号采集器由激波传感器阵列、微处理板等组成；激波传感器阵列由5只非共线布设的激波传感器Q1、激波传感器Q2、激波传感器Q3、激波传感器Q4、激波传感器Q5组成。激波传感器阵列位于靶标平面的底部，其信号输出端接微处理板输入端。微处理板包括放大电路、比较电路、脉冲信号宽度测量电路和DSP处理电路等。显示终端为安装有显示程序的计算机。
所述激波传感器阵列中5只非共线布设的激波传感器Q1、激波传感器Q2、激波传感器Q3、激波传感器Q4、激波传感器Q5的信号输出端通过信号线与微处理板相连，微处理板输出端与显示终端的计算机相连。
本发明技术有益效果：
本发明采用激波传感器测量弹丸激波宽度，然后根据公式计算得到弹丸着靶段轨迹，通过解析法计算弹丸着靶位置，从而实现精度报靶功能。相比于“激波报靶系统”（公开号CN 1967136A）和“智能定位报靶系统”（公开号CN1462864A）要求弹丸垂直入射靶面，本发明适用于弹丸任意角度入射靶面，不仅无需使用前对武器入射靶面方向校准，更适合于战术射击训练中对武器斜射报靶。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明的原理示意图。
图2是本发明传感器采集的弹丸激波信号图。
图3是本发明弹丸轨迹计算示意图。
具体实施方式
参照附图1～3，基于弹丸激波宽度的报靶系统由信号采集器1和显示终端2、靶面3组成：信号采集器由激波传感器阵列4、微处理板5等组成；激波传感器阵列由5只非共线布设的激波传感器Q1、激波传感器Q2、激波传感器Q3、激波传感器Q4、激波传感器Q5组成。激波传感器阵列4位于靶标平面的底部，其信号输出端接微处理板输入端。显示终端为安装有显示程序的计算机，与信号采集器相连接，接收信号采集器数据进行弹着点显示。
所述激波传感器阵列中5只非共线布设的激波传感器Q1、激波传感器Q2、激波传感器Q3、激波传感器Q4、激波传感器Q5的信号输出端通过信号线与微处理板5相连，微处理板输出端与显示终端的计算机相连。
基于弹丸激波宽度的报靶系统，其特征在于激波传感器阵列采集弹丸激波经过各传感器的信号宽度值，获得各激波传感器与弹道线距离，然后通过解析法计算弹丸着靶位置。
所述的一种基于弹丸激波宽度的报靶系统，可求出弹丸入射靶面斜率，不要求弹道线垂直靶面入射，适用于实弹战术射击训练使用。
激波传感器阵列采用压电式压力传感器，频率范围1Hz～40kHz，量程范围0～250kPa，上升时间小于2us，过载能力不小于2000g，可精确测量弹丸激波信号。
微处理板的放大电路采用上升速度不小于10V/us，增益积不小于4MHz的高速放大器，对压电式压力传感器输出信号的电压放大增益不小于1000倍，送给延迟小于80ns的高速比较电路，产生脉冲信号送给可编程器件设计的时间测量电路，测量各路脉冲信号时间宽度，送给DSP解算，计算命中位置，然后通过有线或无线方式传输给计算机进行显示。
工作原理：
（1）当弹丸掠过激波传感器阵列时，各激波传感器感受到一定时间长度的弹丸激波信号，参照图2，信号波形类似于字母“N”，也称为“N波”。微处理板对激波传感器输出的信号进行放大、滤波和比较后，然后测量各激波信号宽度。
（2）弹丸激波宽度                                                
Figure 2011104151420100002DEST_PATH_IMAGE001
与激波传感器到弹丸轨迹距离有公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
                 （1）
其中为弹形系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为声速，为弹丸马赫数，为弹径，
Figure 780895DEST_PATH_IMAGE008
为弹长。
整理可得：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
                 （2）
即
Figure 657585DEST_PATH_IMAGE002
与
Figure 542364DEST_PATH_IMAGE010
的4次方成正比，其中将
Figure DEST_PATH_IMAGE011
记为未知量
Figure 871714DEST_PATH_IMAGE012
。参考附图3，在以靶面为XOY平面，垂直靶面为Z轴的坐标系中，已知n个探头坐标位置，
Figure 132931DEST_PATH_IMAGE014
，…,
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，并测得n个探头的脉冲压力波持续时间
Figure 864127DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，…，，假设弹丸命中点的坐标，B在靶面上，取
Figure 819279DEST_PATH_IMAGE020
为零。弹丸入射空间直线方程为：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
                                   （3）
令，则（3）式改写为：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
                                        （4）
即
Figure 204309DEST_PATH_IMAGE024
                                           （5）
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，则弹道线相对探头
Figure 696471DEST_PATH_IMAGE026
的距离为：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
                                         （6）
在弹丸击中靶面情况下，轨迹不能平行于靶面，即
Figure 413DEST_PATH_IMAGE028
不为零，则（6）式同时除以
Figure 337853DEST_PATH_IMAGE028
，即：转化为，转化为
Figure DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 441125DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 235293DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure DEST_PATH_IMAGE035
五个未知数。
通过五个传感器阵列测量
Figure 376424DEST_PATH_IMAGE036
，可以列出一组方程：
                                 (7)
根据式（7），DSP即可解出五个未知数，得到弹丸落点坐标和靶面附近弹道线方程。
在实际使用中，通常直瞄武器弹道平直，在忽略弹丸垂直入射角度情况下，即（4）式中b取零，只存在
Figure 936718DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 708365DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 721321DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 666143DEST_PATH_IMAGE035
四个未知数，采用四个传感器即可得到弹丸落点坐标。
若射击现场环境中，射击位正对靶面，弹丸轨迹与靶面近似垂直，即（4）式中a、b均取零，只存在
Figure 18627DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 23492DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 461427DEST_PATH_IMAGE035
三个未知数，采用不共线的三个传感器即可得到弹丸落点坐标。

Claims (3)

1.一种基于弹丸激波宽度的报靶系统，其特征在于：由信号采集器、显示终端和靶面组成：信号采集器由激波传感器阵列、微处理板组成；激波传感器阵列由5只非共线布设的激波传感器Q1、激波传感器Q2、激波传感器Q3、激波传感器Q4、激波传感器Q5组成；激波传感器阵列位于靶标平面的底部，其信号输出端接微处理板输入端；微处理板包括放大电路、比较电路、脉冲信号宽度测量电路和DSP处理电路；显示终端为安装有显示程序的计算机；
激波传感器阵列采集弹丸激波经过各传感器的信号宽度值，获得各激波传感器与弹道线距离，然后通过解析法计算弹丸着靶位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于弹丸激波宽度的报靶系统，其特征在于：所述激波传感器阵列中5只非共线布设的激波传感器Q1、激波传感器Q2、激波传感器Q3、激波传感器Q4、激波传感器Q5的信号输出端通过信号线与微处理板相连，微处理板输出端与显示终端的计算机相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于弹丸激波宽度的报靶系统，其特征在于：激波传感器阵列采用压电式压力传感器，频率范围1Hz～40kHz，量程范围0～250kPa，上升时间小于2us，过载能力不小于2000g，可精确测量弹丸激波信号。
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