九光幕阵列测量终点弹道弹丸飞行参数方法研究

终点弹道段弹丸飞行速度低,受外界因素影响弹丸运动轨迹为变速曲线运动,六光幕阵列测量模型无法准确测量弹丸的飞行参数,针对此类问题,提出一种九光幕阵列测量方法。在现有六光幕阵列阵形上增加了3个与原有光幕对应平行的光幕,通过两点速度衰减公式计算出飞行弹丸的阻力加速度,修正弹丸运动曲线方程,利用六光幕阵列测量公式,实现任意方向飞行弹丸飞行参数的准确测量。结合12.7 mm全弹道测速试验,验证了阻力加速度计算方法的有效性,采用七光幕阵列测量4.5 mm气枪弹着靶坐标,与纸板靶上的弹孔坐标进行比对,在2 m×2 m靶面内坐标测量误差小于3 mm。研究的方法拓宽光幕阵列在终点弹道测量领域的应用,特别适用于弹道系数未知的特种弹丸飞行参数测量。     

光幕靶探测灵敏度与响应时间测量方法

基于光幕阵列构建的光幕靶可用于弹丸的飞行速度、着靶坐标和飞行速度方向角的测量。光幕靶的探测灵敏度决定了其能探测飞行物体的最小尺寸,响应时间决定了可探测物体的最高飞行速度,是光幕靶的核心性能参数。通过分析光幕靶输出的过靶信号特征,建立光幕靶工作机理的数学表达式,提出了一种采用直流电机控制旋转码盘模拟辐射光能量的瞬态变化过程,可快速测量光幕靶的幅频特性参数。研究的方法也适用于其他光电探测仪器的动态响应特性测试领域。     

多光幕法测量高空弹丸炸点坐标原理与分析

针对高空飞行弹丸命中目标爆炸时的坐标测量,低伸弹道立靶测量系统已不能满足要求,并且不能测出沿弹道方向弹丸爆炸时的坐标.为满足当前新研制的弹丸引信测量指标需求,提出采用高探测灵敏度光电探测靶的多光幕交汇测量原理,建立空间三维坐标测量数学模型,利用高灵敏度闪光探测靶测量弹道方向弹丸爆炸时的坐标,弥补立靶测量系统不能测量该参数的缺陷.运用微分法,从交汇光幕夹角、探测幕厚、测时、测距等方面分析测量误差.通过误差的分析,测量系统在高空工作时,达到指标要求.     

大面积三角组合光幕弹幕武器密集度的高精度测试

提出了一种交叉布置的大面积三角组合光幕的高精度激光靶密集度测试方法,以解决超高射频弹幕武器立靶密集度测试的难题。给出了激光器、激光光束整形系统、激光探测器阵列组成的大面积三角光幕光电开关系统设计方案,分析了双大面积三角光幕测量原理,推导出了三角光幕弹着点坐标解算方法。结合系统采用的探测器件输出特性分析了该测试方法的误差,结果显示:当规则靶面区域宽度从3.6 m扩展到10 m时,最大测试误差从0.557 mm变为0.832mm,只增加了0.275mm,实现了很高的测量精度。模拟射击试验结果表明,采用分辨率为1.6mm的探测器阵列时,X坐标最大误差为0.747mm,Y坐标最大误差为0.635mm,实现了对超高射频弹幕武器立靶密集度的高精度检测。该测试方法具有光幕面积大、测量精度高、安装调试方便的特点。     

多幕阵列结构对立靶测试精度的影响研究

深入分析多幕阵列式精度立靶的测量精度,针对现有多幕阵列结构存在问题,分析并论证一种新型的多幕阵列结构和弹道估计算法。给出运用MATLAB进行弹丸飞行轨迹外弹道仿真与计算的运算结果,并将计算结果与气枪实弹试验结果进行对比。结果证明:阵列结构对测试系统精度存在显著的影响,新的改进结构可有效提高仪器的测试精度。     

带弹序的弹幕武器立靶密集度测试

提出一种基于4个线阵TDI-CCD相机组成的三空间靶面结构对多弹丸着靶参数进行测试,以解决弹幕武器等高射速武器多弹丸同时着靶时的立靶密集度测试难题。测试时,2个CCD相机在空中交汇形成与预定弹道方向垂直的立靶靶面I;靶面II和靶面III分别由1个CCD相机的探测面形成,并分别与靶面I在竖直方向和水平方向上成一定夹角。根据三靶面的空间几何结构、飞行弹丸在4个线阵CCD相机上的成像时间和成像角度,分析了单发弹丸的着靶坐标、飞行速度和穿靶角度。根据多弹丸在三靶面间的成像位置关系以及弹丸飞行速度约束,推导出多发弹丸着靶时的时空散布参数,如弹序、弹丸存速和着靶坐标。仿真和实际试验验证显示测试的多靶面间目标匹配率达到100%。提出的测试方法有效地解决了多发弹丸同时着靶时出现的假目标问题并克服了单CCD立靶测试参数单一等缺点。     

四光幕精度靶中的信号处理电路

结合四光幕精度靶测量弹丸着靶坐标的工程实现,设计了相应的信号处理电路.分析了四光幕精度靶测试系统的组成,并给出测量公式.设计了长线驱动电路和模拟信号隔离触发电路,确保模拟弹形信号经过远距离传输无畸变,同时保证多路信号传输延时一致性.针对试验现场安装调试的方便,设计了对正指示电路.设计的信号处理电路进行实弹射击,测试的结...     

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。     

大靶面激光光幕靶研究

针对大靶面、高精度弹丸速度测量的要求,提出一种新型激光光幕靶弹丸速度测量系统。该系统采用大功率90°扇形线状激光器做为光源,两列高灵敏度光电二极管阵列作为接收装置,当弹丸穿越激光光幕面时,遮挡了部分投射在光电二极管上的光线,光电二极管产生微弱电信号,经放大、整形后输出一个脉冲信号,触发计时仪开始或停止计时。两台同样的装置配合测时仪,便可组成激光光幕靶测速系统。经实弹实验证明,该系统具有高灵敏度和高精度的特点。     

基于摄像法测量弹丸的空间炸点位置

为了测量了近炸引信对空中目标引炸的炸点位置,提出了采用基于定目标为参照的双面阵相机交汇摄像法来获取高空弹丸炸点三维坐标参数.根据试验测试要求,分析了相机交汇摄像原理与方法,建立了弹丸炸点三维坐标位置计算模型;利用交汇相机的空间几何关系、图像处理技术与模拟目标实际尺寸,研究弹丸炸点相对模拟目标的空间三维坐标算法,并分析了坐标参数修正方法;利用微分法对参数进行误差分析.分析计算显示,坐标误差均小于40 mm;实弹试验和图像处理显示,相机交汇摄像法可以获得弹丸炸点三维坐标.对四光幕法与摄像法的对比表明,两种方法在高低方向所测数值平均差为0.158m,左右方向数值平均差为0.114m.     

基于高阶非均匀有理 B 样条插补的多轴运动控制方法研究

针对传统多轴运动控制系统在作业中存在轨迹转折处不平顺、加速度和加加速度切换不平滑产生变速冲击以及轨迹不能进行局部修改的问题,提出了一种基于高阶非均匀有理 B 样条插补的多轴运动控制算法。首先,构建五次非均匀有理 B 样条插补算法,对样条曲线数据进行预处理,根据非均匀有理 B 样条曲线反算出控制点并生成控制多边形;其次,利用 MATLAB 构建多轴机械臂和高阶非均匀有理 B 样条插补算法模型,通过给定型值点进行轨迹规划仿真。仿真结果表明:基于高阶非均匀有理 B 样条的多轴运动控制插补方法相对于低阶非均匀有理 B 样条曲线轨迹更圆滑,末端更能高效平稳地到达给定目标点;速度、加速度和加加速度的过渡更加平滑减少机械磨损,从而提高了运动的平稳性;并且该方法还能够对运动轨迹进行局部修改,提升了多轴运动控制的作业质量。     

Estimating local characteristics of object motion in a seismic monitoring system

The estimation of the characteristics of motion of the object controllable by means of seismic monitoring system is considered. It is assumed that the motion in a local area of space is uniform and rectilinear, and the problem is therefore reduced to estimating the coordinates of the initial point and velocity vector. The input data are measured time delay differences in receiving seismic signals by various sensors of the system. Usually, these measurements are formed as a sequential flow in real systems. The obtained estimates of the trajectory also have the form of a sequence, and their accuracy increases with increasing number of primary data. The accuracy of the proposed method are analyzed by statistical simulation.     

轮式移动机器人轨迹跟踪控制算法的研究

为解决轮式移动机器人平面运动控制问题,将平面几何理论应用于轨迹跟踪控制中。建立了机器人平面运动模型,并以此为基础研究了直线和圆弧的轨迹跟踪控制算法;提出了导航圆方法,将机器人实时位置信息和目标轨迹之间的角度偏差及位置偏差综合成一个角度,然后对该角度进行了PID调节;在实验中,将直线、圆弧轨迹跟踪算法实际运用于机器人的运动控制。研究结果表明,该算法能将机器人轨迹的偏差有效地控制在±1 cm以内。     

绳索牵引骨盆康复机器人的轨迹规划

根据正常人步态运动中骨盆在水平面内的运动情况,对绳索牵引康复机器人进行了轨迹规划研究。依绳索牵引骨盆机构方案,用影响系数方法建立绳索牵引骨盆康复机器人运动学方程,得出骨盆运动与绳索运动的映射关系;基于达朗伯原理建立骨盆的动力学方程,求解出绳索拉力解,并对绳索驱动单元建立动力学方程。通过MATLAB软件对骨盆在步态运动过程中的轨迹进行仿真,得到了各根绳索位置、速度、加速度变化曲线;在考虑绳索工作承受最小拉力和最大拉力阈值的限制时,仿真各根绳索所受拉力变化曲线,可得各根绳索拉力处于对外力平衡和内力平衡的情况,并得到施加在伺服电动机上的电压变化曲线。     

平头弹撞击角度对2A12-T4铝合金板失效特性影响的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS建立模拟模型,开展38CrSi钢弹体撞击2A12-T4铝合金板数值模拟研究,分析撞击过程中弹体撞击角度对弹道姿态及靶体失效特性的影响。基于数值仿真和实验结果,分析靶体的失效特性,确立不同撞击条件下靶体主要失效模式的转变规律,以及由此对靶体抗撞击性能的影响。研究结果表明：弹体的弹道极限速度随其撞击角度的增大先减小后增大,弹道极限速度在撞击角度约为15°时达到最小值;弹体撞击角度对靶体失效模式存在很大影响,随着弹体撞击角度的增大,靶体主要失效模式由剪切破坏逐渐过渡到撕裂破坏,靶体的撕裂程度不断加剧;弹体初始撞击角度和速度对其在撞击过程中的弹道姿态存在影响,在弹道极限速度附近表现尤为显著。     

光电成像系统目标捕获率与目标毁伤关联研究

基于面阵相机CCD的光电探测系统对弹丸的捕获率在实际应用中常受到复杂背景的极大影响,而弹丸的捕获率与飞行目标毁伤有密切关系。为了研究弹丸对飞行目标的毁伤效能,基于目标成像探测原理,研究了光电探测系统探测区空间目标光学特性,利用面元网格化分析法,研究与建立了目标空间光谱特性模型,给出了空间目标成像总的光谱辐射亮度计算函数; 依据目标探测距离、目标尺寸、环境照度以及成像面阵CCD自身特性,建立光电成像系统目标跟踪捕获率的计算模型,基于弹丸目标捕获率模型,给出飞行目标毁伤概率模型。经过计算与分析,结果验证了所建立的弹丸捕获率模型和飞行目标毁伤概率计算模型的合理性。     

空间机械手动力学及轨迹优化问题研究

机械手的动力学模型用在连接处施加控制扭矩的2杆模型来模拟，考虑了因整体运动而引起的柔性杆的局部振动问题，使用了基于Hamilton定律的结构动响应算法对模型进行动力学分析。研究了使局部振动最小的整体运动的轨迹优化方案。出末时速度和加速度双变量的优化结果，并与仅仅考虑加速度的单变量优化结果进行了比较。     

考虑关节摩擦的并联机器人平滑轨迹规划

针对一种空间3自由度并联机器人,提出一种近似时间最优的平滑轨迹规划算法。与基于动力学模型的传统轨迹规划算法相比,所提出的算法模型综合考虑了所有运动关节的摩擦力矩,通过虚功原理建立了运动机构完整的动力学模型,并将运动学和动力学约束条件转换为伪速度极值曲线,同时计算出伪加速度零值边界曲线,二者相结合能更准确地反映出规划轨迹应遵循的约束条件。利用五次样条曲线分段构建相平面下伪状态、伪速度和伪加速度的平滑运动轨迹曲线,从而保证了驱动力矩、关节速度和加速度的连续性。最后利用所提出的规划方法对一种并联机器人进行轨迹规划,并通过试验验证了该方法的有效性,指出了并联机器人与串联机器人轨迹规划存在的差异,该算法可用于同类工业机器人的在线轨迹规划。