基于磁传感器的弹丸炮口测速系统设计

采用外测法测量弹丸炮口初速的方法无法在光线不足等恶劣的天气环境情况下精确测量,并且结构复杂、体积大、操作不便、无法为后续弹道制导提供初始参数。针对上述问题,提出一种应用内测法的测量方法,该方法利用磁阻传感器与线圈靶相结合方法来实时测量弹丸炮口初速。首先介绍了系统的测速原理,然后构建了系统的总体方案,搭建了硬件电路和设计了相应的软件,最后进行了实验验证。实验结果表明：炮口测速系统测量是可靠的,其最大相对误差不超过0.2%。     

基于C8051F352单片机的弹道参数测量系统设计

为提高弹道辨识精度和弹道解算速度,设计了一种基于C8051F352单片机的弹道参数测量系统.通过对弹丸飞行中动压和静压信息的采集、存储和处理,完成弹道参数(初速和射角)辨识.该系统以C8051F352单片机作为处理单元,结合差压传感器和绝压传感器设计而成,采用基于动压-静压的弹道辨识方法,有效地提高了弹道参数测量的精度.实验测试表明:该系统测量精度高,解算速度快,满足弹道辨识的设计要求.     

一种改进的电动舵机加载工作效率测试方法

针对现有电动舵机加载效率测试系统工作效率测量精度差的问题,提出了一种加载工作效率测试的改进方法;在由转矩转速传感器、磁粉制动器、电压/电流探头和四通道示波器构成的舵机加载效率测试系统中,增加转速测量仪进行输出转速的测量,放弃使用转矩转速传感器的输出信号解算舵机输出转速,克服了由于示波器存储深度不足和传感器增速电机转速测量偏差导致的舵机输出转速测量不准确;测试结果表明,该改进方法能够准确测量舵机低速旋转时的转速,将转速的测量精度提高到0.01r/min,极大地改善了电动舵机加载效率测试系统的测量精度和测量重复性.     

基于PSD的炮口振动位移测试系统设计

为了实现炮口振动位移测试,选取大地坐标系为基准,通过坐标矩阵变换和几何求解,来描述火炮炮口位置相对于大地坐标系的振动位移情况,在测试系统中选用位置敏感探测器(Position Sensitive Device, PSD)作为光敏器件,搭建炮口振动测试模型和ZYNQ信号采集模块,用上位机软件完成炮口振动位移数据的解算、存储和显示。最后,开展了炮口振动位移测试系统的非线性拟合实验,拟合误差为25.1μm,可用于炮口振动位移测试中。     

炮口冲击波超压无线存储测试系统设计

为了评估炮口冲击波对相关操作人员及设备造成的损伤和破坏程度,将存储测试技术应用到炮口冲击波测试中,并结合无线传输技术,使得测试主控制台可以在一定距离外进行有效监控。通过对测试系统进行的激波管动态校准,符合国军标对炮口冲击波超压测试的基本要求。测试装置在无线触发状态和多次重触发状态进行了测试试验,均成功获取到炮口冲击波超压曲线。试验结果表明所设计的炮口冲击波无线存储测试系统能有效工作,同时具有操作简单等优点,具有良好的应用前景。     

带炮口装置时某火炮膛口流场数值仿真

研究炮口装置能控制火药气体从膛口流出后的流动状态,可以改变身管受力及膛口流场射流结构分布状况,对火炮武器系统性能有重要影响。为研究某新型炮口装置性能及其对弹丸运动影响问题,提高精度,采用计算流体力学结合动网格技术,建立了包含炮口装置和运动弹丸的膛口流场数值仿真模型,利用轴对称Euler方程组和有限体积法(FVM),对带炮口装置的某火炮膛口流场进行了数值仿真。仿真结果反映了带炮口装置时膛口流场发展过程及射流结构的主要特征。根据数值仿真结果分析了膛口流场对弹丸受力状况及运动状态的影响。仿真结果表明某新型炮口装置对膛口流场结构有较大影响,并会影响弹丸出炮口后运动状态,从而影响火炮射击精度。     

BP神经网络在弹丸落点预测中的应用

针对传统弹丸落点预测方法存在的解算时间长、易产生累计误差等问题,提出了基于BP神经网络的预测方法,并且在标准BP算法的基础上使用Levenberg-Marquardt(LM)算法来改进网络参数的训练过程.利用大量的弹丸飞行状态参数和落点信息对构建的模型进行训练,得到用于预测弹丸落点的BP神经网络模型,并对其进行了仿真测试.仿真结果表明,上述方法能以较高的精度预测弹丸的落点,同时在解算时间上优于数值积分法.因此上述方法用于弹丸落点预测是合理可行的,为弹丸落点预测的实际应用提供了参考.     

基于磁阻式传感器的引信转数测量方法

在分析地磁场特点基础上提出利用磁阻式传感器进行转数测量的方法,推导出磁阻式传感器输出信号为弹体转角的正、余弦函数关系式,设计了相应的信号调理电路及数据存储测试系统,给出了系统软件框图。对调理后的电压信号波形计数即可准确获得弹丸的转数,为旋转弹丸引信炸点精确控制提供了依据。     

基于激光及无线通信的弹丸初速动态测量系统

设计并实现了一套基于激光、光电信号转换、无线通信、定时计数、单片机中断技术与膛口焰抑制机理的弹丸初速动态测量系统;研究了能克服火药气体的光学污染、抑制膛口焰和膛口各元件耐高温、高压、无线通信及抗干扰等关键技术,创造性地设计了一种能减小膛口焰(烟)影响,保证测速激光强度的多功能膛口测速装置及采用无线通信实现了动态测速,得到了有价值的试验数据;分析结果表明该系统可以实现弹丸初速的精确测量,并为弹丸初速的动态测量提供了一种新的方法。     

基于弹载测速的微型磁通门集成系统研究

在介绍磁通门传感器基本工作原理的基础上,对磁通门如何应用于测量弹丸转数的原理及方法进行了分析.针对现有磁通门的一些不足,设计了微型化的磁通门探头及与之配套的电路,从而集成制作出传感器系统样机.对样机进行相关的试验并记录其输出信号的波形,对其计数后即可获得弹丸的转数,经验证,系统基本满足了弹丸初速测量的要求.     

基于粒子滤波的速度轨迹补偿

在膛内测速中,恢复经过特殊信号处理得到的速度缺失段时,会受到烟雾、火光和冲击波等因素的干扰,此干扰会导致实际获取的运动目标在出膛口时刻的多普勒信号能量特别微弱,速度出现相应的缺失,降低了测量的精度.针对此干扰,采用基于粒子滤波（PF）对速度轨迹做补偿的方法,避开速度缺失段对速度曲线进行采样插值,首先对插值后缺失段速度进行拟合,的方法得到缺失段速度模型,然后再利用此模型对速度进行恢复优化.由于膛口速度是判断目标出膛时刻的关键影响因素,而速度缺失段通常出现在运动目标出膛口时刻,因此采用基于粒子滤波（PF）对速度轨迹做补偿的方法对速度缺失段的恢复显得至关重要.     

基于高速摄影图像的轻气炮弹速测量研究

目前对轻气炮弹丸测量的方法通常采用磁测速、激光遮断测速两种方法,这两种方法受到弹丸材质、尺寸、弹前激波等影响时易导致测量结果失效;针对此类问题,提出了一种可靠性更高的基于高速摄影图像模板匹配的轻气炮弹丸速度测量方法;利用高速摄影相机、辅助光源、刻度标尺等组成高速弹丸摄影系统,设置高速弹丸拍摄方案,得到轻气炮弹丸在观察室运动过程的高速摄影结果;采用弹丸目标模板匹配的方法对摄影结果进行计算,得到弹丸运动过程中的位置信息从而得到弹丸速度;将计算结果与激光遮断测速方法得到的速度值进行了对比,满足试验要求,证明了该方法既能可独立作为轻气炮发射弹丸测速手段,也可为现有测试手段提供有效校核.     

弹丸卡膛速度测量系统设计与测试

卡膛速度是弹丸装填的重要参数,对弹丸卡膛的一致性有较大影响,进而对火炮射击精度产生影响.提出了一种基于激光位移传感器的弹丸卡膛速度测试方法,并根据已有的弹药自动装填装置试验台架对测试方法进行了试验和验证.利用激光位移传感器测量弹丸在30°、45°和60°射角下卡膛时段的位移变化,通过Matlab软件对弹丸在身管内的位移-时间历程进行微分处理,获得弹丸卡膛时段的速度-时间历程,弹丸到达卡膛位置速度会骤降至零,根据其速度变化可获得弹丸卡膛速度.对测得的卡膛速度进行误差分析,结果表明该方法可用于弹丸卡膛速度测量,并具有较高精度.     

一种无线无源转速参数测试方法研究

针对当前转速参数测量方法,因物理引线及敏感器件难以在高温等恶劣环境下可靠生存的测试技术难点问题,提出了一种可应用于特殊恶劣环境的无线无源转速参数测试方法。基于电磁互感耦合,深入探讨和分析了读取天线端电压信号幅值随转速周期性减小的无线传感机制,制作了转速无线无源LC敏感器件及信号解调电路,构建了无线无源转速测试验证系统,对无线转速测试方法进行验证。理论与实验结果表明,该测试方法可以实现转速测试。同时,无线无源转速参数测试方法因其无需引线,体积小,非接触实现能量传输等优点,为高温高旋等恶劣环境中转速参数的测试提供了可靠解决方案。     

膛内惯性测速系统设计

弹丸的膛内运动参数可以反映火炮工作状态特性,针对常规火炮弹丸内弹道运动测速需求,设计了基于MEMS加速度传感器和姿态传感器的膛内惯性测速系统;采用Kalman滤波和四元数姿态解算算法对传感器数据进行FPGA片上处理,实现了从弹丸挤进到出膛运动过程的时间记录,成功获取弹丸内弹道运动过程中加速度、速度和位移变化;实验结果表明,相对激光区截测速方法,该系统出膛速率测量误差小于2.93%;相对火炮身管原参数,出膛位移测量误差小于1.85%,为内弹道过程弹丸运动参数测量获取提供了技术支持,对火炮系统设计评估具有重要意义。     

基于过程集成的迫击炮内弹道参量优化

针对迫击炮内弹道参量在优化设计中存在的效率低、全局搜索性差、过程复杂等问题,基于迫击炮内弹道模型,提出了一种过程集成优化设计方法;首先利用MATLAB/Simulink软件搭建了迫击炮内弹道模型并通过仿真计算得到迫击炮的膛压、速度随时间变化曲线,得到的膛压和速度参量与试验结果具有较好的一致性;然后通过集成优化平台ISIGHT集成MATLAB/Simulink软件,结合带精英策略的改进非支配排序遗传算法对其进行了以最大膛压和炮口速度为目标函数的多目标优化设计;优化结果表明：优化后的最大膛压降低了13.63%,炮口速度提高了10.46%,该方法在提升内弹道性能的同时提高了优化效率,为武器的内弹道优化设计提供了一种新思路。     

基于磁传感器组合的运动物体姿态解算

姿态参数的测试是运动物体测试过程中的重要指标。针对角速度陀螺仪在高速运动中姿态角的测量误差较大,提出了基于加速度和线圈式磁传感器的姿态测量组合。线圈式磁传感器的输出值包含了载体的转速和角速度信息的综合,求出载体的角速度信息,通过扩展的全姿态四元数算法进行数据融合和姿态解算。在三轴转台上进行半实物的仿真实验,验证算法的正确性,在解算过程中无须知道当地磁场大小,方法简单易行。     

陀螺仪进动与章动运动分析

为了分析阻尼条件下陀螺仪章动与进动关系,从陀螺仪动力学模型出发,利用动静法建立运动方程,推导出理想条件下和阻尼条件下的进动与章动模型,指出章动方向上角度的变化中包含重力矩引起的章动和铅垂轴方向阻尼力矩引起的转子轴进动2个方面的影响,并通过实验得到进动和章动摆动曲线,同时证明阻尼能有效消除章动,为以后研究陀螺仪章动提供理论依据。