基于STC单片机的弹丸速度测量系统设计

设计了一种速度大于1 km/s的高速弹丸测速装置。用光纤将入射光导入至弹丸表面,将其反射光导出至光电二极管（GT101）,利用光电转换后的信号触发STC12C5A60S2单片机计时器两路外部中断实现计时,根据两测量点间距和弹丸飞行的时间差,可计算弹丸速度值。利用单片机控制LCD显示速度值并作为下位机与上位机进行串行通信。将软硬件系统经集成为光电测速装置,并用于二级轻气炮的高速弹丸速度测量。结果表明,该测速装置简单可靠,可满足二级轻气炮宽范围速度测量的要求。     

基于几何相似法的弹丸类目标初速度测量方法

几何相似法隶属于单目视觉测量方法，单目视觉测量方法具有结构简单、计算速度快、稳定性好等优点，越来越多的应用于计算机视觉测量领域。依据几何相似法测量原理，提出一种基于几何相似法的单目视觉光学测速方法，主要用于弹丸类高速目标的初速度测量，相比于雷达、激光等测速方法具有可视化优势，目标飞行过程中状态细节可见，相比于其它单目视觉测量方法更加快捷、稳定，并且布站简单。经过试验测试，结果表明利用该方法进行速度测量，能够有效的给出弹丸类高速目标的初速度，测速误差在1%以内，验证了采用单相机进行弹丸类高速目标出筒初速度测量方法的可行性。     

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。     

传感器技术在水下枪弹速度测量中的应用

介绍了用于测量水下弹丸运动速度的声靶、高速摄影、光电靶测速、线圈靶测速、线阵CCD测速等多种方法 ,从原理、准确度、实现难易程度等方面作了较为详细的比较 ,提出了线圈靶、线阵CCD是较理想的水下弹丸速度的测量方法 ,并给出了实验证明     

高速运动物体制动全过程测量

介绍了一种基于激光光幕测速原理的新型测速系统,利用固联在运动物体上的参考齿形挡光板、一对激光发射/接收装置和大缓冲容量、大动态范围的高速计数电路,在制动行程内,实现运动物体从较高初速至准静态的全过程速度测量.介绍了测速系统的工作原理和硬件设计,并进行了误差分析.现场试验的结果证明该方法能对准静态速度至65 m/s的速度范围进行准确测量.在齿形板齿间距3mm情况下最高速段能保证200个测量脉冲,测时误差最大为0.125 μs.高速段测速误差在0.833%以内,低速段误差在0.334%以内.     

基于双目视觉的车辆速度测量方法

为配合高速公路入口处的货车称重工作,需要测量车辆通过称重台时的实时速度.利用双目视觉技术测速具有成本低、部署简单、稳定性高的优点,具有广阔的应用前景.双目视觉测速的技术难点是目标的位移测量,其核心问题是目标在多帧图像间的精准匹配.文中提出了一种基于空间位置的匹配区域对齐算法与基于模板匹配的空间位移计算方法.具体地,利用车轮的空间位置关系来限制车轮的匹配区域,可有效降低相似车轮的误匹配问题;使用模板匹配的方法追踪车轮的关键点,进而获得多帧之间车轮的空间位移.使用某高速公路入口的真实通行视频数据进行实验验证,结果表明,与其他双目测速方法相比,所提方法使得测速结果的RMSE下降了20％～40％,且更加适用于车辆以较快速度(10～20 km/h)通过高速公路入口测速点的实际场景.     

基于机器视觉的口杯酒瓶盖旋转角度测量方法

针对口杯酒瓶盖对激光打码角度的特殊要求,研究一种口杯酒瓶盖旋转角度测量方法,该方法提出使用几何法与模板匹配法两种方法测量口杯酒拉环及中心文字与水平线的角度。其中,几何法通过连通域搜索和计算重心,定位圆环感兴趣区域,基于圆环被拉环切割部分的特征,得到凹凸方向的特征加强区域,有效计算出口杯酒瓶盖拉环与水平线之间的角度。模板匹配法通过分析在理想情况下口杯酒的文字字样,得到文字字样轮廓,平滑轮廓,并以此作为匹配时的形状模型。匹配过程中,对新图像查找形状模型,得出口杯酒中心文字与水平线的角度。该测量方法高速、准确、稳定,满足高速生产线的实时在线检测需求,解决了现有的口杯酒瓶盖激光打码的问题。     

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。     

基于混合高斯模型和模板匹配的目标测速

针对目前视觉测速方法存在检测精度低、鲁棒性差的问题,研究了一种结合模板匹配和混合高斯模型的测速方法。首先,利用混合高斯模型进行背景建模,提取出仅包含目标轮廓信息的前景区域图像。其次,使用参数优化的模板匹配法获取目标的高精度像素位移。最后,使用改进的二维测量模型法精确获取目标对应的像素尺寸。利用目标物理尺寸与图像中目标像素尺寸的比例关系来计算实际速度。实验结果显示,该方法对不同形状目标在不同速度下的测速结果的相对误差均在5%以内,准确度较高。     

基于FPGA的高速物体测速系统设计

目前对高速运动物体常用的测速方法基本上都要用到传感器,由于传感器的本身动作延迟大多在微秒量级,在物体高速运动情况下所测速度的误差必然比较大,因此传统的测速方法达不到应用要求;笔者设计了一种基于FPGA的高速物体测速系统,避免使用传感器,使系统的总体误差减小到0.00828%左右;该速度测量系统设计,以QuartusⅡ为软件平台,采用模块化设计并通过数码管驱动电路动态显示最终结果;该测速系统具有精度高、外围电路少、集成度高、可靠性强等特点。     

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.     

远程高速弹丸目标运动及红外辐射特性研究与应用

针对光学测量装备在远程高速弹丸目标跟踪测量过程中存在的跟踪测量难题,对弹丸目标的运动特性、红外辐射特性进行了研究分析,采用计算机仿真飞行弹道曲线、飞行表面温度随时间的变化曲线,得到给定条件下目标辐射度随时间的变化曲线,获得了满足试验测量需求的弹丸目标特性;通过仿真测量和半实物仿真测量等方式将研究成果应用于试验工程,在弹丸测量方案制定、装备跟踪性能评估等方面发挥重要作用,提高了试验成功率;研究成果可推广应用于其他类型目标的测试测量试验,具有较好的实用价值.     

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%。     

弹丸动态参数测量的方法研究

针对目前采用外弹道测试技术测量弹丸转速,炮口初速及章动参数难度大,装置复杂等问题.介绍了利用测量弹丸转速解算炮口初速和章动参数的新方法.弹载测试仪以地磁传感器为信号源,基于动态存储测试技术,集信号采集、存储、无线传输于一体.实弹结束后,读取存储器的数据,得到弹丸的转速信号,利用公式可以对炮口初速进行解算.对弹丸转速信号进行去基线、定标转换处理后的包络线即是章动曲线,根据信号的规律可以解算出章动参数.测试结果与外测法测得的结果基本一致,该方法可测量弹丸参数.     

弹丸侵彻靶板动能测试方法研究

弹丸动能是评价枪械毁伤能力的重要参数,现有动能测试主要采用动能公式进行间接测量,方法单一。从声发射技术的角度进行弹丸动能测试的研究,开展典型7.62 mm弹丸侵彻铝合金靶板的数值模拟研究,并获取声发射信号幅度和均方根(RMS);分别构建RMS和幅度值与动能的数学模型,其中构建的方程决定系数分别达到0.9936和0.9803;组建弹丸动能测试系统并实施弹丸侵彻动能试验,与铝箔靶测速试验对比分析结果表明:构建的RMS、幅度特征值和弹丸动能的数学模型具有合理的拟合精度,并且幅度参数表征弹丸动能的精度更高,两次试验测量误差分别达到12.7%和3.1%。所提出的声发射弹丸动能测试方法为弹丸动能直接测量提供了一种新概念解决方案。     

非致命防暴电磁枪威力控制系统研究

非致命防暴动能武器的使用安全性决定了武器的使用价值;针对防暴电磁枪使用环境,为提高电磁枪使用过程中的安全性和可靠性,需要设计电磁枪威力调节系统;分析了威力控制系统的工作原理,并设计了非致命电磁枪的威力控制系统,实现了弹丸初始动能的自动调节;介绍了系统的设计思路、总体方案、硬件电路和软件流程图;通过试验,检验了系统工作的可行性,弹丸最大动能误差小于2J,为开展非致命防暴电磁枪的工程化研制奠定了基础。