大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态对称测试方法及系统与流程

1.本发明属于运动参数测试技术领域，具体涉及一种大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态对称测试方法及系统。


背景技术：

2.大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态参数是评价新一代压制火炮设计效果、火炮射击精度重要技术途径。在火炮半约束期间，炮口发生强烈振动，炮口振动带动弹丸使得弹丸的姿态发生改变，过大的弹丸与身管相互作用，将导致弹丸功能损伤或导致弹丸解体，并且弹丸半约束期内处于强烟焰环境中，导致弹丸特征参数提起难度大。目前开展的弹药半约束期姿态测试方法主要有：高速摄像测试和弹载激光位移测试方法。高速摄像测试方法，无法在弹体上设置跟踪点，不能进行精确测量。弹载激光位移测试方法测试精度很低，不能满足使用要求。
3.现有技术中公开的非接触式测量弹体姿态的方法，其是在弹头和弹尾粘贴明显的易于识别的弹标，采用高速录像设备架设在炮位正侧方拍摄弹药发射过程。后处理时，手动点选图像中弹标的位置变化，转换为弹药俯仰姿态变化。该方法需要额外粘贴弹标，并通过手动选取弹体姿态角度，误差较大。而且，对于初速较高的炮弹，弹体的头部和尾部粘贴的弹标离开发射筒后会脱落或被烧焦，从而为视频后处理带来了很大的难度。
4.现有技术中公开的采用图像识别方法获取弹药姿态角变化过程，整个过程自动完成，但由于单帧图像限制，以及强烟焰环境的影响，无法实现对大长径比智能弹药姿态的测试。


技术实现要素：

5.要解决的技术问题：
6.为了避免现有技术的不足之处，针对大刚度大长径比智能弹药，本发明提供一种大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态对称测试方法及系统，其中大刚度智能弹药是指在弹药发射过程中几乎不变形，或者变形微小；大长径比是指弹药的长度和直径的比较大，需要多个测试系统并排放置进行测试，至少两个测试系统才能完整拍到弹丸。本发明通过采用双线阵ccd像机交汇测试系统进行拍摄，解决了现有技术中大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态参数测量精度低的问题。
7.本发明的技术方案是：一种大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态对称测试方法，具体步骤如下：
8.步骤1：布置双线阵ccd像机交汇测试系统；
9.所述双线阵ccd像机交汇测试系统为对称于身管设置的两台线阵ccd像机，分别布置于身管横向两侧的下方，使得被测目标处于两台线阵ccd像机交汇的成像区域；同时安装适配光源；
10.多组双线阵ccd像机交汇测试系统沿智能弹药发射方向平行布置；
11.布置2：确定智能弹药在成像区域内的位置坐标；
12.通过控制多组双线阵ccd像机交汇测量系统连续拍摄，测得成像区域内智能弹药的位置坐标；
13.布置3：确定智能弹药半约束期姿态参数；
14.首先，获取智能弹药在相邻两组双线阵ccd像机交汇测量系统的成像区域内的位置坐标；然后，测得双线阵ccd像机交汇测量系统内两台ccd像机之间的距离；最后，计算智能弹药指向角度方位角变化量和高低角变化量，完成智能弹药从出炮口直至后效期结束这一过程的姿态变化测量。
15.本发明的进一步技术方案是：所述步骤1中布置双线阵ccd像机交汇测试系统时，对ccd像机进行校准，使得所有ccd像机性能均相同；调节控制同一双线阵ccd像机交汇测试系统内的两台线阵ccd像机，使其光轴在空间交于一点，且两台线阵ccd像机与水平方向的夹角一致，物镜相向布置，构成一个竖直的成像区域。
16.本发明的进一步技术方案是：所述成像区域位于两台ccd像机交汇的中心区域；调节方法为，取结构相同的弹药桶放置于炮口处，模拟弹药将要出炮口的状态，然后将两台ccd像机交汇的成像区域调节至中心区域。
17.本发明的进一步技术方案是：所述光源与ccd像机一一对应配置，包括滤光装置和激光照明装置，所述滤光装置用于衰减炮口焰光照能量，所述激光照明装置用于增强大刚度大长径比智能弹药的光照能力。
18.本发明的进一步技术方案是：相邻两组双线阵ccd像机交汇测量系统之间的距离小于智能弹药长度的一半，保证在半约束期智能弹药同时在两组双线阵ccd像机交汇测量系统的成像区域内。
19.本发明的进一步技术方案是：所述步骤2中，智能弹药经过成像区域内的位置坐标为：
20.横坐标：
21.纵坐标：
[0022][0023][0024]
其中，s为双线阵ccd像机交汇测量系统中两台ccd像机之间的距离；α为双线阵ccd像机交汇测量系统中线阵ccd像机光轴与水平面的夹角；γ1为大刚度大长径比智能弹药对应的光轴与双线阵ccd像机交汇测量系统中一台线阵ccd像机光轴的夹角；γ2为大刚度大长径比智能弹药对应的光轴与双线阵ccd像机交汇测量系统中另一台线阵ccd像机光轴的夹角；h1为大刚度大长径比智能弹药在双线阵ccd像机交汇测量系统中一台线阵ccd像机中的像高；h2为大刚度大长径比智能弹药在双线阵ccd像机交汇测量系统中另一台线阵ccd像机中的像高；f为双线阵ccd像机交汇测量系统中两台ccd像机的焦距。
[0025]
本发明的进一步技术方案是：所述步骤3获取射击过程中，大刚度大长径比智能弹药在两组双线阵ccd像机交汇测量系统的成像区域内位置坐标分别为(δx1,δy1)和(δx2,δy2)。
[0026]
本发明的进一步技术方案是：所述步骤3中，智能弹药指向角度方位角变化量θ和高低角变化量的计算公式如下：
[0027][0028]
。
[0029]
一种大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态对称测试系统，包括火炮1、大刚度大长径比智能弹药2、双线阵ccd像机交汇测量系统3、光源4、像机同步控制器5和综合测试控制系统平台6；所述双线阵ccd像机交汇测量系统3安装于火炮1的横向两侧下方，光源4设置于双线阵ccd像机交汇测量系统3的ccd像机附近，像机同步控制器5与各ccd像机来连接，通过综合测试控制系统平台6操纵像机同步控制器5，控制多组双线阵ccd像机交汇测量系统3同时进行拍摄。
[0030]
本发明的进一步技术方案是：所述综合测试控制系统平内设置处理器、存储器和应用程序，所述应用程序被存储在所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行，所述应用程序配置用于执行所述大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态对称测试方法中的计算。
[0031]
有益效果
[0032]
本发明的有益效果在于：本发明采用多组双线阵ccd像机交汇测试系统，通过双线阵ccd像机交汇测试系统形成的可成像区域获取大刚度大长径比智能弹药姿态，实现大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态变化过程的测试。
[0033]
本发明基于多组双线阵ccd像机交汇测量系统测得大刚度大长径比智能弹药空间坐标，通过控制多组交汇的像机连续拍摄，测得可成像范围区域内大刚度大长径比智能弹药位置坐标，利用双线阵ccd像机交汇测量系统像机设备之间的距离，计算得到大刚度大长径比智能弹药指向角度方位角变化量和高低角变化量。不仅为大刚度大长径比智能弹药半约束期火炮设计与建模提供必需的运算参数，还为大口径火炮射击精度的影响研究提供数据支撑，提高了智能弹药半约束期姿态参数测量精度；同时填补了大刚度大长径比智能弹药发射半约束期姿态测试技术的空白。
附图说明
[0034]
图1为本发明实施例的大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态测试系统框图；
[0035]
图2为本发明实施例的大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态测试系统，双线阵ccd像机交汇测试系统布置示意图；(a)侧视图，(b)正视图，(c)俯视图；
[0036]
图3为本发明实施例的方法中双线阵ccd像机交汇测量原理示意图；
[0037]
附图标记说明：1.火炮、2.大刚度大长径比智能弹药、3.双线阵ccd像机交汇测量系统、4.光源、5.像机同步控制器、6.综合测试控制系统平台。
具体实施方式
[0038]
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0039]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0040]
大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态参数是评价新一代压制火炮设计效果、火炮射击精度的重要技术途径，开展相关理论研究，必须获得真实有效的大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态参数。在火炮半约束期间，炮口发生强烈振动，炮口振动带动弹丸使得弹丸的姿态发生改变，过大的弹丸与身管相互作用，将导致弹丸功能损伤或导致弹丸解体，并且弹丸半约束期内处于强烟焰环境中，导致弹丸特征参数提起难度大。基于双线阵ccd像机交汇测试方法，实现大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态参数获取是本发明的内容。
[0041]
本方案采用双线阵ccd像机交汇测试方法获取大刚度大长径比智能弹药在空间中的坐标。通过双线阵ccd像机交汇拍摄大刚度大长径比智能弹药侧面，从而获得大刚度大长径比智能弹药在空间中的坐标，进而求得大刚度大长径比智能弹药姿态角参数。首先，使用双线阵ccd像机交汇测试系统过程中，调节控制两台线阵ccd像机，使得两台线阵ccd像机的光轴在空间交于一点，并且保证两台像机与水平方向的夹角大小一致，且物镜相向布置，构成一个竖直的可成像范围，对于该平面可成像范围(即两个ccd视场的交叠区)内任意一点来说，在两个线阵ccd像机上各有一个像点与之相对应。然后，通过智能弹药在线阵ccd像机的像高和线阵ccd像机布置的位置参数，计算可成像区域内任意一点的横坐标x，纵坐标y。最后，控制双线阵ccd像机在半约束期不断拍摄，能够得到大刚度大长径比智能弹药在交汇的像机可成像区域内位置坐标(δx1,δy1)和(δx2,δy2)，并根据两组交汇的像机测试系统之间的距离为s，计算得到大刚度大长径比智能弹药指向角度方位角变化量θ和高低角变化量φ。
[0042]
优选的，所述成像区域位于两台ccd像机交汇的中心区域；调节方法为，取结构相同的弹药桶放置于炮口处，模拟弹药将要出炮口的状态，然后将两台ccd像机交汇的成像区域调节至中心区域。
[0043]
优选的，所述光源与ccd像机一一对应配置，包括滤光装置和激光照明装置，所述滤光装置用于衰减炮口焰光照能量，所述激光照明装置用于增强大刚度大长径比智能弹药的光照能力。
[0044]
优选的，相邻两组双线阵ccd像机交汇测量系统之间的距离小于智能弹药长度的一半，保证在半约束期智能弹药同时在两组双线阵ccd像机交汇测量系统的成像区域内。
[0045]
本实施例采用ccd像机及光学系统，构建双线阵阵ccd像机交汇测试系统，形成大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态测试方案。方案原理简图如图1所示。
[0046]
本实施例在火炮1横向侧面和纵向下方，布置多组双线阵ccd像机交汇测量系统3，选择合适的光源4，即宽域炮口焰滤波波长和大面积高能量匀光照明激光波长滤光装置和激光照明装置，衰减炮口焰光照能量，增强大刚度大长径比智能弹药的光照能力，提高透烟
焰的成像质量，通过综合测试控制系统平台6，触发像机同步控制器5，通过同轴电缆触发前方所有ccd像机，并将该信号接入测试控制系统平台6，高速摄像机和其他电测设备时间同步，根据多组双线阵ccd像机交汇测量系统可测得大刚度大长径比智能弹药位置的坐标。
[0047]
双线阵ccd像机交汇测量系统3布置在火炮横向侧面和纵向下方，保证双线阵ccd像机交汇测量系统的两个ccd像机以身管对称布置间距相等，且需要保证多组双线阵ccd像机交汇测量系统平行布置，具体如图2。在半约束期内，通过综合测试控制系统平台6，触发像机同步控制器5，控制多组双线阵ccd像机交汇测量系统3同时进行连续拍摄。双线阵ccd像机交汇测量系统，两套ccd像机光轴交于一点，两个光轴与水平方向夹角均为α。光学系统的焦距为f,大刚度大长径比智能弹药在ccd像机像高分别为h1和h2，规定h1和h2为目标成像中心像元编号减去光轴所在像元编号的差值。大刚度大长径比智能弹药对应的两条主光线与水平方向的夹角分别为α+γ1，α+γ2，具体如图3所示。大刚度大长径比智能弹药经过两个ccd像机的可成像范围内的交叠区内任意一点的坐标可以通过下面的公式计算出来：
[0048][0049][0050][0051][0052]
其中：s为双线阵ccd像机交汇测量系统，两台ccd像机之间的距离；
[0053]
α为双线阵ccd像机交汇测量系统，线阵ccd像机光轴与水平面的夹角；
[0054]
γ1为大刚度大长径比智能弹药对应的光轴与双线阵ccd像机交汇测量系统中一台线阵ccd像机光轴的夹角；
[0055]
γ2为大刚度大长径比智能弹药对应的光轴，与双线阵ccd像机交汇测量系统另一台线阵ccd像机光轴的夹角；
[0056]
h1为大刚度大长径比智能弹药，在双线阵ccd像机交汇测量系统中一台线阵ccd像机中的像高；
[0057]
h2为大刚度大长径比智能弹药，在双线阵ccd像机交汇测量系统中另一台线阵ccd像机中的像高；
[0058]
f为双线阵ccd像机交汇测量系统中两台像机的焦距。
[0059]
相邻两组双线阵ccd像机交汇测量系统，可测得大刚度大长径比智能弹药两处位置的坐标，射击过程中大刚度大长径比智能弹药在两组交汇的像机测试区域内位置坐标为(δx1,δy1)和(δx2,δy2)，两组设备之间的距离为s，因为大刚度大长径比智能弹药刚度较大，仅根据两组坐标位置，可以得到大刚度大长径比智能弹药指向角度方位角变化量θ和高低角变化量计算如下：
[0060]
[0061][0062]
即完成智能弹药从出炮口直至后效期结束这一过程的姿态变化测量。
[0063]
本实施例一种大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态对称测试系统，包括火炮1、大刚度大长径比智能弹药2、双线阵ccd像机交汇测量系统3、光源4、像机同步控制器5和综合测试控制系统平台6；所述双线阵ccd像机交汇测量系统3安装于火炮1的横向两侧下方，光源4设置于双线阵ccd像机交汇测量系统3的ccd像机附近，像机同步控制器5与各ccd像机来连接，通过综合测试控制系统平台6操纵像机同步控制器5，控制多组双线阵ccd像机交汇测量系统3同时进行拍摄。
[0064]
所述综合测试控制系统平内设置处理器、存储器和应用程序，所述应用程序被存储在所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行，所述应用程序配置用于执行所述大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态对称测试方法中的计算。
[0065]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态对称测试方法，其特征在于具体步骤如下：步骤1：布置双线阵ccd像机交汇测试系统；所述双线阵ccd像机交汇测试系统为对称于身管设置的两台线阵ccd像机，分别布置于身管横向两侧的下方，使得被测目标处于两台线阵ccd像机交汇的成像区域；同时安装适配光源；多组双线阵ccd像机交汇测试系统沿智能弹药发射方向平行布置；布置2：确定智能弹药在成像区域内的位置坐标；通过控制多组双线阵ccd像机交汇测量系统连续拍摄，测得成像区域内智能弹药的位置坐标；布置3：确定智能弹药半约束期姿态参数；首先，获取智能弹药在相邻两组双线阵ccd像机交汇测量系统的成像区域内的位置坐标；然后，测得双线阵ccd像机交汇测量系统内两台ccd像机之间的距离；最后，计算智能弹药指向角度方位角变化量和高低角变化量，完成智能弹药从出炮口直至后效期结束这一过程的姿态变化测量。2.根据权利要求1所述一种大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态对称测试方法，其特征在于：所述步骤1中布置双线阵ccd像机交汇测试系统时，对ccd像机进行校准，使得所有ccd像机性能均相同；调节控制同一双线阵ccd像机交汇测试系统内的两台线阵ccd像机，使其光轴在空间交于一点，且两台线阵ccd像机与水平方向的夹角一致，物镜相向布置，构成一个竖直的成像区域。3.根据权利要求1所述一种大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态对称测试方法，其特征在于：所述成像区域位于两台ccd像机交汇的中心区域；调节方法为，取结构相同的弹药桶放置于炮口处，模拟弹药将要出炮口的状态，然后将两台ccd像机交汇的成像区域调节至中心区域。4.根据权利要求1所述一种大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态对称测试方法，其特征在于：所述光源与ccd像机一一对应配置，包括滤光装置和激光照明装置，所述滤光装置用于衰减炮口焰光照能量，所述激光照明装置用于增强大刚度大长径比智能弹药的光照能力。5.根据权利要求1所述一种大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态对称测试方法，其特征在于：相邻两组双线阵ccd像机交汇测量系统之间的距离小于智能弹药长度的一半，保证在半约束期智能弹药同时在两组双线阵ccd像机交汇测量系统的成像区域内。6.根据权利要求1-5任一项所述一种大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态对称测试方法，其特征在于：所述步骤2中，智能弹药经过成像区域内的位置坐标为：横坐标：纵坐标：
其中，s为双线阵ccd像机交汇测量系统中两台ccd像机之间的距离；α为双线阵ccd像机交汇测量系统中线阵ccd像机光轴与水平面的夹角；γ1为大刚度大长径比智能弹药对应的光轴与双线阵ccd像机交汇测量系统中一台线阵ccd像机光轴的夹角；γ2为大刚度大长径比智能弹药对应的光轴与双线阵ccd像机交汇测量系统中另一台线阵ccd像机光轴的夹角；h1为大刚度大长径比智能弹药在双线阵ccd像机交汇测量系统中一台线阵ccd像机中的像高；h2为大刚度大长径比智能弹药在双线阵ccd像机交汇测量系统中另一台线阵ccd像机中的像高；f为双线阵ccd像机交汇测量系统中两台ccd像机的焦距。7.根据权利要求6所述一种大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态对称测试方法，其特征在于：所述步骤3获取射击过程中，大刚度大长径比智能弹药在两组双线阵ccd像机交汇测量系统的成像区域内位置坐标分别为(δx1,δy1)和(δx2,δy2)。8.根据权利要求7所述一种大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态对称测试方法，其特征在于：所述步骤3中，智能弹药指向角度方位角变化量θ和高低角变化量的计算公式如下：如下：。9.一种权利要求1所述大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态对称测试方法的测量系统，其特征在于：包括火炮1、大刚度大长径比智能弹药2、双线阵ccd像机交汇测量系统3、光源4、像机同步控制器5和综合测试控制系统平台6；所述双线阵ccd像机交汇测量系统3安装于火炮1的横向两侧下方，光源4设置于双线阵ccd像机交汇测量系统3的ccd像机附近，像机同步控制器5与各ccd像机来连接，通过综合测试控制系统平台6操纵像机同步控制器5，控制多组双线阵ccd像机交汇测量系统3同时进行拍摄。10.根据权利要求9所述测试系统，其特征在于：所述综合测试控制系统平内设置处理器、存储器和应用程序，所述应用程序被存储在所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行，所述应用程序配置用于执行所述大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态对称测试方法中的计算。

技术总结
本发明一种大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态对称测试方法及系统，属于运动参数测试技术领域；步骤为，首选布置双线阵CCD像机交汇测试系统；然后，通过控制多组双线阵CCD像机交汇测量系统连续拍摄，测得成像区域内智能弹药的位置坐标；最后，获取智能弹药在相邻两组双线阵CCD像机交汇测量系统的成像区域内的位置坐标，并测得双线阵CCD像机交汇测量系统内两台CCD像机之间的距离，计算智能弹药指向角度方位角变化量和高低角变化量，完成智能弹药从出炮口直至后效期结束这一过程的姿态变化测量。本发明解决了现有技术中大刚度大长径比智能弹药半约束期姿态参数测量精度低的问题。智能弹药半约束期姿态参数测量精度低的问题。智能弹药半约束期姿态参数测量精度低的问题。


技术研发人员：黄宏胜 宁昕 王鹏 杜文斌 岳晓奎 杜晓明 钞红晓 李超位 雷强 王东颖 曹馨 李世立 杨维希 曹志元 何川
受保护的技术使用者：西北机电工程研究所
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/24