基于被动声定位的大靶面弹着点坐标测量方法研究

论文摘要

立靶密集度是评价直射式武器系统性能的重要指标之一,目前,靶场急需一种测量靶面达10m×10m、定位精度达到2cm及安全性能高的坐标测量装置。基于被动声定位原理,研究了一种测量面积达10m×10m的小口径炮弹着点坐标的测量方法,为适用于靶场的立靶密集度自动测量系统的研制奠定基础。分析了小口径炮弹丸激波的特性,分别从金属杆法和点阵法的定位原理与系统组成方法入手,探讨了金属杆法和点阵法应用于10m×10m靶面时的定位精度与安全性,确定了点阵法更适用于大靶面小体积测量系统。分别对四点方阵、八点线阵与左右对称三角阵的声传感器布阵方式、数学模型的建立及解算方法进行了分析,通过仿真计算,分别研究了测时误差与声传感器间距对定位精度及稳定性的影响,探讨了各布阵方法应用于10m×10m靶面测量的可行性,确定了左右对称三角阵为满足本文研究目标的布阵方法。设计了基于左右对称三角阵的弹着点被动声定位实验系统。该系统由PXI数据采集系统、信号调理模块、声传感器阵列及专用安装支架组成。由左右对称的三角声传感器阵列获取弹丸过靶时的激波信号,经信号调理模块进行阻抗变换及信号放大后供数据采集系统采集,并由软件判读出激波到达各声传感器的时间特征点,通过最小二乘迭代法解算出弹着点坐标。利用LabVIEW(?)与MATLAB(?)对系统控制软件进行了混合编程,实现了系统设置、波形采集与存储、数据分析计算、虚拟靶面与报表生成等功能。利用COM技术实现了LabVIEW(?)与MATLAB(?)的无缝连接,提高了运算速度,并发布了脱离两开发环境的安装程序。在某靶场的1000m靶道使用25mm口径炮弹对左右对称三角定位方法及该实验系统进行了试验验证,在10m×10m靶面范围内定位精度达到了2cm。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 金属杆式声坐标靶
• 1.2.2 点阵式声坐标靶
• 1.3 大靶面弹着点被动声定位需解决的关键问题
• 1.4 本文主要工作
• 2 大靶面弹着点被动声定位原理
• 2.1 小口径炮弹丸激波产生原理
• 2.2 小口径炮弹丸激波特性分析
• 2.3 金属杆法与点阵法定位机理研究
• 2.3.1 金属杆法
• 2.3.2 点阵法
• 2.4 本章小结
• 3 大靶面点阵法布阵模型研究
• 3.1 四点方阵适用性研究
• 3.1.1 声传感器布阵
• 3.1.2 系统数学模型及其解法
• 3.2 左右对称八点线阵适用性研究
• 3.2.1 声传感器布阵
• 3.2.2 系统数学模型及解法
• 3.2.3 系统特性分析
• 3.3 左右对称三角阵适用性研究
• 3.3.1 声传感器布阵
• 3.3.2 系统数学模型及其解法
• 3.3.3 系统特性分析
• 3.4 本章小结
• 4 大靶面弹着点被动声定位实验研究
• 4.1 测量对象
• 4.2 性能要求
• 4.3 系统硬件设计
• 4.3.1 声传感器
• 4.3.2 布阵支架
• 4.3.3 信号调理模块
• 4.3.4 数据采集系统
• 4.4 系统软件设计
• 4.4.1 数采板卡自检识别模块
• 4.4.2 数采板卡参数设置模块
• 4.4.3 信号采集和处理模块
• 4.5 实验检测
• 4.5.1 实验条件
• 4.5.2 实验结果
• 4.6 本章小结
• 5 全文小结
• 致谢
• 参考文献
• 附录