基于單線陣CCD相機(jī)的彈丸著靶坐標(biāo)測量技術(shù)研究.pdf

1、兵器靶場對(duì)槍(炮)、彈和發(fā)射藥的檢驗(yàn)中，彈丸、破片等飛行目標(biāo)的著靶坐標(biāo)、立靶密集度等散布參數(shù)是考核武器系統(tǒng)瞄準(zhǔn)、發(fā)射彈藥一致性等重要性能的關(guān)鍵指標(biāo)。傳統(tǒng)立靶坐標(biāo)測量方法存在系統(tǒng)復(fù)雜、測量精度低等問題，特別是近幾年出現(xiàn)的群破片殺傷武器和高射頻武器研制當(dāng)中，遇到的多個(gè)動(dòng)態(tài)目標(biāo)同時(shí)著靶情況下散布參數(shù)測試的問題是兵器測試行業(yè)公認(rèn)的技術(shù)難題之一。單線陣CCD相機(jī)著靶坐標(biāo)測量技術(shù)作為一種新的動(dòng)態(tài)目標(biāo)著靶坐標(biāo)測量技術(shù)，具有測量精度高、適用于多目標(biāo)等優(yōu)

2、點(diǎn)，為靶場武器參數(shù)測試提供了一條新的途徑。本研究以解決兵器測試中單目標(biāo)和多目標(biāo)散布參數(shù)測試問題為主要目的，基于單線陣CCD相機(jī)的散布參數(shù)光電測試技術(shù)，提出了多種單目標(biāo)和多目標(biāo)散布參數(shù)探測方案；建立了系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定模型，研究了多目標(biāo)識(shí)別算法和多目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)處理方法；設(shè)計(jì)了單線陣CCD立靶坐標(biāo)測量系統(tǒng)，并通過模擬實(shí)彈實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了原理和精度驗(yàn)證。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對(duì)現(xiàn)有各種彈丸著靶坐標(biāo)測量方案存在的問題，提出

3、了單激光光源和雙激光光源兩種基于單線陣CCD相機(jī)的彈丸著靶坐標(biāo)測量方案，建立了兩種方案的理想系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，對(duì)兩種方案的系統(tǒng)測量誤差進(jìn)行了理論分析和仿真，重點(diǎn)分析了各系統(tǒng)參數(shù)對(duì)最終坐標(biāo)測量誤差的影響，為后續(xù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研究奠定了理論基礎(chǔ)。⑵設(shè)計(jì)了單激光光源和雙激光光源兩種測量系統(tǒng)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了雙光幕觸發(fā)分系統(tǒng)。針對(duì)現(xiàn)有CCD立靶測量系統(tǒng)中的單光幕觸發(fā)系統(tǒng)存在的容易誤觸發(fā)等問題，引入雙光幕測速原理，從理論上分析了系統(tǒng)的測速精度影響因素，并采用長

4、靶距測速裝置對(duì)雙光幕觸發(fā)系統(tǒng)的短靶距參數(shù)進(jìn)行精確標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)了具有高精度測速功能的雙光幕觸發(fā)系統(tǒng)。⑶針對(duì)系統(tǒng)參數(shù)精確標(biāo)定的難題，提出一種基于單線陣CCD立靶系統(tǒng)測量模型的參數(shù)反演和標(biāo)定算法，建立了測量系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)學(xué)模型和對(duì)應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定模型，通過理論計(jì)算、模擬實(shí)彈實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理得到了與系統(tǒng)各參數(shù)相關(guān)的矩陣模型。以紙靶測量坐標(biāo)為比對(duì)基準(zhǔn)，與傳統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)分項(xiàng)標(biāo)定方法進(jìn)行坐標(biāo)測量精度對(duì)比，結(jié)果表明所提系統(tǒng)參數(shù)綜合標(biāo)定方法坐標(biāo)測量精度較傳統(tǒng)方法

5、提高一倍以上。⑷針對(duì)雙目標(biāo)同時(shí)著靶的坐標(biāo)測量難題，提出了基于黑白和彩色線陣CCD相機(jī)的兩種測量方案。對(duì)于黑白相機(jī)的方案，利用彈丸自身和彈丸投影兩者的影像灰度值存在差異的特性，對(duì)雙目標(biāo)的影像信號(hào)進(jìn)行了識(shí)別；對(duì)于彩色相機(jī)的方案，根據(jù)彩色雙目標(biāo)圖像所包含的目標(biāo)影像信息與光源波長之間的相關(guān)特性，對(duì)捕獲的彩色目標(biāo)圖像根據(jù)不同波長進(jìn)行分離，通過對(duì)分離圖像的分別處理和相互匹配，實(shí)現(xiàn)了雙目標(biāo)信號(hào)的識(shí)別和探測。⑸針對(duì)三目標(biāo)同時(shí)著靶的坐標(biāo)測量難題，提出采用