一种小口径弹丸膛内运动姿态的测试系统及方法

本发明属于弹丸发射过程膛内姿态测试，涉及小口径弹丸膛内运动姿态测试，特别涉及一种小口径弹丸膛内运动姿态的测试系统及方法。

背景技术：

1、对于无控弹药，弹丸的炮口状态参数很大程度上决定了弹丸落点的散布大小，对于精确制导弹丸(比如高射速防空火炮、电磁炮等)，需要将弹丸发射到指定的空域，空域的准确性影响着末端制导的难度，而弹丸炮口状态参数决定着弹丸能否发射到指定的空域，由此可知弹丸出炮口姿态参数对于射击精度的重要性。弹丸膛内运动姿态是影响出炮口姿态的重要参数，该参数的准确测试对于弹丸及身管/轨道的设计改进进一步促进射击精度提升具有重要意义。

2、然而，由于小口径弹丸体积小，发射过程中膛内强冲击、高过载，电磁轨道炮还伴随着强电磁场，使得目前尚无有效手段对其发射过程膛内运动姿态参数进行测试，因此小口径弹丸膛内运动姿态测试一直是研究的难点。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种小口径弹丸膛内运动姿态的测试系统及方法，本发明能在具有强冲击、高过载和强电磁场环境下对小口径弹丸膛内运动姿态参数进行测试，且测试精度高。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种小口径弹丸膛内运动姿态的测试系统，包括激光器一体化模拟弹、多点式光纤光栅应变传感器、高速光纤光栅解调仪、高速摄像机、激光接收靶板和上位机。

4、所述激光器一体化模拟弹由弹丸和设于弹丸头部的激光器组成，用于发出指示弹丸姿态的激光。

5、所述多点式光纤光栅应变传感器沿发射装置的纵向设置且位于发射装置外表面，用于获取弹丸在膛内的运动位移应变信号。

6、所述高速光纤光栅解调仪与多点式光纤光栅应变传感器连接，用于解调多点式光纤光栅应变传感器的运动位移应变信号以获取弹丸运动位移信息。

7、所述激光接收靶板设于炮口正前方且与炮口延长线垂直，用于接收激光器一体化模拟弹发出的激光。

8、所述高速摄像机设于炮口侧方，用于获取激光接收靶板上激光点的序列图像信息。

9、所述高速光纤光栅解调仪和高速摄像机均与上位机连接，以将弹丸运动位移信息和序列图像信息传送至上位机，便于通过解算得到弹丸在膛内运动的姿态。

10、进一步地，发射装置外表面设有安装槽，所述安装槽沿发射装置的纵向设置，所述多点式光纤光栅应变传感器设置在安装槽内。

11、本发明还提供了一种小口径弹丸膛内运动姿态的测试方法，采用前面所述的一种小口径弹丸膛内运动姿态的测试系统进行测试，具体包括以下步骤：

12、s1：测量炮口到激光接收靶板的距离l1；调节高速摄像机镜头焦距及光圈，使得激光接收靶板能在高速摄像机中清晰成像；

13、s2：发射激光器一体化模拟弹，同步启动高速光纤光栅解调仪与高速摄像机，获取弹丸在膛内的运动位移信息和激光点的序列图像信息；

14、s3：弹丸出炮口后，关闭高速光纤光栅解调仪与高速摄像机，结合弹丸在膛内的运动位移信息和激光点的序列图像信息解算得到弹丸在膛内运动的姿态。

15、进一步地，弹丸在膛内运动姿态由方位角和高低角表征；弹丸在膛内运动期间，以发射装置中轴线在激光接收靶板对应的点为坐标原点建立xy直角坐标系，以水平方向为x坐标，以竖直方向为y坐标，弹丸方位角和弹丸高低角θi分别通过式(1)和式(2)计算得到：

16、

17、

18、式中：(x0，y0)为弹丸发射初始时刻激光点在激光接收靶板上对应的坐标；

19、(xi，yi)为弹丸发射后ti时刻激光点在激光接收靶板上对应的坐标；

20、li为弹丸发射后ti时刻时弹丸距离炮口端面的的距离，通过高速光纤光栅解调仪得到。

21、进一步地，(xi，yi)中的xi和yi分别由激光接收靶板靶面上粘贴的横向动态标尺和纵向动态标尺结合激光点的运动像素点确定：

22、

23、

24、式中：x实为激光接收靶板上横向动态标尺的实际值，m为此时高速摄像机上横向动态标尺的像素点数；a为弹丸在膛内运动过程中激光点的横向运动像素点数；

25、y实为激光接收靶板上纵向动态标尺的实际值，n为此时高速摄像机上纵向动态标尺的像素点数；b为弹丸在膛内运动过程中激光点的纵向运动像素点数。

26、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

27、本发明采用的激光器一体化模拟弹和多点式光纤光栅应变传感器均具有抗强冲击性能，从而能在具有强冲击、高过载和强电磁场环境下对小口径弹丸膛内运动姿态参数进行测试，同时激光器一体化模拟弹能有效表征弹丸在膛内高速变加速运动过程中的姿态，点式光纤光栅应变传感器体积小，易于安装且能准确获取弹丸在膛内的运动位移应变信号，从而能有效提高测试精度。

技术特征：

1.一种小口径弹丸膛内运动姿态的测试系统，其特征在于，包括激光器一体化模拟弹、多点式光纤光栅应变传感器、高速光纤光栅解调仪、高速摄像机、激光接收靶板和上位机；

2.根据权利要求1所述的一种小口径弹丸膛内运动姿态的测试系统，其特征在于，发射装置外表面设有安装槽，所述安装槽沿发射装置的纵向设置，所述多点式光纤光栅应变传感器设置在安装槽内。

3.一种小口径弹丸膛内运动姿态的测试方法，其特征在于，采用权利要求1～2任一所述的一种小口径弹丸膛内运动姿态的测试系统进行测试，具体包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种小口径弹丸膛内运动姿态的测试方法，其特征在于，弹丸在膛内运动姿态由方位角和高低角表征；弹丸在膛内运动期间，以发射装置中轴线在激光接收靶板对应的点为坐标原点建立xy直角坐标系，以水平方向为x坐标，以竖直方向为y坐标，弹丸方位角和弹丸高低角θi分别通过式(1)和式(2)计算得到：

5.根据权利要求4所述的一种小口径弹丸膛内运动姿态的测试方法，其特征在于，(xi，yi)中的xi和yi分别由激光接收靶板靶面上粘贴的横向动态标尺和纵向动态标尺结合激光点的运动像素点确定：

技术总结本发明公开了一种小口径弹丸膛内运动姿态的测试系统及方法，该测试系统包括激光器一体化模拟弹、多点式光纤光栅应变传感器、高速光纤光栅解调仪、高速摄像机、激光接收靶板和上位机；激光器一体化模拟弹用于发出指示弹丸姿态的激光；多点式光纤光栅应变传感器用于获取弹丸在膛内的运动位移应变信号；高速光纤光栅解调仪与多点式光纤光栅应变传感器连接，用于获取弹丸运动位移信息；激光接收靶板用于接收激光器一体化模拟弹发出的激光；高速摄像机用于获取激光接收靶板上激光点的序列图像信息；高速光纤光栅解调仪和高速摄像机均与上位机连接。本发明能在具有强冲击、高过载和强电磁场环境下对小口径弹丸膛内运动姿态参数进行测试，且测试精度高。技术研发人员：王东颖,郭永彩,钞红哓,杨勇刚,蒯涛,何川,曹志元受保护的技术使用者：重庆大学技术研发日：技术公布日：2024/6/20