基于單線陣CCD相機的彈丸著靶坐標測量技術研究.pdf

1、兵器靶場對槍(炮)、彈和發(fā)射藥的檢驗中，彈丸、破片等飛行目標的著靶坐標、立靶密集度等散布參數(shù)是考核武器系統(tǒng)瞄準、發(fā)射彈藥一致性等重要性能的關鍵指標。傳統(tǒng)立靶坐標測量方法存在系統(tǒng)復雜、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中，遇到的多個動態(tài)目標同時著靶情況下散布參數(shù)測試的問題是兵器測試行業(yè)公認的技術難題之一。單線陣CCD相機著靶坐標測量技術作為一種新的動態(tài)目標著靶坐標測量技術，具有測量精度高、適用于多目標等優(yōu)

2、點，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和多目標散布參數(shù)測試問題為主要目的，基于單線陣CCD相機的散布參數(shù)光電測試技術，提出了多種單目標和多目標散布參數(shù)探測方案；建立了系統(tǒng)數(shù)學模型和系統(tǒng)參數(shù)標定模型，研究了多目標識別算法和多目標圖像數(shù)據(jù)處理方法；設計了單線陣CCD立靶坐標測量系統(tǒng)，并通過模擬實彈實驗對系統(tǒng)進行了原理和精度驗證。
　　本研究主要內容包括：⑴針對現(xiàn)有各種彈丸著靶坐標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相機的彈丸著靶坐標測量方案，建立了兩種方案的理想系統(tǒng)數(shù)學模型，對兩種方案的系統(tǒng)測量誤差進行了理論分析和仿真，重點分析了各系統(tǒng)參數(shù)對最終坐標測量誤差的影響，為后續(xù)系統(tǒng)設計和研究奠定了理論基礎。⑵設計了單激光光源和雙激光光源兩種測量系統(tǒng)，重點設計了雙光幕觸發(fā)分系統(tǒng)。針對現(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、靶距測速裝置對雙光幕觸發(fā)系統(tǒng)的短靶距參數(shù)進行精確標定，實現(xiàn)了具有高精度測速功能的雙光幕觸發(fā)系統(tǒng)。⑶針對系統(tǒng)參數(shù)精確標定的難題，提出一種基于單線陣CCD立靶系統(tǒng)測量模型的參數(shù)反演和標定算法，建立了測量系統(tǒng)的實際數(shù)學模型和對應系統(tǒng)參數(shù)標定模型，通過理論計算、模擬實彈實驗和數(shù)據(jù)處理得到了與系統(tǒng)各參數(shù)相關的矩陣模型。以紙靶測量坐標為比對基準，與傳統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)分項標定方法進行坐標測量精度對比，結果表明所提系統(tǒng)參數(shù)綜合標定方法坐標測量精度較傳統(tǒng)方法

5、提高一倍以上。⑷針對雙目標同時著靶的坐標測量難題，提出了基于黑白和彩色線陣CCD相機的兩種測量方案。對于黑白相機的方案，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，對雙目標的影像信號進行了識別；對于彩色相機的方案，根據(jù)彩色雙目標圖像所包含的目標影像信息與光源波長之間的相關特性，對捕獲的彩色目標圖像根據(jù)不同波長進行分離，通過對分離圖像的分別處理和相互匹配，實現(xiàn)了雙目標信號的識別和探測。⑸針對三目標同時著靶的坐標測量難題，提出采用