CN106440973A - 便携分布式组网火箭撬试验测速*** - Google Patents

便携分布式组网火箭撬试验测速*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种火箭撬测试等技术领域，提出一种便携分布式组网火箭撬试验测速***，包括便携式测速节点、中继通信节点、环境监测分***、联合控制和数据处理中心。本发明通过测速节点组成分布式网络对火箭撬进行组网探测，相比感应线圈测速、光电设备测速等传统测速方法，本***各探测节点便携性能佳、持续性良好、价格低廉，并且可克服复杂地形和偏僻环境等不利因素的影响，实验条件要求低。

Description

便携分布式组网火箭撬试验测速***
技术领域
本发明涉及无线传感器网络技术领域，尤其是一种便携分布式组网火箭撬试验测速***。
背景技术
高速武器速度是影响武器飞行距离的一个重要因素，同时也是武器威力及精度检测的重要参数之一。目前，对于高速武器的动力测试一般在火箭撬上进行，其轨迹相对固定。火箭撬是一种空气动力学试验设备，利用推力强大的火箭助推器，推动测试物体在专用滑轨上高速前进。由于火箭撬一般布置在偏远地区，实验条件较恶劣；同时其实验距离较远；另外对关键位置的速度信息获取必须足够丰富。因此对撬体的测速方法必须具备实验设施要求低、探测距离远、数据信息详细等要求。
目前针对火箭撬试验测速的常规方法包括感应线圈测速法和光电组件测速法等。例如周洪成等人在感应线圈在火箭撬试验测速中的应用初探中提出一种采用利用感应线圈测速的方法，在滑轨上间隔相同距离摆放线圈，当金属目标穿过线圈时会产生一个类似正弦的感应电压，通过实时监测这个感应电压出现的时间差对目标进行测速。但该方法需要在滑轨上精确划分测速线圈的距离；同时，由于为了保证速度的连续性，需要保证线圈间隔不能太大，因此当速度变化较快或者测速范围较大时，其线圈数量将大大增长，因此存在布置成本和布置难度要求较高，灵活性较差，在线圈布置不够密集时其速度信息不够详细等问题。又如魏宗康等人在公开号为CN103278051A的专利申请中提出一种火箭橇试验测速方法，使用光电组件测速的方法，通过在撬体前后各固定两套收发光电组件，并在滑轨一侧垂直放置挡光板，精确测量收发光电组件的距离和信号被阻断的时间沿对撬体进行测速。但该方法对撬体本身带来一定的影响，同时其安装调试误差、靶间距离测量误差、仪器架设对点误差等都会对速度结果带来影响，因此其布置同样困难，同时灵活性较差。此外，如果对挡光板的布置不够密集，对需要重点监测的部分速度信息往往不够详细。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便携分布式组网火箭撬试验测速***，解决现有的火箭撬测速方案布置困难、灵活性差、速度信息不够详细等问题。
本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。
为达成上述目的，本发明提出一种便携分布式组网火箭撬试验测速***，包括便携式测速节点、通信中继节点、环境检测分***、联合控制和数据处理中心；便携式测速节点、中继通信节点和联合处理控制中心可以相互通信；环境监测分***和联合控制和数据处理中心连接。
所述的便携式测速节点中包括集成测速雷达前端、信号调理模块、数字信号处理模块、数据存储模块、角度调准模块、控制模块、GPS/北斗接收机、ZigBee通信模块、便携式电源和可调三脚架。各测速节点通过ZigBee通信模块与联合处理控制中心进行通信，接收其以时间点为基准的指令，各节点通过GPS/北斗接收机接收实时时间，并在指令所述的时间点通过控制模块控制节点工作状态；集成测速雷达前端获取到的运动目标多普勒信号输入至信号调理模块进行滤波放大，调理后的信号输入到模数转换模块变换为数字信号，数字信号处理模块对转换后的数字多普勒信号进行数字滤波及快速傅里叶变换，得到待测目标的速度信息；数据存储模块在联合控制和数据处理中心给定的时间范围内对模数转换模块变换成的数字信号进行存储，最后通过中继通信节点将数据全部发送给联合控制和数据处理中心，由联合控制和数据处理中心对时间、速度信息进行匹配。
所述的环境检测分***包括GPS/北斗接收机、温湿度计、风速仪、气压仪和网口通信模块，环境检测分***给联合控制和数据处理中心提供实时的GPS/北斗时间、地点、温度、湿度、风速和气压等信息，综合这些信息，对实验数据进行评估说明。
所述的各测速节点包括测速仪、三脚架、便携式电池和GPS/北斗接收机均轻巧便携，同时便携式电池容量较大，续航性良好，能够适应苛刻实验场景；测速节点使用分布式网络体制，各节点相互独立，互不影响，可根据需要从***中去除或者添加节点；测速节点的集成测速雷达前端可拆卸，能够根据需要替换成不同体制或者功率的雷达，拓展性良好。
与现有其他的测速技术相比，本发明具有以下显著优点：
1、本发明各测速节点通过微波进行测速，不需要对火箭撬或者撬体进行改造，使用无线网络进行通信，不需要布设或者连接线缆，布置相对方便；
2、本发明各测速节点，轻巧便携，续航能力强，可适应较苛刻实验环境；能够使用不同体制或者波段的集成测速雷达前端对测速节点进行改造，针对不同目标进行探测；使用ZigBee进行分布式组网，可根据实验需要从网络中去除或者添加测速节点，具有较高的灵活性；
3、本发明各测速节点进行分布式组网针对固定火箭撬的高速目标进行测速，可以独立获取监测区域的速度-时间信息，各测速节点相互独立，互不影响容错性较高；同时使用FPGA作为内部数据处理核心，工作速度较快，获取目标的速度信息详细。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1为本发明便携分布式组网火箭撬试验测速***的***框图。
图2为本发明的便携式测速节点的结构框图。
图3为联合处理控制中心的控制流程图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
根据本发明的实施例，提出一种便携分布式组网火箭撬试验测速***，能够在较简陋的实验条件下详细获取高速目标速度-时间信息，同时能够灵活适应高速目标的各种需求。
结合图1，便携分布式组网火箭撬试验测速***，包括：便携式测速节点、中继通信节点、环境检测分***、联合控制和数据处理中心。便携式测速节点、中继通信节点与联合控制和数据处理中心可相互通信；环境监测分***和联合控制和数据处理中心连接；联合控制和数据处理中心连接。
结合图2，分布式测速节点包括集成测速雷达前端、信号调理模块、数字信号处理模块、数据存储模块、角度调准模块、控制模块、GPS/北斗接收机、ZigBee通信模块、便携式电源和可调三脚架。
各测速节点摆放在火箭撬附近，调节可调三脚架至撬体水平线，根据角度调准模块确保测速方向与火箭撬平行。
各测速节点接收联合控制和数据处理中心下发的时间同步指令，开始实时接收GPS/北斗接收机获取的时间数据，在同步时间点启动信号处理模块和数据存储模块工作。
工作时，集成测速雷达前端发射工作频率为24GHz的连续波，同时接收运动目标的回波信号，通过混频得到多普勒信号并输入到信号调理模块对信号进行滤波放大。调理后的信号输入到模数转换模块转换为数字信号，数字信号处理模块对转换后的数字多普勒信号进行数字滤波及快速傅里叶变换，得到待测目标的速度信息。
数据存储模块在联合控制和数据处理中心给定的时间范围内对模数转换模块转换成的数字信号进行存储，最后通过中继通信节点将数据全部发送给联合控制和数据处理中心，由联合控制和数据处理中心对时间、速度信息进行匹配。
结合图3，整体***通过联合控制和数据处理中心控制，其工作流程如下：
步骤1：联合控制和数据处理中心查询环境监测分***的环境参数并通过中继通信节点分别向便携式测速节点发送查询指令。
步骤2：等待接收便携式测速节点发送各自的位置信息，接收完毕后指定开始工作时间点和工作时间。
步骤3：各测速节点实时接收GPS/北斗接收的时间数据，等待时间点立即启动测速和数据存储工作。
步骤4：等待工作结束时间点，测速结束。
步骤5：联合控制和数据处理中心查询速度-时间数据流和实时采样数据流。
步骤6：遍历速度-时间数据，剔除错误数据进行修正。
步骤7：根据时间信息，拟合出最终速度-时间曲线并显示。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.一种便携分布式组网火箭撬试验测速***，其特征在于，包括便携式测速节点、中继通信节点、环境检测分***、联合控制和数据处理中心，其中：联合控制和数据处理中心作为***控制核心，其与环境检测分***通过网口连接，并且与各便携式测速节点之间采用无线通信方式进行连接，中继通信节点在无线通信网络用于中继转发，便携式测速节点、中继通信节点和联合处理控制中心之间可相互通信。
2.根据权利要求1中所述的便携分布式组网火箭撬试验测速***，其特征在于，所述的便携式测速节点包括集成测速雷达前端、信号调理模块、数字信号处理模块、数据存储模块、角度调准模块、控制模块、GPS/北斗接收机、ZigBee通信模块、便携式电源和可调三脚架，其中：集成测速雷达前端用于将获取到的运动目标多普勒信号输入至信号调理模块进行滤波放大，调理后的信号输入到模数转换模块变换为数字信号，数字信号处理模块对转换后的数字多普勒信号进行数字滤波及快速傅里叶变换，得到待测目标的速度信息；数据存储模块在联合控制和数据处理中心设定的时间范围内对模数转换模块变换成的数字信号进行存储，最后通过中继通信节点将数据全部发送给联合控制和数据处理中心，由联合控制和数据处理中心对时间、速度信息进行匹配。
3.根据权利要求1中所述的便携分布式组网火箭撬试验测速***，其特征在于，所述的各便携式测速节点通过ZigBee通信模块实现分布式网络结构进行组网，各节点相互独立，互不影响，可根据需要从***中去除或者添加节点。
4.根据权利要求1中所述的便携分布式组网火箭撬试验测速***，其特征在于，所述的各便携式测速节点的集成测速雷达前端可拆卸。
5.根据权利要求1到3中任意一项所述的便携分布式组网火箭撬试验测速***，其特征在于，所述各便携式测速节点自带独立的大容量电源，用于为各便携式测速节点供电。
6.根据权利要求1到3中任意一项所述的便携分布式组网火箭撬试验测速***，其特征在于，所述各便携式测速节点的整体结构使用密封包装。
7.根据权利要求1到3中任意一项所述的便携分布式组网火箭撬试验测速***，其特征在于，环境检测分***包括GPS/北斗接收机、温湿度计、风速仪、气压仪和网口通信模块，分别用于检测实时的时间、地点、温度、湿度、风速和气压信息，环境检测分***用于为联合控制和数据处理中心提供实时的时间、地点、温度、湿度、风速和气压信息，通过这些信息，协助联合控制和数据处理中心进行工作。
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