CN106885495B - 平面布阵全方位入射激波报靶装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平面布阵全方位入射激波报靶装置,它包括报靶器、现场计算机和上位计算机,报靶器包括支架和七个安装在支架上且在同一水平面内任意分布的激波探头,激波探头的信号输出端连接现场计算机的信号输入端;现场计算机的信号输出端通过无线收发模块连接上位计算机的信号输入端。本发明的七个激波探头在同一水平面内布置成任意形状,结构简单,布设和撤收方便,计算着靶坐标的方法简明严谨精确、效率高。本发明适用于多种口径和高于音速的直瞄武器弹丸的激波报靶。
Description
技术领域
本发明属于军事学和气动力学技术领域,用于军事训练中或民用射击场直瞄武器的报靶,具体地说是一种平面布阵全方位入射激波报靶装置及相应的报靶方法。
背景技术
随着科学技术的发展,现在越来越多的射击项目中采用激波报靶***来实现自动报靶,各种结构的激波报靶***也层出不穷。
申请号为201210054057.0的中国发明专利申请公开了“基于传感器立体布阵的全角度入射激波报靶装置”,该专利申请采用七只立体布阵的激波传感器,结构复杂、布设麻烦、容易被流弹所伤。
申请号为201620084753.X的中国实用新型专利公开了“开放式三维布阵超声自动报靶器”,该专利超声传感器数量为六只,六只超声传感器每三只一横排,且在横竖方向上都在同一条水平线上,六只超声传感器均在同一个水平面上且与水平面成一定夹角安装。该专利申请的方案最多可得到五个关于时间差的方程,解算出五个参数,不能完全实现立体入射时六个参数的解算。另外,不能实现激波探头的任意位置设置。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题,本发明旨在提供一种平面布阵全方位入射激波报靶装置,它采用七只在同一平面以任意形状布置的激波传感器,结构简单,布设和撤收方便;
本发明的另外一个目的,是提供利用所述平面布阵全方位入射激波报靶装置实现的一种平面布阵全方位入射激波报靶方法,根据弹丸激波传播到报靶装置各个传感器的时间差,计算出弹丸通过靶平面时的坐标和弹道入射的方位角和俯仰角以及激波速度和弹丸速度等参数。
本发明为实现上述目的,所采用的技术方案如下:
一种平面布阵全方位入射激波报靶装置,它包括报靶器、现场计算机和上位计算机,报靶器包括支架和安装在支架上的第一~第七激波探头Q0~Q6;
所述激波探头Q0~Q6以任意形状分布在同一水平面上;
所述激波探头Q0~Q6的信号输出端连接现场计算机的信号输入端;
所述现场计算机的信号输出端通过无线收发模块连接上位计算机的信号输入端。
作为限定:所述支架为T字型支架;
所述第一~第七激波探头Q0~Q6于支架的同一水平表面上呈T字型分布。
作为第二种限定:所述支架为∏字型支架;
第一~第七激波探头Q0~Q6于支架的同一水平表面上呈∏字型分布。
作为第三种限定:激波探头Q0~Q6的结构相同,它们当中的任一个均包括外壳、激波传感器、信号调理电路;
所述激波传感器和信号调理电路装在外壳内;
所述激波传感器的信号输出端连接信号调理电路的信号输入端。
作为进一步限定:所述信号调理电路包括第一~第十电阻R1~R10、信号放大芯片U1、第一电容C1和第二电容C2。
作为更进一步限定:所述信号放大芯片U1是LM124芯片;
所述LM124芯片的pin3作为信号输入端、且通过第一电阻R1接地,LM124芯片的pin1一方面串接第二电阻R2和第三电阻R3后接地、另一方面依次串接第四电阻R4和第一电容C1后连接自身的pin6,LM124芯片的pin2连接第二电阻R2和第三电阻R3的公共端,LM124芯片的pin5接地,LM124芯片的pin7一方面通过第二电容C2和第五电阻R5组成的并联电路连接自身的pin6、另一方面通过第六电阻R6连接自身的pin9,LM124芯片的pin9通过第七电阻R7连接自身的pin8,LM124芯片的pin8通过第八电阻R8连接自身的pin13,LM124芯片的pin10接地,LM124芯片的pin12一方面通过第九电阻R9接正电压、另一方面通过第十电阻R10接地,LM124芯片的pin4接正电压,LM124芯片的pin11接负电压,LM124芯片的pin14作为信号调理电路的信号输出端。
作为进一步限定:所述外壳包括主壳体、异形压垫、端盖和第一~第三螺钉;
所述支架由管材做成,管材内有容纳报靶器信号线的空间,管材上表面开有七个与主壳体配合的安装孔,管材上安装有报靶器信号线插座;
所述报靶器信号线通过报靶器信号线插座与现场计算机连接;
所述主壳体由主壳体一部、主壳体二部和主壳体三部组成;
所述主壳体一部底部开有第一通孔、上部有外螺纹,报靶器信号线穿过第一通孔与所述信号调理电路连接;
所述主壳体二部的外径大于主壳体一部的外径;
所述主壳体三部中部开有第二~第四通孔、顶部开口,所述第二~第四通孔带有螺纹,所述主壳体三部的外径小于主壳体二部的外径;
所述外壳通过主壳体一部的外螺纹与支架螺接;
所述异形压垫由压垫一部、压垫二部和压垫三部组成;
所述压垫一部的外径小于主壳体三部的内径;
所述压垫二部呈圆台状、且最大外径等于主壳体三部的外径;
所述端盖的外径等于主壳体二部的外径,端盖顶部开有直径与压垫三部的外径成过盈配合的第五通孔,端盖顶部边沿开有若干豁口,端盖下部开有第六~第八通孔;
所述异形压垫从主壳体三部的顶部***,端盖套在异形压垫外部,第六~第八通孔分别与第二~第四通孔对准,第一~第三螺钉分别从第六~第八通孔***后与第二~第四通孔螺接。
作为对外壳和支架的进一步限定:所述支架、主壳体和端盖均由具有电磁屏蔽功能的材料制成;
所述异形压垫由绝缘材料制成。
本发明还提供了一种平面布阵全方位入射激波报靶方法,它利用上述的平面布阵全方位入射激波报靶装置来实现,该方法包括依次进行的以下步骤:
①第一~第七激波探头Q0~Q6各自的激波传感器检测到弹丸产生的激波信号并发送给信号调理电路;
②信号调理电路将收到的激波信号实时处理并传送给现场计算机;
③现场计算机接受信号调理电路传送过来的信号并处理后获得激波信号到达第二~第七激波探头Q1~Q6的时间与激波信号到达第一激波探头Q0的时间之差ΔT10~ΔT60,然后存储时间差ΔT10~ΔT60并将其通过无线收发模块发送至上位计算机;
④上位计算机对时间差ΔT10~ΔT60进行分析计算,得出弹丸的着靶坐标并显示。
作为限定,所述步骤④中上位计算机的分析计算过程包括依次进行的以下步骤:
④-1,以第一激波探头Q0为原点、第一~第七激波探头Q0~Q6所在平面为XZ平面、Y轴过原点且垂直于XZ平面,建立三维直角坐标系;
④-2,列出以弹丸在垂直于弹道的等效平面上的着靶纵坐标Y0、着靶横坐标B0、弹丸入射方位角β、俯仰角弹丸速度VB、激波传播速度Vs为未知数,其与实际测得的时间差ΔT10~ΔT60之间的关系的六个方程构成的方程组;
④-3,解所述方程组;
④-4,得出弹丸的着靶坐标并显示。
本发明由于采用了上述的技术方案,其与现有技术相比,所取得的技术进步在于:
(1)本发明的七个激波探头在同一水平面内并且可以布置成任意形状,结构简单,布设和撤收方便;
(2)本发明中弹丸入射角度范围广,理论上入射俯仰角及方位角均在正负90度范围内;
(3)本发明在弹丸穿过传感器上方后,可即时计算出弹丸入射方位角、俯仰角、着靶坐标、弹丸速度、激波传播速度等参数,可大大提高部队轻重武器射击训练及演习的报靶效率、精度以及安全性;
(4)本发明的激波探头外壳采用具有电磁屏蔽功能的材料制成,可有效屏蔽外界电磁干扰,提高报靶可靠性及计算精度;
(5)本发明的激波探头外壳结构严密,防尘防水等级高,外壳端盖顶部的豁口有利于及时排水。
本发明适用于多种口径和高于音速的直瞄武器弹丸的激波报靶。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。
在附图中:
图1为本发明实施例1中信号调理电路的电路图;
图2为本发明实施例1中外壳的结构示意图;
图3为本发明实施例1中主壳体1的结构示意图;
图4为本发明实施例1中异形压垫2的结构示意图;
图5为本发明实施例1中端盖3的结构示意图;
图6为本发明实施例2中支架与激波探头组装方式示意图;
图7为本发明实施例3中支架与激波探头组装方式示意图;
图8为本发明实施例4中三维直角坐标系一般原理图;
图9为本发明实施例4中激波探头三维直角坐标系分析原理图;
图10为本发明实施例5中激波探头三维直角坐标系分析原理图。
图中:1、主壳体,2、异形压垫,3、端盖,1-1、主壳体一部,1-11、第一通孔,1-12、外螺纹,1-2、主壳体二部,1-3、主壳体三部,1-31、第二通孔,1-32、第三通孔,1-33、第四通孔,2-1、压垫一部,2-2、压垫二部,2-3、压垫三部,3-1、第五通孔,3-2、豁口,3-3、第六通孔,3-4、第七通孔,3-5、第八通孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1一种平面布阵全方位入射激波报靶装置
参考图1~图5,本实施例包括报靶器、现场计算机和上位计算机。其中,报靶器包括支架和安装在支架上的第一~第七激波探头Q0~Q6,七个激波探头Q0~Q6以任意形状分布在同一水平面上;
支架由具有电磁屏蔽功能的管材做成,管材内有容纳报靶器信号线的空间,管材上表面开有七个带螺纹的孔,管材上安装有报靶器信号线插座,报靶器信号线通过报靶器信号线插座与现场计算机连接,现场计算机的信号输出端通过无线收发模块连接上位计算机的信号输入端;
激波探头Q0~Q6的结构相同,它们中的任意一个均包括外壳、激波传感器和信号调理电路,激波传感器和信号调理电路装在外壳内,激波传感器的信号输出端连接信号调理电路的信号输入端;
参照图1,信号调理电路包括第一~第十电阻R1~R10、信号放大芯片U1、第一电容C1和第二电容C2,信号放大芯片U1是LM124芯片,LM124芯片的pin3作为信号输入端、且通过第一电阻R1接地,LM124芯片的pin1一方面串接第二电阻R2和第三电阻R3后接地、另一方面依次串接第四电阻R4和第一电容C1后连接自身的pin6,LM124芯片的pin2连接第二电阻R2和第三电阻R3的公共端,LM124芯片的pin5接地,LM124芯片的pin7一方面通过第二电容C2和第五电阻R5组成的并联电路连接自身的pin6、另一方面通过第六电阻R6连接自身的pin9,LM124芯片的pin9通过第七电阻R7连接自身的pin8,LM124芯片的pin8通过第八电阻R8连接自身的pin13,LM124芯片的pin10接地,LM124芯片的pin12一方面通过第九电阻R9接正电压、另一方面通过第十电阻R10接地,LM124芯片的pin4接正电压,LM124芯片的pin11接负电压,LM124芯片的pin14作为信号调理电路的信号输出端;
参照图2,外壳包括主壳体1、异形压垫2、端盖3和第一~第三螺钉;参照图3,主壳体1由主壳体一部1-1、主壳体二部1-2和主壳体三部1-3组成,主壳体一部1-1底部开有第一通孔1-11、上部有外螺纹1-12,报靶器信号线穿过第一通孔1-11与信号调理电路连接,主壳体二部1-2的外径大于主壳体一部1-1的外径,主壳体三部1-3中部开有第二~第四通孔、顶部开口,第二~第四通孔带有螺纹,主壳体三部1-3的外径小于主壳体二部1-2的外径,外壳通过主壳体一部1-1的外螺纹1-12与支架螺接;参照图4,异形压垫2由压垫一部2-1、压垫二部2-2和压垫三部2-3组成,压垫一部2-1的外径小于主壳体三部1-3的内径,压垫二部2-2呈圆台状、且最大外径等于主壳体三部1-3的外径,端盖3的外径等于主壳体二部1-2的外径,端盖3顶部开有直径与压垫三部2-3的外径成过盈配合的第五通孔3-1,参照图5,端盖3顶部边沿开有若干豁口3-2,端盖3下部开有第六~第八通孔;
组装时,将异形压垫2从主壳体三部1-3的顶部***,再将端盖3套在异形压垫2外部,然后将第六~第八通孔分别与第二~第四通孔对准,最后将第一~第三螺钉分别从第六~第八通孔***后与第二~第四通孔螺接。
主壳体1和端盖3均由具有电磁屏蔽功能的材料制成,异形压垫2由绝缘材料制成。
实施例2一种平面布阵全方位入射激波报靶装置
参照图6,本实施例与实施例1的区别仅在于:
支架为T字型支架,第一~第七激波探头Q0~Q6于支架的同一水平表面上呈T字型分布。
本实施例其它部分的结构特征与实施例1相同。
实施例3一种平面布阵全方位入射激波报靶装置
参照图7,本实施例与实施例1的区别仅在于:
支架为∏字型支架,第一~第七激波探头Q0~Q6于支架的同一水平表面上呈∏字型分布,其中第六激波探头Q5、第四激波探头Q3、第一激波探头Q0、第五激波探头Q4、第七激波探头Q6依次排列在同一X轴方向直线上,第二激波探头Q1与第四激波探头Q3在同一Z轴方向直线上,第三激波探头Q2与第五激波探头Q4在同一Z轴方向直线上;
本实施例其它部分的结构特征与实施例1相同。
实施例4一种平面布阵全方位入射激波报靶方法
本实施例利用实施例1~3中的任意一种平面布阵全方位入射激波报靶装置来实现,该方法包括依次进行的以下步骤:
①第一~第七激波探头Q0~Q6各自的激波传感器检测到弹丸产生的激波信号并发送给信号调理电路;
②信号调理电路将收到的激波信号实时处理并传送给现场计算机;
③现场计算机接受信号调理电路传送过来的信号并处理后获得激波信号到达第二~第七激波探头Q1~Q6的时间与到达第一激波探头Q0的时间之差ΔT10~ΔT60,然后存储时间差ΔT10~ΔT60并将其通过无线收发模块发送至上位计算机;
④上位计算机对时间差ΔT10~ΔT60进行分析计算,得出弹丸的着靶坐标并显示,具体实现方式包括依次进行的以下步骤,
④-1,参照图8,以第一激波探头Q0为原点、第一~第七激波探头Q0~Q6所在平面为XZ平面、Y轴过原点且垂直于XZ平面,建立三维直角坐标系,图8为由地理水平面上方向下看的俯视图,Y轴垂直于X轴和Z轴,弹道沿Z轴方向前进且与Z轴成一定角度,虚线为俯视时靶平面在X轴、Z轴平面上的投影;
④-2,列出以弹丸在垂直于弹道的等效平面上的着靶纵坐标Y0、弹丸着靶横坐标B0、弹丸入射方位角β、俯仰角弹丸速度VB、激波传播速度Vs为未知数,其与实际测得的时间差ΔT10~ΔT60之间的关系的六个方程构成的方程组,
参照图9,弹道在X轴、Z轴平面上的投影与Z轴的夹角定义为方位角,记为β,弹道向右时定义为正;弹道在Y轴、Z轴平面上的投影与Z轴的夹角定义为俯仰角,记为Φ,弹道向上时定义为正;Qi(i=0,1,2,3,4,5,6)横标为Xi,纵标为Zi,过传感器Qi且垂直于入射弹道在X、Z平面上的投影作垂直辅助线,则该辅助线与Qi之间距离为Bi,Bi在Qi左方时定义为负,右方时定义为正;弹丸入射方位角β为弹道在X、Z平面上的投影与Z轴之间的夹角,弹道向右斜β为正值、向左为负,β的定义域为(-90°,+90°);弹丸入射俯仰角Φ为弹道在X、Y平面上的投影与Z轴之间的夹角,弹道向上斜Φ为正值,向左为负,Φ的定义域为(-90°,+90°);
激波由弹道与激波平面交点Pi传导至传感器Qi的时间为
弹丸由Pi点出发至激波传导至传感器Q0的时间为
综合式Ⅰ、式Ⅱ,激波由Pi点传导至Q0、Qi点的时间差为
令式Ⅲ中下标i分别为1、2、3、4、5、6,构成六个时间差方程组成的方程组;
④-3,解所述方程组;
④-4,得出弹丸的着靶坐标并显示。
实施例5一种平面布阵全方位入射激波报靶方法
本实施例利用实施例2中的平面布阵全方位入射激波报靶装置来实现。
为了分析方便,参照图6,假设第六激波探头Q5、第四激波探头Q3、第一激波探头Q0、第五激波探头Q4、第七激波探头Q6依次排列在同一直线上,第一激波探头Q0、第二激波探头Q1、第三激波探头Q2依次排列在与第六激波探头Q5、第四激波探头Q3所在直线垂直的直线上,并且,第一~第七激波探头Q0~Q6相邻两个激波探头的距离相等;
参照图10,在实施例3的分析基础上,将实施例4中的Q0~Q6位置按如下坐标定义:
Q0(X0,Z0)=(0,0)、Q1(X1,Z1)=(0,L0)、Q2(X2,Z2)=(0,2L0)、Q3(X3,Z3)=(-L0,0)、Q4(X4,Z4)=(L0,0)、Q5(X5,Z5)=(-2L0,0)、Q6(X6,Z6)=(2L0,0),(L0≥0),则六个激波探头呈T字形分布,将相应参数代入式Ⅲ即可。
即便是第一~第七激波探头Q0~Q6的相邻两个激波探头的距离不相等,也可以按照实际情况定义它们的坐标,代入式Ⅲ求解。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,如将七激波探头在同一水平面内任意分布,如菱形、三角形、圆形或椭圆形等布局,只要七个激波探头在同一平面内布置即可用实施例4中的方法实现激波报靶。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明权利要求保护的范围之内。
Claims (6)
1.一种平面布阵全方位入射激波报靶装置,它包括报靶器、现场计算机和上位计算机,报靶器包括支架,其特征在于:所述报靶器还包括安装在支架上的第一~第七激波探头Q0~Q6,激波探头Q0~Q6以任意形状分布在同一水平面上;
所述激波探头Q0~Q6的信号输出端连接现场计算机的信号输入端;
所述现场计算机的信号输出端通过无线收发模块连接上位计算机的信号输入端;
激波探头Q0~Q6的结构相同,它们当中的任一个均包括外壳、激波传感器、信号调理电路;
所述激波传感器和信号调理电路装在外壳内;
所述激波传感器的信号输出端连接信号调理电路的信号输入端;
所述外壳包括主壳体(1)、异形压垫(2)、端盖(3)和第一~第三螺钉;
所述支架由管材做成,管材内有容纳报靶器信号线的空间,管材上表面开有七个与主壳体(1)配合的安装孔,管材上安装有报靶器信号线插座;
所述报靶器信号线通过报靶器信号线插座与现场计算机连接;
所述主壳体(1)由主壳体一部(1-1)、主壳体二部(1-2)和主壳体三部(1-3)组成;
所述主壳体一部(1-1)底部开有第一通孔(1-11)、上部有外螺纹(1-12),报靶器信号线穿过第一通孔(1-11)与所述信号调理电路连接;
所述主壳体二部(1-2)的外径大于主壳体一部(1-1)的外径;
所述主壳体三部(1-3)中部开有第二~第四通孔、顶部开口,所述第二~第四通孔带有螺纹,所述主壳体三部(1-3)的外径小于主壳体二部(1-2)的外径;
所述外壳通过主壳体一部(1-1)的外螺纹(1-12)与支架螺接;
所述异形压垫(2)由压垫一部(2-1)、压垫二部(2-2)和压垫三部(2-3)组成;
所述压垫一部(2-1)的外径小于主壳体三部(1-3)的内径;
所述压垫二部(2-2)呈圆台状、且最大外径等于主壳体三部(1-3)的外径;
所述端盖(3)的外径等于主壳体二部(1-2)的外径,端盖(3)顶部开有直径与压垫三部(2-3)外径成过盈配合的第五通孔(3-1),端盖(3)顶部边沿开有若干豁口(3-2),端盖(3)下部开有第六~第八通孔;
所述异形压垫(2)从主壳体三部(1-3)的顶部***,端盖(3)套在异形压垫(2)外部,第六~第八通孔分别与第二~第四通孔对准,第一~第三螺钉分别从第六~第八通孔***后与第二~第四通孔螺接。
2.根据权利要求1所述的平面布阵全方位入射激波报靶装置,其特征在于:所述支架为T字型支架;
所述第一~第七激波探头Q0~Q6于支架的同一水平表面上呈T字型分布。
3.根据权利要求1所述的平面布阵全方位入射激波报靶装置,其特征在于:所述支架为∏字型支架;
第一~第七激波探头Q0~Q6于支架的同一水平表面上呈∏字型分布。
4.根据权利要求1所述的平面布阵全方位入射激波报靶装置,其特征在于:
所述信号调理电路包括第一~第十电阻R1~R10、信号放大芯片U1、第一电容C1和第二电容C2。
5.根据权利要求4所述的平面布阵全方位入射激波报靶装置,其特征在于:所述信号放大芯片U1是LM124芯片;
所述LM124芯片的pin3作为信号输入端、且通过第一电阻R1接地,LM124芯片的pin1一方面串接第二电阻R2和第三电阻R3后接地、另一方面依次串接第四电阻R4和第一电容C1后连接自身的pin6,LM124芯片的pin2连接第二电阻R2和第三电阻R3的公共端,LM124芯片的pin5接地,LM124芯片的pin7一方面通过第二电容C2和第五电阻R5组成的并联电路连接自身的pin6、另一方面通过第六电阻R6连接自身的pin9,LM124芯片的pin9通过第七电阻R7连接自身的pin8,LM124芯片的pin8通过第八电阻R8连接自身的pin13,LM124芯片的pin10接地,LM124芯片的pin12一方面通过第九电阻R9接正电压、另一方面通过第十电阻R10接地,LM124芯片的pin4接正电压,LM124芯片的pin11接负电压,LM124芯片的pin14作为信号调理电路的信号输出端。
6.根据权利要求1所述的平面布阵全方位入射激波报靶装置,其特征在于:
所述支架、主壳体(1)和端盖(3)均由具有电磁屏蔽功能的材料制成;
所述异形压垫(2)由绝缘材料制成。
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