專利名稱:單排光源雙z型反射式光幕靶測速定位方法
技術領域：
本發明屬于測量彈丸速度以及彈著點坐標技術，特別是一種單排光源雙Z型反射式光幕IE測速定位方法。
背景技術：
除傳統的人工報靶技術外，現有的彈著點檢測方法主要采用聲、光、電等方法。比如采用導電橡膠靶法、基于圖像處理的坐標靶、光電坐標靶法、線陣CCD靶法、聲電坐標靶法等。導電橡膠靶法存在靶板壽命的問題；基于圖像處理的坐標靶法采用視覺處理的方法，實際使用效果與算法關系較大，處理結果參差不齊；線陣CCD靶法采用交匯的方式，成本較高；聲靶法是對彈丸激波的檢測，存在干擾較大的問題，且對斜向入射的彈丸測量誤差較大；在實際應用中光電靶法是較常用的測量彈丸落點的方法。
目前現有的測量彈道的方法有雷達法、高速攝影法、多光幕靶法等。雷達法適用于遠距離測量彈道；高速攝影法測量彈道至少需要在兩個方向上同時測量以確定彈道，而高速攝影機費用動輒百萬；多光幕法是進行彈道測量的一個經濟實惠方便的方法。
西安工業學院(馮斌，倪晉平等.六光幕結構立靶坐標測量原理.彈道學報2008，20(01):59-61.)提出了一種六光幕結構，根據6個光幕布置的幾何關系，運用空間解析幾何的方法建立6個光幕面的平面方程，并與含有未知參數的彈道方程聯立，將測到的彈丸依次穿過6個幕面的時間代入聯立方程組，求得彈道方程中的未知參數，獲得彈道線與預定光幕面的交點坐標，可解決彈道不垂直預定靶面入射的問題。此方法需要用6套光源及6套光探測器，解算方法較為復雜。
南京理工大學(YuJiyan, Li Yongxin, Wang Xiaoming, Theory of ballistictrajectorymeasurement using a mult1-reflective laser light screen target，International Symposium onPhotoelectronic Detection and Imaging 2009 (ISPDI2009))采用2套光源及2套光探測器外加5面反射鏡構建了 7道光幕，實現對彈丸彈道的測量。此方法采用的光源為不可定位式光源，對空間坐標的求取均通過測時來得到，此方法解算相對簡單，但由于采用了 2套光源及探測器，安裝調試要求的精度較高。
發明內容
本發明的目的在于提供一種利用一套光源及光探測器實現對彈丸彈道測量的方法。
實現本發明目的的技術解決方案為:一種單排光源雙Z型反射式光幕靶彈道測量方法，步驟如下:
(I)單排平行光源發出的平行光構成第一道光幕，該第一道光幕經第一反射鏡反射后形成第二道光幕，該第二道光幕經過第二反射鏡反射后形成第三道光幕，在該第三道光幕經過第三反射鏡反射后形成第四道光幕，該第四道光幕經過第四反射鏡反射后形成第五道光幕，在該第五道光幕末端放置光探測器，第一道光幕、第三道光幕、第五道光幕相互平行，第二道光幕與第四道光幕平行。第一道光幕、第二道光幕、第三道光幕、第四道光幕、第五道光幕共同構成一個光幕祀體，且所述的第一、二、三、四、五道光幕在與該第一、二、三、四、五道光幕垂直平面上的投影是首尾相接的兩個Z字形或者是兩個反Z字形；
(2)當彈丸依次穿越第一、二、三、四、五道光幕時對應測得穿越各光幕的時刻，通過靶體尺寸與時間差等信息間接求出彈丸過靶速度以及彈丸與第二道光幕、第三道光幕、第四道光幕相交點在與第一、二、三、四、五道光幕垂直平面上的兩個坐標；
(3)通過光探測器獲得彈丸遮擋光線的位置，即得到彈丸與第二、三、四道光幕相交點在光探測器的光敏元器件排列方向上的坐標；
(4)彈丸與第二、三、四道光幕的3個相交點的空間坐標進行擬合，求出彈道方程；
(4)根據彈道方程計算需要的數據，將諸如彈道方程或者彈道上某點坐標等類似有用的信息傳輸給顯示設備或者計算機作進一步處理。
本發明與現有技術相比，其顯著優點:(1)節省成本，只用單排光源，光幕成本為現有測試方法的六分之一或二分之一。(2)采用相同光源及光探測器的情況下，本發明的方法可以成倍地拓展靶體尺寸。(3)方法簡單、解算簡單。(4)由于采用了一組光源及光探測器，器件響應一致性好，測時精度高。(5)可以方便地一次性測量出彈道及彈丸各方向速度分量，得到的信息量大，可以推算出靶區附近彈丸行進過程中的任一點的空間三維坐標。
(6)可用于部隊進行軍事射擊訓練、體育射擊的訓練及比賽、大眾娛樂射擊活動等方面的自動報靶方向，也可用于軍工科研乃至武器驗收等場合實現對彈丸位置以及速度的測定。
下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
圖1是雙正Z型靶體示意圖。
圖2是xOy平面投影圖。
圖3是yOz平面投影圖。
圖4是連續型平行光幕構成示意圖。
圖5是點對點激光光幕不意圖。
圖6是點對點光源雙Z型光幕靶結構。
圖7是報靶應用示意圖。
圖8是實驗原理圖。
圖9是實驗xOy平面圖。
圖10是聞速攝影機所拍照片。
具體實施方式
結合圖1，本發明單排光源Z型反射式光幕靶測速定位方法，步驟如下:
(I)單排平行光源I發出的平行光構成第一道光幕S1,該第一道光幕S1經第一反射鏡R1反射后形成第二道光幕S2,該第二道光幕S2經過第二反射鏡R2反射后形成第三道光幕S3，在該第三道光幕S3經過第三反射鏡R3反射后形成第四道光幕S4，該第四道光幕S4經過第四反射鏡R4反射后形成第五道光幕S5，在該第五道光幕S5末端放置光探測器2，第一道光幕S1、第三道光幕S3、第五道光幕S5相互平行,第二道光幕S2與第四道光幕S4平行。第一道光幕S1、第二道光幕S2、第三道光幕S3、第四道光幕S4、第五道光幕S5共同構成一個光幕祀體，且所述的第一、二、三、四、五道光幕Sp S2> S3> S4> S5在與該第一、二、三、四、五道光幕S1、S2, S3、S4、S5垂直平面上的投影是“Z”字形或者是反“Ζ”字形；
(2)當彈丸依次穿越第一、二、三、四、五道光幕Sp S2、S3、S4、S5時對應測得穿越光幕的時刻&^2、^^通過靶體尺寸與時間差等信息間接求出彈丸過靶速度以及彈丸與第二道光幕S2、第三道光幕S3、第四道光幕S4相交點在與第一、二、三、四、五道光幕Sp S2>S3、S4、S5垂直平面上的兩個坐標；
(3)通過光探測器2獲得彈丸遮擋光線的位置，即得到彈丸與第二、三、四道光幕S2> S3、S4相交點在光探測器2的光敏兀器件排列方向上的坐標；
(4)彈丸與第二、三、四道光幕S2、S3、S4的3個相交點的空間坐標進行擬合，求出彈道方程。
(4)根據彈道方程計算需要的數據，將諸如彈道方程或者彈道上某點坐標等類似有用的信息傳輸給顯示設備或者計算機作進一步處理。
實施例
一、推導過程舉例
圖1中，假設彈丸入射時有一定傾角入射,彈丸與第一、二、三道、四、五道光幕S:、S2> S3、S4、S5的交點為F、G、H、1、J。假設彈丸到達F、G、H、1、J的時刻為W t3、t4、t5，計tij = tj-tp表示tj與&的時間差。設彈丸速度為V。
在xOy平面內FJ為彈丸軌跡投影，FJ與AO、OB、BC交于點F、G、H、1、J，由于Δ BGH ∽ Δ 0GF, ΔOKG∽Δ OAB,故
權利要求
1.一種單排光源雙Z型反射式光幕靶測速定位方法，其特征在于步驟如下: (1)單排平行光源[I]發出的平行光構成第一道光幕[S1],該第一道光幕[S1]經第一反射鏡[R1]反射后形成第二道光幕[S2]，該第二道光幕[S2]經過第二反射鏡[R2]反射后形成第三道光幕[S3]，在該第三道光幕[S3]經過第三反射鏡[R3]反射后形成第四道光幕[SJ，該第四道光幕[S4]經過第四反射鏡[R4]反射后形成第五道光幕[S5]，在該第五道光幕[S5]末端放置光探測器[2]，第一道光幕[S1]、第三道光幕[S3]、第五道光幕[S5]相互平行，第二道光幕[S2]與第四道光幕[S4]平行；第一道光幕[S1]、第二道光幕[S2]、第三道光幕[S3]、第四道光幕[S4]、第五道光幕[S5]共同構成一個光幕祀體，且所述的第一、二、三、四、五道光幕[Sp S2> S3> S4> S5]在與該第一、二、三、四、五道光幕[Sp S2> S3> S4> S5]垂直平面上的投影是首尾相接的兩個Z字形或者是兩個反Z字形； (2)當彈丸依次穿越第一、二、三、四、五道光幕[S1、S2、S3、S4、S5]時對應測得穿越光幕的時刻t1、t2、t3、t4、t5，通過靶體尺寸與時間差間接求出彈丸過靶速度以及彈丸與第二道光幕[S2]、第三道光幕[S3]、第四道光幕[S4]相交點在與第一、二、三、四、五道光幕[SpS2'S3、S4、S5]垂直平面上的兩個坐標； (3)通過光探測器[2]獲得彈丸遮擋光線的位置，即得到彈丸與第二、三、四道光幕[S2、S3、S4]相交點在光探測器[2]的光敏兀器件排列方向上的坐標； (4)彈丸與第二、三、四道光幕[S2、S3、S4]的3個相交點的空間坐標進行擬合，求出彈道方程； (5)根據彈道方程計算需要的數據，將彈道方程或者彈道上某點坐標傳輸給顯示設備或者計算機作進一步處理。
2.根據權利要求
1所述的單排光源雙Z型反射式光幕靶測速定位方法，其特征在于第一、二、三、四、五道光幕[S1、S2、S3、S4、S5]形成的光幕結構在xOy平面內的投影為首尾相接的兩個Z字形或兩個反Z字型，光幕靶體在X方向的寬度記為1，第一、二道光幕[SpS2]之間夾角為α ; 彈丸穿越靶體過程中，會五次穿越光幕，彈丸遮擋住相應的光線后光探測器[2]將會有相應的信號輸出，彈著點在ζ方向的坐標由光探測器[2]直接獲得，但彈著點在X、y方向的坐標需要通過測時來進行計算，假設彈丸入射時有一定傾角入射，彈丸與第一、二、三道、四、五道光幕[S1' S2, S3> S4, S5]的交點為F、G、H、1、J ;假設彈丸到達F、G、H、1、J的時亥1J為tp t2、t3、t4、t5,計tu = ,表示tj與&的時間差,設彈丸速度為V ； 在xOy平面內FJ為彈丸軌跡投影，FJ與AO、OB、BC交于點F、G、H、1、J，由于Λ BGH ⑴ Λ 0GF, Λ OKG ⑴ Λ OAB,故 迎=卿=剛Xg^ok/=/ka/^={1-,g)^ /GH/ /GB/ /KA/ 」付.σ 1 N l/GH/ V gJ Vt23 解得:Xg =—/
G t
M3 同理可得:
專利摘要
本發明公開了一種單排光源雙Z型反射式光幕靶測速定位方法，單排平行光源發出的平行光構成第一道光幕，該第一道光幕經四個反射鏡反射后形成五道光幕，在第五道光幕末端放置光探測器；通過靶體尺寸與時間差等信息間接求出彈丸過靶速度以及彈丸與各光幕相交點在與各光幕垂直平面上的兩個坐標；通過光探測器獲得彈丸遮擋光線的位置；彈丸與光幕的三個相交點的空間坐標進行擬合，求出彈道方程，將諸如彈道方程或者彈道上某點坐標等類似有用的信息傳輸給顯示設備或者計算機作進一步處理。本發明可以方便地測量出彈丸的彈道，可用于推算出彈丸在空間平面上任意的著靶點坐標以及彈丸在各方向的速度分量等信息。
文檔編號F41J5/06GKCN101929824 B發布類型授權 專利申請號CN 201010203377
公開日2013年9月25日 申請日期2010年6月18日
發明者于紀言, 王曉鳴, 李永新, 李文彬, 高旭東 申請人:南京理工大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (1), 非專利引用 (3),