专利名称：一种基于磁梯度法的水下枪弹着靶参数测量方法
技术领域：
本发明涉及一种测量水下枪弹飞行速度及着靶姿态的磁梯度靶。属弹丸水下外弹道测试领域。
背景技术：
在水下枪械研制过程中，弹丸的着靶位置、姿态和速度是经常需要测量的关键弹道参数。目前常用的水下枪械弹道参数测量方法主要分为两类一类是利用弹丸光电信息的摄影法和光电靶法；这类方法可同时测量弹丸的速度、位置和姿态信息，具有测量精度高、动态范围宽的优点，但对水质要求较高，因此仅限于室内靶场使用。另一类是线圈靶法； 它利用弹丸磁场在线圈中产生的感应电动势测量弹丸着靶速度。线圈靶法具有成本低、不受水质及弹丸空泡影响的显著优点，但该方法不能测量着靶姿态，同时，速度测量精度易受线圈缠绕一致性、着靶偏移量以及过靶姿态等因素的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术缺点，提供一种适用于野外复杂水质环境下同时测量弹丸着靶位置、姿态和速度的基于磁梯度法的水下枪弹着靶参数测量方法。本发明是采用如下技术方案实现的(1)在靶架上将4个磁梯度检测装置Si (i = 1，2Λ4)对称均勻布置成正方形磁梯度信号检测阵列靶，每个磁梯度信号检测装置又由5个共面的三轴矢量磁传感器对称布置，构成正交“十”字型阵列，并且该“十”字型阵列平面与靶面坐标系X、Y轴组成的坐标平面平行，其中三轴磁传感器的矢量方向与靶面坐标系的方向一致；(2)以弹丸的位置与姿态为未知量，利用靶面上4个磁梯度信号检测装置的测量值，结合磁梯度数学模型即可构建一组非线性方程式组，通过求解该方程组即可确定弹丸空间着靶位置及姿态；非线性方程组的具体表达式为
ΔΒ
'A —_
Ar,
-3μ/4π -3μ/4π -3μ/4π
(M.r,)(5x,2—〈2)-2r> 凡}V
(Μ. rl)5xlyl - η {x,my + y,mx (Μ. r^SxlZi - r\xtmz + z,mx)]/r(7 (Μ · Γ,)5χζ(. - rt (^yiInz + ztm
ΔΒ, 式中f为磁梯度检测装置Si测量得到的磁梯度分量，Γι(Χ , Yi, Zi)为弹丸中心 Δι·,
点到Si中心点的矢径，r,为矢量巧的模，μ为真空磁导率；磁矩M(mx，my, mz)由弹丸的姿态0(Ψ，θ)及其磁矩标量值m确定，具体表达式如下
权利要求
1. 一种基于磁梯度法的水下枪弹着靶参数测量方法，其特征是(1)在靶架上将4个磁梯度检测装置S1、S2、S3、S4对称均勻布置成正方形磁梯度信号检测阵列靶，每个磁梯度信号检测装置又由5个共面的三轴矢量磁传感器对称布置，构成正交“十”字型阵列，并且该“十”字型阵列平面与靶面坐标系X、Y轴组成的坐标平面平行， 其中三轴磁传感器的矢量方向与靶面坐标系的方向一致；(2)以弹丸的位置与姿态为未知量，利用靶面上4个磁梯度信号检测装置的测量值，结合磁梯度数学模型即可构建一组非线性方程式组，通过求解该方程组即可确定弹丸空间着靶位置及姿态；非线性方程组的具体表达式为一 3μ/4π [(M. r, )(5χ,2-η2)-2ηχ,πιχ ]/η -3"/4龙[(M ·ri)(5yf - r,) - lr^y^r1, -3"/4苽[(M. Γ,.)5χ,χ — r, (XlJny + 只 — >μ/Απ (Μ.ri)5xizi — r^{xtmz + ZlYn^r1t -3///4^ (Μ · r,)5^2, - rt (y,mz + z,m ABa式中if为磁梯度检测装置Si测量得到的磁梯度分量，ri(χ” yf Zi)为弹丸中心点到Si中心点的矢径，Γι为矢量Γι的模，μ为真空磁导率；磁矩M(mx，my，mz)由弹丸的姿态0(Ψ， θ )及其磁矩标量值m确定，具体表达式如下 mx = /W sin <9 cos ^ my= msinθsmψ mz = mcos0对于给定弹丸，磁矩标量值m为常值，通过联立各个测量点的磁梯度方程组，解算后即可确定弹丸着靶位置及姿态。
2.如权利要求1所述的基于磁梯度法的水下枪弹着靶参数测量方法，其特征是 在弹道段内架设两距L的正方形磁梯度信号检测阵列靶，两靶平行且共轴安装；记录下弹丸过两靶的磁梯度信息，并按上述方法解算出弹丸过两靶的位置坐标P1U1, Z1)和P2 (x2，z2)以及对应的着靶时间、和t2，则按表达式ν = 得出弹丸穿过两靶之间的平均速度。^L2 +(x, -X2)2 +(z, -Z2)2即可计算l2 M
全文摘要
一种基于磁梯度法的水下枪弹着靶参数测量方法，目的是适用于野外复杂水质环境下同时测量弹丸着靶位置、姿态和速度；本发明方法是在靶架上将4个磁梯度检测装置Si(i＝1，2Λ4)对称均匀布置成正方形磁梯度信号检测阵列靶，每个磁梯度信号检测装置又由5个共面的三轴矢量磁传感器对称布置，构成正交“十”字型阵列，并且该“十”字型阵列平面与靶面坐标系X、Y轴组成的坐标平面平行，其中三轴磁传感器的矢量方向与靶面坐标系的方向一致；以弹丸的位置与姿态为未知量，利用靶面上4个磁梯度信号检测装置的测量值，结合磁梯度数学模型即可构建一组非线性方程式组，通过求解该方程组即可确定弹丸空间着靶位置及姿态。
文档编号G01B7/00GK102322789SQ201110188148
公开日2012年1月18日 申请日期2011年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者刘仁浩, 焦国太, 韩晶 申请人:中北大学