一种反射式多目标着靶坐标测试装置与方法

1.本发明涉及光电测试、兵器靶场测试领域，具体涉及一种反射式多目标着靶坐标测试装置与方法。


背景技术：

2.在武器测试领域，弹丸射击准确度和立靶密集度是评估武器毁伤效应的重要参数之一，而弹丸着靶坐标是衡量武器性能重要关键因素。在高频连发武器的多目标散布参数测试中，经常会遇到两个甚至多个目标同时着靶的情况，当多个目标同时着靶时会得到大量伪目标，导致现有测试手段无法获得多个目标同时着靶的情况下坐标参数的问题，因此这也是现在兵器测试行业公认的技术难题之一，至今尚未得到很好解决。
3.目前，对于多目标着靶坐标的测试装置主要有靶板法、光幕靶测试系统以及多ccd交汇测试系统等，在测试多目标时都存在一定问题；靶板法是根据试验规程要求在弹道规定的位置上，竖立木板靶，待武器射击后，人工测量靶板上弹丸穿孔的位置。靶板法虽然可靠性高，但是材料消耗大，安装不便，不能识别同一位置穿孔的多个弹丸，费时费力，不仅不能做到实时数据的处理，而且由于人工测量，人为误差无法消除；多光幕交汇测试方法采用阵列光电发射接收原理对目标参数进行测试，通过获取目标穿过各个光幕的时刻值，结合多光幕空间几何关系，可以测得目标的位置坐标。由于多光幕交汇测试设备现场布置较复杂，该测试方法的测试精度受现场布置影响，同时多个目标同时穿过同一光幕相互遮挡概率较大，该测试方法存在一定漏测现象，且识别和匹配方法计算复杂；多ccd交汇测试系统利用多个ccd构成探测靶面，利用时空匹配的方法对多个目标的着靶坐标进行测试，现场布置复杂，无法精准控制多个面重合度，同时也无法精确获得交汇角度，导致测量目标参数精度低，无法满足多目标着靶坐标测试要求。
4.综上所述，目前已有的测试技术无法满足现在高频连发武器的多目标着靶坐标测试需求，迫切需要一种新型且能满足多目标着靶坐标测试要求的测试装置和测试方法。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种反射式多目标着靶坐标测试装置，测试装置包括主体框架和上位机，所述主体框架内部设有激光光源、两个l型光敏二极管编码阵列以及与其对应的信号采集仪；两个所述l型光敏二极管编码阵列接收到探测信号经信号采集仪传到上位机，所述上位机用于将所述信号采集仪传输的探测信号进行处理与显示；在所述主体框架内通过激光光源发射激光光束经两个圆柱形反射镜反射形成90
°
扇形光幕，两个扇形光幕交汇形成第一探测靶面，再经过四个矩形反射镜，形成第二探测靶面和第三探测靶面。
6.优选的，所述主体框架包括正方形结构且依次并排竖向设置的第一框架、第二框架和第三框架，所述第一框架、第二框架和第三框架的顶部两侧分别通过支架连杆连接，底部设置有底部壳体。
7.优选的，两个所述l型光敏二极管编码阵列分别为第一l型光敏二极管编码阵列架和第二l型光敏二极管编码阵列架，所述第一l型光敏二极管编码阵列架和第二l型光敏二极管编码阵列架对称设置在所述第二框架和第三框架之间。
8.优选的，所述第一框架和第二框架底部分别相对设置有第一激光光源和第二激光光源，及第一圆柱形反射镜和第二圆柱形反射镜；四个所述矩形反射镜分别为第一矩形反射镜、第二矩形反射镜、第三矩形反射镜和第四矩形反射镜，所述第一矩形反射镜、第二矩形反射镜相对设置在所述第一框架和第二框架的内壁，所述第三矩形反射镜和第四矩形反射镜设置在所述第一框架和第二框架的同侧且相对设置。
9.在所述第一框架中，激光光源经过第一矩形镜反射到第一l型光敏二极管编码阵列边框形成第二探测靶面，在所述第二框架中，激光光源经过第二反射镜反射到第二l型光敏二极管编码阵列边框形成第三探测靶面。
10.所述第一框架的激光探测面与第二框架的激光探测面距离短且相互平行，两个光幕交汇形成第一探测靶面。
11.优选的，所述第一l型光敏二极管编码阵列架和第二l型光敏二极管编码阵列架均包括支撑架和设置在所述支撑架上的多个光敏二极管。
12.优选的，第一l型光敏二极管编码阵列架和第二l型光敏二极管编码阵列架分别与其对应边框下的第一信号采集与处理仪和第二信号采集与处理仪连接，分为两路通过数据接口与上位机相连，上位机将经过第二探测靶面和第三探测靶面的过靶信号进行匹配。
13.优选的，所述底部壳体上设置有水平仪。
14.优选的，所述底部壳体的底部四个角部分别固定有调整底座，每个所述调整底座均包括固定块、旋钮、螺柱和底角；所述固定块设置在所述底部壳体底部，所述螺柱两端分别与所述固定块和底角螺接，所述旋钮与所述螺柱螺接；旋转旋钮可以调节高度，根据水平仪状态判断装置布置是否水平。
15.本发明的另一目的在于提供一种反射式多目标着靶坐标测试方法，包括以下步骤：
16.第一步、沿目标飞行方向且一定距离处摆放所述反射式多目标着靶坐标测试装置，将装置固定，观察水平仪状态，调节底部壳体底部的调整底座使装置水平状态；
17.第二步、所述反射式多目标着靶坐标测试装置通过数据接口与所述上位机的通讯端连接，分别给所述反射式多目标着靶坐标测试装置和上位机供电；
18.第三步、以第一框架上的第一圆柱形反射镜圆心作为原点建立坐标系xoy，其中，设置两个圆柱形反射镜中心点之间的距离和三个矩形反射镜长度均为l；从竖直方向开始向下依次计算每个光敏二极管对应的角度，计算第n个光敏二极管对应的角度δ，进一步获得多个目标在镜子上的投影位置与编码位置的函数关系；
[0019][0020]
第四步、假设有x个目标穿过第一探测靶面，其中在第一l型光敏二极管编码阵列有n个光敏二极管接收到信号，第二l型光敏二极管编码阵列有m个光敏二极管接收到信号，这样就存在y＝mn个目标坐标信息，其中x≤y；假设第一l型光敏二极管编码阵列有第n个光
敏二极管接收到信号，对应在第一探测靶面的坐标为(x
n
,y
n
)，假设第二l型光敏二极管编码阵列有第m个光敏二极管接收到信号，对应在第一探测靶面的坐标为(x
m
,y
m
)，连接第一框架上的第一圆柱形反射镜中心和(x
n
,y
n
)的直线，连接第二框架上的第二圆柱形反射镜中心和(x
m
,y
m
)的直线，两直线的交点即为单一目标坐标信息；由于多个目标穿过第一探测靶面容易发生遮挡，每个目标坐标信息的真伪仍需要进一步确定；
[0021][0022]
第五步、多个目标继续飞行穿过第二探测靶面和第三探测靶面，由于第二探测靶面和第三探测靶面与第一探测靶面存在一定角度，则多个目标穿过第二探测靶面和第三探测靶面位置不同，多个目标穿过达光幕的时间也不同，根据采集的信号时间不同，将经过第二探测靶面和第三探测靶面的多个目标进行匹配，得到每个目标的着靶坐标；
[0023]
第六步、以第二探测靶面和第三探测靶面匹配所得坐标向第一探测靶面进行投影预测，判断投影位置是否满足第一探测靶面所得目标着靶坐标范围，以排除假目标，并以投影点坐标为目标着靶坐标的匹配点；
[0024][0025]
其中n∈[1,n],m∈[1,m],且x∈[0.l],y∈[0,l]
[0026]
第七步、比较每个目标坐标穿过第二探测光幕和第二探测光幕投影得到的匹配点与目标经过第一探测靶面的目标着靶坐标范围，若满足第一探测靶面所得着靶坐标范围的匹配点即为真目标着靶坐标，不满足即为伪目标着靶坐标，即得到多个目标着靶的坐标信息。
[0027]
本发明提供的反射式多目标着靶坐标测试装置与方法具有以下有益效果：
[0028]
该装置具有多个探测光幕，结构简单，探测能力强，配置的测试方法简单；同时能够高精度测试高频连发武器的多弹丸着靶坐标测试，为武器射击准确率和着靶密集度技术研究提供可靠的数据支撑，即满足靶场测试精度要求，又提高了测试系统的灵敏度和的捕获率。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本发明实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]
图1为本发明的实施例的反射式多目标着靶坐标测试装置的布置示意图；
[0031]
图2为本发明的实施例的反射式多目标着靶坐标测试装置的结构示意图；
[0032]
图3为本发明的实施例的反射式多目标着靶坐标测试装置的俯视示意图；
[0033]
图4为本发明的实施例的反射式多目标着靶坐标测试装置的侧面剖视图；
[0034]
图5为本发明的实施例的反射式多目标着靶坐标测试装置的光幕交汇示意图；
[0035]
图6为本发明的实施例的反射式多目标着靶坐标测试装置中的光幕反射示意图；
[0036]
图7为本发明的实施例的反射式多目标着靶坐标测试方法的编码角度示意图；
[0037]
图8为本发明的实施例的反射式多目标着靶坐标测试方法进行测试的示意图。
[0038]
附图标记说明：
[0039]1‑
主体框架；2
‑
上位机；3
‑
第一框架；4
‑
第二框架；5
‑
第三框架；6
‑
第一l型光敏二极管编码阵列架；7
‑
第二l型光敏二极管编码阵列架；8
‑
支架连杆；9
‑
螺丝；10
‑
第一矩形反射镜；11
‑
第二矩形反射镜；12
‑
第一数据接口；13
‑
第二数据接口；14
‑
第三矩形反射镜；15
‑
第四矩形反射镜；16
‑
第一激光光源；17
‑
第二激光光源；18
‑
第一圆柱形反射镜；19
‑
第二圆柱形反射镜；20
‑
水平仪；21
‑
光敏二极管；22
‑
固定块；23
‑
螺柱；24旋钮；25
‑
底角；26
‑
第一信号采集与处理仪；27
‑
第二信号采集与处理仪；28
‑
光敏二极管固定编码阵列；29
‑
光敏二极管可移动编码阵列；30
‑
滑道；31
‑
底部壳体。
具体实施方式
[0040]
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0041]
实施例1
[0042]
本发明提供了一种反射式多目标着靶坐标测试装置，如图1和图2所示，其采用一体式设计，能够独立完成对目标过靶信号的采集、处理，最终得到目标的着靶坐标。上述反射式多目标着靶坐标测试装置包括装置本体和上位机2，其中，装置本体与目标飞来方向呈垂直角度放置在水平地面上，反射式多目标着靶坐标测试装置底部壳体31内设置有第一信号采集与处理仪26和第二信号采集与处理仪27，通过第一数据接口12或第二数据接口13与上位机2相连接，上位机配置地用于将信号采集仪传输的探测信号进行处理与显示。
[0043]
具体的，该装置包括主体框架1和上位机2，主体框架1内部设有激光光源、两个l型光敏二极管编码阵列以及与其对应的信号采集仪；两个l型光敏二极管编码阵列接收到探测信号经信号采集仪传到上位机2，上位机2用于将信号采集仪传输的探测信号进行处理与显示；在主体框架1内通过激光光源发射激光光束经两个圆柱形反射镜反射形成90
°
扇形光幕，两个90
°
扇形光幕交汇形成第一探测靶面，再经过四个矩形反射镜，形成第二探测靶面和第三探测靶面。
[0044]
进一步地，如图2所示，本实施例中，主体框架1包括正方形结构且依次并排竖向设置的第一框架3、第二框架4和第三框架5，第一框架3、第二框架4和第三框架5的顶部两侧分别通过支架连杆8连接，底部设置有底部壳体31，其中第一框架3和第二框架4均垂直于水平面且相连摆放，第三框架5远离第二框架4，这样使得反射式多目标着靶坐标测试装置整体呈方块型结构。为了调整装置的水平度和高度，本实施例中，如图2所示，底部壳体31上设置有水平仪20,底部壳体31的底部四个角部分别固定有调整底座，每个调整底座均包括固定块22、旋钮24、螺柱23和底角25；固定块22设置在底部壳体31底部，螺柱23两端分别与固定
块22和底角25螺接，旋钮24与螺柱23螺接。旋转旋钮可以调节高度，根据水平仪20状态判断装置布置是否水平。
[0045]
进一步地，本实施例中，两个l型光敏二极管编码阵列分别为第一l型光敏二极管编码阵列架6和第二l型光敏二极管编码阵列架7，第一l型光敏二极管编码阵列架6和第二l型光敏二极管编码阵列架7对称设置在第二框架4和第三框架5之间。
[0046]
第一框架3和第二框架4底部分别相对设置有第一激光光源16和第二激光光源17，及第一圆柱形反射镜18和第二圆柱形反射镜19；四个矩形反射镜分别为第一矩形反射镜10、第二矩形反射镜11、第三矩形反射镜14和第四矩形反射镜15，第一矩形反射镜10、第二矩形反射镜11相对设置在第一框架3和第二框架4的内壁，第三矩形反射镜14和第四矩形反射镜15设置在第一框架3和第二框架4的同侧且相对设置；
[0047]
在第一框架3中，激光光源经过第一矩形镜反射10到第一l型光敏二极管编码阵列边框6形成第二探测靶面，在第二框架4中，激光光源经过第二反射镜反射到第二l型光敏二极管编码阵列边框7形成第三探测靶面；
[0048]
第一框架3的激光探测面与第二框架4的激光探测面距离短且相互平行，第一框架3和第二框架4内的激光探测面交汇形成第一探测靶面。
[0049]
第一l型光敏二极管编码阵列架6和第二l型光敏二极管编码阵列架7均包括支撑架和设置在支撑架上的多个光敏二极管21。
[0050]
第一l型光敏二极管编码阵列架6和第二l型光敏二极管编码阵列架7分别与其对应边框下的第一信号采集与处理仪26和第二信号采集与处理仪27连接，分为两路通过数据接口与上位机2相连，上位机2将经过第二探测靶面和第三探测靶面的过靶信号进行匹配。
[0051]
具体地，在第一框架3的底角放置第一圆柱形反射镜18和第一激光光源16、第一矩形反射镜10和第三矩形反射镜14，在第二框架4的底角放置第二圆柱形反射镜19和第二激光光源17、第二矩形反射镜11和第四矩形反射镜15。两个激光器发出的激光光束经圆柱形反射镜在第一框架3和第二框架4分别形成一个角度为90
°
的扇形光幕，组成第一激光探测靶面g1，与三个框架水平且垂直于水平面。其中第一矩形反射镜10布置在第一框架3右端，第二矩形反射镜11布置在第二框架左端，两面反射镜分别与对应连接撑杆的角度不同；第三矩形反射镜14布置在第一框架3上端，第四矩形反射镜15位于第二框架上端，两者与对应框架上端的角度不同，使经过反射的光幕能正好到达对应的光敏二极管编码阵列上。
[0052]
如图3和图4所示光敏二极管编码阵列被螺丝9均匀的固定在l型边框上，其中l型边框具备伸缩性，伸长之后，光敏二极管编码阵列处于同一水平面。第一l型光敏二极管编码阵列边框7和第二l型光敏二极管编码阵列边框8与第一边框3水平并且均垂直于水平面，通过螺丝9固定在连接支架8上。具体的，如图3所示，第二l型光敏二极管编码阵列架7包括滑道30及设置在滑道30上的光敏二极管固定编码阵列28，及设置在滑道30一侧的光敏二极管可移动编码阵列29，多个光敏二极管设置在光敏二极管固定编码阵列28及光敏二极管可移动编码阵列29上。
[0053]
如图5所示，第一矩形反射镜10与靶体边框的角度为β，第二矩形反射镜11与靶体边框的角度为α，如图6所示，激光经过圆柱形反射镜发出扇形光幕照射到矩形反射镜上发生镜面反射，第一探测靶面g1经过四面矩形反射镜被l型光敏二极管编码阵列接收，其中经过第一矩形反射镜和第二反射镜反射形成第二激光探测靶面g2和第三探测靶面g3。
[0054]
如图7所示，将光敏二极管均匀地按直径3mm
×
3mm的区域排列成一条直线，敏感面朝向光源方向，假设l型光敏二极管编码阵列每条边框的光敏二极管的个数为n，按顺序依次排列编码，则光电二极管编码阵列每条边直线长度为3nmm。
[0055]
通过上述激光光源、圆柱形反射镜、光敏二极管以及矩形反射镜组成的光学结构布置，激光光源经过圆柱形反射镜在第一框架3和第二框架4内形成第一探测靶面，经过第一矩形反射镜10和第二矩形反射镜11最终光束汇聚到对应的l型光敏二极管编码阵列上，从而形成了交叉的第二探测靶面g2和第三探测靶面g3。这样激光光源产生的光幕经两次反射后形成了密集的光束栅格探测网络。
[0056]
基于以上反射式多目标着靶坐标测试装置，本实施例还提供一种反射式多目标着靶坐标测试方法，包括以下步骤：
[0057]
第一步、首先如图7所示，从竖直方向开始向下依次计算每个光敏二极管对应的角度，计算第n个光敏二极管对应的角度δ，有如下公式：
[0058][0059]
其中l为两个圆柱形反射镜的距离；
[0060]
如果序号从i到j的光敏二极管都输出有过靶信号，则角δ按如下公式
[0061]
δ
n
＝[δ
n
(i)+δ
n
(j)]/2
[0062]
第二步、由于光敏二极管接收的光线是由镜子反射出来的，首先得到目标在第一探测靶面的投影坐标与光敏二极管编码号的关系。如光幕几何结构图6所示，每个l型光敏二极管编码阵列每个光敏二极管对应的激光都是经对应矩形反射镜反射的得到，因此要先确定激光光源关于矩形反射镜的对称点s
′
。如图7所示以圆柱形反射镜圆心为原点建立坐标系，得出坐标系下单一目标在镜子上的投影位置与编码位置的函数关系，则单一目标在镜子上投影点高度为：
[0063]
h
n
＝ltanδ
n
[0064]
第三步、假设有x个目标穿过第一探测靶面，其中在第一l型光敏二极管编码阵列有n个光敏二极管接收到信号，第二l型光敏二极管编码阵列有m个光敏二极管接收到信号，这样就存在y＝mn个目标坐标信息，其中x≤y；
[0065]
第四步、假设第一l型光敏二极管编码阵列有第n个光敏二极管接收到信号，对应在第一探测靶面的坐标为(x
n
,y
n
)，假设第二l型光敏二极管编码阵列有第m个光敏二极管接收到信号，对应在第一探测靶面的坐标为(x
m
,y
m
)，连接第一框架圆柱形反射镜中心和(x
n
,y
n
)的直线，连接第二框架(4)上的第二圆柱形反射镜(19)中心和(x
m
,y
m
)的直线，分别与两个圆柱形反射镜中心点所在坐标(0，0)和(l,0)连线，则两直线的交点坐标即为多个目标穿过第一探测靶面的坐标信息为：
[0066]
[0067]
其中n∈[1,n],m∈[1,m],且x
n
∈[0.l],y
n
∈[0,l]；
[0068]
第五步、多个目标飞行穿过第二探测靶面和第三探测靶面，由于第二探测靶面和第三探测与第一探测靶面存在一定角度且配置信号采集与处理仪，则多个目标穿过第二探测靶面和第三探测靶面位置不同，多个目标穿过光幕的时间不同，根据采集的信号时间不同，把经过第二测试靶面接收信号的光敏二极管编码分别按照时间触发先后顺序进行排序，把经过第三探测靶面接收信号的光敏二极管编码分别按照时间触发相反顺序进行排序，按照顺序一一匹配；
[0069]
第六步、整个图8为测试方法进行测试计算示意图，如图8(a)和图8(b)所示，图8(a)表示l型光敏二极管编码阵列的高度计算示意图，图8(b)表示光敏二极管编码阵列坐标表示示意图；以左端圆柱型反射镜圆心为坐标原点，其中两个线激光光源点关于对应矩形反射镜的对称点分别为s
′
[l(1+cos2α),0,ltan2α]和s
″
(
‑
lcos2β,0,
‑
cos2β)，则第一l型光敏二极管编码阵列垂直部分的坐标为(0,y,ltan2α)，第二l型光敏二极管编码阵列垂直部分的坐(l,y,ltan2β)；将匹配好的编码地址分别与对应的光源对称点连接，两条直线的投影在xoy面的交点若符合多个目标穿过第一测试靶面得到的坐标信息，即为目标着靶点；
[0070]
第七步、如图8(c)和图8(d)所示，图8(c)表示线激光光源点关于对应矩形反射镜的对称点坐标计算示意图，图8(d)线激光光源点关于对应矩形反射镜的对称点对称点在xoy平面投影坐标示意图；假设第一l型光敏二极管编码阵列垂直部分第n个光敏二极管接收到信号，第二l型光敏二极管编码阵列垂直部分第m个光敏二极管接收到信号，则第一l型第n个光敏二极管的坐标在xoy面的投影为(0,y
n
)，第二l型光敏二极管编码阵列垂直部分的坐标在xoy面的投影为(l,y
m
,)，s
′
[l(1+cos2α),0,ltan2α]和s
″
(
‑
lcos2β,0,
‑
cos2β)在xoy面的投影分别为s
′
[l(1+cos2α),0]和s
″
(
‑
lcos2β,0)，连接s
′
和(0,y
n
)，连接s
″
和(l,y
m
)，两直线的交点为
[0071][0072]
其中n∈[1,n],m∈[1,m],且x∈[0.l],y∈[0,l]；
[0073]
第八步、由于部分目标垂直分布，因此同时进入第二探测靶面和第三探测靶面，这种情况计算多个目标的着靶点，先将同时到达的光幕的编码地址进行匹配，两个l型光敏二极管编码阵列按照高地址相匹配，低地址相匹配，得到的匹配点是同时到达第二探测光幕和第三探测光幕的多个目标着靶坐标；
[0074]
第九步、以第二探测靶面和第三探测靶面匹配所得坐标向第一探测靶面进行投影预测，判断投影位置是否在第一探测靶面所得目标着靶坐标范围，以排除伪目标的坐标信息，并以投影点坐标为目标着靶坐标匹配点；上位机将多个目标穿过第二探测靶面和第三探测靶面着靶的投影得到的匹配点，若满足第一探测靶面所得着靶坐标范围的匹配点即为真目标的着靶坐标，不满足即为伪目标着靶坐标，即可得到多目标着靶坐标计算结果。
[0075]
以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的
简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。