一种近射程弹药外弹道测试装置及方法与流程

1.本发明属于弹药测试技术领域，涉及一种弹药外弹道测试装置及方法，尤其是一种近射程弹药外弹道测试装置及方法。


背景技术：

2.弹药研制过程中，外弹道测试是弹药外场试验测试中的最重要一项内容。通过外弹道测试结果，包括速度曲线、位置曲线，来验证弹药设计合理性。通过弹药飞行过程中产生的红外特征变化、多普勒效应等应用的光电经纬仪、雷达等常规测试手段已经应用了许多年。
3.随着技术的发展进步，现有的外弹道测试方案主要有以下几种方式：
4.1、光电经纬仪、雷达测试外弹道。
5.这是测试弹药外弹道的常规方式。光电经纬仪利用弹药飞行过程中的红外特征或可见光特征进行追踪，通过图像拼接的方式获取弹药的位置信息。对于10km的射程，需要建立3个光电经纬仪基站才能获取相对比较准确的数据。雷达测试原理是利用运动物体的多普勒效应，形成速度信息，然后积分形成位置信息。但是，这两种常规的测试方法都需要庞大的地面设备，价格昂贵，试验准备时间长。
6.2、数据链或者弹载记录仪。
7.数据链可以将弹药飞行过程中的弹上数据实时传输向地面站，记录以弹上制导控制数据为主，兼顾图像等数据。对于近射程(小于10km)的弹药，通过弹上加速度计等积分处理获取的外弹道数据误差较大。弹载记录仪功能和数据链基本一致，优点是不受数据传输带宽限制，缺点是纯粹依赖惯性导航装置解算出的外弹道数据误差太大(10km侧向误差大于1km)。
8.由此可知，通过现有方法，采用光电经纬仪、雷达或数据链等方式获取弹药外弹道数据，或成本高昂(3万/发)，或误差较大(10km误差大于1km)。
9.鉴于以上原因，急需一种低成本、高精度的近射程弹药外弹道测试装置及方法。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于克服现有材料中存在的缺点，提供一种近射程弹药外弹道测试装置及方法，其不需要庞大的地面设备，成本低廉，试验准备时间段，其精度高。
11.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
12.一种近射程弹药外弹道测试装置，其包括设置在弹药上的测试机构、卫星、位于地面上的无线电台接收端及与所述无线电台接收端相连的处理器，其特征在于，所述测试机构包括外壳，所述外壳内设有gps接收机、加速度计和无线电台发射端且所述外壳上设有天线，所述gps接收机用于接收所述卫星发射的信号以间歇性地获得所述弹药的间隔位置信息，所述加速度计用于实时获得所述弹药的加速度信息，所述gps接收机和加速度计都与所述无线电台发射端相连，所述无线电台发射端通过所述天线将所述间隔位置信息和加速度
信息向外发送，所述无线电台接收端用于接收所述间隔位置信息和加速度信息并将其传输给所述处理器，所述处理器基于所述间隔位置信息和加速度信息获得所述弹药的位置信息，从而实现所述弹药的外弹道测试。
13.优选地，所述外壳内还设有弹上电源，所述弹上电源用于给所述gps接收机、加速度计和无线电台发射端供电。
14.优选地，所述间隔位置信息包括大地球面坐标系下的经度、纬度、高度及其对应时间。
15.优选地，所述处理器基于所述加速度信息能够获得所述弹药在发射坐标系下1秒钟内的位置偏差。
16.优选地，所述处理器基于所述位置偏差将所述大地球面坐标系下的经度、纬度、高度转换成发射坐标系下的位置信息。
17.此外，本发明还提供一种利用上述近射程弹药外弹道测试装置测试近射程弹药的外弹道的方法，其特征在于，包括以下步骤：
18.1)、通过所述gps接收机接收所述卫星发射的信号以间歇性地获得所述弹药的间隔位置信息，并通过所述加速度计实时获得所述弹药的加速度信息；
19.2)、所述无线电台发射端通过所述天线将所述间隔位置信息和加速度信息向外发送；
20.3)、所述无线电台接收端接收所述间隔位置信息和加速度信息并将其传输给所述处理器；
21.4)、所述处理器基于所述间隔位置信息和加速度信息获得所述弹药的位置信息，从而实现所述弹药的外弹道测试。
22.与现有技术相比，本发明的近射程弹药外弹道测试装置及方法具有如下有益技术效果中的一者或多者：
23.1、其通过在弹药上安装gps接收机和加速度计，能够将弹药的实时位置通过长波电台发送给地面，从而得到弹药飞行过程中的位置、速度等外弹道信息，实现外弹道的测试。
24.2、通过外场测试显示，本发明的效果明显，搜星速度快、位置精度高、成本低、操作简单、运行稳定可靠。
25.3、在10km射程内的弹药测试领域，本发明具有普适性，可以大幅度降低试验成本、缩短试验准备时间。
附图说明
26.图1是本发明的近射程弹药外弹道测试装置的构成示意图。
27.图2是本发明的近射程弹药外弹道测试装置的测试机构的构成示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，实施例的内容不作为对本发明的保护范围的限制。
29.本发明涉及一种近射程弹药外弹道测试装置及方法，其不需要庞大的地面设备，
成本低廉，试验准备时间段，其精度高。
30.图1示出了本发明的近射程弹药外弹道测试装置的构成示意图。如图1所示，本发明的近射程弹药外弹道测试装置包括设置在弹药a上的测试机构1、卫星4、位于地面上的无线电台接收端2及与所述无线电台接收端2相连的处理器3。
31.需要说明的是，在测试弹药外弹道时，弹药还处于研制的前期，此时，弹药上还没有安装导引头、战斗部等部件，因此，弹药上有充足的安装空间，从而为弹药上搭载所述测试机构1提供了可能。
32.图2示出了本发明的近射程弹药外弹道测试装置的测试机构的构成示意图。如图2所示，所述测试机构1包括外壳1.1。通过所述外壳1.1，一方面便于将所述测试机构1安装到所述弹药a上，另一方面便于保护位于所述外壳1.1内的其它零部件。
33.所述外壳1.1内设有gps接收机1.2、加速度计1.3和无线电台发射端1.4且所述外壳1.1上设有天线1.5。
34.其中，所述gps接收机1.2用于接收所述卫星4发射的信号以间歇性地获得所述弹药a的间隔位置信息。所述加速度计1.3用于实时获得所述弹药a的加速度信息。
35.所述gps接收机1.2和加速度计1.3都与所述无线电台发射端1.4相连。所述无线电台发射端1.4通过所述天线1.5将所述间隔位置信息和加速度信息向外发送。所述无线电台接收端2用于接收所述间隔位置信息和加速度信息并将其传输给所述处理器3。所述处理器3可以基于所述间隔位置信息和加速度信息获得所述弹药a的位置信息，从而实现所述弹药a的外弹道测试。
36.具体地，所述gps接收机1.2接收到的gps信号为大地球面坐标系下的信息。在本发明中，其获得的有用信息，也就是，所述的间隔位置信息包括经度(lon)、纬度(lat)、高度(h)及其对应时间(t)。并且，所述gps接收机1.2一般以1秒钟为单位接收，也就是，接收间隔为1秒。这样，我们可以假设发射点位的经、纬、高和时间为：lon0、lat0、h0、t0；在某时刻的经纬高为lon1、lat1、h1、t1；下一秒的经纬高为lon2、lat2、h2、t2。
37.处理器3可以基于所述位置偏差将所述大地球面坐标系下的经度、纬度、高度转换成发射坐标系下的位置信息。
38.众所周知，地球上纬度转换为直线距离的时候，不用考虑经度，也就是在任何地方，纬度一度对应的距离只和地球半径相关。但是，经度对应距离计算和纬度相关，在赤道上经度1度计算时对应地球半径，但是在纬度为90度的时候，经度1度对应的距离为0。
39.基于此，当前时刻导弹a在发射坐标系下的位置坐标为：
40.x1＝(lon
1-lon0)*40000/360*1000*cos(lat)+xc41.y 1
＝(lat
1-lat0)*40000/360*1000+yc42.h 1
＝h1+hc43.由此，可以获得弹药a在当前时刻的位置。并且，通过对位置进行离散微分，即可以获得当前时刻的速度。有了当前时刻的位置和速度，就可以获得弹药a的位置曲线和速度曲线，从而可以实现弹药a的外弹道的测试。
44.其中，速度计算公式如下：
[0045]vx
＝(x
2-x1)/tdelt
[0046]vy
＝(y
2-y1)/tdelt
[0047]vz
＝(h
2-h1)/tdelt
[0048]
其中，x1、y1和h1是当前时刻弹药a在发射坐标系下的位置坐标，x2、y2和h2是下一秒弹药a在发射坐标系下的位置坐标。
[0049]
由于所述gps接收机1.2接收信号的间隔为1秒，也就是，一秒接收一次，接收频率较低，无法适应弹药的高速飞行环境，因此，在本发明中，还使用了加速度计1.3。通过所述加速度计1.3，可以获得加速度信息。并且，所述处理器3可以基于所述加速度信息获得发射坐标系下1秒钟之内的位置偏差xc、yc、hc、时间间隔为t
delt
。
[0050]
所述xc、yc、hc可以通过经纬高转换的位置x1、y1、h1和x2、y2、h2线性内插值迭代修正。具体差值过程如下，前1s的gps位置和加速度计得出的位置偏差已经为确定值，根据前1s的数值确定偏差系数k
pre1
计算下一时刻x tdelt
位置，y
tdelt
和z
tdelt
的计算方法一致。
[0051]
在上一个tdelt时刻，由gps计算：x
cgps
＝(x
2-x1)*tdelt+x1[0052]
由加速度计得出：x
cpre1
，系数为k
pre1
＝x
cpre1
/x
cgps
[0053]
当前时刻的x为：x
tdelt
＝x2+xc//k
pre1
。
[0054]
此外，在本发明中，优选地，所述外壳1.1内还设有弹上电源1.6。所述弹上电源1.6用于给所述gps接收机1.2、加速度计1.3和无线电台发射端1.4供电。
[0055]
本发明的近射程弹药外弹道测试装置及方法不需要庞大的地面设备，仅仅依靠gps接收机、加速计、无线接收端、无线发射端以及地面处理器即可实现弹药外弹道的测试，因此，其成本比较低，且试验前的准备时间短。而且，其采用gps信号和加速度信号相结合的方式进行位置和速度的确定，因此，其测试准确，精度高。
[0056]
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。