基于以太网的多参数靶场测试系统与测试方法

本发明涉及一种武器测试系统，尤其涉及一种基于以太网的多参数靶场测试系统与测试方法。

背景技术：

1、在单兵武器的靶场测试中，需要对火炮某些参数进行测量分析，从而优化武器的设计性能。随着电子技术的不断发展与创新，数据采集设备在不断向着高采样率、高精度、多通道、低成本的方向发展，通过选用合适的处理芯片和设计相关电路，目前可实现对被测参数的自动化测量。靶场电子测试方法可分为引线式和存储式。引线式为将传感器布设在靶场内或者在被测武器上，通过长引线将数据传至后方的信号处理和分析模块，实现被测参数的采集。存储式则是将信号调理、采集、存储等芯片和电子元器件集成，放置在被测武器上进行数据采集。

2、现有的靶场自动化测试，测试手段功能单一，不同的被测参数需要单独的采集系统进行测量，引线式和存储式同时存在，因此各个系统需要单独的传输线路和存储机制进行数据保存，导致靶场内线路复杂，传输易受到干扰，数据易丢失，且无法进行实时测量。同时，测量新参数时需重新设计电路，成本较大，不利于系统后期的升级扩展，已不能适应现代内弹道试验的需要。另外，现有靶场测试中的噪声分析常用1/3倍频程算法，但该方法在计算时容易存在误差和方差较大的问题。

技术实现思路

1、发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于以太网的多参数靶场测试系统与测试方法，能够实现复杂环境下多参数、多通道的武器参数高精度测量采集。

2、技术方案：本发明所采用的技术方案是一种基于以太网的多参数靶场测试系统，包括若干个数据采集与数据处理前端，利用光纤传输经交换机与上位机实现通信，采用以太网传输协议；所述数据采集与数据处理前端用于不同测试参数的采集和处理，包括传感器电路以及与传感器电路相连的数据处理电路；传感器电路包括膛压传感器电路或噪声传感器电路，膛压传感器电路中的膛压传感器固定设于被测武器炮膛上，膛压传感器与炮膛连接处设有带空腔的传压管道，传压管道中填充有传压介质，所述空腔设于传压介质和膛压传感器之间，噪声传感器电路中的噪声传感器布设在武器周围；数据处理电路包括ad转换电路和微处理器芯片，ad转换电路将传感器电路的传输信号转换为数字信号发送给微处理芯片进行处理，微处理芯片通过phy以太网电路与交换机相连，微处理芯片外部设有存储模块；上位机包括用户终端，用于控制指令的下发和测试数据的接收与分析。

3、所述交换机和用户终端处各设有一个光端机，采用单模单芯光纤传输。测试数据分析包括频谱分析和峰值分析。

4、传感器电路包括icp型压电式传感器，恒流源激励电路和信号调理电路；所述icp型压电式传感器通过内置电荷放大器将产生的电荷量转换成电压信号；所述信号调理电路用于对传感器输出信号进行隔直滤波和抗混叠滤波；所述恒流源激励电路用于给压电型传感器供电，提供稳定电流激励。

5、所述微处理器芯片采用全可编程多处理器soc架构芯片，所述微处理器芯片采用zynq芯片。微处理芯片包括zynq芯片pl端的数据采集模块、axi4总线模块，ps端的数据传输模块；所述数据采集模块用于ad芯片的模式配置，设置触发条件，接收高速数字信号进行串并转换，完成电压信号的长度拼接和跨时钟域缓存；所述axi4总线模块用于pl端与ps端的数据传输；所述数据传输模块用于接收上位机下发的控制指令，传递ad的设置参数至pl端，将存储器中的数据进行本地存储或上传。

6、优选的，该系统还包括外部触发电路，用于数据采集与数据处理前端的采样触发，采用红外触发或断靶线触发。

7、本发明还提出一种应用于上述的多参数靶场测试系统的噪声测试方法，

8、步骤1，获取噪声数据x″i并进行预处理；

9、步骤2，将预处理后的噪声数据划分为m个不等长的重叠子段dm，每个子段的长度为lm：

10、

11、式中x′ms为第m个子序列的数据起点，l表示子序列中数据的顺序标记；

12、步骤3，根据步骤2得到的重叠子段dm计算噪声数据各个子序列的加权功率谱密度pper[k]，然后按划分的各个频带计算频带内声压功率谱密度之和：

13、

14、式中n1和n2为每个1/3倍频程分析带宽的上下限值，s∑k为划分的各频带内声压功率谱密度之和；

15、步骤4，计算划分的各频带内声压的均方根值：

16、

17、式中δf为频率分辨率，k为中心频率，σk为划分的各频带内声压的均方根值；

18、步骤5，计算噪声数据的声压级谱结果：

19、

20、式中p0为基准声压。

21、进一步的，噪声数据的预处理包括去中心化计算：

22、x″i，i＝0，1，2，…，n-1

23、

24、式中，x″i为噪声数据，x′i为去中心化后的噪声数据，n为噪声数据个数。

25、进一步的，步骤2中重叠子段dm的子序列起点x′ms确定的过程为：

26、步骤2.1，设第一子序列d0初始长度l0＝n，起始位置d0＝x′0；

27、步骤2.2，当m≥1时，设起始重叠度为β，即当前子序列dm的初始数据起点x′ms＝x′(m-1)s+β*l(m-1)；当前子序列初始长度lm＝l(m-1)，计算当前子序列dm和前一子序列d(m-1)的归一化相关系数ρxy：

28、

29、设理想归一化相关系数为a，若ρxy＞a，则数据起点x′ms向后移动n′个点，重新计算互相关系数；若0＜ρxy＜a，则数据起点x′ms向前移动n′个点，重新计算互相关系数；

30、步骤2.3，重复步骤2.2，直至互相关系数位于a±a0范围内停止计算，a0为设定重叠度阈值，得到当前序列数据起点x′ms。

31、进一步的，步骤2中重叠子段dm的子序列长度lm确定的过程为：

32、步骤3.1，使用自相关法计算部分噪声数据功率谱密度pxx：

33、

34、

35、式中r[k]为序列自相关函数，n′为已划分子序列的数据个数，

36、步骤3.2，计算当前子序列的傅里叶系数和功率谱密度sm(k)：

37、

38、

39、

40、

41、式中n″＝lm，为当前子序列长度，xr[k]为实部分量，xi[k]为虚部分量，δt为样本采样时间间隔；h为海宁窗修正系数；

42、步骤3.3，计算每个序列的加权系数qm：

43、

44、计算当前已划分所有序列的功率谱密度pper[k]：

45、

46、步骤3.4，计算估计的方差varm[pper[k]]：

47、varm[pper[k]]＝e[pper2[k]]-e2[pxx[k]]

48、式中e[pper2[k]]为加权功率谱密度平方的均值，e2[pxx[k]]为自相关功率谱密度均值的平方；

49、步骤3.5，设置方差阈值区间[b：1]，若方差计算结果不在区间内，调整当前子序列长度直至满足要求：

50、

51、满足要求后，确定当前子序列的长度lm。

52、本发明提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的噪声测试方法。

53、本发明提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的噪声测试方法。

54、有益效果：相比于现有技术，本发明具有以下优点：本发明能够实现复杂环境下多参数、多通道的武器参数高精度测量采集。在传统测量系统的基础上，使用以太网进行前后端高速数据传输且支持任意数量数据采集前端连接，扩展性强。本发明使用的改进1/3倍频程算法先比传统算法可有效降低误差和方差，提高准确度。本发明对单兵武器的设计、使用和维护提供了数据支撑，有较大的实际应用价值，也为并行多参数采集领域的研究提供一定的参考意义。