专利名称:单排光源双z型反射式光幕靶测速定位方法
技术领域：
本发明属于测量弹丸速度以及弹着点坐标技术，特别是一种单排光源双Z型反射式光幕IE测速定位方法。
背景技术：
除传统的人工报靶技术外，现有的弹着点检测方法主要采用声、光、电等方法。比如采用导电橡胶靶法、基于图像处理的坐标靶、光电坐标靶法、线阵CCD靶法、声电坐标靶法等。导电橡胶靶法存在靶板寿命的问题；基于图像处理的坐标靶法采用视觉处理的方法，实际使用效果与算法关系较大，处理结果参差不齐；线阵CCD靶法采用交汇的方式，成本较高；声靶法是对弹丸激波的检测，存在干扰较大的问题，且对斜向入射的弹丸测量误差较大；在实际应用中光电靶法是较常用的测量弹丸落点的方法。
目前现有的测量弹道的方法有雷达法、高速摄影法、多光幕靶法等。雷达法适用于远距离测量弹道；高速摄影法测量弹道至少需要在两个方向上同时测量以确定弹道，而高速摄影机费用动辄百万；多光幕法是进行弹道测量的一个经济实惠方便的方法。
西安工业学院(冯斌，倪晋平等.六光幕结构立靶坐标测量原理.弹道学报2008，20(01):59-61.)提出了一种六光幕结构，根据6个光幕布置的几何关系，运用空间解析几何的方法建立6个光幕面的平面方程，并与含有未知参数的弹道方程联立，将测到的弹丸依次穿过6个幕面的时间代入联立方程组，求得弹道方程中的未知参数，获得弹道线与预定光幕面的交点坐标，可解决弹道不垂直预定靶面入射的问题。此方法需要用6套光源及6套光探测器，解算方法较为复杂。
南京理工大学(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套光探测器外加5面反射镜构建了 7道光幕，实现对弹丸弹道的测量。此方法采用的光源为不可定位式光源，对空间坐标的求取均通过测时来得到，此方法解算相对简单，但由于采用了 2套光源及探测器，安装调试要求的精度较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用一套光源及光探测器实现对弹丸弹道测量的方法。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种单排光源双Z型反射式光幕靶弹道测量方法，步骤如下:
(I)单排平行光源发出的平行光构成第一道光幕，该第一道光幕经第一反射镜反射后形成第二道光幕，该第二道光幕经过第二反射镜反射后形成第三道光幕，在该第三道光幕经过第三反射镜反射后形成第四道光幕，该第四道光幕经过第四反射镜反射后形成第五道光幕，在该第五道光幕末端放置光探测器，第一道光幕、第三道光幕、第五道光幕相互平行，第二道光幕与第四道光幕平行。第一道光幕、第二道光幕、第三道光幕、第四道光幕、第五道光幕共同构成一个光幕祀体，且所述的第一、二、三、四、五道光幕在与该第一、二、三、四、五道光幕垂直平面上的投影是首尾相接的两个Z字形或者是两个反Z字形；
(2)当弹丸依次穿越第一、二、三、四、五道光幕时对应测得穿越各光幕的时刻，通过靶体尺寸与时间差等信息间接求出弹丸过靶速度以及弹丸与第二道光幕、第三道光幕、第四道光幕相交点在与第一、二、三、四、五道光幕垂直平面上的两个坐标；
(3)通过光探测器获得弹丸遮挡光线的位置，即得到弹丸与第二、三、四道光幕相交点在光探测器的光敏元器件排列方向上的坐标；
(4)弹丸与第二、三、四道光幕的3个相交点的空间坐标进行拟合，求出弹道方程；
(4)根据弹道方程计算需要的数据，将诸如弹道方程或者弹道上某点坐标等类似有用的信息传输给显示设备或者计算机作进一步处理。
本发明与现有技术相比，其显著优点:(1)节省成本，只用单排光源，光幕成本为现有测试方法的六分之一或二分之一。(2)采用相同光源及光探测器的情况下，本发明的方法可以成倍地拓展靶体尺寸。(3)方法简单、解算简单。(4)由于采用了一组光源及光探测器，器件响应一致性好，测时精度高。(5)可以方便地一次性测量出弹道及弹丸各方向速度分量，得到的信息量大，可以推算出靶区附近弹丸行进过程中的任一点的空间三维坐标。
(6)可用于部队进行军事射击训练、体育射击的训练及比赛、大众娱乐射击活动等方面的自动报靶方向，也可用于军工科研乃至武器验收等场合实现对弹丸位置以及速度的测定。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1是双正Z型靶体示意图。
图2是xOy平面投影图。
图3是yOz平面投影图。
图4是连续型平行光幕构成示意图。
图5是点对点激光光幕不意图。
图6是点对点光源双Z型光幕靶结构。
图7是报靶应用示意图。
图8是实验原理图。
图9是实验xOy平面图。
图10是闻速摄影机所拍照片。
具体实施方式
结合图1，本发明单排光源Z型反射式光幕靶测速定位方法，步骤如下:
(I)单排平行光源I发出的平行光构成第一道光幕S1,该第一道光幕S1经第一反射镜R1反射后形成第二道光幕S2,该第二道光幕S2经过第二反射镜R2反射后形成第三道光幕S3，在该第三道光幕S3经过第三反射镜R3反射后形成第四道光幕S4，该第四道光幕S4经过第四反射镜R4反射后形成第五道光幕S5，在该第五道光幕S5末端放置光探测器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与第四道光幕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共同构成一个光幕祀体，且所述的第一、二、三、四、五道光幕Sp S2> S3> S4> S5在与该第一、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)当弹丸依次穿越第一、二、三、四、五道光幕Sp S2、S3、S4、S5时对应测得穿越光幕的时刻&^2、^^通过靶体尺寸与时间差等信息间接求出弹丸过靶速度以及弹丸与第二道光幕S2、第三道光幕S3、第四道光幕S4相交点在与第一、二、三、四、五道光幕Sp S2>S3、S4、S5垂直平面上的两个坐标；
(3)通过光探测器2获得弹丸遮挡光线的位置，即得到弹丸与第二、三、四道光幕S2> S3、S4相交点在光探测器2的光敏兀器件排列方向上的坐标；
(4)弹丸与第二、三、四道光幕S2、S3、S4的3个相交点的空间坐标进行拟合，求出弹道方程。
(4)根据弹道方程计算需要的数据，将诸如弹道方程或者弹道上某点坐标等类似有用的信息传输给显示设备或者计算机作进一步处理。
实施例
一、推导过程举例
图1中，假设弹丸入射时有一定倾角入射,弹丸与第一、二、三道、四、五道光幕S:、S2> S3、S4、S5的交点为F、G、H、1、J。假设弹丸到达F、G、H、1、J的时刻为W t3、t4、t5，计tij = tj-tp表示tj与&的时间差。设弹丸速度为V。
在xOy平面内FJ为弹丸轨迹投影，FJ与AO、OB、BC交于点F、G、H、1、J，由于Δ BGH ∽ Δ 0GF, ΔOKG∽Δ OAB,故
权利要求
1.一种单排光源双Z型反射式光幕靶测速定位方法，其特征在于步骤如下: (1)单排平行光源[I]发出的平行光构成第一道光幕[S1],该第一道光幕[S1]经第一反射镜[R1]反射后形成第二道光幕[S2]，该第二道光幕[S2]经过第二反射镜[R2]反射后形成第三道光幕[S3]，在该第三道光幕[S3]经过第三反射镜[R3]反射后形成第四道光幕[SJ，该第四道光幕[S4]经过第四反射镜[R4]反射后形成第五道光幕[S5]，在该第五道光幕[S5]末端放置光探测器[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]与第四道光幕[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]共同构成一个光幕祀体，且所述的第一、二、三、四、五道光幕[Sp S2> S3> S4> S5]在与该第一、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两个Z字形或者是两个反Z字形； (2)当弹丸依次穿越第一、二、三、四、五道光幕[S1、S2、S3、S4、S5]时对应测得穿越光幕的时刻t1、t2、t3、t4、t5，通过靶体尺寸与时间差间接求出弹丸过靶速度以及弹丸与第二道光幕[S2]、第三道光幕[S3]、第四道光幕[S4]相交点在与第一、二、三、四、五道光幕[SpS2'S3、S4、S5]垂直平面上的两个坐标； (3)通过光探测器[2]获得弹丸遮挡光线的位置，即得到弹丸与第二、三、四道光幕[S2、S3、S4]相交点在光探测器[2]的光敏兀器件排列方向上的坐标； (4)弹丸与第二、三、四道光幕[S2、S3、S4]的3个相交点的空间坐标进行拟合，求出弹道方程； (5)根据弹道方程计算需要的数据，将弹道方程或者弹道上某点坐标传输给显示设备或者计算机作进一步处理。
2.根据权利要求
1所述的单排光源双Z型反射式光幕靶测速定位方法，其特征在于第一、二、三、四、五道光幕[S1、S2、S3、S4、S5]形成的光幕结构在xOy平面内的投影为首尾相接的两个Z字形或两个反Z字型，光幕靶体在X方向的宽度记为1，第一、二道光幕[SpS2]之间夹角为α ; 弹丸穿越靶体过程中，会五次穿越光幕，弹丸遮挡住相应的光线后光探测器[2]将会有相应的信号输出，弹着点在ζ方向的坐标由光探测器[2]直接获得，但弹着点在X、y方向的坐标需要通过测时来进行计算，假设弹丸入射时有一定倾角入射，弹丸与第一、二、三道、四、五道光幕[S1' S2, S3> S4, S5]的交点为F、G、H、1、J ;假设弹丸到达F、G、H、1、J的时亥1J为tp t2、t3、t4、t5,计tu = ,表示tj与&的时间差,设弹丸速度为V ； 在xOy平面内FJ为弹丸轨迹投影，FJ与AO、OB、BC交于点F、G、H、1、J，由于Λ BGH ⑴ Λ 0GF, Λ OKG ⑴ Λ OAB,故 迎=卿=刚Xg^ok/=/ka/^={1-,g)^ /GH/ /GB/ /KA/ 」付.σ 1 N l/GH/ V gJ Vt23 解得:Xg =—/
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M3 同理可得:
专利摘要
本发明公开了一种单排光源双Z型反射式光幕靶测速定位方法，单排平行光源发出的平行光构成第一道光幕，该第一道光幕经四个反射镜反射后形成五道光幕，在第五道光幕末端放置光探测器；通过靶体尺寸与时间差等信息间接求出弹丸过靶速度以及弹丸与各光幕相交点在与各光幕垂直平面上的两个坐标；通过光探测器获得弹丸遮挡光线的位置；弹丸与光幕的三个相交点的空间坐标进行拟合，求出弹道方程，将诸如弹道方程或者弹道上某点坐标等类似有用的信息传输给显示设备或者计算机作进一步处理。本发明可以方便地测量出弹丸的弹道，可用于推算出弹丸在空间平面上任意的着靶点坐标以及弹丸在各方向的速度分量等信息。
文档编号F41J5/06GKCN101929824 B发布类型授权 专利申请号CN 201010203377
公开日2013年9月25日 申请日期2010年6月18日
发明者于纪言, 王晓鸣, 李永新, 李文彬, 高旭东 申请人:南京理工大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (1), 非专利引用 (3),