平面布陣全方位入射激波報靶裝置及相應的報靶方法與流程
2023-10-11 07:21:14
本發明屬於軍事學和氣動力學技術領域,用於軍事訓練中或民用射擊場直瞄武器的報靶，具體地說是一種平面布陣全方位入射激波報靶裝置及相應的報靶方法。
背景技術：
隨著科學技術的發展，現在越來越多的射擊項目中採用激波報靶系統來實現自動報靶，各種結構的激波報靶系統也層出不窮。
申請號為201210054057.0的中國發明專利申請公開了「基於傳感器立體布陣的全角度入射激波報靶裝置」，該專利申請採用七隻立體布陣的激波傳感器，結構複雜、布設麻煩、容易被流彈所傷。
申請號為201620084753.X的中國實用新型專利公開了「開放式三維布陣超聲自動報靶器」，該專利超聲傳感器數量為六隻，六隻超聲傳感器每三隻一橫排，且在橫豎方向上都在同一條水平線上，六隻超聲傳感器均在同一個水平面上且與水平面成一定夾角安裝。該專利申請的方案最多可得到五個關於時間差的方程，解算出五個參數，不能完全實現立體入射時六個參數的解算。另外，不能實現激波探頭的任意位置設置。
技術實現要素：
為解決現有技術中存在的上述問題，本發明旨在提供一種平面布陣全方位入射激波報靶裝置，它採用七隻在同一平面以任意形狀布置的激波傳感器，結構簡單，布設和撤收方便；
本發明的另外一個目的，是提供利用所述平面布陣全方位入射激波報靶裝置實現的一種平面布陣全方位入射激波報靶方法，根據彈丸激波傳播到報靶裝置各個傳感器的時間差，計算出彈丸通過靶平面時的坐標和彈道入射的方位角和俯仰角以及激波速度和彈丸速度等參數。
本發明為實現上述目的，所採用的技術方案如下：
一種平面布陣全方位入射激波報靶裝置，它包括報靶器、現場計算機和上位計算機，報靶器包括支架和安裝在支架上的第一～第七激波探頭Q0～Q6；
所述激波探頭Q0～Q6以任意形狀分布在同一水平面上；
所述激波探頭Q0～Q6的信號輸出端連接現場計算機的信號輸入端；
所述現場計算機的信號輸出端通過無線收發模塊連接上位計算機的信號輸入端。
作為限定：所述支架為T字型支架；
所述第一～第七激波探頭Q0～Q6於支架的同一水平表面上呈T字型分布。
作為第二種限定：所述支架為∏字型支架；
第一～第七激波探頭Q0～Q6於支架的同一水平表面上呈∏字型分布。
作為第三種限定：激波探頭Q0～Q6的結構相同，它們當中的任一個均包括外殼、激波傳感器、信號調理電路；
所述激波傳感器和信號調理電路裝在外殼內；
所述激波傳感器的信號輸出端連接信號調理電路的信號輸入端。
作為進一步限定：所述信號調理電路包括第一～第十電阻R1～R10、信號放大晶片U1、第一電容C1和第二電容C2。
作為更進一步限定：所述信號放大晶片U1是LM124晶片；
所述LM124晶片的pin3作為信號輸入端、且通過第一電阻R1接地，LM124晶片的pin1一方面串接第二電阻R2和第三電阻R3後接地、另一方面依次串接第四電阻R4和第一電容C1後連接自身的pin6，LM124晶片的pin2連接第二電阻R2和第三電阻R3的公共端，LM124晶片的pin5接地，LM124晶片的pin7一方面通過第二電容C2和第五電阻R5組成的並聯電路連接自身的pin6、另一方面通過第六電阻R6連接自身的pin9，LM124晶片的pin9通過第七電阻R7連接自身的pin8，LM124晶片的pin8通過第八電阻R8連接自身的pin13，LM124晶片的pin10接地，LM124晶片的pin12一方面通過第九電阻R9接正電壓、另一方面通過第十電阻R10接地，LM124晶片的pin4接正電壓，LM124晶片的pin11接負電壓，LM124晶片的pin14作為信號調理電路的信號輸出端。
作為進一步限定：所述外殼包括主殼體、異形壓墊、端蓋和第一～第三螺釘；
所述支架由管材做成，管材內有容納報靶器信號線的空間，管材上表面開有七個與主殼體配合的安裝孔，管材上安裝有報靶器信號線插座；
所述報靶器信號線通過報靶器信號線插座與現場計算機連接；
所述主殼體由主殼體一部、主殼體二部和主殼體三部組成；
所述主殼體一部底部開有第一通孔、上部有外螺紋，報靶器信號線穿過第一通孔與所述信號調理電路連接；
所述主殼體二部的外徑大於主殼體一部的外徑；
所述主殼體三部中部開有第二～第四通孔、頂部開口，所述第二～第四通孔帶有螺紋，所述主殼體三部的外徑小於主殼體二部的外徑；
所述外殼通過主殼體一部的外螺紋與支架螺接；
所述異形壓墊由壓墊一部、壓墊二部和壓墊三部組成；
所述壓墊一部的外徑小於主殼體三部的內徑；
所述壓墊二部呈圓臺狀、且最大外徑等於主殼體三部的外徑；
所述端蓋的外徑等於主殼體二部的外徑，端蓋頂部開有直徑與壓墊三部的外徑成過盈配合的第五通孔，端蓋頂部邊沿開有若干豁口，端蓋下部開有第六～第八通孔；
所述異形壓墊從主殼體三部的頂部插入，端蓋套在異形壓墊外部，第六～第八通孔分別與第二～第四通孔對準，第一～第三螺釘分別從第六～第八通孔插入後與第二～第四通孔螺接。
作為對外殼和支架的進一步限定：所述支架、主殼體和端蓋均由具有電磁屏蔽功能的材料製成；
所述異形壓墊由絕緣材料製成。
本發明還提供了一種平面布陣全方位入射激波報靶方法，它利用上述的平面布陣全方位入射激波報靶裝置來實現，該方法包括依次進行的以下步驟：
①第一～第七激波探頭Q0～Q6各自的激波傳感器檢測到彈丸產生的激波信號並發送給信號調理電路；
②信號調理電路將收到的激波信號實時處理並傳送給現場計算機；
③現場計算機接受信號調理電路傳送過來的信號並處理後獲得激波信號到達第二～第七激波探頭Q1～Q6的時間與激波信號到達第一激波探頭Q0的時間之差ΔT10～ΔT60，然後存儲時間差ΔT10～ΔT60並將其通過無線收發模塊發送至上位計算機；
④上位計算機對時間差ΔT10～ΔT60進行分析計算，得出彈丸的著靶坐標並顯示。
作為限定，所述步驟④中上位計算機的分析計算過程包括依次進行的以下步驟：
④-1，以第一激波探頭Q0為原點、第一～第七激波探頭Q0～Q6所在平面為XZ平面、Y軸過原點且垂直於XZ平面，建立三維直角坐標系；
④-2，列出以彈丸在垂直於彈道的等效平面上的著靶縱坐標Y0、著靶橫坐標B0、彈丸入射方位角β、俯仰角彈丸速度VB、激波傳播速度Vs為未知數，其與實際測得的時間差ΔT10～ΔT60之間的關係的六個方程構成的方程組；
④-3，解所述方程組；
④-4，得出彈丸的著靶坐標並顯示。
本發明由於採用了上述的技術方案，其與現有技術相比，所取得的技術進步在於：
(1)本發明的七個激波探頭在同一水平面內並且可以布置成任意形狀，結構簡單，布設和撤收方便；
(2)本發明中彈丸入射角度範圍廣，理論上入射俯仰角及方位角均在正負90度範圍內；
(3)本發明在彈丸穿過傳感器上方後，可即時計算出彈丸入射方位角、俯仰角、著靶坐標、彈丸速度、激波傳播速度等參數，可大大提高部隊輕重武器射擊訓練及演習的報靶效率、精度以及安全性；
(4)本發明的激波探頭外殼採用具有電磁屏蔽功能的材料製成，可有效屏蔽外界電磁幹擾，提高報靶可靠性及計算精度；
(5)本發明的激波探頭外殼結構嚴密，防塵防水等級高，外殼端蓋頂部的豁口有利於及時排水。
本發明適用於多種口徑和高於音速的直瞄武器彈丸的激波報靶。
附圖說明
附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。
在附圖中：
圖1為本發明實施例1中信號調理電路的電路圖；
圖2為本發明實施例1中外殼的結構示意圖；
圖3為本發明實施例1中主殼體1的結構示意圖；
圖4為本發明實施例1中異形壓墊2的結構示意圖；
圖5為本發明實施例1中端蓋3的結構示意圖；
圖6為本發明實施例2中支架與激波探頭組裝方式示意圖；
圖7為本發明實施例3中支架與激波探頭組裝方式示意圖；
圖8為本發明實施例4中三維直角坐標系一般原理圖；
圖9為本發明實施例4中激波探頭三維直角坐標系分析原理圖；
圖10為本發明實施例5中激波探頭三維直角坐標系分析原理圖。
圖中：1、主殼體,2、異形壓墊,3、端蓋,1-1、主殼體一部，1-11、第一通孔，1-12、外螺紋，1-2、主殼體二部，1-3、主殼體三部，1-31、第二通孔，1-32、第三通孔，1-33、第四通孔，2-1、壓墊一部，2-2、壓墊二部，2-3、壓墊三部，3-1、第五通孔，3-2、豁口，3-3、第六通孔，3-4、第七通孔，3-5、第八通孔。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明。應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。
實施例1一種平面布陣全方位入射激波報靶裝置
參考圖1～圖5，本實施例包括報靶器、現場計算機和上位計算機。其中，報靶器包括支架和安裝在支架上的第一～第七激波探頭Q0～Q6，七個激波探頭Q0～Q6以任意形狀分布在同一水平面上；
支架由具有電磁屏蔽功能的管材做成，管材內有容納報靶器信號線的空間，管材上表面開有七個帶螺紋的孔，管材上安裝有報靶器信號線插座，報靶器信號線通過報靶器信號線插座與現場計算機連接，現場計算機的信號輸出端通過無線收發模塊連接上位計算機的信號輸入端；
激波探頭Q0～Q6的結構相同，它們中的任意一個均包括外殼、激波傳感器和信號調理電路，激波傳感器和信號調理電路裝在外殼內，激波傳感器的信號輸出端連接信號調理電路的信號輸入端；
參照圖1，信號調理電路包括第一～第十電阻R1～R10、信號放大晶片U1、第一電容C1和第二電容C2，信號放大晶片U1是LM124晶片，LM124晶片的pin3作為信號輸入端、且通過第一電阻R1接地，LM124晶片的pin1一方面串接第二電阻R2和第三電阻R3後接地、另一方面依次串接第四電阻R4和第一電容C1後連接自身的pin6，LM124晶片的pin2連接第二電阻R2和第三電阻R3的公共端，LM124晶片的pin5接地，LM124晶片的pin7一方面通過第二電容C2和第五電阻R5組成的並聯電路連接自身的pin6、另一方面通過第六電阻R6連接自身的pin9，LM124晶片的pin9通過第七電阻R7連接自身的pin8，LM124晶片的pin8通過第八電阻R8連接自身的pin13，LM124晶片的pin10接地，LM124晶片的pin12一方面通過第九電阻R9接正電壓、另一方面通過第十電阻R10接地，LM124晶片的pin4接正電壓，LM124晶片的pin11接負電壓，LM124晶片的pin14作為信號調理電路的信號輸出端；
參照圖2，外殼包括主殼體1、異形壓墊2、端蓋3和第一～第三螺釘；參照圖3，主殼體1由主殼體一部1-1、主殼體二部1-2和主殼體三部1-3組成，主殼體一部1-1底部開有第一通孔1-11、上部有外螺紋1-12，報靶器信號線穿過第一通孔1-11與信號調理電路連接，主殼體二部1-2的外徑大於主殼體一部1-1的外徑，主殼體三部1-3中部開有第二～第四通孔、頂部開口，第二～第四通孔帶有螺紋，主殼體三部1-3的外徑小於主殼體二部1-2的外徑，外殼通過主殼體一部1-1的外螺紋1-12與支架螺接；參照圖4，異形壓墊2由壓墊一部2-1、壓墊二部2-2和壓墊三部2-3組成，壓墊一部2-1的外徑小於主殼體三部1-3的內徑，壓墊二部2-2呈圓臺狀、且最大外徑等於主殼體三部1-3的外徑，端蓋3的外徑等於主殼體二部1-2的外徑，端蓋3頂部開有直徑與壓墊三部2-3的外徑成過盈配合的第五通孔3-1，參照圖5，端蓋3頂部邊沿開有若干豁口3-2，端蓋3下部開有第六～第八通孔；
組裝時，將異形壓墊2從主殼體三部1-3的頂部插入，再將端蓋3套在異形壓墊2外部，然後將第六～第八通孔分別與第二～第四通孔對準，最後將第一～第三螺釘分別從第六～第八通孔插入後與第二～第四通孔螺接。
主殼體1和端蓋3均由具有電磁屏蔽功能的材料製成，異形壓墊2由絕緣材料製成。
實施例2一種平面布陣全方位入射激波報靶裝置
參照圖6，本實施例與實施例1的區別僅在於：
支架為T字型支架，第一～第七激波探頭Q0～Q6於支架的同一水平表面上呈T字型分布。
本實施例其它部分的結構特徵與實施例1相同。
實施例3一種平面布陣全方位入射激波報靶裝置
參照圖7，本實施例與實施例1的區別僅在於：
支架為∏字型支架，第一～第七激波探頭Q0～Q6於支架的同一水平表面上呈∏字型分布，其中第六激波探頭Q5、第四激波探頭Q3、第一激波探頭Q0、第五激波探頭Q4、第七激波探頭Q6依次排列在同一X軸方向直線上，第二激波探頭Q1與第四激波探頭Q3在同一Z軸方向直線上，第三激波探頭Q2與第五激波探頭Q4在同一Z軸方向直線上；
本實施例其它部分的結構特徵與實施例1相同。
實施例4一種平面布陣全方位入射激波報靶方法
本實施例利用實施例1～3中的任意一種平面布陣全方位入射激波報靶裝置來實現，該方法包括依次進行的以下步驟：
①第一～第七激波探頭Q0～Q6各自的激波傳感器檢測到彈丸產生的激波信號並發送給信號調理電路；
②信號調理電路將收到的激波信號實時處理並傳送給現場計算機；
③現場計算機接受信號調理電路傳送過來的信號並處理後獲得激波信號到達第二～第七激波探頭Q1～Q6的時間與到達第一激波探頭Q0的時間之差ΔT10～ΔT60，然後存儲時間差ΔT10～ΔT60並將其通過無線收發模塊發送至上位計算機；
④上位計算機對時間差ΔT10～ΔT60進行分析計算，得出彈丸的著靶坐標並顯示，具體實現方式包括依次進行的以下步驟，
④-1，參照圖8，以第一激波探頭Q0為原點、第一～第七激波探頭Q0～Q6所在平面為XZ平面、Y軸過原點且垂直於XZ平面，建立三維直角坐標系，圖8為由地理水平面上方向下看的俯視圖，Y軸垂直於X軸和Z軸，彈道沿Z軸方向前進且與Z軸成一定角度，虛線為俯視時靶平面在X軸、Z軸平面上的投影；
④-2，列出以彈丸在垂直於彈道的等效平面上的著靶縱坐標Y0、彈丸著靶橫坐標B0、彈丸入射方位角β、俯仰角彈丸速度VB、激波傳播速度Vs為未知數，其與實際測得的時間差ΔT10～ΔT60之間的關係的六個方程構成的方程組，
參照圖9，彈道在X軸、Z軸平面上的投影與Z軸的夾角定義為方位角，記為β，彈道向右時定義為正；彈道在Y軸、Z軸平面上的投影與Z軸的夾角定義為俯仰角，記為Φ，彈道向上時定義為正；Qi(i＝0，1,2,3,4,5,6)橫標為Xi，縱標為Zi，過傳感器Qi且垂直於入射彈道在X、Z平面上的投影作垂直輔助線，則該輔助線與Qi之間距離為Bi，Bi在Qi左方時定義為負，右方時定義為正；彈丸入射方位角β為彈道在X、Z平面上的投影與Z軸之間的夾角，彈道向右斜β為正值、向左為負，β的定義域為(-90°,+90°)；彈丸入射俯仰角Φ為彈道在X、Y平面上的投影與Z軸之間的夾角，彈道向上斜Φ為正值，向左為負，Φ的定義域為(-90°,+90°)；
激波由彈道與激波平面交點Pi傳導至傳感器Qi的時間為
彈丸由Pi點出發至激波傳導至傳感器Q0的時間為
綜合式Ⅰ、式Ⅱ，激波由Pi點傳導至Q0、Qi點的時間差為
令式Ⅲ中下標i分別為1、2、3、4、5、6，構成六個時間差方程組成的方程組；
④-3，解所述方程組；
④-4，得出彈丸的著靶坐標並顯示。
實施例5一種平面布陣全方位入射激波報靶方法
本實施例利用實施例2中的平面布陣全方位入射激波報靶裝置來實現。
為了分析方便，參照圖6，假設第六激波探頭Q5、第四激波探頭Q3、第一激波探頭Q0、第五激波探頭Q4、第七激波探頭Q6依次排列在同一直線上，第一激波探頭Q0、第二激波探頭Q1、第三激波探頭Q2依次排列在與第六激波探頭Q5、第四激波探頭Q3所在直線垂直的直線上，並且，第一～第七激波探頭Q0～Q6相鄰兩個激波探頭的距離相等；
參照圖10，在實施例3的分析基礎上，將實施例4中的Q0～Q6位置按如下坐標定義：
Q0(X0,Z0)＝(0，0)、Q1(X1,Z1)＝(0，L0)、Q2(X2,Z2)＝(0，2L0)、Q3(X3,Z3)＝(-L0，0)、Q4(X4,Z4)＝(L0，0)、Q5(X5,Z5)＝(-2L0，0)、Q6(X6,Z6)＝(2L0，0)，(L0≥0)，則六個激波探頭呈T字形分布，將相應參數代入式Ⅲ即可。
即便是第一～第七激波探頭Q0～Q6的相鄰兩個激波探頭的距離不相等，也可以按照實際情況定義它們的坐標，代入式Ⅲ求解。
最後應說明的是：以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換，如將七激波探頭在同一水平面內任意分布，如菱形、三角形、圓形或橢圓形等布局，只要七個激波探頭在同一平面內布置即可用實施例4中的方法實現激波報靶。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明權利要求保護的範圍之內。