一种基于红外激光的弹道成像方法和系统技术方案

本发明专利技术提出一种基于红外激光的弹道成像方法和系统，该系统包括：红外激光发射模块、接收模块和上位机；其中所述红外激光发射模块由电源、红外激光束阵列、散射镜、准直镜以及外壳组成；接收模块由带通滤光片、光电二极管阵列、外框和数据接口组成，该系统中红外激光束阵列发射多束红外激光，经散射镜和准直镜的作用，多条独立的红外激光束形成可完全覆盖光电二极管阵列的红外激光柱；接收模块上的带通滤光片可透过波长处于红外光范围内的光波；所述光电二极管阵列接收到红外信号而形成通路，上位机记录光电二极管阵列上各光电二极管的通电情况。情况。情况。

【技术实现步骤摘要】
一种基于红外激光的弹道成像方法和系统


[0001]本专利技术涉及计时测速领域，具体涉及一种基于红外激光的弹道成像方法和系统。

技术介绍

[0002]目前高速侵彻/穿甲金属板实验领域中，弹体出靶速度、姿态及弹道轨迹是重要实验参数，一般采用高速摄影法和靶网测速法获取相关信息。高速摄影法时利用高速摄像机拍摄弹体穿靶过程，记录弹体相对位置和姿态，通过计算一定时间间隔内的弹体空间位置得到弹体速度和运动轨迹。
[0003]现有技术中高速摄影系统依靠高速摄像机拍摄时间间隔为微秒级的照片，记录高速运动弹体的实时运动情况，在实验后通过照片的分析处理，获得弹体的运动状态，是穿甲/侵彻实验中普遍使用的测试手段。其具有如下缺点：(1)对光照要求极高：在无外设光源的低光照条件下，无法获得高帧率图像；(2)受强光影响大：对金属目标的穿甲/侵彻过程中会产生极强的火光，高速摄像机过曝而无法获得弹体在火光区内的运动状态。
[0004]现有技术中还经常使用光幕测试系统，其与靶网测试系统的原理相似，区别在于测试靶优化为光幕靶。光幕靶主要由光幕发射器和接收器组成，光幕发射器在其与接收器之间产生光幕。当弹体穿过光幕时，接收器上部分光被遮挡从而产生信号。随后根据测试靶间距和各接收器的信号时间差计算弹体运动速度。其具有如下缺点：(1)只能获得弹体的运动速度，无法确定运动弹体的运动轨迹及姿态；(2)靶板破碎时产生大量破片，部分破片速度高于实验弹体，先于实验弹体穿过测试靶，从而导致无法确定信号是否由弹体产生。
[0005]正交光幕测试系统是光幕测试系统的改进，其基本原理为：测试靶由两对正交放置的光幕发射器
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接收器，在同一平面上形成垂直交错的光幕；弹体穿过光幕时，对应位置的垂直、水平接收器产生信号，从而计算此时弹体在测试靶的水平、竖直位置；结合多个间隔布置的测试靶获得弹体的弹道位置，进而获得弹体整个运动过程中弹体在不同时刻的水平、竖直、弹道位置，实现弹体的运动轨迹速度记录。其缺点在于：(1)无法获得任意时刻弹体的偏转姿态；(2)数据精度与测试靶的数量有关，外场试验中不易布置过多的测试靶，效费比低；(3)受靶板碎片影响大，无法确定信号是否由弹体产生。
[0006]可见如何获取位于火光区弹体的弹道轨迹，尤其是弹体偏转姿态，实现高速穿甲实验中弹体穿靶后的运动状态实时监测是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于红外激光的弹道成像方法，该方法可获得弹体在靶后火光区内的运动轨迹、弹体偏转，其中红外激光发射模块1由电源101、红外激光束阵列102、散射镜103、准直镜104以及外壳105组成；接收模块2由带通滤光片201、光电二极管阵列202、外框203和数据接口204组成；
[0008]红外激光束阵列102发射多束红外激光，经散射镜103和准直镜104的作用，多条独立的红外激光束形成可完全覆盖光电二极管阵列202的红外激光柱；接收模块2上的带通滤
光片201可透过波长处于红外光范围内的光波；所述光电二极管阵列202接收到红外信号而形成通路，上位机3记录光电二极管阵列202上各光电二极管的通电情况；
[0009]当子弹穿过实验靶板并运动至红外激光区时，弹体遮挡部分红外激光，光电二极管阵列202对应位置处的光电二极管无光信号，结合光电二极管在光电二极管阵列202上的空间位置，上位机3可绘制出不同时刻的弹体姿态和空间位置。
[0010]特别地，根据红外激光开
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关频率T和所述弹体在光电二极管阵列202中运动的总时长t，可得到T
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t帧记录有弹体空间位置和弹体姿态的图像，进一步可计算得出弹体速度和弹体运动轨迹。
[0011]特别地，红外激光发射模块1中，电源101、红外激光束阵列102、散射镜103和准直镜104依次固定于外壳105中；电源101与红外激光束阵列102连接，是红外激光阵列102的供电输入口；红外激光束阵列102的发射端前方为散射镜103，散射镜后方为准直镜104；红外激光束阵列102散射镜103和准直镜104之间存在最优距离，根据红外激光阵列的尺寸调整。
[0012]特别地，所述接收模块2中，所述外框203为一面开口的金属盒状壳体；所述光电二极管阵列202位于外框203所围成的空腔中；感光元件朝所述外框203开口方向；所述带通滤光片201覆盖在所述外框203开口处，形成密封环境；所述光电二极管阵列202由集成电路和光电二极管阵列组成，方形光电二极管成矩阵式依次紧密排布，形成光电二极管阵列。
[0013]特别地，数据接口204与光电二极管阵列202连接，将光电二极管阵列202采集的信号发送至上位机3。
[0014]本专利技术还提出了一种基于红外激光的弹道成像系统，该系统包括：红外激光发射模块1、接收模块和上位机；其中所述红外激光发射模块1由电源101、红外激光束阵列102、散射镜103、准直镜104以及外壳105组成；接收模块2由带通滤光片201、光电二极管阵列202、外框203和数据接口204组成，其特征在于，该系统中红外激光束阵列102发射多束红外激光，经散射镜103和准直镜104的作用，多条独立的红外激光束形成可完全覆盖光电二极管阵列202的红外激光柱；接收模块2上的带通滤光片201可透过波长处于红外光范围内的光波；所述光电二极管阵列202接收到红外信号而形成通路，上位机3记录光电二极管阵列202上各光电二极管的通电情况；
[0015]当子弹穿过实验靶板并运动至红外激光区时，弹体遮挡部分红外激光，光电二极管阵列202对应位置处的光电二极管无光信号，结合光电二极管在光电二极管阵列202上的空间位置，上位机3可绘制出不同时刻的弹体姿态和空间位置。
[0016]有益效果：
[0017](1)本专利技术的方案可获得弹体在靶后火光区内的运动轨迹、弹体偏转；
[0018](2)本专利技术的方案可监测弹体的实时运动状态，速度测量精度更高；
[0019](3)本专利技术的方案不受靶板碎片影响，从光电二极管阵列获得的图像可区分弹体和碎片的轮廓；
[0020](4)本专利技术的方案设备安装简单，适用于任何光照条件。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的测试系统的示意图；
[0022]图2为红外激光发射模块1的示意图；
[0023]图3为接收模块2的示意图；
[0024]图4为本专利技术中弹道成像工作原理示意图
[0025]图5为本专利技术中光电二极管阵列工作示意图
[0026]图中，1、红外激光发射模块，2、接收模块，3、上位机，101、电源，、102、红外激光束阵列，103、散射镜，104、准直镜，105、外壳，201、带通滤光片，202、光电二极管阵列，203、外框，204、数据接口。
具体实施方式
[0027]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0028]本专利技术提供了一种基于红外激光的弹道成像方法，适用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于红外激光的弹道成像方法，其特征在于，该方法中红外激光发射模块(1)由电源(101)、红外激光束阵列(102)、散射镜(103)、准直镜(104)以及外壳(105)组成；接收模块(2)由带通滤光片(201)、光电二极管阵列(202)、外框(203)和数据接口(204)组成；红外激光束阵列(102)发射多束红外激光，经散射镜(103)和准直镜(104)的作用，多条独立的红外激光束形成可完全覆盖光电二极管阵列(202)的红外激光柱；接收模块(2)上的带通滤光片(201)可透过波长处于红外光范围内的光波；所述光电二极管阵列(202)接收到红外信号而形成通路，上位机(3)记录光电二极管阵列(202)上各光电二极管的通电情况；当子弹穿过实验靶板并运动至红外激光区时，弹体遮挡部分红外激光，光电二极管阵列(202)对应位置处的光电二极管无光信号，结合光电二极管在光电二极管阵列(202)上的空间位置，上位机(3)可绘制出不同时刻的弹体姿态和空间位置。2.如权利要求1所述的基于红外激光的弹道成像方法，其特征在于，根据红外激光开
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关频率T和所述弹体在光电二极管阵列(202)中运动的总时长t，可得到t
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T帧记录有弹体空间位置和弹体姿态的图像，进一步可计算得出弹体速度和弹体运动轨迹。3.如权利要求1所述的基于红外激光的弹道成像方法，其特征在于，红外激光发射模块(1)中，电源(101)、红外激光束阵列(102)、散射镜(103)和准直镜(104)依次固定于外壳(105)中；电源(101)与红外激光束阵列(102)连接，是红外激光阵列102的供电输入口；红外激光束阵列(102)的发射端前方为散射镜(103)，散射镜后方为准直镜(104)；红外激光束阵列(102)散射镜(103)和准直镜(104)之间存在最优距离，根...

【专利技术属性】
技术研发人员：武海军，邓希旻，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：