基于平面方程的六光幕精度靶工程化建模及精度分析
发布时间：2021-04-17 01:15
针对传统几何法在六光幕精度靶测量模型解算及精度分析中因取近似结构参数而引入误差的问题,提出了基于平面方程的精确解算及精度分析法.依据工程实际,构建了高通用性的六光幕精度靶工程化测量模型及误差传递模型,系统地仿真比较了两类六幕结构中靶距及靶距误差、斜幕角度及角度误差、光源和接收对准误差等多误差源对弹丸速度及着靶坐标测量结果的影响,获得了一系列探测靶面内的测量误差分布数据,并结合实际给出了一个可满足坐标测量误差小于3 mm,相对测速误差小于0.3%指标的工程设计实例.研究结果可为六光幕精度靶的工程化设计与精度评估提供可靠的理论基础及数据参考.
【文章来源】：光子学报. 2020,49(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
六光幕阵列构成
六光幕阵列的理想化模型如图2所示，P1～P6表示6个光幕，在图2(a）所示的“双平行”结构中，P1和P6相互平行且垂直于水平面，P1和P6之间的距离S即为靶距；P2、P4和P3、P5为两对倾斜的平行光幕，P2、P4垂直XOZ平面且相对P1、P6幕的倾斜角度均为α，P3与P5垂直XOY平面且相对P1、P6幕的倾斜角度均为β.图2(b）所示“双V”形六光幕阵列与“双平行”结构的主要区别在于倾斜光幕P2与P4、P3与P5相对设置成V形.目前常用的测量模型的解算方法为空间解析几何法，以图2(a）所示的双平行结构为例，若已知靶距为S，斜幕P2、P4倾斜角均为α，斜幕P3、P5倾斜角均为β，弹丸经过各光幕的时间为t1～t6，则求解弹丸入射坐标x、y，速度v，俯仰角θ，方向角γ的公式为
平面方程法求解与几何法相比，不受各幕面空间结构假设的限制，可通过构建六个独立的空间平面，借助标定结构参数拟合得的六个平面结果进行精确解算，有利于提高装调效率及解算精度；同时，由于各幕面表达式独立且包含幕面的四个空间位置参数，也有利于单独分析单个幕面参数变化对测量结果的影响.本文基于平面方程法，以一双V型六光幕精度靶为例，建立了如图3(a）所示的通用工程化结构模型和如图3(b）所示的通用幕面模型.如图3(a）所示，P1～P6为六个光幕面，以光幕P1作为XOY平面（即测量坐标基准平面），坐标原点O位于其有效探测幕面中心，Z轴为垂直于XOY平面的理想弹道入射方向，On为各光幕Pn与Z轴的交点，kn(An,Bn,Cn）为Pn的法向量，n的取值为1～6.对光幕Pn而言，其对应的平面方程中，-Dn为该幕与Z轴交点的Z坐标，An、Bn、Cn分别为该幕法向量kn的X轴、Y轴、Z轴分量.在光幕面确定的情况下，其法向量kn的各分量必然呈一固定比例关系，为便于分析与计算，在本模型中Cn取固定值1.此时，An可直接反映幕面与YOZ平面的夹角、Bn可直接反映幕面与XOZ平面的夹角、-Dn可直接反映幕面与Z轴交点的位置.由此即可得到六光幕精度靶P1～P6幕面的平面方程为
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于工程模型的六光幕阵列天幕立靶弹头坐标测量不确定度评定方法研究[J]. 陈瑞,倪晋平,刘金龙. 兵工学报. 2019(03)
[2]基于三线阵CCD空间目标的高精度位姿解算[J]. 王艳,袁峰,姜宏,陈伟. 光学学报. 2018(05)
[3]双V型六光幕阵列测试精度分析[J]. 陈瑞,倪晋平,胡旭. 光电工程. 2016(01)
[4]四光幕精度靶工程化模型及测量精度分析[J]. 高芬,曾祥伟,倪晋平,安莹. 光子学报. 2015(08)
[5]弹丸穿过梯形光幕过幕时刻提取算法研究[J]. 田会,倪晋平,焦明星. 光子学报. 2014(12)
[6]一体化结构四组合光幕阵列测量研究[J]. 田会,倪晋平. 仪器仪表学报. 2014(02)
[7]斜入射弹丸着靶位置立靶测量原理[J]. 倪晋平,田会. 光学技术. 2006(04)
博士论文
[1]基于光幕阵列的变速曲线弹道弹丸飞行参数测量方法研究[D]. 田会.西安理工大学 2016
本文编号：3142527
【文章来源】：光子学报. 2020,49(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
六光幕阵列构成
六光幕阵列的理想化模型如图2所示，P1～P6表示6个光幕，在图2(a）所示的“双平行”结构中，P1和P6相互平行且垂直于水平面，P1和P6之间的距离S即为靶距；P2、P4和P3、P5为两对倾斜的平行光幕，P2、P4垂直XOZ平面且相对P1、P6幕的倾斜角度均为α，P3与P5垂直XOY平面且相对P1、P6幕的倾斜角度均为β.图2(b）所示“双V”形六光幕阵列与“双平行”结构的主要区别在于倾斜光幕P2与P4、P3与P5相对设置成V形.目前常用的测量模型的解算方法为空间解析几何法，以图2(a）所示的双平行结构为例，若已知靶距为S，斜幕P2、P4倾斜角均为α，斜幕P3、P5倾斜角均为β，弹丸经过各光幕的时间为t1～t6，则求解弹丸入射坐标x、y，速度v，俯仰角θ，方向角γ的公式为
平面方程法求解与几何法相比，不受各幕面空间结构假设的限制，可通过构建六个独立的空间平面，借助标定结构参数拟合得的六个平面结果进行精确解算，有利于提高装调效率及解算精度；同时，由于各幕面表达式独立且包含幕面的四个空间位置参数，也有利于单独分析单个幕面参数变化对测量结果的影响.本文基于平面方程法，以一双V型六光幕精度靶为例，建立了如图3(a）所示的通用工程化结构模型和如图3(b）所示的通用幕面模型.如图3(a）所示，P1～P6为六个光幕面，以光幕P1作为XOY平面（即测量坐标基准平面），坐标原点O位于其有效探测幕面中心，Z轴为垂直于XOY平面的理想弹道入射方向，On为各光幕Pn与Z轴的交点，kn(An,Bn,Cn）为Pn的法向量，n的取值为1～6.对光幕Pn而言，其对应的平面方程中，-Dn为该幕与Z轴交点的Z坐标，An、Bn、Cn分别为该幕法向量kn的X轴、Y轴、Z轴分量.在光幕面确定的情况下，其法向量kn的各分量必然呈一固定比例关系，为便于分析与计算，在本模型中Cn取固定值1.此时，An可直接反映幕面与YOZ平面的夹角、Bn可直接反映幕面与XOZ平面的夹角、-Dn可直接反映幕面与Z轴交点的位置.由此即可得到六光幕精度靶P1～P6幕面的平面方程为
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于工程模型的六光幕阵列天幕立靶弹头坐标测量不确定度评定方法研究[J]. 陈瑞,倪晋平,刘金龙. 兵工学报. 2019(03)
[2]基于三线阵CCD空间目标的高精度位姿解算[J]. 王艳,袁峰,姜宏,陈伟. 光学学报. 2018(05)
[3]双V型六光幕阵列测试精度分析[J]. 陈瑞,倪晋平,胡旭. 光电工程. 2016(01)
[4]四光幕精度靶工程化模型及测量精度分析[J]. 高芬,曾祥伟,倪晋平,安莹. 光子学报. 2015(08)
[5]弹丸穿过梯形光幕过幕时刻提取算法研究[J]. 田会,倪晋平,焦明星. 光子学报. 2014(12)
[6]一体化结构四组合光幕阵列测量研究[J]. 田会,倪晋平. 仪器仪表学报. 2014(02)
[7]斜入射弹丸着靶位置立靶测量原理[J]. 倪晋平,田会. 光学技术. 2006(04)
博士论文
[1]基于光幕阵列的变速曲线弹道弹丸飞行参数测量方法研究[D]. 田会.西安理工大学 2016
本文编号：3142527
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