[发明专利]一种高速运动目标参数测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于测试技术领域，具体涉及一种高速运动目标参数测试系统及方法。

背景技术

本发明中的高速运动目标主要指常规弹丸、战斗部爆炸产生的破片、爆炸成型弹丸（EFP）等。对于高速运动目标速度的测试，现有的方法常采用激光靶、LED光明靶、天幕靶、线圈靶、网靶等装置，对于斜入射造成的靶距误差没有修正，且不具备测坐标和测物体尺寸功能；对于高速运动目标的坐标，常采用线阵CCD（或CMOS）相机交汇测试的方法，也有采用光幕交汇的方法，但一般系统复杂，且不具备测试被测目标速度、外形尺寸等功能。

发明内容

本发明的目的是针对现有高速运动测试技术存在的不足和问题，提供一种能够实现对高速运动目标速度、坐标和外形尺寸等参数的测试系统及方法。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

一种高速运动目标参数测试系统，其特征在于：包括启动靶与停止靶、数据采集模块、总控模块及数据传输处理模块构成；所述的启动靶和停止靶分别由矩形激光光幕发射单元、光敏管阵列及放大整形单元构成，形成虚设的薄光幕靶面，沿高速目标飞行方向，先通过的为启动靶，后通过的为停止靶，两靶面相互平行布置，固定间距为S；其中：

所述的数据采集模块由内建先入先出缓冲存储器FIFO的若干片现场可编程门阵列FPGA构成；为描述方便，用来实现数据采集的FPGA后面文中统称为采集FPGA，先入先出缓冲存储器FIFO简称为FIFO；总控模块由一片现场可编程门阵列FPGA及存储器FLASH构成；为描述方便，用来实现总控的FPGA后面文中统称为总控FPGA；所述的数据传输处理模块包含USB数据接口与上位计算机；启动靶与停止靶的数据通过数据采集模块和总控模块采集并存储，并由USB数据接口传输给上位计算机，上位计算机数据处理并将破片的速度、着靶坐标和外形尺寸解算出来。

所述的启动靶与停止靶，由X、Y两方向的矩形激光光幕发射单元、光敏管阵列及放大整形单元构成，形成一个虚设的薄光幕靶面，当高速运动目标飞行穿过激光光幕的区域时，X轴和Y轴光敏管阵列中对应部分的光敏管所接收到的光通量由强变弱，经光电转换、放大整形，形成反转电平，利用采集FPGA和总控FPGA进行并行数据采集存储，能够获得该时刻运动目标横截面X、Y方向上的投影尺寸及坐标位置，根据启动靶和停止靶上目标的坐标关系，确定运动目标相对于靶面的飞行角度，继而用来修订实际的飞行靶距，获得更高的测速精确度；而且，在总控FPGA的控制下，在高速目标飞行穿过薄激光光幕的区域过程中，对各时刻X、Y方向光敏管阵列所有电平状态进行高速并行采样存储，相当于对目标的各个截面尺寸进行扫描采样，通过数据处理即能够恢复出目标的外形尺寸。

所述的激光光幕为矩形激光光幕，由激光器与菲涅尔透镜形成，把一个线光源激光器放在菲涅尔透镜的焦点处，激光器输出的扇形激光经过菲涅尔透镜后形成矩形激光光幕。

根据以上所述的一种高速运动目标参数测试系统的测试方法，其特征在于：高速运动目标参数的获得是将存储的数据经通信接口传输至上位计算机，经数据处理后能够获得高速目标的坐标、速度、外形尺寸参数；其中：

4.1坐标的获得

当高速目标飞行穿过激光光幕区域时，光敏管阵列的状态被高速采集；对于每一采集时刻，根据被遮挡的光敏管的位置，即给出一个坐标位置，将高速目标飞行穿过启动靶过程中各时刻获得的坐标进行平均，作为目标穿越启动靶时的坐标值（X₁,Y₁）；同理，获得其穿过停止靶时的坐标值（X₂,Y₂）；

4.2速度的计算

由于系统在采集存储每一帧数据的同时，其对应的各个时刻对于触发计时零点的计数也同时被存储，对应每一帧数据中的计数位，提取目标飞行穿过启动靶和停止靶的第一帧数据的计数位C1、C2，（当然也可以提取其他特征时刻），根据采样率能够计算出目标飞行穿过两光幕间的时间T=（C2-C1）/采样率；假设两平行光幕间垂直距离，即理论靶距为S,则根据目标经过两个光幕的坐标（X₁,Y₁）、(X₂,Y₂),能够获得修正后目标在两光幕间的实际飞行距离为：