[发明专利]一种利用影像测量弹丸速度与姿态的方法

说明书

本发明公开了一种利用影像测量弹丸速度与姿态的方法，包括以下步骤：（1）速度测量：测量弹丸在特定的时间飞行的距离，再根据公式：计算出速度；（2）姿态测量：在水平平面和垂直平面分别测量弹丸轴线的投影夹角，设定弹丸轴线与水平方向的夹角为α，与垂直方向的夹角为β，即得描述弹丸飞行姿态的俯仰角和侧偏角。本发明具有以下优点：测速的结果更加接近弹丸的即时速度；可测量的弹丸种类多；可测量弹丸即时姿态，能够如实地提取飞行弹丸的多个飞行特征，尤其是弹丸的姿态角参数。

技术领域

本发明涉及一种测量方法，具体是一种利用影像测量弹丸速度与姿态的方法。

背景技术

一、速度测量：目前国内外弹丸测速普遍采用测量单位距离所用的时间，再根据距离与时间的比值，进而求得弹丸的速度。通常采用的方法有：

1.线圈法：线圈靶是将起始靶和截止靶置于预定轨道且间隔一定距离L当磁化弹丸依次穿越两靶时，产生起始和截止两个信号，用这两个信号控制测时仪，便可测得弹丸在该区间的飞行时间T，根据式：v=L/T可计算出弹丸穿越两个线圈靶间的平均速度也即该区间中点的瞬时速度。

2.光幕法：光幕靶是一种利用光电转换原理作为启动和停止装置的测速方法。当弹丸从光幕上方通过时，改变了落在光电管上的光，于是便产生一个信号，使计时仪开始或停止工作。他的主要优点是可以在弹道上测量飞行时间，而不会妨碍弹丸的正常飞行，但由于缺乏一般的空间分辨能力，使用上受到限制。

3.铝箔靶：铝箔靶是用两块铝箔中间夹一块泡沫聚苯乙烯绝缘材料制成，当弹丸通过第一个铝箔时电路接通计时仪开始工作；通过第二块铝箔时，计时仪停止工作。再利用测得的时间、距离求得弹丸速度。

二、姿态测量：国内外广泛开展关于导弹和炮弹的姿态测量，主要是运用陀螺仪原理和CCD原理测量弹体的姿态角，但对于子弹弹丸，无法将陀螺仪置于子弹弹丸内，且CCD扫描速度有限，无法捕捉到弹丸的飞行姿态，所以关于弹丸飞行姿态的研究在文献中尚不多见。有些文献仅是利用测量弹道角度近似等价弹丸的姿态角。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用影像测量弹丸速度与姿态的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用影像测量弹丸速度与姿态的方法，包括以下步骤：

（1）速度测量：测量弹丸在特定的时间飞行的距离，再根据公式：计算出速度；具体包括以下步骤：利用高速相机将子弹飞行的轨迹拍成多帧画面，选定弹丸可视窗口中的第一帧图像和最后一帧图像进行分析，确定弹丸在画面中的相对位置，并与原窗口尺寸进行对比，确定两幅图像中弹丸的实际距离，即可得到实际的飞行距离s，确定两幅画面的拍摄时间，进而求得弹丸速度v；

（2）姿态测量：在水平平面和垂直平面分别测量弹丸轴线的投影夹角，设定弹丸轴线与水平方向的夹角为α，与垂直方向的夹角为β，即得描述弹丸飞行姿态的俯仰角和侧偏角；具体包括以下步骤：在垂直方向和水平方向利用高速相机抓拍飞行弹丸，在对应的视窗图像中测算弹轴在图像水平方向的投影dx和图像垂直方向的投影dy，无论测量俯仰角还是侧偏角，均利用公式：α（β）=tan-1dy/dx求得；

作为本发明进一步的方案：采集间隔Δt应满足：△t＜S/v。