[发明专利]一种火炮膛内弹丸运动状态参数测量系统

权利要求书

1.一种火炮膛内弹丸运动状态测量系统，其特征是：至少包括推杆(101)、第一相机(102)、第一标定板(103)、第二相机(104)、第二标定板(105)及计算单元(106)；所述的推杆(101)固定在弹丸的前方，并有一部分伸出火炮炮膛之外；所述的第一相机(102)用于获取推杆(101)的正视图，第二相机(104)用于获取推杆(101)的俯视图；第一标定板(103)和第二标定板(105)用于向第一相机(102)和第二相机(104)提供标定信息；第一相机(102)和第二相机(104)分别与计算单元(106)接口电连接，向计算单元(106)提供获取的图像信息，对图像信息进行存储和计算分析，获得弹丸的位置信息、位移、速度、加速度和弹丸(107)在膛内运动时间；

所述的推杆(101)的质量应远小于弹丸的质量，是弹丸的质量的1％以下，以减小推杆对弹丸运动的影响；

测量弹丸在膛内运动时间通过第一相机(102)和第二相机(104)的视频图像序列得到推杆(101)的位置信息，由其在图像上的位置得到像素坐标,再用第一标定板(103)和第二标定板(105)对第一相机(102)和第二相机(104)提供标定信息，对第一相机(102)和第二相机(104)进行标定，得到推杆(101)的实际的位置信息，进一步可以获得弹丸的空间位置信息；根据空间位置信息得到弹丸(107)尖端的位置坐标x₀-Lsinβ，y₀-Lsinα，z₀-Lcosαcosβ，弹丸(107)在三维空间中的倾斜角和推杆(101)一致，弹丸(107)与x轴和y轴的夹角分别为α和β；在t₁，t₂，t₃，t₄...时刻第一相机(102)和第二相机(104)记录ab两组图片，根据ab两组图片的角度参数确定推杆(101)的空间方向，由于弹丸(107)在膛内的方向和推杆(101)的方向完全相同，得到弹丸(107)在膛内的空间方向，从而可以分析弹丸(107)在膛内的进动、章动以及随机摆动；其中，推杆与x-o-z平面的夹角β以及推杆101尖端的坐标值x₀；推杆与y-o-z平面的夹角α和推杆101尖端的坐标值y₀和z₀；推杆的长度为L；

获取弹丸的位移、速度和加速度包括如下步骤：

给定：推杆的方向与z轴重合，从视频的图像序列中得到每一幅图片中的推杆前端位置z_i，i＝1，2，3...；

结合每一幅图片的时间信息t_i，i＝1，2，3...可以得到推杆101前端位置随时间变化的位移函数z(t)；

求z(t)对时间t的一阶微分可以得到推杆前端速度随时间的函数v(t)；

进一步求v(t)对时间t的一阶微分可以得到推杆前端加速度随时间的函数a(t)；

由于弹丸的速度和加速度与推杆相同，因此v(t)和a(t)分别是弹丸在膛内的速度和加速度。

2.根据权利要求1所述的一种火炮膛内弹丸运动状态测量系统，其特征是：所述第一相机(102)和第二相机(104)的帧率大于3000fps，在推杆运动时间段，第一相机(102)和第二相机(104)的取景范围内获取推杆十张以上的连续图像。