[发明专利]膛内弹丸速度测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种膛内弹丸速度测量系统及测量方法，包括连续激光器，连续激光器的出射光侧依次同轴设置有第一反射镜，长焦透镜组和第二反射镜，其中第一反射镜中间带孔；第一反射镜的反射光路上设置有缩径透镜组；在缩径透镜组一侧设置有鉴频及光学探测组件，所述鉴频及光学探测组件依次包括同轴设置的窄带滤光片、固定腔Fizeau干涉仪、平凸透镜、柱面透镜和条纹相机，条纹相机与信号处理单元连接。本发明采用固定腔结构的Fizeau干涉仪作为鉴频器，结构简单，抗外界干扰能力强，测量中可免除对干涉仪的调节，提高测量效率；且生成的干涉条纹为线性条纹，经柱面透镜沿线条纹方向汇聚后极大地提高了激光能量利用率，不仅便于探测更有利于后续信号处理。

技术领域

本发明属于靶场弹道参数测试技术领域，涉及一种膛内弹丸速度测量系统及测量方法。

背景技术

弹丸在炮管中运动速度的测量对发展内弹道理论，研究新型火炮、轻武器以及对武器进行校验等都有重要的意义。

弹丸内弹道运动速度测试常用方法有数值模拟、微波干涉测量技术和激光干涉测速技术。数值模拟是基于一定假设条件下的理想推演，因而得到的内弹道运动参数具有不确定性。微波干涉技术采用多普勒原理测速，受限于微波本身的波长(厘米级或毫米级)远远大于激光波长，因此其测量精度也远远小于激光干涉测速。激光干涉测速同样基于多普勒测速原理，能以极高的速度分辨率精确地连续测量炮弹从起飞到出炮口的速度历程。目前应用广泛的是可测量任意反射表面的速度干涉仪(VISAR)和传统的Fabry-Perot干涉测速仪，前者基于外差探测，后者基于条纹成像直接探测技术。后者相对前者最主要的优点是在样品速度波动和光强变化时，对记录环纹位置的Fabry-Perot干涉仪(FPI)没有影响，而对记录VISAR条纹的光电倍增管输出拍频干涉波形的振幅却造成较大的影响，因而影响精度。Fabry-Perot干涉仪是一种多光束干涉仪，具有较高的分辨本领。1968年，P.M.Johnson和T.J.Bargess首次利用Fabry-Perot干涉仪传输函数和入射光频率之间的关系测量样品运动引起的多普勒频移技术。它是借助于Fabry-Perot标准具作为分光原件的光谱技术，最大的优点在于样品速度与干涉条纹的位置关联，与条纹的强度无关，所以能更好地排除测量中杂散信号的影响。James、Jackson和Self等都应用其测量多普勒频率，这种方法还被Avidor用于湍流高速射流的测量。国内，兵器部204所田清政教授等人采用氦氖激光器作光源，与国内的301变象管相配研制了Fabry-Perot测速仪，同时对国外的Fabry-Perot干涉仪作了一定的改进。Fabry-Perot干涉仪测速克服了VISAR干涉光路复杂、调整困难、容易受光强变化影响及精度不够高的缺点，但Fabry-Perot干涉仪系统的干涉条纹是环状条纹，不利于探测及后续数据处理；而Fizeau干涉仪(FI)可以生成等厚的线条纹，利于后续探测，因此在直接探测多普勒激光雷达中有广泛的应用。J.A.Mckay于2002年首次提出利用Fizeau干涉仪(FI)进行多普勒频移检测，欧洲空间局(ESA)论证了FI用于测风激光雷达的可行性，并于2008年发射了全球第一台星载直接探测测风激光雷达计划(ADM-Aeolus)，米(Mie)通道就采用了FI条纹技术测量气溶胶散射信号。国内，中国科学院上海光机所的刘继桥，中国科学院安徽光机所的沈发华、孙东松，上海电力学院的杨春沪以及南京信息工程大学的卜令兵等均对基于Fizeau干涉仪的多普勒激光雷达进行了理论和实验研究。但是，上述研究都聚焦于将基于FI的条纹图像检测技术应用于测量风速的多普勒激光雷达中，尚未见用于膛内弹丸或硬目标的速度测量中。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供膛内弹丸速度测量系统及其测量方法。解决使用FPI干涉仪存在的能量利用率低，环状干涉条纹不利于探测的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：