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专利号: 2013101223534
申请人: 中北大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一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;总控模块由一片现场可编程门阵列FPGA及存储器FLASH构成;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。

2.根据权利要求1所述的高速运动目标参数测试系统,其特征在于: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。

3.根据权利要求1所述的高速运动目标参数测试系统,其特征在于: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。

4.根据权利要求1、2或3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,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:目标的飞行速度为:v=S′/T;

4.3高速目标外形尺寸的获得

当高速目标飞行穿过激光光幕过程中,在任一采集时刻,被遮挡的光敏管多少即反映了目标截面在该方向上尺寸的投影,因此,可以根据各采集时刻所采集存储的光敏管阵列的输出状态,判别目标遮挡光敏管的多少,确定在该时刻X方向和Y方向目标截面的外形尺寸投影,譬如:若目标经过光幕遮挡光敏管的数目为N,每个光敏管尺寸为a,则该方向上的尺寸投影即为aN;在目标飞行穿过激光光幕过程中,经过高速采集,能够获得目标各个截面的两维投影尺寸;根据目标飞行速度和采样间隔时间,能够确定每个采样间隔内目标沿飞行方向的纵向尺寸,将各个时刻的采集数据,联合目标飞行速度和采样间隔时间,即得到重构目标的外形尺寸。