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专利号: 202210674680X
申请人: 西安工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 弹药;爆破
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:

1.一种基于无人机的弹丸炸点位置测试系统,其特征在于,包括:

无人机(4)和测试装置主体(1),测试装置主体(1)包括:

单模旋转平台(14),通过偏转驱动组件Ⅰ与所述无人机(4)底部连接,所述偏转驱动组件Ⅰ驱动所述单模旋转平台(14)水平转动;

三模旋转平台(24),通过偏转驱动组件Ⅱ与所述单模旋转平台(14)底部连接,所述偏转驱动组件Ⅱ驱动所述三模旋转平台(24)水平转动;

单模光学设备(15),设置在所述单模旋转平台(14)上,用于采集其它测试装置主体(1)的位置信息;

三模光学设备,设置在所述三模旋转平台(24)上并能够绕水平轴旋转,用于采集弹丸爆炸瞬间弹丸炸点的多帧频图像信息;

控制系统,用于接收地面标志物位置信息和多帧频图像信息,并将接收到的信息发送至地面显控系统(3),地面显控系统(3)对接收到的信息进行处理获得弹丸炸点的位置信息和相对坐标信息;无人机(4)底部设置有转台连接件(5);

所述偏转驱动组件Ⅰ包括:

单模基座(7),顶部通过减震连接件(6)与所述转台连接件(5)连接;

单模固定套筒(8),包括开口朝下的两个单模筒体,上方的所述单模筒体固定在所述单模基座(7)底部,两个所述单模筒体通过螺栓连接,且二者之间具有间隙;

滚动轴承Ⅰ(12),其内圈与下方的所述单模筒体外圈连接;

环状平台Ⅰ(13),其内环与所述滚动轴承Ⅰ(12)外圈连接,所述环状平台Ⅰ(13)顶部设置有与所述环状平台Ⅰ(13)同心的单模旋转套筒(37);所述单模旋转套筒(37)内壁沿周向设置有齿圈Ⅰ(35),所述单模旋转平台(14)固定在所述环状平台Ⅰ(13)底部;

单模驱动元件(10),固定在上方的所述单模筒体顶部,其输出轴端部传动连接有与齿轮Ⅰ(33),所述齿轮Ⅰ(33)穿过两个所述单模筒体之间的间隙并与所述齿圈Ⅰ(35)啮合;

角度编码器Ⅰ(11),固定在上方的所述单模筒体顶部,其转轴穿过下方的所述单模筒体与所述单模旋转平台(14)连接,所述控制系统接收所述角度编码器Ⅰ(11)的信号,并控制所述单模驱动元件(10)运行;

所述偏转驱动组件Ⅱ包括:

三模固定套筒(18),包括开口朝下的两个三模筒体,上方的所述三模筒体固定在所述单模旋转平台(14)底部,两个所述三模筒体通过螺栓连接,且二者之间具有间隙;

滚动轴承Ⅱ(22),其内圈与下方的所述三模筒体外圈连接;

环状平台Ⅱ(23),其内环与所述滚动轴承Ⅱ(22)外圈连接,所述环状平台Ⅱ(23)顶部设置有与所述环状平台Ⅱ(23)同心的三模旋转套筒(9);所述三模旋转套筒(9)内壁沿周向设置有齿圈Ⅱ(36),所述三模旋转平台(24)固定在所述环状平台Ⅱ(23)底部;

三模驱动元件(20),固定在所述上方的所述三模筒体顶部,其输出轴端部传动连接有齿轮Ⅱ(34),所述齿轮Ⅱ(34)穿过两个所述三模筒体之间的间隙并与所述齿圈Ⅱ(36)啮合;

角度编码器Ⅱ(21),固定在所述上方的所述三模筒体顶部,其转轴穿过下方的所述三模筒体与所述三模旋转平台(24)连接,所述控制系统接收所述角度编码器Ⅱ(21)的信号,并控制所述三模驱动元件(20)运行;

所述三模旋转平台(24)为倒U型结构,顶部与所述环状平台Ⅱ(23)底部连接;

所述三模光学设备包括设置在所述三模旋转平台(24)内的模块本体(25)及设置在所述模块本体(25)前侧的可见光相机(29)、红外热成像相机(30)、激光测距仪(31);所述三模旋转平台(24)一侧设置有旋转驱动元件,另一侧设置有角度编码器Ⅲ(26);所述旋转驱动元件的输出轴穿过所述三模旋转平台(24)与所述模块本体(25)的一侧连接,所述角度编码器Ⅲ(26)的转轴穿过所述三模旋转平台(24)与所述模块本体(25)的另一侧连接,所述控制系统接收所述角度编码器Ⅲ(26)的信号,并控制所述旋转驱动元件运行。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的弹丸炸点位置测试系统,其特征在于,所述偏转驱动组件Ⅰ通过减震连接件(6)与所述转台连接件(5)连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于无人机的弹丸炸点位置测试系统,其特征在于,所述单模旋转平台(14)的纵截面为矩形框,所述单模光学设备(15)设置在所述单模旋转平台(14)顶板底部,其光学镜头(16)伸出所述单模旋转平台(14)。

4.根据权利要求1所述的一种基于无人机的弹丸炸点位置测试系统,其特征在于,所述单模旋转平台(14)底部远离所述三模固定套筒(18)设置有限位伸缩杆,所述环状平台Ⅱ(23)上远离所述三模旋转套筒(9)开设有与所述限位伸缩杆配合的限位孔(32),所述控制系统控制所述限位伸缩杆的伸缩。

5.根据权利要求4所述的一种基于无人机的弹丸炸点位置测试系统,其特征在于,所述控制系统包括设置在所述无人机(4)内部的数据采集模块、通信模块及控制模块,所述通信模块用于与地面显控系统(3)通信,所述数据采集模块用于采集所述三模光学设备拍摄的多帧频图像信息,并通过所述通信模块将图像信息传输至地面显控系统(3);所述控制模块用于接收地面显控系统(3)的指令,调节所述单模光学设备(15)和三模光学设备的位置。

6.根据权利要求5所述的一种基于无人机的弹丸炸点位置测试系统,其特征在于,地面标识设备(2)包括设备本体及设置在设备本体内部的GPS模块和设置在设备本体顶部的标志物;所述GPS模块提供地面标识设备在地面的位置信息,所述标志物为所述无人机在空中布置的位置提供参考;基于地面标识设备(2)提供的标志物位置参考信息,通过调整所述测试装置主体(1)在空中的位置,形成覆盖弹丸爆炸范围的测试区域,为获得弹丸炸点的相对坐标信息提供计算依据。

7.一种根据权利要求6所述的一种基于无人机的弹丸炸点位置测试系统的测试方法,其特征在于,包括以下步骤:在测试前,将三个测试装置主体(1)即测试装置主体A、测试装置主体B、测试装置主体C飞行到空中设定位置和高度,并将三个测试装置主体(1)的空间位置信息及地面标识设备(2)的GPS提供的地面标志物

位置信息od(xdQ,ydQ,zdQ)传输给地面显控系统(3);

地面显控系统(3)控制三个测试装置主体,调整三个测试装置主体在x、y和z方向的空间位置,使得三个测试装置主体在y方向的高度相同,并且三个测试装置主体与地面标志物位置分别在x和z方向的距离差绝对值相同;

将三个测试装置主体的三模旋转平台(24)锁定,地面显控系统(3)向控制模块发送指令,控制单模驱动元件(10)运行实现单模旋转平台(14)与三模旋转平台(24)同步旋转;

地面显控系统(3)再次发送指令,控制模块控制其中测试装置主体A和B的单模驱动元件(10)运行,使得单模光学设备(15)水平偏转和拍摄同步进行,并将当前水平偏转状态下拍摄的图像信息传输给地面显控系统(3),直到测试装置主体A的单模光学设备(15)拍摄的图像信息中测试装置主体B在视场中心成像,以及测试装置主体B的单模光学设备(15)拍摄的图像信息中测试装置主体A在视场中心成像,此时,地面显控系统(3)显示测试装置主体A和测试装置主体B的单模光学设备(15)偏转角αSAB和αSBA;

同样的调整方法,地面显控系统(3)显示测试装置主体A和测试装置主体C的单模光学设备(15)偏转角αSAC和αSCA,测试装置主体B和测试装置主体C的单模光学设备(15)偏转角αSBC和αSCB;

解锁三个测试装置主体的三模旋转平台(24),地面显控系统(3)控制测试装置主体中的三模光学设备拍摄地面标识设备(2),使得三模光学设备的姿态角调整和拍摄同步进行,将当前姿态状态下拍摄的图像信息传输给地面显控系统(3),通过图像处理技术获得地面标识设备(2)的成像信息,直到该成像信息在三个测试装置主体的三模光学设备的视场中心,形成弹丸爆炸范围内的测试区域;此时,地面显控系统(3)给出三模光学设备当前的姿态角,通过角度编码器III(26)可得到三模光学设备的俯仰角 和 结合单模光学设备(15)偏转角和三模光学设备的偏转角,得到三模光学设备的相对偏转角αAB、αAC、αBA、αBC、αCA和αCB;

当弹丸发射后同步触发三个三模光学设备的可见光相机(29)连续拍摄,获得多帧图像信息并给出弹丸爆炸时刻弹丸炸点位置的像素坐标信息PA(XA,YA)、PB(XB,YB)和PC(XC,YC);

采用测试装置主体A和测试装置主体B构建的双目视觉交会系统,建立弹丸炸点位置解算模型如公式(1)所示;同理,采用测试装置主体B和测试装置主体C构建的双目视觉交会系统,建立弹丸炸点位置解算模型如公式(2)所示;采用测试装置主体A和测试装置主体C构建的双目视觉交会系统,建立弹丸炸点位置解算模型如公式(3)所示,获得弹丸炸点位置;

其中,

fA、fB、fC分别为三个测试装置主体(1)中的三模光学设备的可见光相机(29)的焦距;

结合弹丸炸点位置,建立以地面标识设备为基准弹丸爆炸后炸点位置信息,如公式(4)‑(6);

其中,(x'AB,y'AB,z'AB)、(x'BC,y'BC,z'BC)、(x'CA,y'CA,z'CA)分别为将测试装置主体A和测试装置主体B、测试装置主体B和测试装置主体C、测试装置主体A和测试装置主体C构建的双目视觉交会系统解算出的弹丸炸点位置转换为以地面标识设备为基准的炸点位置;

采用平均值计算方法确定弹丸炸点的相对坐标信息,如式(7)所示: