專利名稱：一種基于磁梯度法的水下槍彈著靶參數(shù)測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量水下槍彈飛行速度及著靶姿態(tài)的磁梯度靶。屬?gòu)椡杷峦鈴椀罍y(cè)試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在水下槍械研制過程中，彈丸的著靶位置、姿態(tài)和速度是經(jīng)常需要測(cè)量的關(guān)鍵彈道參數(shù)。目前常用的水下槍械彈道參數(shù)測(cè)量方法主要分為兩類一類是利用彈丸光電信息的攝影法和光電靶法；這類方法可同時(shí)測(cè)量彈丸的速度、位置和姿態(tài)信息，具有測(cè)量精度高、動(dòng)態(tài)范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)水質(zhì)要求較高，因此僅限于室內(nèi)靶場(chǎng)使用。另一類是線圈靶法； 它利用彈丸磁場(chǎng)在線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)測(cè)量彈丸著靶速度。線圈靶法具有成本低、不受水質(zhì)及彈丸空泡影響的顯著優(yōu)點(diǎn)，但該方法不能測(cè)量著靶姿態(tài)，同時(shí)，速度測(cè)量精度易受線圈纏繞一致性、著靶偏移量以及過靶姿態(tài)等因素的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)，提供一種適用于野外復(fù)雜水質(zhì)環(huán)境下同時(shí)測(cè)量彈丸著靶位置、姿態(tài)和速度的基于磁梯度法的水下槍彈著靶參數(shù)測(cè)量方法。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的(1)在靶架上將4個(gè)磁梯度檢測(cè)裝置Si (i = 1，2Λ4)對(duì)稱均勻布置成正方形磁梯度信號(hào)檢測(cè)陣列靶，每個(gè)磁梯度信號(hào)檢測(cè)裝置又由5個(gè)共面的三軸矢量磁傳感器對(duì)稱布置，構(gòu)成正交“十”字型陣列，并且該“十”字型陣列平面與靶面坐標(biāo)系X、Y軸組成的坐標(biāo)平面平行，其中三軸磁傳感器的矢量方向與靶面坐標(biāo)系的方向一致；(2)以彈丸的位置與姿態(tài)為未知量，利用靶面上4個(gè)磁梯度信號(hào)檢測(cè)裝置的測(cè)量值，結(jié)合磁梯度數(shù)學(xué)模型即可構(gòu)建一組非線性方程式組，通過求解該方程組即可確定彈丸空間著靶位置及姿態(tài)；非線性方程組的具體表達(dá)式為
ΔΒ
'A —_
Ar,
-3μ/4π -3μ/4π -3μ/4π
(M.r,)(5x,2—〈2)-2r> 凡}V
(Μ. rl)5xlyl - η {x,my + y,mx (Μ. r^SxlZi - r\xtmz + z,mx)]/r(7 (Μ · Γ,)5χζ(. - rt (^yiInz + ztm
ΔΒ, 式中f為磁梯度檢測(cè)裝置Si測(cè)量得到的磁梯度分量，Γι(Χ , Yi, Zi)為彈丸中心 Δι·,
點(diǎn)到Si中心點(diǎn)的矢徑，r,為矢量巧的模，μ為真空磁導(dǎo)率；磁矩M(mx，my, mz)由彈丸的姿態(tài)0(Ψ，θ)及其磁矩標(biāo)量值m確定，具體表達(dá)式如下
權(quán)利要求
1. 一種基于磁梯度法的水下槍彈著靶參數(shù)測(cè)量方法，其特征是(1)在靶架上將4個(gè)磁梯度檢測(cè)裝置S1、S2、S3、S4對(duì)稱均勻布置成正方形磁梯度信號(hào)檢測(cè)陣列靶，每個(gè)磁梯度信號(hào)檢測(cè)裝置又由5個(gè)共面的三軸矢量磁傳感器對(duì)稱布置，構(gòu)成正交“十”字型陣列，并且該“十”字型陣列平面與靶面坐標(biāo)系X、Y軸組成的坐標(biāo)平面平行， 其中三軸磁傳感器的矢量方向與靶面坐標(biāo)系的方向一致；(2)以彈丸的位置與姿態(tài)為未知量，利用靶面上4個(gè)磁梯度信號(hào)檢測(cè)裝置的測(cè)量值，結(jié)合磁梯度數(shù)學(xué)模型即可構(gòu)建一組非線性方程式組，通過求解該方程組即可確定彈丸空間著靶位置及姿態(tài)；非線性方程組的具體表達(dá)式為一 3μ/4π [(M. r, )(5χ,2-η2)-2ηχ,πιχ ]/η -3"/4龍[(M ·ri)(5yf - r,) - lr^y^r1, -3"/4苽[(M. Γ,.)5χ,χ — r, (XlJny + 只 — >μ/Απ (Μ.ri)5xizi — r^{xtmz + ZlYn^r1t -3///4^ (Μ · r,)5^2, - rt (y,mz + z,m ABa式中if為磁梯度檢測(cè)裝置Si測(cè)量得到的磁梯度分量，ri(χ” yf Zi)為彈丸中心點(diǎn)到Si中心點(diǎn)的矢徑，Γι為矢量Γι的模，μ為真空磁導(dǎo)率；磁矩M(mx，my，mz)由彈丸的姿態(tài)0(Ψ， θ )及其磁矩標(biāo)量值m確定，具體表達(dá)式如下 mx = /W sin <9 cos ^ my= msinθsmψ mz = mcos0對(duì)于給定彈丸，磁矩標(biāo)量值m為常值，通過聯(lián)立各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的磁梯度方程組，解算后即可確定彈丸著靶位置及姿態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于磁梯度法的水下槍彈著靶參數(shù)測(cè)量方法，其特征是 在彈道段內(nèi)架設(shè)兩距L的正方形磁梯度信號(hào)檢測(cè)陣列靶，兩靶平行且共軸安裝；記錄下彈丸過兩靶的磁梯度信息，并按上述方法解算出彈丸過兩靶的位置坐標(biāo)P1U1, Z1)和P2 (x2，z2)以及對(duì)應(yīng)的著靶時(shí)間、和t2，則按表達(dá)式ν = 得出彈丸穿過兩靶之間的平均速度。^L2 +(x, -X2)2 +(z, -Z2)2即可計(jì)算l2 M
全文摘要
一種基于磁梯度法的水下槍彈著靶參數(shù)測(cè)量方法，目的是適用于野外復(fù)雜水質(zhì)環(huán)境下同時(shí)測(cè)量彈丸著靶位置、姿態(tài)和速度；本發(fā)明方法是在靶架上將4個(gè)磁梯度檢測(cè)裝置Si(i＝1，2Λ4)對(duì)稱均勻布置成正方形磁梯度信號(hào)檢測(cè)陣列靶，每個(gè)磁梯度信號(hào)檢測(cè)裝置又由5個(gè)共面的三軸矢量磁傳感器對(duì)稱布置，構(gòu)成正交“十”字型陣列，并且該“十”字型陣列平面與靶面坐標(biāo)系X、Y軸組成的坐標(biāo)平面平行，其中三軸磁傳感器的矢量方向與靶面坐標(biāo)系的方向一致；以彈丸的位置與姿態(tài)為未知量，利用靶面上4個(gè)磁梯度信號(hào)檢測(cè)裝置的測(cè)量值，結(jié)合磁梯度數(shù)學(xué)模型即可構(gòu)建一組非線性方程式組，通過求解該方程組即可確定彈丸空間著靶位置及姿態(tài)。
文檔編號(hào)G01B7/00GK102322789SQ201110188148
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者劉仁浩, 焦國(guó)太, 韓晶 申請(qǐng)人:中北大學(xué)