【摘要】：在彈道靶道測試中,空間基準系統(tǒng)及校準方法產(chǎn)生的誤差對彈丸自由飛行參量測試精度影響較大,論文據(jù)此開展高精度彈道靶道空間基準系統(tǒng)優(yōu)化設計和基于空間基準系統(tǒng)的陰影照相站校準方法研究。分析了靶道空間基準系統(tǒng)工作原理及校準過程,通過系統(tǒng)全面的分析了利用空間基準系統(tǒng)校準陰影照相站時的誤差來源及其引入的測量不確定度的量值及其傳遞關系,確定了空間基準系統(tǒng)的三個關鍵控制參數(shù):網(wǎng)格間距、相對網(wǎng)格面中心距離和X方向站與站之間距離,并針對現(xiàn)有空間基準系統(tǒng)存在的問題提出了改進的方向。研究了基于高精度空間基準系統(tǒng)的陰影相機校準方法和照相站性能驗證方法。提出了一種基于半透半反射鏡的單激光的PSD定位方法,采用激光平行管發(fā)出的光束作為空間基準光軸,依據(jù)光學標靶上反射光斑與入射光斑的重合度來調(diào)節(jié)基準載體中心軸線與炮口火線平行度,以PSD反饋的光斑坐標為依據(jù)調(diào)節(jié)基準載體中心軸線與炮口火線重合。以調(diào)整到位的基準載體為依據(jù),調(diào)節(jié)靶道兩側陰影相機的空間位置,使得相機的主光軸與基準載體相對網(wǎng)格面的“田字型”網(wǎng)格中心點重合,達到三點一線,從而實現(xiàn)兩側陰影相機光軸相互正交并垂直各自的反射屏,完成對陰影相機的校準。采用激光干涉儀測量模擬彈丸姿態(tài)變化的標準角度,并將標準角度與陰影照相法得到的角度對比,從而對照相站性能進行驗證。對高精度彈道靶道空間基準進行設計。高精度彈道靶道空間基準由高精度雙重田字網(wǎng)格基準載體及其高精度位置調(diào)節(jié)機構和空間基準軸線對中系統(tǒng)組成。采用了一體化設計方法設計了高精度雙重田字網(wǎng)格基準載體,提高了基準載體的精密性;分析了多種六維調(diào)節(jié)機構的性能,確定選擇六自由度并聯(lián)機器人作為基準載體的高精度位置調(diào)節(jié)機構;分析了基準光源的要求,選擇激光平行管作為基準光源并選擇三腳架和云臺組合的方式實現(xiàn)基準光源的位置調(diào)節(jié);設計了光學窗口及其安裝調(diào)節(jié)裝置;研究了光束整形的方法,設計了基于鏡頭成像的光束整形裝置,有效減小了光斑直徑,抑制了光斑在PSD上的波動,改善了光斑質(zhì)量,提高了 PSD對光斑位置的測量精度。設計了照相站性能驗證實驗裝置,采用高精度標準物質(zhì)作為模擬彈丸,利用擺動平臺和旋轉(zhuǎn)平臺組合實現(xiàn)模擬彈丸俯仰和偏航角度的調(diào)節(jié)。系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)聯(lián)試及性能測試與分析。利用三坐標測量機測量驗證了雙重田字網(wǎng)格加工精度;通過激光干涉儀對六自由度并聯(lián)機器人角度進行了監(jiān)測,其位置調(diào)節(jié)的精度達到1′;采用打表法對光學窗口與基準載體側面平行度進行調(diào)試,驗證了光學窗口及其安裝調(diào)節(jié)裝置的可行性;對光束整形及光斑位置檢測裝置進行調(diào)試實驗,驗證了該模塊的測量精度優(yōu)于2μm;利用激光干涉儀對照相站性能驗證裝置進行調(diào)試實驗,驗證該模塊可調(diào)節(jié)范圍達到10'。在此基礎上,搭建空間基準系統(tǒng)進行系統(tǒng)調(diào)試實驗,驗證了系統(tǒng)的可行性和可靠性。分析了基準載體網(wǎng)格間距、兩相對網(wǎng)格面中心距離和炮口方向各站之間距離的不確定度影響因素,得到網(wǎng)格間距標準不確定度為0.0296mm、兩相對網(wǎng)格面中心距離標準不確定度為0.0675mm和炮口方向各站之間距離標準不確定度為0.47mm+1ppm,達到了設計要求。
【圖文】：

傳統(tǒng)的火花閃光陰影照相系統(tǒng)進行改進，形成了數(shù)字式靶道陰影照相系統(tǒng)。數(shù)字式靶道逡逑陰影照相系統(tǒng)包括一臺多次閃光脈沖激光光源、２臺高分辨率ＣＣＤ攝像機成像組件、一逡逑對反射屏、一個觸發(fā)啟動靶、一臺相機控制器和相關機械支架組成［１３１如圖１．３所示。逡逑當彈丸出膛口，陰影照相站收到炮口啟動產(chǎn)生的差分信號，陰影照相站開始工作。相機逡逑控制器中相關參數(shù)和延時預先設置完成，當彈丸穿過紅外觸發(fā)啟動裝置時，紅外觸發(fā)啟逡逑動裝置給相機控制器發(fā)出啟動信號，相機控制器發(fā)送觸發(fā)信號到ＣＣＤ相機和窄帶脈沖逡逑激光器。相機和激光器按照預先設定的時序完成閃光和拍照。其中激光器發(fā)出的脈沖激逡逑光通過分光光纖分光后，將兩束激光分別導入兩個相機的發(fā)散鏡，透過半反半透鏡后進逡逑入相機視場照射彈丸，經(jīng)過反射屏反射形成的陰影圖像，最后在高分辨率ＣＣＤ相機成逡逑像中。拍照結束后，經(jīng)過網(wǎng)線將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺赜嬎銠C中進行自動保存１１４］。逡逑數(shù)字式靶道陰影照相系統(tǒng)的主要性能指標如下ｔ１５］：逡逑１）

相機ｉ邐相機２逡逑圖１．２火花閃光陰影照相站結構示意圖逡逑由于電火花膠片式照相系統(tǒng)在測試過程中存在彈丸速度過高時圖像產(chǎn)生拖影及模逡逑糊邊緣、無法保證兩光源閃光的同時性、電火花引起的強電磁場干擾和膠片沖洗過程繁逡逑瑣等問題，火花閃光陰影照相系統(tǒng)己經(jīng)無法滿足現(xiàn)代彈道測試提出的高精度、短周期和逡逑自動化的要求。隨著激光技術和ＣＣＤ成像技術的高速發(fā)展，南京理工大學瞬態(tài)物理國逡逑家重點實驗室將高分辨率ＣＣＤ相機和多次閃光窄帶脈沖激光光源引入靶道測試中，對逡逑傳統(tǒng)的火花閃光陰影照相系統(tǒng)進行改進，形成了數(shù)字式靶道陰影照相系統(tǒng)。數(shù)字式靶道逡逑陰影照相系統(tǒng)包括一臺多次閃光脈沖激光光源、２臺高分辨率ＣＣＤ攝像機成像組件、一逡逑對反射屏、一個觸發(fā)啟動靶、一臺相機控制器和相關機械支架組成［１３１如圖１．３所示。逡逑當彈丸出膛口，陰影照相站收到炮口啟動產(chǎn)生的差分信號，陰影照相站開始工作。相機逡逑控制器中相關參數(shù)和延時預先設置完成，當彈丸穿過紅外觸發(fā)啟動裝置時，紅外觸發(fā)啟逡逑動裝置給相機控制器發(fā)出啟動信號，相機控制器發(fā)送觸發(fā)信號到ＣＣＤ相機和窄帶脈沖逡逑激光器。相機和激光器按照預先設定的時序完成閃光和拍照。其中激光器發(fā)出的脈沖激逡逑光通過分光光纖分光后
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TJ410.6

【參考文獻】

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本文編號：2603246