LED大靶面立靶坐标与速度测试系统研究

摘要

弹丸飞行速度与弹着靶坐标是武器生产研制过程中性能检验的重要指标。光幕靶光电检测技术由于其测试精度高、实时非接触、适用于多种口径弹丸的测试，成为靶场测试装备中优势明显的主要测试技术。针对靶道横截面积有限、有效靶面大的问题，本文设计了基于小尺寸LED-PD阵列的大靶面坐标与速度测试系统。 本文对光幕靶测试技术、LED阵列与光束整形及探测阵列与光阑系统等技术进行了综述，提出了LED阵列-光阑-PD阵列构成对射式大靶面光幕测试系统的方案，通过两组垂直交叉的光幕实现对弹丸着靶坐标的测试，通过两组定距离平行的光幕实现对弹丸速度的测试。系统采用小尺寸、高亮度LED无缝拼接形成两组平行的直线光源产生两组光幕，设计具有定间距交错排列通光孔的光阑对LED辐射光进行限制形成光幕细分，两组光幕经多层光阑限制在探测端形成与有效靶面内坐标一一对应的交错阵列，选用高速高灵敏度光敏管交错阵列接收LED发射光，经自适应阈值信号调理电路分析处理提取弹丸过靶时PD阵列光通量的变化，转换成易于数字电路处理的脉冲信号并传输至数据采集端，数据采集系统对该组信号进行识别并显示弹着点坐标信息。 文中对LED-PD阵列系统进行光学建模，分析了LED间距对大靶面光幕均匀性及光能分布的影响；建立双光阑系统数学模型，分析通光孔间距及光阑间距对探测系统的影响，从而确定光阑系统参数；建立探测系统灵敏度模型，分析LED大靶面光幕灵敏度分布情况，通过光学仿真对系统灵敏度进行测试；建立数学模型对测试方案靶面利用率进行分析；设计了LED阵列驱动电路及自适应阈值信号调理电路，实现了LED阵列的均匀发光及LD阵列对有效靶面内任意坐标点弹丸的响应；搭建一维光幕系统进行系统方案可行性验证，并对弹丸坐标及速度测试进行误差分析，表明系统符合设计指标。经理论分析与实验验证，LED-PD阵列大靶面测试系统具有可行性。

目录

声明

1绪论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 立靶坐标与速度测试技术研究现状

1.2.1 CCD交汇测试法

1.2.2 被动声定位法

1.2.3 光幕靶测试法

1.3 LED阵列及光束整形技术研究现状

1.4 PD阵列及光阑抑光技术研究现状

1.5 论文研究内容及结构安排

2 立靶系统总体方案设计

2.1 技术指标

2.2 总体方案设计

2.3 光源系统设计

2.4 探测系统设计

2.4.1 探测器选型

2.4.2 探测单元结构设计

2.5 光阑系统设计

2.6 采集系统方案设计

2.7 本章小结

3 大靶面LED光幕探测性能研究

3.1 LED光幕靶光学仿真建模

3.2 LED大靶面光幕性能分析

3.2.1 大靶面光能分布

3.2.2 光幕均匀性分析

3.3 双光阑系统分析与设计

3.3.1 光阑系统数学建模分析

3.3.2 光阑系统仿真效果

3.4 大靶面探测灵敏度研究

3.4.1 探测灵敏度分析

3.4.2 有效靶面灵敏度测试

3.5 靶面利用率

3.5.1 LED光源对探测光幕盲区影响分析

3.5.2 光阑系统对探测光幕盲区影响分析

3.6 本章小结

4 光电系统硬件电路设计

4.1 LED驱动电路设计

4.1.1 LED驱动电路设计原则

4.1.2 LED阵列连接方式

4.1.3 LED阵列驱动方式

4.1.4 LED驱动电路设计

4.2 自适应阈值调理电路设计

4.2.1 光电转换电路

4.2.2 信号放大电路

4.2.3 过靶信号脉冲电路

4.3 本章小结

5系统可行性测试与误差分析

5.1可行性验证

5.1.1 实验环境

5.1.2 硬件电路测试

5.1.3 信噪比测试

5.2模拟弹丸试验

5.3 系统误差分析

5.3.1 弹着靶坐标测试误差分析

5.3.2 速度测试误差分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢