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主动光幕精密测速技术的研究

作　者: 郭子然
导　师: 黄战华
学　校: 天津大学
专　业: 光学工程
关键词: 激光光幕弹丸测速级联滤波
分类号: TJ410.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

武器性能的提高对测量设备的测量能力提出了更高的要求。目前在炮弹的速度测量中以光幕靶为代表的新型测速装置已经逐渐取代了传统的测速装置。但现有的光幕靶测速装置仍然存在很多问题，需要进一步进行改进。本文在现有光幕靶的基础上提出了主动光幕精密测速系统，改进了现有测速方式的一些缺点，具有更好的测量精度。本文主要作了以下几方面的工作：1、进行了新型主动光幕测速系统的整体方案设计，完成了信号探测单元、采集控制单元的设计和制作，实现了主动光幕精密测速功能。2、分析和计算了触发光信号的形态，设计了模拟光信号发生和监测单元，并通过模拟实验验证了理论分析的正确性。模拟光信号发生单元满足了在实验室内对系统进行测试的需求。3、进行了信号放大和滤波电路的设计，获得了优化的放大和滤波参数，实现了对触发光电信号的有效放大和整形变换。该步骤显著提高了系统的信噪比，同时使系统能够免受靶场内背景光、蚊虫干扰等影响，提高了系统的稳定性，使测量更加准确可靠。4、进行了靶场实地射击测速试验，验证了测量的正确性。系统可以准确测量出炮弹速度，测量结果稳定可靠。通过实地靶场实验和对系统的理论分析可知：本系统可以准确测量出炮弹速度，系统对多种外界干扰不敏感，测量结果稳定可靠，达到了系统的设计要求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-12
  1.1 课题背景  7
  1.2 弹丸测速技术发展现状  7-10
    1.2.1 接触式炮弹测速法  7-8
    1.2.2 非接触式测量法  8-10
  1.3 光幕测速技术发展现状  10
  1.4 论文主要工作  10-12
第二章测量系统总体方案设计  12-22
  2.1 系统设计要求  12
  2.2 测速原理及系统总体设计  12-14
  2.3 探测系统设计方案  14-17
    2.3.1 探测系统光学部分的设计  14-15
    2.3.2 探测电路的设计  15-16
    2.3.3 探测机械结构的设计  16-17
  2.4 采集控制系统整体设计方案  17-19
    2.4.1 供电模块  17-18
    2.4.2 数据的采集存储模块  18
    2.4.3 阈值触发与计时模块  18
    2.4.4 ARM 控制模块  18-19
    2.4.5 通信模块  19
  2.5 上位机软件  19
  2.6 系统对准与标定  19-22
第三章光信号探测及其信号处理技术  22-44
  3.1 光探测单元结构与方案设计  22-28
    3.1.1 光信号能量分析  22-23
    3.1.2 激光器  23-24
    3.1.3 镜头  24-26
    3.1.4 探测器  26-27
    3.1.5 窄带滤光片的选择  27-28
    3.1.6 探测电路设计  28
  3.2 光探测信号特征分析  28-29
  3.3 光信号模拟单元  29-32
    3.3.1 模拟系统光源选择  30
    3.3.2 信号波形产生  30-31
    3.3.3 LED 驱动电路  31
    3.3.4 模拟光信号监测单元  31-32
  3.4 光信号处理电路与参数研究  32-44
    3.4.1 光信号探测电路设计  32-37
    3.4.2 信号触发时刻的判定  37-40
      3.4.2.1 不同光强不同阈值下信号的触发时间  38-39
      3.4.2.2 不同炮弹速度的光信号模拟与探测  39-40
    3.4.3 系统抗干扰能力实验  40-44
      3.4.3.1 背景光与随机噪声的光信号模拟与探测  40-41
      3.4.3.2 电磁干扰信号的模拟与探测  41-42
      3.4.3.3 蚊虫干扰信号的模拟与探测  42-44
第四章采集控制单元  44-50
  4.1 采集控制单元总体设计  44
  4.2 信号的采集和存储  44-47
    4.2.1 信号的 AD 转换  45
    4.2.2 信号缓存  45-47
  4.4 系统综合控制  47-48
  4.5 系统通信  48
    4.5.1 RS485 接口通信  48
    4.5.2 USB 通信  48
  4.6 上位机软件  48-50
第五章靶场实验与数据分析  50-53
  5.1 单发测量实验结果  50-51
  5.2 连发炮弹测量实验  51-53
第六章总结与展望  53-54
  6.1 总结  53
  6.2 展望  53-54
参考文献  54-56
发表论文和参加科研情况说明  56-57
致谢  57

主动光幕精密测速技术的研究

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