天幕靶最大探测距离及极限灵敏度的探测方法

1.本发明属于靶场光电测试领域，具体涉及一种天幕靶最大探测距离及极限灵敏度的探测方法。


背景技术：

2.天幕靶是靶场外弹道参数的重要测试设备，广泛用于测量弹丸速度。天幕靶属于光电测试设备，在测试过程中，将变化的光通量转换为电信号，由光电管探测电信号的变化，利用信号处理方法提取弹丸过幕时间，根据区截测速原理实现弹丸速度的测量。在使用过程中，天幕靶极限灵敏度(采用倍弹径数表征)及最大探测距离是用户比较关心的问题。极限灵敏度是探测极限距离与弹丸弹径的比值。最大探测距离反映天幕靶所能探测的最高弹道高度。对于用户而言，最大探测距离更为直观，且具有指导意义。
3.早期针对天幕靶的极限灵敏度及最大探测距离的研究中，电路参数(如电路系统的放大倍数、电阻以及光电管光照灵敏度)等系统固有参数无法准确给出。但缺少上述参数，则无法准确计算极限灵敏度，因此已有的极限灵敏度模型及最大探测距离模型不完整且不准确。经文献检索，并未找到天幕靶极限灵敏度及最大探测器距离完整的探测方法的相关报道。


技术实现要素：

4.本发明的目的是要提供一种天幕靶最大探测距离及极限灵敏度的探测方法,以克服现有技术存在的极限灵敏度模型及最大探测距离模型不完整且不准确的问题。
5.为了达到上述目的，本发明提供的天幕靶最大探测距离及极限灵敏度的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.步骤一、通过一发实弹射击，计算系统参数c
[0007][0008]
其中，ub为天幕靶的输出电压，a为天幕靶狭缝宽度，l为天空背景亮度，θ为射击位置与光轴的夹角，h为弹道高度，d为弹丸直径，l为弹丸长度，b为天幕靶幕厚；
[0009]
步骤二、根据天幕靶的噪声电压un和系统参数c，确定最大可探测距离h
max
[0010][0011]
根据极限灵敏度的定义，由最大可探测距离计算极限灵敏度.
[0012][0013]
所述天幕靶幕厚b＝ah/f；其中f为镜头焦距，f为镜头光圈数。
[0014]
所述噪声电压un为无弹丸通过光幕时天空背景亮度所对应的天幕靶输出电压。
[0015]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0016]
1)本发明利用一发实弹射击的天幕靶输出电压值确定系统固有参数c，无需确定电路系统的放大倍数、电阻及光电管光照灵敏度，只需测量现场的天幕靶所接收的亮度，并计算噪声的均方根值，即可快速、准确地计算天幕靶的最大探测距离及极限灵敏度的理论值，为实际测试提供依据。
[0017]
2)本发明可作为优化设计天幕靶系统的理论指导，为达到更大的探测距离及更优的极限灵敏度，根据所提出的理论模型，确定哪些参数可优化，如何优化，从而提升天幕靶系统的性能。
[0018]
3)本发明结合实际测试参数获得计算结果，准确性更高。
附图说明
[0019]
图1为天幕靶工作示意图。
[0020]
图2为弹丸长度与幕厚之间的关系。
[0021]
图中，1.处理电路；2.光电管；3.狭缝；4.光学镜头；5.光幕；6.弹丸。
具体实施方式
[0022]
下面将结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式包括但不限于以下实施例表示的范围。
[0023]
本发明实施针对某型天幕靶，计算其极限灵敏度及最大探测距离。
[0024]
极限灵敏度定义为：
[0025][0026]
其中，s为极限灵敏度，h
max
为最大探测距离，d为弹丸直径。为确定极限灵敏度，需要确定最大探测距离。
[0027]
天幕靶工作原理如图1所示，由于天幕靶的处理电路1为交流放大电路，因此只有当光通量变化时，天幕靶才会产生输出电压，其输出电压为：
[0028]
u＝ε
×m×r×
δφ
ꢀꢀꢀ
(2)
[0029]
其中，ε为天幕靶中光电管的光照灵敏度，m为天幕靶电路的放大倍率，r为天幕靶电路的等效电阻，δφ为光通量的变化量。
[0030]
当弹丸6遮挡天幕靶时，计算光通量的变化量。弹丸长度与幕厚之间的关系如图2所示，图2(a)为弹丸长度l大于幕厚b，图2(b)为弹丸长度l等于幕厚b，图2(c)为弹丸长度l小于幕厚b的情况。根据天幕靶的几何结构、物像关系、弹丸长度(在计算过程，将弹丸近似为圆柱体)与幕厚之间的关系，弹丸6通过光幕5时，光通量的变化量为：
[0031][0032]
其中，a为天幕靶狭缝宽度，l为天空背景亮度，f为镜头焦距，f为镜头光圈数，τ为光学系统的透射比，θ为射击位置与光轴的夹角，h为弹道高度，d为弹丸直径，l为弹丸长度，b为天幕靶幕厚，其计算公式为：b＝ah/f。
[0033]
当弹丸通过天幕靶时，因遮挡天幕会产生光通量的变化量，由于镜头焦距相比于弹道高度而言比较小，因此h-f≈h，对式(3)进行化简可得
[0034][0035]
根据公式(4)可知，当弹丸长度大于等于幕厚时，光通量与弹道高度成反比，当弹丸长度小于幕厚时，光通量与弹道高度平方成反比。.
[0036]
当弹丸通过光幕时，光通量的变化量所产生输出电压为：
[0037][0038]
根据公式(5)将定义系统参数c为：
[0039][0040]
结合公式(5)和公式(6)，则天幕输出电压化简为：
[0041][0042]
开展实弹射击，根据弹丸过幕时天幕靶的输出电压ub，并利用亮度计测量天幕靶所接收的天空亮度l，利用钢卷尺测量射击时的弹道高度h，天幕靶狭缝宽度a由天幕靶说明书给出，利用游标卡尺测量弹丸直径d，弹丸长度l，并根据三角几何关系计算测量射击角度θ，可得：
[0043][0044]
根据经验，天幕靶光电管的最小输出电压是噪声电压un的1.4倍，天幕靶的最小输出电压u
bmin
为：
[0045][0046]
噪声电压un为(无弹丸通过光幕时)天空背景亮度所对应的天幕靶输出电压，通过采集天幕靶电压信号，并计算天幕靶输出信号的均方根作为噪声电压，结合计算所得的系统参数c，利用亮度计测量天空背景亮度l，计算最大探测距离：
[0047][0048]
根据定义，极限灵敏度s为：
[0049][0050]
如上述计算原理及过程，总结得到天幕靶最大探测距离及极限灵敏度的探测方法，包括以下步骤：
[0051]
步骤一、通过一发实弹射击，计算系统参数c
[0052][0053]
步骤二、根据天幕靶的噪声电压un和系统参数c，确定最大可探测距离h
max
[0054]
[0055]
根据极限灵敏度的定义，由最大可探测距离计算极限灵敏度s
[0056][0057]
具体实施例如下：
[0058]
采用7.62mm弹开展实弹射击，并对某型天幕靶的极限灵敏度进行探测。
[0059]
天幕靶的具体参数如表1所示。
[0060]
表1天幕靶性能参数
[0061][0062]
实弹射击过程的实验参数如表2所示。
[0063]
表2实验参数
[0064][0065]
由于弹丸长度大于光幕厚度，代入实验参数，通过计算，系统参数c＝414，最大探测距离为h
max
＝4.3m,探测灵敏度s＝562。

技术特征：
1.天幕靶最大探测距离及极限灵敏度的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、通过一发实弹射击，计算系统参数c其中，u
b
为天幕靶的输出电压，a为天幕靶狭缝宽度，l为天空背景亮度，θ为射击位置与光轴的夹角，h为弹道高度，d为弹丸直径，l为弹丸长度，b为天幕靶幕厚；步骤二、根据天幕靶的噪声电压u
n
和系统参数c，确定最大可探测距离h
max
根据极限灵敏度的定义，由最大可探测距离计算极限灵敏度.2.根据权利要求1所述的天幕靶最大探测距离及极限灵敏度的探测方法，其特征在于：所述天幕靶幕厚b＝ah/f；其中f为镜头焦距，f为镜头光圈数。3.根据权利要求1所述的天幕靶最大探测距离及极限灵敏度的探测方法，其特征在于：所述噪声电压u
n
为无弹丸通过光幕时天空背景亮度所对应的天幕靶输出电压。

技术总结
本发明公开了一种天幕靶最大探测距离及极限灵敏度的探测方法，以克服现有技术存在的极限灵敏度模型及最大探测距离模型不完整且不准确的问题。本发明具体技术方案为：利用一发实弹射击的天幕靶输出电压值确定系统固有参数c，只需测量现场的天幕靶所接收的亮度，并计算噪声的均方根值，即可快速、准确地得到天幕靶的最大探测距离及极限灵敏度的理论值。本发明为设计天幕靶的研究人员提供理论指导依据，有利用于天幕靶的优化设计，同时也为使用天幕靶开展测试的人员提供计算依据，以方便使用。用。用。


技术研发人员：王凡 田会 倪晋平 高优
受保护的技术使用者：西安工业大学
技术研发日：2021.11.10
技术公布日：2022/3/8