主动式激光光幕测速系统的研究
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摘要
在现代化的生产和科学研究中,高速飞行物体的初速度测量技术对现代化的发展有着重要的推动作用。该技术的发展对高速飞行物体的运动性能,飞行轨迹以及飞行姿态的研究都有着重要的现实意义。
本文利用主动式激光标记技术,开发出双光幕精密测速系统,实现了高速飞行物体初速度的测量。针对测量时周围环境产生的噪声,本系统利用高灵敏度多级滤波调理电路成功提取出信号的边沿,优化了测量方案,保证了测量的高精度。本系统不仅有效提高了测量精度,同时设计简洁,调节方便,体积小巧,适合于野外测量。
本文主要完成了以下几个方面的工作。
1、提出了主动式光幕精密测速系统的整体方案,并对主动式光幕精密测速系统精度进行了理论分析。
2、完成了主动式光幕精密测速系统机械部分的设计,主要包括激光器、探测器以及镜头的固定架、外壳等,并完成了加工和装调。
3、完成了标定方案的设计,完成了标杆的设计与加工及准直激光器和激光测距机的装调。
4、完成了反射式光幕精密测速系统前级信号采集电路、放大电路、滤波电路的设计,并完成了相关的实验,取得了理想的信号。
5、完成了系统多项参数的验证实验和结果的数据分析,所有指标达到设计要求。
In the modernization of production and scientific research, the technology of the precise velocity measurement to high-speed flying objects provides an effective support to the development of modernization. The progress of this technology is important to the research of movement capability, flight posture, flight-path of high-speed flying objects.
In this paper, we use the technology of active mark with laser, develop a dual-light screen velocity measurement system, realized the velocity measurement of high-speed flying objects. Considering the noise of the environment around, the system develop a multistage filtering circuit to process the light signal and noise, so the system can extract the edge of the light signal. It optimizes the plan of velocity measurement and guarantees the precision of the velocity measurement. Meanwhile, the design is concise, and it’s convenient to regulate. The volume of the system is small and exquisite, so it’s fit for measurement outdoors.
In this thesis, the main contents include:
1. Designed the overall program of active light-screen precision velocity measuring system and analyzed the accuracy of the system.
2. Completed the mechanical layout of active light-screen precision velocity measuring system, which includes holders of laser and detector and camera.
3. Completed the design of calibrate the screen. Completed the design of surveyor's pole and the holder of laser ranging.
4. Completed the design of signal acquisition circuit, amplifying circuit, filter circuit, and took many experiments to test the system and got some desired result.
5. Completed some experiments to check the parameter of the signal processing circuit, and did some analysis to the result. And the system has reached all the requirements.
本文利用主动式激光标记技术,开发出双光幕精密测速系统,实现了高速飞行物体初速度的测量。针对测量时周围环境产生的噪声,本系统利用高灵敏度多级滤波调理电路成功提取出信号的边沿,优化了测量方案,保证了测量的高精度。本系统不仅有效提高了测量精度,同时设计简洁,调节方便,体积小巧,适合于野外测量。
本文主要完成了以下几个方面的工作。
1、提出了主动式光幕精密测速系统的整体方案,并对主动式光幕精密测速系统精度进行了理论分析。
2、完成了主动式光幕精密测速系统机械部分的设计,主要包括激光器、探测器以及镜头的固定架、外壳等,并完成了加工和装调。
3、完成了标定方案的设计,完成了标杆的设计与加工及准直激光器和激光测距机的装调。
4、完成了反射式光幕精密测速系统前级信号采集电路、放大电路、滤波电路的设计,并完成了相关的实验,取得了理想的信号。
5、完成了系统多项参数的验证实验和结果的数据分析,所有指标达到设计要求。
In the modernization of production and scientific research, the technology of the precise velocity measurement to high-speed flying objects provides an effective support to the development of modernization. The progress of this technology is important to the research of movement capability, flight posture, flight-path of high-speed flying objects.
In this paper, we use the technology of active mark with laser, develop a dual-light screen velocity measurement system, realized the velocity measurement of high-speed flying objects. Considering the noise of the environment around, the system develop a multistage filtering circuit to process the light signal and noise, so the system can extract the edge of the light signal. It optimizes the plan of velocity measurement and guarantees the precision of the velocity measurement. Meanwhile, the design is concise, and it’s convenient to regulate. The volume of the system is small and exquisite, so it’s fit for measurement outdoors.
In this thesis, the main contents include:
1. Designed the overall program of active light-screen precision velocity measuring system and analyzed the accuracy of the system.
2. Completed the mechanical layout of active light-screen precision velocity measuring system, which includes holders of laser and detector and camera.
3. Completed the design of calibrate the screen. Completed the design of surveyor's pole and the holder of laser ranging.
4. Completed the design of signal acquisition circuit, amplifying circuit, filter circuit, and took many experiments to test the system and got some desired result.
5. Completed some experiments to check the parameter of the signal processing circuit, and did some analysis to the result. And the system has reached all the requirements.
引文
[1]孟庆杰,解海中,董绪荣.利用GPS进行速度测量的方法研究[J].装备指挥技术学院学报,2002,13(1):70~73
[2]狄长安,沈勇,王昌明等.传感器技术在水下枪弹速度测量中的应用[J].传感器技术,2002,21(1):54~56
[3]刘世平,黄帆.弹丸飞行姿态的纸靶测试误差分析[J].兵工学报弹箭分册,1987,2:71~84
[4]孙福至,弹丸速度测试技术,兵器工业总公司,2000,8
[5]孙强,弹丸初速的测定方法,一重技术,2002年第2~3期:52~53
[6]吴志林,大口径机枪双头弹内弹道实验研究,博士学位论文,南京理工大学,1999
[7]刘淼,高速运动目标光电测速技术研究,硕士学位论文,天津大学,2007
[8]吴祥海,徐诚,周克栋等,枪弹弹速测量的现状、问题与发展,测试技术学报,1994,8(1):38-46
[9]沈勇,狄长安.王昌明等.单个线圈靶速度测量分析[J].传感器技术,2001,20(12):10~12
[10]倪晋平,田会,姜凌彦,测速线圈靶信号放大与转换电路,测试技术学报,2004,18(4):316-319
[11]何云峰,王昌明,孔德仁,线圈靶动态特性分析与补偿,传感器技术,2005,24(1):9-11
[12]倪晋平,王铁岭,安莹等,高稳定性光幕靶研制,西安工业学院学报,1997,17(1):41、45
[13]徐敏,单脉冲测量雷达测速技术研究,现代雷达,2005,27(1):58、61
[14]王惠南,GPS导航原理与应用,北京:科学出版社,2003,1~10
[15] http://www.knwolerich.com/jd_class/jianjie/jianjie-aq.htm知识创新网资料
[16]董高庆,DGQ-96水平天幕靶的研制,测试技术学报,1998,12(3):109-114
[17] http://gdxy.xati.cn/showsz2.asp?sz_id=59西安工业学院倪晋平个人简介
[18]董高庆,DGQ-96水平天幕靶的研制,测试技术学报,1998,12(3):109-114
[19]郝晓剑,王高,杜惠杰等,分离型激光启动靶光电探测系统的设计,2002,23(3):118、122
[20]曾垒,高速运动物体速度测量技术研究,硕士学位论文,天津大学,2007
[21]王文涛,反射式光幕精密测速系统研究,硕士学位论文,天津大学,2009
[22]Maxim Company datasheet:MAX485
[23]中国电子科技集团第44研究所产品资料
[24]杨雪,主动式光电靶的研究,硕士学位论文,西安工业学院,2004
[25]高晋占,微弱信号检测,北京|:清华大学出版社,2004.87~121
[26]王庆友,光电技术,北京:电子工业出版社,2005.20~66
[27]赛尔吉欧.弗朗哥,基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计,西安:西安交通大学出版社,2004
[28] Maxim Company datasheet:MAX414
[29]聂菊根,强噪声北京中未知微弱信号的一种简便检测方法,计算机与数字工程
[30]李刚,现代测控电路,北京:高等教育出版社,2004
[31]黄战华等,一种光幕测速信号的图像处理技术,光电工程,2008,35(9):95~104
[32]康华光,电子技术基础模拟部分,北京:高等教育出版社,2000
[33]赵杰,光信号时间间隔异地精密测量技术研究,硕士学位论文,天津大学,2009
[34] PHILIPS Company datasheet:LPC2214
[35]周立功,ARM嵌入式系统基础教程,北京:北京航空航天大学出版社,2008
[36] SAMSUNG Company datasheet:K9WAG08U1A
[37] IDT Company datasheet:IDT72V265LA
[38] LATTICE Company datasheet:ISPMACRO
[39]康华光,电子技术基础数字部分,北京:高等教育出版社,2000
[40]唐孝容,汪斌,谭多望,光幕靶测试系统测量不确定度分析,核电子学与探测技术,2009,29(5)1043~1046
[41]黄战华,刘淼,张伊馨,高速运动目标的光电精密测速系统误差分析,光电工程,2006,33(3):58~61
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