导弹飞行低转速测量方法研究

!""!年第#$卷第#期华北工学院测试技术学报%&’(#$)&(#!""!
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B 文章编号C#""D E$+F G*!""!-"#E+!E"G
导弹飞行低转速测量方法研究
李寅I潘保青I张洪伟
*北京跟踪与通信技术研究所I北京#""",G-
摘要C目的解决导弹初始段低转速的测量问题(方法采用单台狭缝相机对地面平射导弹低转速进行
测量处理的方法I并给出了该方法在导弹低转速测量中的测量精度和适用范围(结果与结论表明测量精
度优于"(+J K L(最后得出了转动速度大于!(M J K L时完全可以利用单台设备进行转速测量I在转动速度小
于!(M J K L应该采用两站联测的结论I其测量模型适用两种测量方案(
关键词C低转速测量N狭缝相机N飞行导弹
中图分类号C%G F G(!F文献标识码C O
"引言
目前I地面平射导弹发射后初始段的转速测量难度较大I主要原因在于C不能对导弹进行大的改装I 所以无法在导弹上面安装测量装置N同样也不可以对导弹进行弹底刻槽改造I进而利用雷达进行转速变化测量N即使我们采用弹上无线电引信的不对称性进行转速测量I也因为初始段时间较短I在引信安全要求距离范围内引信尚未开始工作I无法测量到初始段的引信变化情况I而无法最终实现初始段转速的测量(如何解决这个工程问题就相应提了出来(
#转速测量的基本思想
目前I许多试验场所和研究单位均购置有狭缝相机I典型的狭缝相机有P Q E#型狭缝高速摄影机R P Q E!型狭缝高速度摄影机I主要由物镜系统R快门机构R鼓轮R控制系统等组成(其基本工作原理是将选择固定的焦距I固定使用I被摄对象成象于在鼓轮表面的胶片上I胶片运动速度是试验前设计好的I 和影象速度一样或尽可能一样(借助胶片前的狭缝I完成曝光(狭缝相机胶片的线速度在!S$"A K L范围内I胶片速度的测量精度为"("#A K L I时标精度#T L(它主要是用做弹速和姿态测量I我们拟利用这一已有的测量设备来测量弹体信号的变化率I进而推算出转速(
具体方法C用和弹体不同的色彩涂四条平行于弹轴的相同长度的直线I即在弹体上涂以标志I将弹体圆周四等分I先利用狭缝相机测出导弹的弹体在经过狭缝U V
时刻弹轴的直线终点相对起点的变化量I
W
再通过计算得到转过的角度I然后换算成转速I及获得导弹在通过狭缝相机前方的转速(
!转速测量数学模型
该方法也就是利用在弹道初始段测量弹体姿态的方法I同时测量转速(
狭缝相机布设在距离弹道初始弹道段侧方X处I其中相机的转速设置适配导弹过捷径的速度I由导弹的理论速度计算得到(由于狭缝相机工作一次只获得一张相片I成像时间较短I狭缝相机快门打开的信号将由天幕靶提供(
如图!所示"此图为导弹经过狭缝前方被摄影时"狭缝相机对导弹进行测量获得的一个侧面关系
图"#$%&#$’为导弹半径()已知*+图,为导弹曲面在胶片平面上的成像关系图"-$
点为弹体上过.点所涂直线段上最后一点因为弹体经过转动在过狭缝相机时到达位置所成像点+
设//$为导弹成像面平行于弹轴的平分上下平面的平分线"先确定/"/$两点"经判读计算出-$/$
和/.$+由图!和图,的对应关系可以看到"-$/$
表示导弹的真实长度为0-"/.$
表示导弹的真实长度图!侧面测量的断面关系示意图图,导弹曲面上胶片上的投影图
为’1
"根据测量原理有-$/$2&
0-30-&(4567!
则7!
&89:456)-$/$
2
*式中7!
为;<弧线对应的转动角度+同理有7,
&89:456)/.$2*式中
7,
为.$/对应的转动角度+当.$在/上方时".$/取正"下方时取负=
当-$在/$上方时"-$/$
取正"下方时取负+通过以上两简单的公式可以分别求出7!"7,
"因此"过.$点的弹体水平线经过一定时间>转至-$点时"转过的角度7&7!?7,)98@*+对>的计算A 根据相机的工作原理"直接通过狭缝相机的转速B C 底片距转动轴的距离(/"计算狭缝相机胶片转速D
D &B
E (/
取判读.$点和-$"点的水平坐标参数得.$-$"的水平长度F "则所涂标记段经过狭缝的时间即弹体转过角度7的时间>
>&
F
D
)3*对应转动的转速G &7H ),I >*)9H 4
*J 章动情况下焦距的综合选取问题
J
J )总第J K 期*导弹飞行低转速测量方法研究)李寅等*
测量时!焦距的选取问题"设导弹成像区高度范围为#$%&!考虑到试验安全和成象视场需要!布设相机距弹道的距离为’$%&!相机胶片规格为()%%!为计算方便假设导弹直径*++%%!弹长*+++%%!导弹攻角小于*+,!经过分析要求成像高度范围应在+"(%左右!考虑到发射与飞行误差以及成像应留有-+.的余地!成像高度范围应在+"/%左右"相应计算出对相机镜头焦距0$%%&的要求如下表*
"表*相机镜头焦距0的选取要求$#
1+"/%时&’$%&)2*+*)0$%%&
()+
/3+
2++
*+)+
对照上表的计算结果!应选用焦距为()+%%和)++%%的镜头比较合适"
/转速测量可行性分析
/"*单站转速测量可行性
目前!国内外平射导弹初始段初始速度最高一般在$-)+4(++&%56之间!我们假设飞行速度7+
1-2+%56
$其他飞行速度可以进行如下的类似分析&!假设在弹上涂的标志线长为*%!则经过相机狭缝的时间为("2+/%6"再分析89:;:9<9的变化量"如果变化量太小!判读误差和转动变化量不满足误差分配关系!则用单站就无法计算出高精度的转速!需双站联测"
设转速为=转56!则("2+/%6时间内引起的纵向变化量>?近似为$最好的情况&>?1$-@A B =&C("2+/C*+D (
!其中A1*++-1)+%%!按’1)%!0
1()+%%计算!在胶片上的变化量设为>E ?1>?C 0’
"当=1)+!>?1)F "*F %%!>E ?1/"+2(%%G 当=1H !>?1H "3F %%!>E ?
1+"/3%%G 当=1H I 56时!判读误差+"+-)%%可忽略!单站仍然能够测量"取*+倍的判读极限>E ?1+"-%%!则>?1-"F H %%!=1-")I 56!这是判读极限允许的最低转速"当转速低于-")I 56时!就要用双站数据进行处理"/"-精度分析
经过推导!转速测量的误差模型如下!其中已经忽略了高阶误差小量
>=1>JK ’$-0@A L M N 6O &;
O >L
$-@L -&将弹体/等分!’1)%!01()+%%!A 1+"+)%!等分线长*%!L 1*5(++$按最大的速度考虑&!对
>E ?的判读误差>J 1+"+-)%%!>L 为时标精度*P 6
"经过计算Q >=1+"(I 56/"(双站转速测量
当转速=R-")I 56时!仅靠单站不能计算出转速"对于=R-")I 56!我们拟通过两站数据进行相关处理后得到转速"现以=S+")I 56的情况为例!当=1+")I 56时!我们让标志在胶片上的变化量为+"3F %%!在同等条件下!>?1*/%%!转过>?所需的时间L
1>?
$-@A =
&1+"+F 36!判读误差按+"+-%%计
算!转速误差>=1+"+-/H I 56
"在+"+F 36的时间内导弹经过的距离为+"+F 3C-2+1-/"+(%!因此!当/
(华北工学院测试技术学报
-++-年第*期
的和!总的角度!代入转速计算公式即可"
#结
论
本文所提方法充分利用了现有测量能力!较好地解决了平射导弹的初始段导弹转速测量问题!测量精度优于$"%&’(!且转动速度大于)"#&’(时单台设备能完成转速测量!在转动速度小于)"#&’(需要采用两站联测!但是测量模型也同样适用"该方法同样适用于不同大小的飞行物体的转速测量!只要改变焦距和物距使其同时也满足上面分析的要素"该方法具有操作简单!无需改变弹体结构的优点!不足之处就是需要判读"
参考文献*
+,-刘利生"外测数据处理+.-"北京*国防工业出版社!)$$$")$$/)$#"+)-张世箕"测量误差及数据处理+.-"北京*科学出版社!,010"2#/3$"+%-刘蕴才"测控设备手册+.-"北京*国防科工委司令部编拟!,002"1#/0#"+2-李景镇"光学手册+.-
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