在靶场测试领域, 触发器主要用于探测弹丸出射时产生的物理现象, 并输出弹丸击发零时刻触发信号, 以启动不同的后续弹道测试设备工作, 实现多参数的同步。现有触发器易受环境影响, 体积较大不易搬运, 使用局限性较大。为解决以上局限性, 通过研究飞行弹丸在终点弹道段红外辐射特性, 选择合适的中波红外探测器, 设计中波红外触发器, 通过光学结构对中波红外信号聚集, 聚焦在PbSe探测器的光敏面上, 设计相应的信号处理电路, 实现对弹丸的准确探测。经实验验证, 该触发器能够在35 m内对弹丸进行有效探测, 输出可靠触发信号, 探测灵敏度高, 具有良好的环境适应性和可靠性。

为验证弹丸穿过天幕立靶时6个光幕响应时间是否一致，以提高测试设备测速精度，提出了一种用于检测天幕立靶光幕响应时间一致性的测量方法，设计了一种基于该测量方法的模拟弹丸过幕信号源测试装置。该装置调用存储在ROM中的弹丸轮廓数据，经DA转换控制两路光源间隔亮暗变化一次，用于模拟弹丸依次穿过探测光幕所遮挡的光能量变化。利用信号采集与处理仪同步采集两路输出信号时间间隔，与装置设定时间间隔的差值比较完成测试。测试结果表明：输出两路信号的时间间隔与设定时间间隔间的差值均小于1 μs，满足6个光幕响应时间一致性技术指标要求，该测试装置及测量方法可用于天幕立靶光幕响应时间一致性测量。

根据新型舰炮初速可控的特点, 提出了一种基于最大命中概率的射击诸元解算方法。初速可控舰炮增加了弹丸初速作为射击诸元要素。对视距内目标进行打击时, 命中概率与弹丸初速之间存在着非线性变化关系。通过建立弹丸外弹道模型和解命中方程, 进行弹道解算, 并基于黄金分割的概念, 采用二分法求解弹丸初速。该方法以命中概率最大为约束, 可有效进行新能源舰炮**的射击诸元解算。

水下动态参数的测试是特种**、 两栖**、 水下专用**性能考核的必备环节, 而水下运动体的速度信息是评价水下**性能的重要指标之一。 针对现有的水下高速目标参数测试系统中存在的成本高、 安装调试复杂、 设备体积庞大等问题, 提出一种以激光光幕为有效区域水上、 水下分体式, 实时、 非接触的测速方法。 通过分析Lambert-Beer定律和体散射函数等数学原理, 确定了水下光谱传输规律综合考虑性价比获得最佳峰值波长; 将1m的圆柱体作为散射体模拟光在水中的散射情况, 追迹空间区域内的光线总数为1×105, 获得位于传播方向上1, 3, 5和7 m处的接收面上辐照度的光能量分布, 从而获取系统激光光源的最佳峰值功率。 以此为依据, 采用定距测时原理和一维原向反射技术, 由峰值波长为532 nm的半导体光纤耦合绿光激光器、 光纤耦合式鲍威尔棱镜防水扩束器、 一维原向反射器等构建光学系统。 激光光源、 光电转换部分和信号调理部分位于水上, 激光光幕和原向反射器位于水下, 通过光纤束完成两路光信号的发射和反射光的回收。 发射端光纤一端与光源耦合, 另外一端与鲍威尔棱镜耦合置于水下形成扇形光幕。 接收端光纤一端均布于鲍威尔棱镜出口, 另一端与PIN型光电传感器耦合。 设计齿形一维原向反射器并完成加工制造, 光线将沿着入射光方向原向返回, 另外一维方向则仍为镜面反射, 将接收系统置于发射点垂直光面内附近即可接收大部分光能量, 解决了现有原向发射器因水介质折射率不同于空气而导致原向反射特性消失的问题。 实验采用波长为(532±5) nm绿光激光器, 功率稳定性<1%, 光学噪声< 0.5%, 准直后耦合至长度为2 m的单模光纤再经过鲍威尔棱镜展宽为60°扇形一字线光幕, 扩束模块封装采用尼龙防水材料, 接收光纤均布于光源周围形成环形光纤束, 光纤另外一端均匀排列与PIN光敏二极管直接耦合。 光敏二极管前加中心波长为532 nm的光学滤光片, FWHM=(3±1) nm, 透过率为70%。 PIN型光敏二极管有效尺寸为5.0 mm×5.0 mm。 采用多档可调的光电信号调理电路以适应不同尺寸的测试对象。 该系统进行了不同目标速度参数测试实验, 以钢弩为发射装置, 信号经过光纤回收、 信号调理, 采集至计算机处理获得波形及区间内平均速度, 两激光光幕之间的距离为定值300 mm, 波形峰值作为计时时刻。 成功获取了较高信噪比的波形信号和目标速度值。 利用水下运动体模型与模拟结果进行比较得到其绝对误差。 实验结果表明: 本方法结构简单、 重复性好, 可实现有效区域达到1 m×1 m, 最小可测目标尺寸为5 mm, 理论测速上限可达1 000 m·s-1, 实验数据通过与理论经验公式结果比对表明, 系统测试精度可达0.2%。

为了解决室内10 m×10 m大靶面探测光幕灵敏度分布不均匀的问题, 研究了镜头光幕探测传感器灵敏度分布规律。依据镜头式光度学理论, 分析了影响光幕探测灵敏度的主要因素, 建立探测灵敏度数学模型, 获得幕面内不同位置的弹丸过幕信号幅值变化趋势。最终提出了灵敏度修正方案, 通过改变光幕靶不同位置光源的发光亮度, 来实现探测幕面内灵敏度分布均匀化。修正后的探测光幕采用气枪弹验证可知, 灵敏度能满足大靶面灵敏度均匀化要求。

传统的幕中触发法在计算过幕时刻时是将光幕沿厚度方向的分布理想化为矩形,实际光幕由于镜头成像原理,其厚度呈梯形分布。当光幕之间存在夹角或弹丸斜入射光幕时会引入过幕时刻的提取误差。基于光幕探测器输出信号的幅值与弹丸在光幕中的位置呈线性对应关系,提出了一种弹丸穿过倾斜梯形光幕特征时刻修正算法。通过对光幕厚度的分析,采用迭代修正算法计算出半峰值点和弹道线与光幕中心面交点的时间差,得到弹尾到达光幕中心面的准确时刻。实弹射击表明,修正算法提取过幕时刻精度平均提高7.9%,可以直接用于六光幕天幕立靶测量系统。

为了精确测量高速弹丸穿越光幕靶瞬间的位置坐标, 设计一种基于FPGA加DSP的实时图像处理板卡, 采用处理板卡与嵌入式软件算法相结合的方式组成高速弹丸位置坐标自动测量系统。该系统可以设置相机面阵和线阵工作, 使测量前端自动互瞄、自动组成光幕靶, 提高系统自动化程度。设计基于FPGA的SATA硬盘阵列控制方法, 保证高速图像的实时记录和回放。利用FPGA实现的PCIe接口保证上位机与板卡数据交换和通信的实时性。实验结果表明, 本系统能够自动完成测量前的准备工作, 高速弹丸的捕获概率超过99%, 以中心点为原点的200 mm直径范围内的测量精度优于1 mm。本系统能够满足高速弹丸位置坐标的测量需求, 具有捕获率高、精度高、实时性好等特点, 有很高的实用价值。

靶场现有落点坐标测试设备大多数基于地面观测平台，存在通视要求的局限性，无法及时预测落点概略坐标，且对于连发密集型射击试验无法区分弹序。针对该问题，根据物点与像点的几何位置关系，提出了3种将观测平台设置为空中的无人机弹丸落点测量方法: 内差法、距离比例法以及求解姿态角法。介绍了3种算法的基本原理和数学模型，然后结合模拟试验现场的测试数据对3种方法进行了验证，最后计算出满足要求所需要的相机最低技术指标。实验结果表明: 内差法和比例法测量精度低于3 m，求解姿态角法的精度小于0.3 m。

现有的六幕光幕靶测量系统实现了近距离弹丸速度、姿态以及着靶坐标的测量,而在实际工程应用中需要计算的是弹丸整个飞行过程中的速度、姿态以及远距离的落点坐标。针对现有系统工程部署中的不足,提出了双交叉结构的六幕光幕靶的设计原理。利用双交叉结构的六幕光幕靶的测量结果以及外弹道计算原理,通过四阶龙格-库塔方程建立了弹道测量模型,实现了弹丸飞行全过程的弹道测量和计算。通过使用弹道系数1.0的标准弹丸进行仿真实验和分析,计算出其射程和射高分别可以达到16 269 m和3 672 m,证明了其与实际的弹丸运动曲线相吻合,能够实际应用于工程部署。