【摘要】：當(dāng)彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí),會(huì)因偏航、撞擊、摩擦力以及自身填充條件等不可避免因素發(fā)生抖動(dòng),由于炮管的遮蔽性和測試環(huán)境的惡劣,給膛內(nèi)彈丸運(yùn)動(dòng)姿態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測帶來了膛內(nèi)視野狹窄和膛內(nèi)彈丸匹配困難等問題。針對(duì)此問題,借鑒已有的視覺坐標(biāo)測量法和激光干涉測量法,本課題設(shè)計(jì)了一種基于光學(xué)動(dòng)態(tài)投影的膛內(nèi)彈丸運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的測試方法,該方法對(duì)于研究彈丸在膛內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律具有十分重要的工程應(yīng)用價(jià)值。在分析膛內(nèi)彈丸運(yùn)動(dòng)姿態(tài)、激光束在漫反射板上的成像條件以及高速攝像機(jī)感光到漫反射板上成像光斑亮度的條件等理論基礎(chǔ)上,建立了漫反射板上成像光斑的數(shù)學(xué)模型以及成像光斑在感光材料上相對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型,進(jìn)而仿真出彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)被高速攝像機(jī)拍攝的漫反射板上成像光斑運(yùn)動(dòng)軌跡圖像。在仿真圖像的處理過程中,采用加權(quán)平均法對(duì)圖像進(jìn)行灰度化處理,采用最大類間方差閾值分割法對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理,采用Zhang快速并行細(xì)化算法對(duì)圖像進(jìn)行線細(xì)化處理,得到成像光斑質(zhì)心運(yùn)動(dòng)軌跡圖像。再由MATLAB平臺(tái)中的find函數(shù)提取出成像光斑質(zhì)心運(yùn)動(dòng)軌跡圖像中目標(biāo)特征點(diǎn)的質(zhì)心坐標(biāo),并在膛內(nèi)彈丸運(yùn)動(dòng)姿態(tài)仿真模型的基礎(chǔ)上,得到膛內(nèi)彈丸抖動(dòng)姿態(tài)的信息。最后分別以正弦波形式、三角波形式以及指數(shù)波形式的運(yùn)動(dòng)來模擬彈丸在膛內(nèi)的抖動(dòng)運(yùn)動(dòng),對(duì)仿真圖像時(shí)添加的抖動(dòng)姿態(tài)信息和從仿真圖像中提取的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行比較,從而驗(yàn)證該仿真模型在理論上的正確性。仿真結(jié)果表明:仿真出了彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)被高速攝像機(jī)拍攝的漫反射板上成像光斑運(yùn)動(dòng)軌跡圖像,通過分析處理仿真圖像,可以得到彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)信息,進(jìn)而驗(yàn)證了基于光學(xué)動(dòng)態(tài)投影的膛內(nèi)彈丸運(yùn)動(dòng)姿態(tài)仿真模型在理論上的正確性。
【圖文】：

在實(shí)際工程應(yīng)用中，彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)因偏航、撞擊、摩擦力以及自身填充條件等不可避免因素發(fā)生抖動(dòng)進(jìn)而偏離炮筒中心軸線，，由于膛內(nèi)彈丸的特殊性（炮管的遮蔽和測試環(huán)境的惡劣），給膛內(nèi)彈丸運(yùn)動(dòng)姿態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測帶來了膛內(nèi)視野狹窄和膛內(nèi)彈丸匹配困難的問題。針對(duì)此問題，借鑒已有的視覺坐標(biāo)測量法和激光干涉測量法，本課題設(shè)計(jì)了一種基于光學(xué)動(dòng)態(tài)投影的膛內(nèi)彈丸運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的測試方法，該測試方法是在彈頭的正中間的部位上安裝激光發(fā)生器，當(dāng)彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，激光束的成像變化就反應(yīng)了彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)信息，并在正前方放置的漫反射板上顯示出來，然后用一側(cè)的高速攝像機(jī)記錄下該漫反射板上激光束的成像變化，接著利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)采集到的時(shí)間序列圖像進(jìn)行各種運(yùn)算，提取出圖像中目標(biāo)特征點(diǎn)的質(zhì)心坐標(biāo)，再根據(jù)攝像機(jī)的物像關(guān)系，獲得漫反射板上成像光斑的位移向量，進(jìn)而得到彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)信息�；诠鈱W(xué)動(dòng)態(tài)投影的膛內(nèi)彈丸運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測試方法的原理圖如圖 2.1 所示。1L 是漫反射板到進(jìn)膛口的距離，L 是航空炮筒的長度，d 是航空炮的口徑， 是激光發(fā)生器偏離航空炮筒中心軸線的角弧度， 是高速攝像機(jī)偏離航空炮筒中心軸線的角弧度。

中北大學(xué)學(xué)位論文炮膛內(nèi)結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)炮膛內(nèi)結(jié)構(gòu)決定了彈丸在膛內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，所以了解以及分析火炮膛內(nèi)結(jié)重要。火炮身管的內(nèi)膛稱為炮膛，根據(jù)炮膛內(nèi)表面是否有膛線，炮膛可以：線膛和滑膛，線膛在火炮中應(yīng)用十分廣泛，而滑膛可以看作是一種特殊般炮彈身管的膛內(nèi)結(jié)構(gòu)是由三部分構(gòu)成：藥室，坡膛和膛線，藥室是用來彈藥包的地方，火炮發(fā)射彈丸時(shí)，火藥首先從這里燃燒，所以它的作用就射時(shí)火藥燃燒的空間；坡膛是藥室與線膛部之間的過渡段，也是彈丸的彈部位，因此，坡膛有時(shí)候又稱為膛線的開始部位，它的主要作用是連接藥同時(shí)在火炮發(fā)射前使彈丸定位，發(fā)射時(shí)使彈帶由此切入膛線；膛線是在炮刻出一條螺旋線，該螺旋線與炮身軸線有一定傾斜角度，它的主要作用是動(dòng)的同時(shí)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)[29]。炮膛結(jié)構(gòu)如圖 2.2 所示。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TJ410;TP391.41

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本文編號(hào)：2638867