兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (8): 2564-2572.doi: 10.12382/bgxb.2023.0408
收稿日期:
2023-05-10
上线日期:
2023-08-29
通讯作者:
基金资助:
SUN Jiawei, WAN Gang*(), GU Jinliang, XU Mingjie, KONG Xiaofang
Received:
2023-05-10
Online:
2023-08-29
摘要:
针对水下环境恶劣、光线条件差、难以拍摄并复原高速射弹运动姿态及其超空泡演化过程等问题,采用线阵相机的交汇测量原理,设计基于线阵相机的水下射弹图像采集系统、搭建基于双线阵相机的图像采集靶面,提出一种针对水下高速超空泡目标识别与弹形复原算法。利用超空泡射弹几何关系与相机标定数据推导出射弹过靶坐标、姿态角与过靶速度公式,搭建12.7mm滑膛枪垂直发射入水实验,对系统的可行性进行验证分析。实验结果表明:该系统能够有效地进行水下射弹图像的快速采集,较完整的对弹形及空泡形态进行分离与复原,解算出射弹水下运动速度、姿态角及超空泡形态参数;系统解算出的速度与同时部署的高速摄像所处理的速度误差在1%以内,证明该系统具有较高的可靠性与实用性。
中图分类号:
孙嘉伟, 弯港, 顾金良, 徐明杰, 孔筱芳. 基于线阵相机的水下射弹动态参数及超空泡演化过程测量方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(8): 2564-2572.
SUN Jiawei, WAN Gang, GU Jinliang, XU Mingjie, KONG Xiaofang. A Line Array Camera-based Measurement Method for Dynamic Parameters of Underwater Projectiles and Supercavitation Evolution Process[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(8): 2564-2572.
参数 | 取值 |
---|---|
最高数据传输速率/(Mbit·s-1) | 1000 |
最高行频/kHz | 80 |
最短曝光时间/μs | 5 |
图像传感器 | CMOS |
分辨率 | 4096 |
表1 相机参数
Table 1 Camera parameters
参数 | 取值 |
---|---|
最高数据传输速率/(Mbit·s-1) | 1000 |
最高行频/kHz | 80 |
最短曝光时间/μs | 5 |
图像传感器 | CMOS |
分辨率 | 4096 |
参数 | 取值 |
---|---|
焦距/mm | 20 |
镜头结构 | 11组14片 |
最大光圈 | f/1.8 |
视角/(°) | 94 |
接口 | 尼康z卡口 |
尺寸/mm | 84.5×108.5 |
表2 镜头参数
Table 2 Lens parameters
参数 | 取值 |
---|---|
焦距/mm | 20 |
镜头结构 | 11组14片 |
最大光圈 | f/1.8 |
视角/(°) | 94 |
接口 | 尼康z卡口 |
尺寸/mm | 84.5×108.5 |
发射次数 | 左侧线阵相机 测速/(m·s-1) | 正面线阵相机 测速/(m·s-1) |
---|---|---|
1 | 277.55 | 283.33 |
2 | 283.33 | 289.36 |
3 | 295.65 | 302.22 |
4 | 277.55 | 285.43 |
表3 两台线阵相机速度数据处理结果
Table 3 The results of speed data processing of two line array cameras
发射次数 | 左侧线阵相机 测速/(m·s-1) | 正面线阵相机 测速/(m·s-1) |
---|---|---|
1 | 277.55 | 283.33 |
2 | 283.33 | 289.36 |
3 | 295.65 | 302.22 |
4 | 277.55 | 285.43 |
发射 次数 | 弹重/ g | 装药 量/g | 线阵相机 测速/ (m·s-1) | 高速相机 测速/ (m·s-1) | 误差 |
---|---|---|---|---|---|
1 | 106.1 | 7.2 | 277.55 | 275.13 | 0.0088 |
2 | 104.6 | 7.2 | 283.33 | 285.63 | 0.0081 |
3 | 105.3 | 7.2 | 295.65 | 297.71 | 0.0069 |
4 | 104.1 | 6.5 | 277.55 | 277.01 | 0.0019 |
表4 线阵相机与高速相机速度处理结果
Table 4 Speed processing results of line array camera and high-speed camera
发射 次数 | 弹重/ g | 装药 量/g | 线阵相机 测速/ (m·s-1) | 高速相机 测速/ (m·s-1) | 误差 |
---|---|---|---|---|---|
1 | 106.1 | 7.2 | 277.55 | 275.13 | 0.0088 |
2 | 104.6 | 7.2 | 283.33 | 285.63 | 0.0081 |
3 | 105.3 | 7.2 | 295.65 | 297.71 | 0.0069 |
4 | 104.1 | 6.5 | 277.55 | 277.01 | 0.0019 |
发射次数 | 俯仰角/(°) | 偏航角/(°) |
---|---|---|
1 | 34.51 | |
2 | 14.65 | |
3 | 2.44 | |
4 | 19.65 | 41.10 |
5 | 36.10 | 39.19 |
6 | 39.19 | 3.18 |
7 | 1.17 | 34.91 |
表5 姿态角数据处理结果
Table 5 Attitude angle data processing results
发射次数 | 俯仰角/(°) | 偏航角/(°) |
---|---|---|
1 | 34.51 | |
2 | 14.65 | |
3 | 2.44 | |
4 | 19.65 | 41.10 |
5 | 36.10 | 39.19 |
6 | 39.19 | 3.18 |
7 | 1.17 | 34.91 |
发射次数 | 射弹速度/(m·s-1) | 空泡过靶时间/ms |
---|---|---|
1 | 283.33 | 13.42 |
2 | 309.09 | 11.67 |
3 | 289.36 | 12.12 |
4 | 277.55 | 13.07 |
5 | 283.33 | 11.16 |
6 | 295.65 | 12.34 |
7 | 277.55 | 10.64 |
表6 不同速度下超空泡的过靶时间
Table 6 Time for supercavitation crossinga target at different speeds
发射次数 | 射弹速度/(m·s-1) | 空泡过靶时间/ms |
---|---|---|
1 | 283.33 | 13.42 |
2 | 309.09 | 11.67 |
3 | 289.36 | 12.12 |
4 | 277.55 | 13.07 |
5 | 283.33 | 11.16 |
6 | 295.65 | 12.34 |
7 | 277.55 | 10.64 |
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doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.02.015 |
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doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2018.06.016 |
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