
					兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (3): 240160-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0160
        
               		栾永超1, 张斌1, 李宸凯1, 褚文博2, 赵冬娥1,*(
)
                  
        
        
        
        
    
收稿日期:2024-03-06
									
				
									
				
									
				
				
											上线日期:2025-03-26
									
			通讯作者:
					基金资助:
        
               		LUAN  Yongchao1, ZHANG  Bin1, LI  Chenkai1, CHU  Wenbo2, ZHAO  Dong’e1,*(
)
			  
			
			
			
                
        
    
Received:2024-03-06
									
				
									
				
									
				
				
											Online:2025-03-26
									
			摘要:
针对枪口处子弹速度测量易受烟雾、烟尘等复杂环境影响,无法正确判读子弹特征及计算速度的问题,提出饱和式光电检测技术。理论仿真发现637nm激光在狭小空间内快速扩散烟雾模型下最低透过率为4.2%左右、电路光电流放大倍数在10000和15000时,可确保在最低透过率下电路仍处于饱和状态。根据电路输出波形设计基于子弹特征波形的高精度子弹特征时刻提取算法,其中饱和式光电检测技术在强枪口烟干扰下,可以有效测得子弹和烟雾穿过激光光束的前后时间关系,基于弹头与弹尾过靶时刻的高精度特征时刻提取算法能够准确计算子弹过靶时间,二者结合有效提高了子弹初速计算结果的精度及准确性。对该方法进行多组枪口测速试验,结果显示该方法能够准确计算出枪口子弹初速值,多次计算的速度误差在0.5%以内。
中图分类号:
栾永超, 张斌, 李宸凯, 褚文博, 赵冬娥. 强烟雾干扰下的枪口子弹初速测量方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(3): 240160-.
LUAN Yongchao, ZHANG Bin, LI Chenkai, CHU Wenbo, ZHAO Dong’e. A Measuring Method for Muzzle Velocity of Gun under Strong Smoke Interference[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(3): 240160-.
| 放大倍数 | 引起输出变化的最小激光功率/mW | 对应光电流/μA | 
|---|---|---|
| 2000 | 21 | 5197.50 | 
| 5000 | 9.6 | 2376.00 | 
| 10000 | 4.7 | 1163.25 | 
| 15000 | 2.7 | 668.25 | 
表1 放大倍数与最小激光功率的关系
Table 1 Relationship between magnification and minimum laser power
| 放大倍数 | 引起输出变化的最小激光功率/mW | 对应光电流/μA | 
|---|---|---|
| 2000 | 21 | 5197.50 | 
| 5000 | 9.6 | 2376.00 | 
| 10000 | 4.7 | 1163.25 | 
| 15000 | 2.7 | 668.25 | 
| 子弹波形脉 宽/μs  |  烟雾到达激光 的时刻/μs  |  子弹到达激光 的时刻/μs  |  时间差/μs | 
|---|---|---|---|
| 42.8 | 999.5 | 1032.5 | 33 | 
| 46.0 | 1000.0 | 1036.0 | 36 | 
| 41.5 | 999.5 | 1035.5 | 36 | 
| 42.5 | 999.5 | 1035.5 | 36 | 
表2 脉宽与时间差
Table 2 Signal pulse width and time difference
| 子弹波形脉 宽/μs  |  烟雾到达激光 的时刻/μs  |  子弹到达激光 的时刻/μs  |  时间差/μs | 
|---|---|---|---|
| 42.8 | 999.5 | 1032.5 | 33 | 
| 46.0 | 1000.0 | 1036.0 | 36 | 
| 41.5 | 999.5 | 1035.5 | 36 | 
| 42.5 | 999.5 | 1035.5 | 36 | 
| 子弹 类型  |  子弹恰能完全遮挡激光光束的时刻 | |||
|---|---|---|---|---|
| 1、3通道速度/ (m·s-1)  |  2、4通道速度/ (m·s-1)  |  平均值/ (m·s-1)  |  差值/ (m·s-1)  | |
| 子弹A | 730.34 | 728.64 | 729.49 | 1.70 | 
| 720.62 | 719.60 | 720.11 | 1.02 | |
| 734.46 | 732.32 | 733.39 | 2.14 | |
| 子弹B | 978.00 | 982.80 | 980.4 | 4.81 | 
| 997.51 | 1001.11 | 999.31 | 3.60 | |
| 995.02 | 998.75 | 996.89 | 3.73 | |
| 984.01 | 984.01 | 984.01 | 0.00 | |
表3 基于起始点的速度计算结果
Table 3 Speed calculation based on the starting point
| 子弹 类型  |  子弹恰能完全遮挡激光光束的时刻 | |||
|---|---|---|---|---|
| 1、3通道速度/ (m·s-1)  |  2、4通道速度/ (m·s-1)  |  平均值/ (m·s-1)  |  差值/ (m·s-1)  | |
| 子弹A | 730.34 | 728.64 | 729.49 | 1.70 | 
| 720.62 | 719.60 | 720.11 | 1.02 | |
| 734.46 | 732.32 | 733.39 | 2.14 | |
| 子弹B | 978.00 | 982.80 | 980.4 | 4.81 | 
| 997.51 | 1001.11 | 999.31 | 3.60 | |
| 995.02 | 998.75 | 996.89 | 3.73 | |
| 984.01 | 984.01 | 984.01 | 0.00 | |
| 子弹 类型  |  子弹刚穿出激光光束的时刻 | |||
|---|---|---|---|---|
| 1、3通道速度/ (m·s-1)  |  2、4通道速度/ (m·s-1)  |  平均值/ (m·s-1)  |  差值/ (m·s-1)  | |
| 子弹A | 728.70 | 731.40 | 730.05 | 2.70 | 
| 721.42 | 722.29 | 721.86 | 0.87 | |
| 734.46 | 737.91 | 736.19 | 3.45 | |
| 子弹B | 979.19 | 978.00 | 978.60 | 1.20 | 
| 998.75 | 996.26 | 997.51 | 2.49 | |
| 998.75 | 997.51 | 998.13 | 1.25 | |
| 986.44 | 984.94 | 985.69 | 1.50 | |
表4 基于结尾点的速度计算结果
Table 4 Speed calculated results based on the ending point
| 子弹 类型  |  子弹刚穿出激光光束的时刻 | |||
|---|---|---|---|---|
| 1、3通道速度/ (m·s-1)  |  2、4通道速度/ (m·s-1)  |  平均值/ (m·s-1)  |  差值/ (m·s-1)  | |
| 子弹A | 728.70 | 731.40 | 730.05 | 2.70 | 
| 721.42 | 722.29 | 721.86 | 0.87 | |
| 734.46 | 737.91 | 736.19 | 3.45 | |
| 子弹B | 979.19 | 978.00 | 978.60 | 1.20 | 
| 998.75 | 996.26 | 997.51 | 2.49 | |
| 998.75 | 997.51 | 998.13 | 1.25 | |
| 986.44 | 984.94 | 985.69 | 1.50 | |
| 子弹 类型  |  枪口初速/ (m·s-1)  |  最小差值/ (m·s-1)  |  误差值/ %  |  5m处天幕靶 速度/ (m·s-1)  | 
|---|---|---|---|---|
| 子弹A | 729.49 | 1.70 | 0.23 | 720 | 
| 721.86 | 0.87 | 0.12 | 712 | |
| 733.39 | 2.14 | 0.29 | 725 | |
| 子弹B | 978.60 | 1.20 | 0.12 | 954 | 
| 997.51 | 2.49 | 0.25 | 971 | |
| 998.13 | 1.25 | 0.13 | 970 | |
| 984.01 | 0.00 | 0 | 959 | 
表5 测速结果比较及精度
Table 5 Comparison of velocity measured results
| 子弹 类型  |  枪口初速/ (m·s-1)  |  最小差值/ (m·s-1)  |  误差值/ %  |  5m处天幕靶 速度/ (m·s-1)  | 
|---|---|---|---|---|
| 子弹A | 729.49 | 1.70 | 0.23 | 720 | 
| 721.86 | 0.87 | 0.12 | 712 | |
| 733.39 | 2.14 | 0.29 | 725 | |
| 子弹B | 978.60 | 1.20 | 0.12 | 954 | 
| 997.51 | 2.49 | 0.25 | 971 | |
| 998.13 | 1.25 | 0.13 | 970 | |
| 984.01 | 0.00 | 0 | 959 | 
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