曳光弹测速中的测光技术

摘要

曳光弹测试系统主要用于曳光弹飞行速度的测量，测试系统所用测速光幕由测光靶和常规测速光幕靶组成。测光靶在测试弹尾曳光强弱变化大的曳光弹时易失效，常规测速光幕靶测试覆盖的弹丸口径范围窄且手动调节增益不便。针对曳光弹测速系统中电路测试动态范围不足的问题，本文着重采用对数放大器设计了测光靶信号处理电路以拓宽电路的测试动态范围，同时利用数字电位器设计了常规靶增益调节控制电路。
　　本文主要研究内容如下:
　　第一，总结了弹丸速度测量方法和曳光弹测速技术发展现状，分析了光幕探测接收视场的分布特点，结合曳光弹构造及发光原理以及实弹射击试验过幕信号波形，分析了现有曳光弹测速系统的不足，提出改善测试动态范围的总体方案。
　　第二，依据可靠性原理和规范设计了电压型和电流型两种具有对数放大功能的测光靶信号处理电路以及常规靶增益调节控制电路。选定电路设计方案，在Altium Designer软件中绘制了电路原理图和PCB图，进行了实物制作，并对制作的电路进行了测试。
　　第三，设计并搭建了曳光弹测速系统测光靶试验平台，利用该测试平台验证测光靶的对数输出特性和测时效果。对引入对数变换后的测速误差进行了分析，并在MATLAB中进行仿真验证。
　　第四，对电子元器件进行了失效机理分析，对设计的测光靶信号处理电路进行可靠性分析，包括可靠性模型的建立，可靠性指标的提出、分配及检验，并对电路进行可靠性预计和优化。
　　最后，在室内对设计的曳光弹测速电路进行测试验证，并在靶场进行了实弹射击比对试验，结果表明设计的电路应用在现有曳光弹测速系统中，工作稳定，使动态范围由15dB拓展到60dB。

目录

摘要

1．1 课题研究背景及意义

1．2 相关技术的发展和研究动态

1．2．1 靶场测速技术的发展

1．2．2 曳光弹测速观状与存在的问题

1．2．3 改善动态范围的研究现状

1．3 本文工作及内容安排

2 总体方案设计

2．1 探测光幕及弹尾曳光信号分析

2．1．1 探测光幕视场分析

2．1．2 曳光弹构造及发光原理

2．1．3 曳光弹过幕信号特征

2．1．4 曳光弹测速失效分析

2．2 曳光弹速度测试总体方案

2．3 本章小结

3 对数放大电路设计

3．1 光电转换部分设计

3．1．1 光电探测器件的选型

3．1．2 光电二极管搭接方式选择

3．1．3 光电二极管接收阵列

3．2 前级耦合放大电路

3．3 对数放大电路设计

3．3．1 电压型对数放大电路

3．3．2 电流型对数放大电路

3．4 后级放大跟随

3．4．1 仪表放大器

3．4．2 跟随驱动

3．5 信号处理电路电源设计

3．6 自动调零电路

3．6．1 自动调零电路设计

3．6．2 自动调零程序设计

3．7 本章小结

4 增益控制电路设计

4．1 增益控制电路设计

4．2 程序功能实现

4．2．1 增益自适应

4．2．2 增益控制

4．3 本章小结

5 电路测试与测速误差分析

5．1 对数特性测试

5．1．1 电压型对数处理电路对数特性测试

5．1．2 电流型对数处理电路对数特性测试

5．2 电路动态范围测试

5．2．1 电压型对数放大电路动态范围溅量

5．2．2 电流型对数放大电路动态范围测量

5．3 电压型对数放大电路与电流型对数放大电路的比较

5．4 曳光信号模拟装置设计

5．5 曳光测速测量误差分析

5．5．1 时间相关算法分析

5．5．2 MATLAB信号仿真计算

5．6 实弹射击试验

5．6．1 室内气枪弹测试

5．6．2 7.62mm实弹测试

5．7 本章小结

6 信号处理电路的可靠性分析

6．1 信号处理电路的可靠性设计方法

6．1．1 确定可靠性指标

6．1．2 建立可靠性模型

6．1．3 元件计数法检验可靠性指标

6．2 测光靶信号处理电路可靠性分析

6．2．1 电路工作原理

6．2．2 可靠性模型的建立

6．2．3 元件计数法可靠性预计

6．3 电子元器件失效机理分析

6．3．1 电阻器的失效机理

6．3．2 电容器的失效机理

6．3．3 集成块的失效模式与失效机理

6．4 小结

7 结论

7．1 总结

7．2 下一步工作和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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