一种靶弹遭拦截撞击后的时间测量装置和方法

摘要

本发明公开了一种靶弹遭拦截撞击后的时间测量装置和方法，其中，所述测量装置包括：光发射单元、光纤感知网络、光电探测单元、数据采集处理单元和解算模块；光发射单元发出光信号；光纤感知网络将光信号传输至光电探测单元；光电探测单元将光信号转化为电信号并输出通光状态；数据采集处理单元根据通光状态，以固定时间间隔τ上报与所述通过状态相匹配的数据帧；解算模块根据数据帧的类型和数量推算靶弹在撞击过程中的生存时间T

说明书

技术领域

本发明属于信息测量技术领域，尤其涉及一种靶弹遭拦截撞击后的时间测量装置和方法。

背景技术

随着反导武器系统制导精度的提升，对于靶弹拦截信息的测量精度要求也越来越高。对靶弹生存时间、中靶时刻进行精确测量，能够为鉴定反导武器系统的制导精度、判定毁伤效果、分析系统的误差因素提供有力的数据支撑。

目前，靶弹拦截信息测量的方式主要有声学探测、雷达跟踪、光学成像等，均存在一定的局限性。声学探测方式成本低廉，但容易受环境声、反射声干扰，测量精度低，难以满足当前高精度测量要求。防空雷达是一种成熟的测试手段，但对于巡航导弹等在低空飞行时处于雷达盲区的飞行器难以探测。采用高速摄像的检测方式，需要以每秒千帧级以上的速度对预估中靶区域进行摄像，每秒产生的数据量在GB量级，数据采集量大，数据处理和传输均无法满足实时性要求，且观测距离近，难以实现远距离测量的要求。靶弹生存时间定义为从拦截发生时刻到弹体内部设备失效的时间，声学、雷达、光学等均属于外部测量手段，只能通过起火、弹坠落等外部现象来观察，难以准确测量内部设备的失效时间，且测量精度低，无法解决靶弹生存时间、中靶时刻精确测量的问题。

内部测量手段大多基于电类传感器搭建。由于靶弹拦截瞬间时间极短(百μs量级)，为了实现对生存时间、中靶时刻的快速测量，传感器响应频率应在10MHz以上，存在很大的技术难度。另外，撞击过程会产生强烈的电磁干扰，极易导致电类传感器失效。因此，采用传统电类传感器很难实现对靶弹拦截过程中生存时间、中靶时刻的精确测量。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种靶弹遭拦截撞击后的时间测量装置和方法，可以实现对靶弹生存时间和中靶时刻的解算，具有频带宽、不受电磁波干扰、体积小、质量轻、可绕性强、耐腐蚀、成本低等优点，可与声、光、雷达等信号数据进行融合，全面、综合地对靶弹拦截过程进行测量，为毁伤过程反演提供支撑。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种靶弹遭拦截撞击后的时间测量装置，包括：光发射单元、光纤感知网络、光电探测单元、数据采集处理单元和解算模块；其中，光纤感知网络布设覆盖靶弹靶面区域；

光发射单元，用于发出光信号；

光纤感知网络，用于感知光发射单元发出的光信号，将光信号传输至光电探测单元；

光电探测单元，用于将所述光信号转化为电信号，对所述电信号进行滤波、放大和判决处理，根据判决结果输出通光状态；

数据采集处理单元，用于根据通光状态，以固定时间间隔τ上报与所述通过状态相匹配的数据帧；其中，所述数据帧包括：默认数据帧和/或携带有撞击光纤断裂编号的有效数据帧；

解算模块，用于根据所述数据采集处理单元上报的数据帧的类型和数量推算靶弹在撞击过程中的生存时间T₁及靶弹中靶时刻T₂；其中，

T₁＝τ×n₁

T₂＝T₀+τ×n₂

其中，n₁表示数据采集处理单元上报的第一个有效数据帧到最后一个数据帧之间所有数据帧数目之和；T₀表示靶弹发射时刻时间；n₂表示数据采集处理单元上报的第一个默认数据帧到第一个有效数据帧之间所有数据帧数目之和。

在上述靶弹遭拦截撞击后的时间测量装置中，

所述光纤感知网络由在靶面区域内以等间距方式进行排布的光纤阵列组成，覆盖靶弹靶面区域，排布间距小于靶弹遭拦截撞击后形成的区域直径；

其中，所述光纤阵列采用单根传感光纤或带状光纤布设，布设方式包括：等螺距正、反螺旋交错缠绕布设方式和等间距经纬交错布设方式。

在上述靶弹遭拦截撞击后的时间测量装置中，所述光电探测单元，包括：光电转换模块和信号采集处理模块；

所述光电转换模块，用于将所述光信号转化为电信号；

所述信号采集处理模块，用于对所述电信号进行滤波和放大处理；将滤波和放大处理后的电信号的幅度与预设阈值进行比较；若所述滤波和放大处理后的电信号的幅度大于所述预设阈值，则初步判定发生了高速撞击事件，输出用于指示光纤发生断裂的第一状态信号；否则，输出用于指示光纤未发生断裂的第二状态信号。

在上述靶弹遭拦截撞击后的时间测量装置中，数据采集处理单元，用于：

当检测到所述光电探测单元上报的光纤通断状态信号始终为第二状态信号时，以固定时间间隔τ上报默认数据帧；

当检测到所述光电探测单元上报的光纤通断状态信号由第二状态信号变化为第一状态信号时，以固定时间间隔τ上报有效数据帧；

当检测到所述光电探测单元上报的光纤通断状态信号始终为第一状态信号时，以固定时间间隔τ上报默认数据帧。

在上述靶弹遭拦截撞击后的时间测量装置中，所述数据采集处理单元在当检测到所述光电探测单元上报的光纤通断状态信号由第二状态信号变化为第一状态信号时，以固定时间间隔τ上报有效数据帧时，包括：

当检测到所述光电探测单元上报的光纤通断状态信号由第二状态信号变化为第一状态信号时，获取该变化状态信号；

判断在设定时间间隔周期内所述变化状态信号发生的次数；

若所述变化状态信号的发生次数小于设定次数阈值，则确定该变化状态信号为真实光纤断裂信息，以固定时间间隔τ上报有效数据帧；否则，确定该变化状态信号为虚假光纤断裂信息，以固定时间间隔τ上报默认数据帧。

在上述靶弹遭拦截撞击后的时间测量装置中，所述数据采集处理单元在确定该变化状态信号为真实光纤断裂信息，以固定时间间隔τ上报有效数据帧时，包括：

在确定该变化状态信号为真实光纤断裂信息时，根据光纤感知网络的布设位置与靶面区域的对应关系解析出发生拦截撞击的位置信息，并对所述位置信息进行封帧处理，得到携带有撞击光纤断裂编号的有效数据帧，以固定时间间隔τ上报所述有效数据帧。

在上述靶弹遭拦截撞击后的时间测量装置中，所述光发射单元为半导体光源或光纤光源。

在上述靶弹遭拦截撞击后的时间测量装置中，所述光电转换模块为：PIN-FET光电探测器、或PD-Array光电探测阵列或光电二极管。

相应的，本发明还公开了一种靶弹遭拦截撞击后的时间测量方法，包括：

通过光纤感知网络感知光发射单元发出的光信号，将光信号传输至光电探测单元；

通过光电探测单元将所述光信号转化为电信号，对所述电信号进行滤波、放大和判决处理，根据判决结果输出通光状态；

由数据采集处理单元根据通光状态，以固定时间间隔τ上报与所述通过状态相匹配的数据帧；其中，所述数据帧包括：默认数据帧和/或携带有撞击光纤断裂编号的有效数据帧；

由解算模块根据所述数据采集处理单元上报的数据帧的类型和数量推算靶弹在撞击过程中的生存时间T₁及靶弹中靶时刻T₂；其中，

T₁＝τ×n₁

T₂＝T₀+τ×n₂

其中，n₁表示数据采集处理单元上报的第一个有效数据帧到最后一个数据帧之间所有数据帧数目之和；T₀表示靶弹发射时刻时间；n₂表示数据采集处理单元上报的第一个默认数据帧到第一个有效数据帧之间所有数据帧数目之和。

本发明具有以下优点：

本发明公开的靶弹遭拦截撞击后的时间测量装置和方法，通过数据帧总量推算靶弹在撞击过程中的生存时间及靶弹中靶时刻，省去了高精度计数器、授时模块等设备，避免了读取时间过程所产生的时延，在保证测量精度的前提下有效缩小了设备体积，降低了产品成本。

其次，本发明采用光纤感知网络测量靶弹生存时间、中靶时刻，具有频带宽、不受电磁波干扰、体积小、质量轻、可绕性强、耐腐蚀、成本低等优点，且具有良好的环境适应性，满足复杂使用环境下的应用要求。可与声、光、雷达等信号数据进行融合，全面、综合地对靶弹拦截过程进行测量，为毁伤过程反演提供支撑。

此外，光纤感知网络可以由多根光纤组成，敷设可采用等螺距正、反螺旋交错缠绕，或等间距经纬交错方式预埋于靶弹壳体内，布设方式简易且多样化，适合于不同应用需求。

附图说明

图1是本发明实施例中一种靶弹遭拦截撞击后的时间测量装置的结构框图；

图2是本发明实施例中一种靶弹遭拦截撞击后的时间测量方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公共的实施方式作进一步详细描述。

本发明公开了一种靶弹遭拦截撞击后的时间测量装置和方法，可以实现靶弹遭拦截撞击后生存时间以及中靶时刻的精确测量，应用于反导拦截测量领域。具有布设简单、成本低、可靠性高、环境适应性好等优点。

参照图1，示出了本发明实施例中一种靶弹遭拦截撞击后的时间测量装置的结构框图。在本实施例中，所述靶弹遭拦截撞击后的时间测量装置，包括：光发射单元100、光纤感知网络200、光电探测单元300、数据采集处理单元400和解算模块500。

光发射单元100，用于发出光信号。

在本实施例中，所述光发射单元100可以但不仅限于为半导体光源或光纤光源。

光纤感知网络200，用于感知光发射单元发出的光信号，将光信号传输至光电探测单元。

在本实施例中，光纤感知网络200布设覆盖靶弹靶面区域。优选的，所述光纤感知网络200可以由在靶面区域内以等间距方式进行排布的光纤阵列组成，覆盖靶弹靶面区域，排布间距小于靶弹遭拦截撞击后形成的区域直径。其中，所述光纤阵列采用单根传感光纤或带状光纤布设，布设方式包括：等螺距正、反螺旋交错缠绕布设方式和等间距经纬交错布设方式。

例如，光纤感知网络可以由在靶面区域内以等间距方式进行排布的光纤阵列组成，敷设可采用等螺距正、反螺旋交错缠绕，或等间距经纬交错方式预埋于靶弹壳体内。当靶弹遭到拦截撞击后，由最早撞击接触点开始扩散形成损伤区域，位于该区域的光纤感知网络将会损坏，光电探测单元通过探测光发射单元的光信号从有到无的变化，确定对应传感光纤的通断状态，进而获取撞击相关信息。

光电探测单元300，用于将所述光信号转化为电信号，对所述电信号进行滤波、放大和判决处理，根据判决结果输出通光状态。

在本实施例中，光电探测单元300具体可以包括：光电转换模块和信号采集处理模块。其中，

所述光电转换模块，用于将所述光信号转化为电信号。

所述信号采集处理模块，用于对所述电信号进行滤波和放大处理；将滤波和放大处理后的电信号的幅度与预设阈值进行比较；若所述滤波和放大处理后的电信号的幅度大于所述预设阈值，则初步判定发生了高速撞击事件，输出用于指示光纤发生断裂的第一状态信号(如“0”)；否则，输出用于指示光纤未发生断裂的第二状态信号(如“1”)。

在本实施例中，所述光电转换模块可以但不仅限于为：PIN-FET光电探测器、或PD-Array光电探测阵列或光电二极管。

数据采集处理单元400，用于根据通光状态，以固定时间间隔τ上报与所述通过状态相匹配的数据帧。

在本实施例中，所述数据帧包括：默认数据帧和/或携带有撞击光纤断裂编号的有效数据帧。优选的，数据采集处理单元400，具体可以用于：

当检测到所述光电探测单元上报的光纤通断状态信号始终为第二状态信号时，以固定时间间隔τ(μs级)上报默认数据帧；

当检测到所述光电探测单元上报的光纤通断状态信号由第二状态信号变化为第一状态信号时，以固定时间间隔τ上报有效数据帧；

当检测到所述光电探测单元上报的光纤通断状态信号始终为第一状态信号时，以固定时间间隔τ上报默认数据帧。

其中，数据采集处理单元400在当检测到所述光电探测单元上报的光纤通断状态信号由第二状态信号变化为第一状态信号时，以固定时间间隔τ上报有效数据帧时，具体可以包括：

当检测到所述光电探测单元上报的光纤通断状态信号由第二状态信号变化为第一状态信号时，获取该变化状态信号；

判断在设定时间间隔周期内所述变化状态信号发生的次数；

若所述变化状态信号的发生次数小于设定次数阈值，则确定该变化状态信号为真实光纤断裂信息，以固定时间间隔τ上报有效数据帧；否则，确定该变化状态信号为虚假光纤断裂信息，以固定时间间隔τ上报默认数据帧。

进一步的，所述数据采集处理单元400在确定该变化状态信号为真实光纤断裂信息，以固定时间间隔τ上报有效数据帧时，包括：

在确定该变化状态信号为真实光纤断裂信息时，根据光纤感知网络的布设位置与靶面区域的对应关系解析出发生拦截撞击的位置信息，并对所述位置信息进行封帧处理，得到携带有撞击光纤断裂编号的有效数据帧，以固定时间间隔τ上报所述有效数据帧。

其中，需要说明的是，每路光纤的光发射、探测相互独立，互不影响。数据帧可分为帧头、帧数据和帧尾三部分。帧头用于表示数据帧起始，帧尾为校验标志，用于判断数据帧的有效性。当上报默认数据帧时，帧数据内容为无效数据标志。当上报有效数据帧时，帧数据内容为拦截撞击位置信息(也即，撞击光纤断裂编号)。

此外，数据采集处理单元采用默认数据帧与有效数据帧相结合的数据传输策略上报数据帧，默认数据帧与有效数据帧格式相同长度相等，保证了不同类型帧的发送时间以及帧之间的间隔时间完全相同。目前装置以固定时间间隔τ＝1.6μs上报默认/有效数据帧，即靶弹生存时间、中靶时刻测量精度为1.6μs。当光纤感知网络未发生断裂时，光纤通光状态始终为“1”，数据采集处理单元上报默认数据帧，当光纤通断状态信号由通光状态“1”变为不通光状态“0”时，数据采集处理单元上报有效数据帧。

解算模块500，用于根据所述数据采集处理单元上报的数据帧的类型和数量推算靶弹在撞击过程中的生存时间T₁及靶弹中靶时刻T₂。

在本实施例中，当靶弹遭拦截撞击时，数据采集处理单元上报有效数据帧，当靶弹内部设备因撞击而失效后数据采集处理单元将不再上报默认/有效数据帧，故通过数据采集处理单元上报的第一个有效数据帧和最后一个数据帧之间的数据帧总量可推算出靶弹在撞击过程中的生存时间；通过接收到的数据帧总量结合靶弹发射时间信息推算出靶弹中靶时刻。具体的，靶弹在撞击过程中的生存时间T₁及靶弹中靶时刻T₂的解算方式如下：

T₁＝τ×n₁

T₂＝T₀+τ×n₂

其中，n₁表示数据采集处理单元上报的第一个有效数据帧到最后一个数据帧之间所有数据帧数目之和；T₀表示靶弹发射时刻时间；n₂表示数据采集处理单元上报的第一个默认数据帧到第一个有效数据帧之间所有数据帧数目之和。

综上所述，本发明公开的靶弹遭拦截撞击后的时间测量装置和方法，通过数据帧总量推算靶弹在撞击过程中的生存时间及靶弹中靶时刻，省去了高精度计数器、授时模块等设备，避免了读取时间过程所产生的时延，在保证测量精度的前提下有效缩小了设备体积，降低了产品成本。

其次，本发明采用光纤感知网络测量靶弹生存时间、中靶时刻，具有频带宽、不受电磁波干扰、体积小、质量轻、可绕性强、耐腐蚀、成本低等优点，且具有良好的环境适应性，满足复杂使用环境下的应用要求。可与声、光、雷达等信号数据进行融合，全面、综合地对靶弹拦截过程进行测量，为毁伤过程反演提供支撑。

此外，光纤感知网络可以由多根光纤组成，敷设可采用等螺距正、反螺旋交错缠绕，或等间距经纬交错方式预埋于靶弹壳体内，布设方式简易且多样化，适合于不同应用需求。

在上述装置实施例的基础上，本发明还公开了一种靶弹遭拦截撞击后的时间测量方法。参照图2，示出了本发明实施例中一种靶弹遭拦截撞击后的时间测量方法的步骤流程图。在本实施例中，所述靶弹遭拦截撞击后的时间测量方法，包括：

步骤101，通过光纤感知网络感知光发射单元发出的光信号，将光信号传输至光电探测单元。

步骤102，通过光电探测单元将所述光信号转化为电信号，对所述电信号进行滤波、放大和判决处理，根据判决结果输出通光状态。

步骤103，由数据采集处理单元根据通光状态，以固定时间间隔τ上报与所述通过状态相匹配的数据帧。

在本实施例中，所述数据帧包括：默认数据帧和/或携带有撞击光纤断裂编号的有效数据帧。

步骤104，由解算模块根据所述数据采集处理单元上报的数据帧的类型和数量推算靶弹在撞击过程中的生存时间T₁及靶弹中靶时刻T₂。

在本实施例中，生存时间T₁及靶弹中靶时刻T₂的解算方式如下：

T₁＝τ×n₁

T₂＝T₀+τ×n₂

其中，n₁表示数据采集处理单元上报的第一个有效数据帧到最后一个数据帧之间所有数据帧数目之和；T₀表示靶弹发射时刻时间；n₂表示数据采集处理单元上报的第一个默认数据帧到第一个有效数据帧之间所有数据帧数目之和。

对于方法实施例而言，由于其与装置实施例相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例部分的说明即可。

本说明中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。