[其他]測(cè)量運(yùn)動(dòng)目標(biāo)轉(zhuǎn)速和線速的方法與裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 85100173
• 申請(qǐng)日: 1985-04-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN85100173B
• 公開(kāi)（公告）日: 1987-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 仇志宏;康來(lái)鵬;馮殿秀;王保均;吳國(guó)成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子工業(yè)部第十二研究所
• 主分類號(hào): G01P3/36
• 分類號(hào): G01P3/36
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明主要涉及轉(zhuǎn)速測(cè)量技術(shù)，特別是運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量技術(shù)，也涉及直線速度和自轉(zhuǎn)速度的同時(shí)測(cè)量。

某些運(yùn)動(dòng)目標(biāo)（如槍彈、炮彈、乒乓球、排球等）具有隨機(jī)性、一次性、高速度、高旋轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。對(duì)這類觀測(cè)角速度大且一瞬而過(guò)的小型目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量，被認(rèn)為是國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)期以來(lái)難于解決的問(wèn)題。

目前，槍彈或乒乓球的轉(zhuǎn)速測(cè)量多采用高速攝影法。其基本原理是通過(guò)如圖1中所示攝影物鏡〔3〕使監(jiān)測(cè)區(qū)域〔1〕直接或間接成象于焦平面的感光膠片〔5〕上，目標(biāo)〔2〕通過(guò)監(jiān)測(cè)區(qū)時(shí)，膠片和圖象相對(duì)高速運(yùn)動(dòng)，從而把目標(biāo)的轉(zhuǎn)速變化過(guò)程分解記錄在一系列膠片上，通過(guò)判讀得出數(shù)據(jù)。高速攝影法的原理示意圖如圖1所示。各式各樣的高速攝影機(jī)幾乎都存在下列缺點(diǎn)①由于是采用感光膠片收集記錄信息，難于進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量;②設(shè)備復(fù)雜;③成本較高。

現(xiàn)有的非接觸型轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x表，由于不具備廣角成象和圖象處理的特性，因而無(wú)法從背景中搜索、甄別和提取目標(biāo)，只能進(jìn)行定點(diǎn)的轉(zhuǎn)速測(cè)量，對(duì)于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，特別是高速的、隨機(jī)的、一次性的目標(biāo)無(wú)能為力。比較有代表性的如Z-2型多功能數(shù)字轉(zhuǎn)速計(jì)，其原理示意圖示于圖2。它依靠聚光鏡〔8〕對(duì)準(zhǔn)放在固定位置的旋轉(zhuǎn)物體〔6〕上的反射條標(biāo)記〔7〕，物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反射條隨之轉(zhuǎn)動(dòng)并在光源〔10〕照射下產(chǎn)生相應(yīng)的周期性光輻射，通過(guò)聚光鏡后被光敏元件〔11〕接收，變成周期性電信號(hào)，經(jīng)處理得到轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。該轉(zhuǎn)速計(jì)的缺點(diǎn)是只有當(dāng)聚光鏡對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)反射條標(biāo)記的位置時(shí)，才能正常工作，而聚光鏡的對(duì)準(zhǔn)范圍極窄，稍有偏離，儀器立即失效。

本發(fā)明以實(shí)時(shí)測(cè)量運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的自轉(zhuǎn)速度和同時(shí)測(cè)量包括直線速度在內(nèi)的二種參數(shù)為目的，提供測(cè)量方法和裝置的原理、結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)方法等。

本發(fā)明是采用如圖3所示的光學(xué)物鏡〔14〕將目標(biāo)〔13〕及其監(jiān)測(cè)區(qū)域〔12〕成象于視場(chǎng)光欄〔26〕，以該圖象作為采集信息的媒介，當(dāng)帶有標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在視場(chǎng)內(nèi)出現(xiàn)時(shí)，通過(guò)對(duì)圖象進(jìn)行光電掃描和空間濾波，獲取包含目標(biāo)自轉(zhuǎn)速度和直線速度的時(shí)序電信號(hào)，經(jīng)選放濾波、檢波、鑒頻等電子技術(shù)處理，得到所需數(shù)據(jù)。

所謂掃描，是按一維或二維的規(guī)律連續(xù)移動(dòng)瞬時(shí)視場(chǎng)，通過(guò)掃描部件的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)光探測(cè)器對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的依次、反復(fù)、高速取樣，將監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)目標(biāo)和背景的光輻射轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的時(shí)序電信號(hào)。

瞬時(shí)視場(chǎng)是由掃描狹縫的形狀和尺寸決定的，其形狀尺寸的設(shè)計(jì)主要考慮最佳空間濾波的原則，即利用目標(biāo)和背景的尺寸不同，選擇最佳狹縫寬度，以獲取最高信噪比。

掃描方式采用一維掃描，具有簡(jiǎn)單易行和幀頻容易提高的優(yōu)點(diǎn)，但其信噪比沒(méi)有二維掃描高，后者可將信噪比提高N倍，N為掃描行數(shù)，但二維掃描之幀頻將同時(shí)降低N倍，實(shí)際設(shè)計(jì)中可視具體要求而選定。由于二維掃描是一維掃描在時(shí)域上的延續(xù)，二者的分析是一致的。

下面給出掃描狹縫為矩形，目標(biāo)為圓形時(shí)，一維光電掃描的輸出目標(biāo)時(shí)序電信號(hào)S（t）的近似表達(dá)式，其原理示意圖如圖3所示。

（注意：瞬時(shí)視場(chǎng)的取樣頻率α/C至少大于目標(biāo)最高自轉(zhuǎn)頻率2倍）

其中：K-光探測(cè)器的靈敏度系數(shù)

ρ-目標(biāo)的半徑

I₀-目標(biāo)在象面上的最大照度

M-目標(biāo)自轉(zhuǎn)信息的調(diào)制度

C-視場(chǎng)光欄沿掃描方向的寬度

α-掃描狹縫和圖象的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度

v-目標(biāo)象沿掃描方向的直線運(yùn)動(dòng)速度

λ-掃描狹縫沿掃描方向的寬度與C之比

F-目標(biāo)自轉(zhuǎn)頻率

為簡(jiǎn)化分析，目標(biāo)自轉(zhuǎn)信號(hào)用其基波表示：

上述公式表明，光電掃描輸出的目標(biāo)時(shí)序電信號(hào)，除包括直流成分，目標(biāo)自轉(zhuǎn)頻率成分外，還具有豐富的諧波，這些諧波分量的幅度被目標(biāo)的自轉(zhuǎn)信息所調(diào)制;頻率被目標(biāo)的直線速度信息所調(diào)制。

計(jì)算表明，在上述條件下，最佳狹縫寬度是目標(biāo)象直徑的1.96倍。

本發(fā)明的實(shí)施需具備下列條件：首先，要求監(jiān)測(cè)區(qū)域的背景趨于均勻，無(wú)明顯的突變輻射;其次，監(jiān)測(cè)區(qū)域應(yīng)遠(yuǎn)大于目標(biāo)的尺寸;最后，還要求被測(cè)目標(biāo)上帶有和光探測(cè)器光譜接收特性相對(duì)應(yīng)的單一對(duì)比標(biāo)記。由于是采用的非相干光裝置，故探測(cè)距離不能太遠(yuǎn)，當(dāng)目標(biāo)輻射較強(qiáng)時(shí)，有可能達(dá)幾十米。

本說(shuō)明書的附圖說(shuō)明如下：

圖1：高速攝影機(jī)基本原理示意圖;

圖2：Z-2型多功能轉(zhuǎn)速計(jì)原理示意圖;

圖3：本發(fā)明的測(cè)量方法原理示意圖;