弹丸时间零点获取方法的现状和发展趋势*

侯建强，韩壮志，王宁可

（1.军械工程学院，石家庄 050003；2.武汉军代局驻三三○三厂军代室，武汉 430200）

弹丸时间零点获取方法的现状和发展趋势*

侯建强1，韩壮志1，王宁可2

（1.军械工程学院，石家庄 050003；2.武汉军代局驻三三○三厂军代室，武汉 430200）

弹丸时间零点即弹丸飞离炮口的时刻，是火炮性能分析、试验和测试中的关键数据。分析了目前几种常用的弹丸时间零点检测方法，并根据高射频火炮弹丸连发情况下的特点，指出了传统时间零点检测方法的不适用性，从理论角度分析了高射频火炮连发弹丸的时间获取方法。最后针对高射频武器装备的发展情况和时间零点检测方法的现状进行了展望。

时间零点，方法，改进，高射频火炮

0 引言

弹丸时间零点即弹丸飞离炮口的时刻。弹丸初速就是根据弹丸时间零点和弹道方程，把弹道上实测的速度值，外推至炮口得到的弹丸虚拟速度［1］。因此，弹丸时间零点数据，在火炮性能分析、试验和测试中发挥着重要作用［2］。本文分析了几种常用的弹丸时间零点检测方法，并针对高射频火炮出膛时刻检测问题，进行了分析和评述。

1 常用的弹丸时间零点检测方法

目前，国内外用于弹丸时间零点检测的方法通常有两类：接触式检测方法和非接触式检测方法。

1.1 接触式检测方法

最常用的接触式检测方法是靶丝通断法，利用弹丸对靶丝冲击造成断靶，在回路中产生突变电信号，通过对电信号突变位置的检测，得到弹丸时间零点。根据采用靶子的不同，常用的靶丝通断法主要有网靶法［3-4］、电阻网靶法［5］、箔靶法［4］等。这些接触式的检测方法都具有成本低廉、结构简单［4-6］的特点，可以用来测量低速弹丸的膛内运行时间和膛内速度。

其缺点是：接触式的测量方法会影响弹丸飞行的姿态、速度、轨迹，会对后续的外弹道速度测量造成很大误差。实验表明，靶丝的通断是由冲击波、激波和高速燃气流造成的，并非弹丸出膛的真实时刻，该方法测量精度不高，测量结果需加以修正［2］。

1.2 非接触式检测方法

非接触式的检测方法主要包括振动传感器法、红外启动法、激光启动法、线圈启动法、高速摄影法等。

1.2.1 振动传感器法

炮弹在击发时会对炮口产生后座力和振动。振动传感器法主要是通过采集这些振动信号，得到炮弹出炮口的时间信息。常用的火炮炮口振动位移测试有4种；基于光电位移跟随器的测试、基于电涡流位移传感器的测试、基于激光CCD位移传感器的测试、基于加速度计及分段积分法的测试［7］。与振动传感器方法类似的还有后坐位移法：火炮射击前，在火炮结构上固定拉杆位移传感器，火炮射击时，测量火炮后坐部分位移随时间变化的曲线，确定弹丸出炮口时间［2］。由于火炮的振动较大，信号便于采集［8］，因此，振动传感器法易于实现。

其缺点是：在炮口的振动测试中，需要对一些传感器特别保护，以确保不受破坏［1］。同时，振动传感器架设固定技术要求高，易受环境振动的影响。

1.2.2 红外启动法

红外启动法通过光敏元件感应炮口火光［8］，将产生的电信号作为起点脉冲［9］，获得时间零点。红外启动法结构简单、测量精度较高，在很多领域得到了应用。

其缺点是：易受环境光线影响产生误启动。另有实验表明，由于弹丸离开炮口前，漏出的炮口高温火药气体会提前触发红外启动器［2］，红外启动法仅适用于6 000发/min以下的武器系统。

1.2.3 激光启动法

激光启动法也是一种基于光学的时间零点检测方法，典型的是分离型激光启动靶［10］。不同于红外启动法的是，激光启动法采用主动发射和接收的方式进行检测，具有更强的环境抗干扰能力，测量精度更高，在很多领域得到应用。

其缺点是：由于炮管的振动，激光启动法对启动器的架设要求高。同时，由于实验现场环境恶劣等影响，使得系统防护困难［5］。

1.2.4 线圈启动法

线圈启动法利用火炮射击时，弹丸被磁化部分穿过线圈的瞬间，在线圈中产生感应电动势的原理［8，11-12］，获得时间零点。该方法技术性能稳定，测量成本较低，效率高［6］，连发性能好，精度高［8］，可以做到随炮测量，应用广泛。

其缺点是：这种方法对线圈的架设和固定要求较高、线圈易受损、测量时每发弹丸需磁化［8］，使用不方便。

1.2.5 高速摄影法

高速摄影法是基于高速摄影机取景和图像识别得到弹丸时间零点信息的，如：狭缝摄影法［4，13，21-22］、激光高速摄影法［5］、X光高速射影法［5，14-15］、高速数字摄影法［2］等。高速摄影有很高的时间分辨能力，能跟踪快速变化过程的发生和发展，特别适用于超高速运动物体［9］，具有很大的应用前景。

其缺点是：高速摄影法需要良好的触发信号源［9］，对于连发弹丸或多目标而言，炮口有强光干扰，目标识别比较困难。

2 高射频武器连发弹丸时间零点检测方法

2.1 高射频火炮弹丸连发的特点

高射频火炮是指利用高射频弹丸在空中形成弹幕，增强作战中近程防空能力的一种武器系统。由于战术防空的重要性，高射频火炮的发展得到各国的高度重视，其射频从每分钟几千发到每分钟上万发不止。目前，36管的“金属风暴”试验系统就已经超过了每分钟100万发［15-16］。

与常规武器相比，高射频武器具有更强的冲击波、炮口焰、炮口烟和更加剧烈的炮管振动。同时，由于高射频的原因，每发弹丸之间的时间间隔很短，因此，会导致这些干扰的持续性，使得传统的时间零点检测方法不再适用。

2.2 高射频火炮连发弹丸的时间零点检测

实现高射频火炮连发弹丸时间零点检测的关键在于，在有持续的炮口焰、炮口烟干扰的情况下，准确获取弹丸出膛信号。针对这一点，主要有以下两种方法：

（1）X光高速摄像法：X光能够顺利穿透高射频连发弹丸的持续性炮口烟、炮口焰和高速燃气流，因此，可用于高射频武器系统的时间零点检测。国外已有采用X射线摄影测量弹丸初速的文献，且精度较高［14］，同样，X光高速摄影也可用于时间零点检测。缺点是：X光具有辐射性，不适宜长期使用，对测试人员需要增加保护措施。

（2）雷达测量法：利用测速雷达，得到弹丸初速［8］。考虑到雷达在测速中的应用，采用连续波雷达［18-19］进行时间零点检测也是一种可行性选择。这种方法利用接收机的信道，检测弹丸出炮口时产生的回波信号，从而检测出弹丸时间零点，不用考虑回波信号频率和幅度的变化情况［8］，抗干扰能力强。但在实际使用中，采用连续波雷达进行检测，还面临信号处理精度不高，检测性能稳定性不好的问题。

3 高射频连发弹丸时间零点检测方法的改进

事实上，高射频武器连发弹丸时间零点检测方法所面临的主要问题是：随着弹丸之间时间间隔的缩短，背景干扰信号呈现出高强度、连续出现的情况，严重影响了传感器的感应效果。为此，提高高射频连发弹丸的出膛时刻检测质量的关键，是解决强干扰条件下的弱信号检测问题。上述问题可以从以下几个方面解决：

3.1 对高射频火炮弹丸连发产生的振动建模

根据单发弹丸射击时的炮口振动衰减曲线和高射频火炮射速、射频和连发弹丸时间间隔，建立炮口振动模型，将建好的模型用于信号检测，可以得到精度更高的时间零点。但是，由于干扰［20］的存在，还未有相关文献提出较为实用的模型。

3.2 发展炮口消焰技术、大功率激光技术、背景滤光技术

针对基于光学的高射频火炮连发弹丸时间零点检测技术背景干扰强、环境适应性差的特点，可以从炮口消焰器、光电传感器、背景滤光技术的角度，解决问题。同时，大功率激光技术的发展可以提高激光启动器的穿透能力，也可以用于对高射频火炮连发弹丸的时间零点检测。

3.3 发展X光高速摄影的辐射防护技术

X光具有很强的穿透能力，但X射线具有辐射性，改善设备的辐射渗透和对人员的保护，也可以使X光高速摄影广泛用于时间零点检测。

4 结束语

本文针对高射频火炮连发弹丸时间零点检测的难题，结合相关研究和具体实践，分析了一些可行性方法，并针对其中某些方法的局限性提出了改进措施，有助于相关工作的研究。

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［3］刘福才，刘阳，王世国，等.基于网靶和高速数据采集方法的弹丸速度测量［J］.兵工自动化，2008，27（3）：72-74.

［4］黄家蓉，王幸，吴庵.枪炮弹飞行速度测量方法应用分析［J］.防护工程，2010，32（6）：64-69.

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Status and Development Trend of Bullet Zero-time Pot Acquiring Methods

HOU Jian-qiang1，HAN Zhuang-zhi1，WANG Ning-ke2
（1.Ordnance Engineering College，Shijiazhuang 050003，China；
2.Military Representative Office of Wuhan Bureau at No.3303 Factory，Wuhan 430200，China）

Bullet zero-time pot is the time when bullet flying out of muzzle.It is a key data of artillery performance analyzing，experimenting and testing.Common acquiring methods of bullet zerotome pot are analyzed in this paper.Methods are analyzed from the view of theory，basing on the characteristic of artillery running firing in this paper.The reason is pointed out that why traditional methods cannot be used on high-requency artillery.Improved ways and study direction are also touched upon in this paper.

zero-time pot，method，improved，high-frequency artillery

TJ306

A

1002-0640（2015）07-0001-03

2014-06-05

2014-07-07

国家自然科学基金资助项目（51107147）

侯建强（1990- ），男，河北衡水人，硕士研究生。研究方向：信号处理。