控制旋转的反射镜来拍摄高速运动弹丸的追踪摄影技术。可以追踪拍摄弹丸飞行４０ｍ

　　＿３００ｍ距离的弹丸轨迹和姿态。该技术的应用对于研究弹丸飞行姿态、飞行稳定性

　　及弹丸参数的测量具有重要的意义，可以用于追踪记录弹丸的滚转、章动、尾翼张开、

　　脉冲点火等过程。本项研究不仅可以应用到常规武器弹药研究领域，也可以应用到火

　　究；依据对弹丸轨迹的预估方式不同，对计算式估计追踪拍摄系统、多线阵ＣＣＤ探

　　测预估追踪拍摄系统、高速面阵ＣＣＤ探测预估追踪拍摄系统、融合观测器探测预估

　　追踪拍摄系统进行了系统组合形式设计分析，确定了以融合观测器探测预估追踪拍摄

　　结构的两种不同组成形式确定了以方位追踪角主导的结构体系。对系统相关参数进行

　　了推导，研究了视场及弹丸图像的变化规律；引入了画面比例因数，并研究了画面比

　　例因数对各参数的影响；对追踪角度允许误差公式进行了推导，并推演出追踪角误差

　　的临界值；对弹丸运动过程中的最大角速度角加速度进行了推导，建立了追踪角最大

　　角速度角加速度与追踪角的对应关系，使之与弹丸飞行时间相脱离，方便了求解过程；

　　对触发转镜系统的方式进行了分析，方便在实际应用中针对不同情况进行选择；对参

　　数选择原则进行了分析，以便于实际拍摄中协调个参数的取值。进行了弹丸近距弹道

　　阵ＣＣＤ阵列离线测量弹丸速度、弹道的方法；研究分析了测时偏差的分布规律，得

　　出了测时偏差符合正态分布的规律，并推导出测试偏差的经验公式；通过仿真研究得

　　出了ＣＣＤ拍摄帧频越高越测算位置误差越小的规律；提出了基于弹形恢复的测时修

　　正方法；对线阵ＣＣＤ阵列的布局进行优化测试方面的研究，得出了适当拉大第一个

　　与最后一个线阵ＣＣＤ阵列的距离有助于减小测算位置误差的结论；通过仿真得到在

　　有测时偏差情况下的测速误差为０．０１％，修正测时偏差后测速精度达到０．００５％的仿

　　真结果；对修正方法进行研究，设计了基于特征库查询的直径比例法，可用来生成匹

　　的“当前’’统计模型；求取了适用于滤波的坐标观测量和角度观测量；将坐标观测量

　　作为观测量进行了“当前＂统计模型自适应卡尔曼滤波仿真；将角度观测量作为观测

　　量进行了“当前”统计模型推广自适应卡尔曼滤波仿真；通过对比确定了采用以坐标

　　观测量作为观测量的“当前＂统计模型自适应卡尔曼滤波作为高速面阵ＣＣＤ对弹丸

　　轨迹预估的方法；针对于弹丸飞出视场，高速面阵ＣＣＤ无法对弹丸图像进行处理的

　　情况，研究了探测量缺失补偿的方法。分别对离线数据理论计算补偿法、高速线阵

　　ＣＣＤ阵列补偿法、高速面阵ＣＣＤ自适应补偿算法进行了仿真分析，得到了高速线阵

　　ＣＣＤ阵列补偿法最优、离线数据理论计算补偿法其次、高速面阵ＣＣＤ自适应补偿算

　　法较差的结论；研究了将高速线阵ＣＣＤ阵列与高速面阵ＣＣＤ阵列探测预估结果相融

　　合的方法，对平均法、最ｄｘ－－乘加权融合法进行了仿真研究，并对最小二乘加权融合

　　法两种确定权值的方式与平均法进行了对比，对比结果显示最小二乘加权融合法的效

　　型输入信号，引入了追踪比度的概念，推导出了适合于高速追踪摄影的转镜系统的典

　　型输入信号的构成形式；进行了原理样机的搭建，组建了交流伺服转镜系统；对交流

　　伺服转镜系统的传递函数进行了求取；对控制器的ＰＩＤ加前馈复合算法进行了仿真，

　　并根据仿真结果拟合出追踪角误差的峰值曲线经验公式与波动值曲线经验公式；为改

　　进控制算法，设计新型控制器提供理论算法参考，将智能ＰＩＤ规则进行改进，将时间

　　相关作为部分规则，并进行仿真，仿真结果表明采用智能ＰＩＤ控制追踪精度明显提高；

　　对弹丸自由落体追踪摄影实验及弹丸平射追踪摄影实验的结果表明本文所研究建立

　　ｔｅｓｔｂｕｔａｌｓｏＣａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｒｏｃｋｅｔ，ｍｉｓｓｉｌｅｔｅｓｔｆｉｅｌｄ．

　　ｔｒａｃｋｉｎｇｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄ

　　ｔｒａｃｋｉｎｇｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄａｒｅａＣＣＤｅｓｔｉｍａｔｅ

　　ｔｒａｃｋｉｎｇｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｅｓｔｉｍａｔｅ

　　ｏｆｄｏｕｂｌｅｍｏｔｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｉｔｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｔｈｅ

　　ｓｃａｌｅｆａｃｔｏｒａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅ

　　ｅｒｒｏｒａｎｄｍａｄｅｏｕｔｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｖａｌｕｅｏｆｔｈｅ

　　ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｔｉｍｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ

　　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｉｓ ０．０１％ｗｉｔｈｏｕｔｔｉｍｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ

　　ｉｓ ０．００５％ｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｔｉｍｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ

　　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｔｉｍｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ

　　ｏｎｌｉｎｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｉｓｃａｌｌｅｄｍｏｄｅｌｄａｔａｂａｓｅ

　　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｔｈｅ“ｃｕｒｒｅｎｔ’＇＿ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆ

　　Ｗａｓｃｏｎｆｉｒｍｅｄａｓｓｔａｎｄａｒｄ．Ｉｔ ｓｔｕｄｉｅｄａｂｏｕｔｈｏｗｔｏ

　　ｂｅｓｔ．ＴｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｆｕｓｉｏｎｏｆｔｈｅｅｓｔｉｍａｔｅｒｅｓｕｌｔｏｆｌｉｎｅａｒＣＣＤａｎｄａｒｅａＣＣＤ

　　ｃｏｍｐａｒｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈｅ

　　ｏｆｔｈｅｒｕｌｅｓａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔ

　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ；ｔｒａｃｋｉｎｇｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ； ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｆｌｉｇｈｔａｔｔｉｔｕｄｅ；ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ

　　开高速摄影。近年来数字式高速相机的研制成功为兵器测试技术提供了一种得力的工

　　具，其技术性能，已逐步取代了胶片式相机在试验中的运用。在兵器研究过程中，它

　　是对弹体的飞行姿态和速度测试不可缺少的一个重要手段，它将炮弹瞬息即逝碰靶前

　　后的高速现象进行“冻结＂，进行真实的记录和“再现＂，以供事后进行深入细致的分

　　项参数。为了拍摄更多的弹丸运动轨迹，不得不采取增大视场角的方法进行拍摄，增

　　大视场角就需要远距离拍摄，弹丸图像变小，牺牲弹丸的解析度，对弹丸的滚转、章

　　速摄影机的视场进行拓展，可能的拓展方法有两个，一是沿着飞行方向固定多个高速

　　摄影机的方法进行拍摄，火箭橇实验常采用这种方法，此种方法的投入比较大；另一

　　种方法是采用实时旋转摄影机来跟踪弹丸，光电经纬仪就是采用这种原理来达到对物

　　体进行精确观测的目的，这种技术主要用于导弹、运载火箭的动力段和弹头的再入段

　　精密弹道测量以及发射段事件的实况记录，设备结构十分复杂，成本非常高，实际应

　　拍摄的追踪测试需求，本文研究了利用一面可旋转控制的反射镜来解决高速运动弹丸

　　的跟踪摄影问题的方法，研究建立的追踪摄影系统将主要应用在对弹丸实现近距离测

　　试的场合，在距弹丸运动平面２０ｍ一１５０ｍ距离处利用高速摄影机与反射镜来拍摄弹

　　丸４０ｍ一３００ｍ的运动情况，这对于研究弹丸飞行姿态、飞行稳定性和各项参数的测

　　量具有重要的意义。该技术不仅应可用在常规武器弹药研究领域，也可以应用到火箭、

　　火箭助推器、导弹发射滑轨追踪测试等研究领域，甚至应用到汽车、飞机等运动物体

　　运动弹丸追踪拍摄系统是一种快速系统。假设弹丸速度为１０００ｍ／ｓ，对其飞行

　　２００ｍ范围进行跟踪摄影，则全程高速摄影时间约为Ｏ．２ｓ，所以系统对探测和控制的

　　者在线估算出弹丸的运动规律，继而控制电动机带动反射镜按照特定的对应关系以一

　　定精度进行跟踪，达到追踪摄影的目的。因此本文要解决的问题就是如何准确估计出

　　弹丸的运动轨迹，如何控制电机带动反射镜跟随弹丸运动，以及如何协调各项指标达

　　到理想的拍摄效果。解决对弹丸轨迹的估算问题采用的方法是利用高速面阵ＣＣＤ阵

　　列和高速面阵ＣＣＤ图像处理系统对弹丸轨迹进行探测与预估，控制反射镜对弹丸进

　　（２）基于高速线阵ＣＣＤ阵列的运动弹丸轨迹离线及在线）基于高速面阵ＣＣＤ图像处理的运动弹丸在线）转镜系统的控制技术。

　　军用试验技术．没有技术细节的报道，唯一的产品是ＤＲＳＨａｄｌａｎｄ公司的Ｆｌｊ甜ｎ

　　Ｆｏｌｌｏｗｅｒ系统．根据产品说明可知该系统在跟踪拍摄前需要预置弹丸的相关飞行参

　　数，而且在弹丸发射后测量出弹丸速度以后便没有任何探测修正措施来提高对弹丸的

　　捕捉率，因此相当于一个开环控制系统。这对追踪拍摄未知弹形系数的新型弹丸是很

　　实时探测与预估并实时修正追踪参数，使之不依赖于对弹丸相关参数的事前估计，能

　　与遥测之分。近距测量主要测试目标近程的速度、姿态，遥测主要测试目标的弹道。

　　可以分为半自动跟踪、电视自动跟踪和数学引导跟踪等［３】。本文主要研究在近距对弹

　　能的基本参数，也是为射表编制和内弹道研究必须提供的数据。在发射药鉴定试验和

　　穿甲试验中需要测量弹丸的初速和着速，有时确定弹道系数和弹形系数也与测速有着

　　密切的关系【４叫。总之，各种类型的射击武器都需要测量弹丸的速度。研究测速技术

　　大多采用非接触式的光学方法，从速度测量的原理来划分，九游会（J9）可将各种非接触式测速技

　　术归结为两大类：利用多普勒效应的间接测速法；依赖时间位移转换的直接测速法。

　　目前，常用的弹丸速度的测量方法有两种，既区截靶法和雷达测速法１７ ８］。

　　间的距离。因为目前计时仪和区截装置的测试精度可以满足现代武器的测试要求，产

　　生测量误差的主要原因就在于基线的测量。另外应开展小型化、高精度测速雷达的研

　　口速度主要是用记时仪和区截靶测出弹丸在两靶间的平均速度。目前使用的电子记时

　　仪精度较高，完全可以满足测试要求。区截装置根据所测弹丸的不同种类选用，其中

　　有通断靶（靶网、铝箔靶），电磁感应的线圈靶。近年来出现的光电靶（包括光幕靶、

　　天幕靶和以激光作光源的光幕）是倍受青睐的一种测速装置。光电靶的工作原理是当

　　弹丸通过光幕上方时就改变了落在光电管上的光线，因而产生一个电信号启动计时

　　仪。使用光电靶进行飞行时间测量主要的优点是：它能沿弹道测量飞行时间，而没有

　　通常接触靶对弹丸的干扰，无需对弹丸磁化、无需对靶网接线、劳动强度低等。但是

　　这种靶一般缺乏空间重复能力。根据射击靶场和射击条件目前有以下几种光电靶在广

　　过时，线圈就会感应出一个电动势（即启动或停止信号）。通常有两个线圈，一个产

　　生启动信号，启动计时仪，另一个产生停止信号，停止计时仪。在使用线圈靶时，附近

　　不能有钢铁设备，因为钢铁会破坏磁场，引起测量误差。被测弹丸必须是磁性材料制

　　造，弹丸磁化的极性要正确，要有足够的磁场强度。对于配用电引信的弹丸，只有弹

　　丸磁化后才能安装引信，或者选用无需磁化弹丸的测速方法。安装引信，或者选用无

　　时仪。这种靶的主要用来对轻武器和破片模拟，它的主要缺点是每打一发必须换一张

　　时，改变了落在光电管上的光，于是便产生一个信号，使计时仪开始或停止工作。他

　　的主要优点是可以在弹道上测量飞行时间，而不会妨碍弹丸的正常飞行，由于缺乏一

　　般的空间分辨能力，使用上受到限制，光电靶分为光幕靶和天幕靶，可根据射击条件

　　光幕靶是一种使用人工光源的光电靶【ｕ】。主要为轻武器室内射击设计的。在两米

　　０．０７％，即±１．４ｍｍ。在外使用时要设法避免阳光照射到光敏元件上。九游会（J9）光幕靶因空间

　　重复能力差而造成的误差为９．１５ｍｍ。由于这种误差使用基线长短要根据试验的目的

　　和误差要求确定【１２】。文献［１３１实现了用光幕靶测量破片群速度的方法。