专利摘要

专利摘要

本实用新型的基于光纤接收的激光阵列式靶面坐标测量系统，该测量系统包括光幕靶靶架、线状半导体激光发生器、光学透镜、高速相机和控制系统，光幕靶靶架呈矩形框状结构，该矩形框状结构的四个内侧面上依次设置有X向平行光源阵列、Y向平行光源阵列、X向光纤接收阵列以及Y向光纤接收阵列，X向平行光源阵列、Y向平行光源阵列、X向光纤接收阵列以及Y向光纤接收阵列形成该光幕靶的有效面为Zm×Zm；本实用新型由光纤接收光信号、高速相机拍摄光纤拍摄端端面，经图像处理得到弹丸坐标，以克服现有光幕靶有效面小、接收元件尺寸较大、接收元件间距较大，测量精度低的问题，实现了小口径弹丸高精度无接触测量弹丸着靶点坐标的目的。

权利要求

1.基于光纤接收的激光阵列式靶面坐标测量系统，其特征在于：包括光幕靶靶架（1）、线状半导体激光发生器（2）、光学透镜（3）、高速相机（4）和控制系统，所述光幕靶靶架（1）呈矩形框状结构，该矩形框状结构的四个内侧面上依次设置有X向平行光源阵列（5）、Y向平行光源阵列（6）、X向光纤接收阵列（7）以及Y向光纤接收阵列（8），X向平行光源阵列（5）、Y向平行光源阵列（6）、X向光纤接收阵列（7）以及Y向光纤接收阵列（8）形成该光幕靶的有效面为Zm×Zm；

单个线状半导体激光发生器（2）与光学透镜（3）构成一组平行光源，若干组所述平行光源无缝衔接布满光幕靶的X方向、Y方向且组成X向平行光源阵列（5）、Y向平行光源阵列（6）；所述X向光纤接收阵列（7）和Y向光纤接收阵列（8）均由复数个光纤接收模块（9）紧密排列组成，X向光纤接收阵列（7）和Y向光纤接收阵列（8）的光纤接收模块（9）引出的一端一并组成光纤拍摄端且均在光纤拍摄端端面（10）上平行排列，光纤拍摄端端面（10）与所述光纤接收模块（9）一一对应，单个光纤接收模块（9）由多根光纤（15）平行排列组成；

所述控制系统包括光纤传输模块（11）、数据处理模块（12）、显示模块（13）、控制模块（14），所述光纤传输模块（11）、数据处理模块（12）、显示模块（13）均与控制模块（14）相连，所述高速相机（4）分别与光纤传输模块（11）、数据处理模块（12）、控制模块（14）相连。

2.根据权利要求1所述的基于光纤接收的激光阵列式靶面坐标测量系统，其特征在于：所述光纤接收模块（9）的单根光纤（15）的外径为0.1mm、内径为0.09mm，相邻两根光纤（15）的中心间距为0.1mm，则所述X向光纤接收阵列（7）、Y向光纤接收阵列（8）的光轴间距均为0.1mm，该光幕靶的测量精度为0.1mm。

3.根据权利要求1所述的基于光纤接收的激光阵列式靶面坐标测量系统，其特征在于：所述平行光源与X向光纤接收阵列（7）、Y向光纤接收阵列（8）的有效距离均为Zm。

4.根据权利要求1所述的基于光纤接收的激光阵列式靶面坐标测量系统，其特征在于：所述Z=1，该光幕靶的有效面为1m×1m。

5.根据权利要求1所述的基于光纤接收的激光阵列式靶面坐标测量系统，其特征在于：所述控制模块（14）为FPGA，所述显示模块（13）为上位机。

6.根据权利要求1所述的基于光纤接收的激光阵列式靶面坐标测量系统，其特征在于：所述X向平行光源阵列（5）的输出端正对X向光纤接收阵列（7），Y向平行光源阵列（6）的输出端正对Y向光纤接收阵列（8）。

7.根据权利要求1所述的基于光纤接收的激光阵列式靶面坐标测量系统，其特征在于：所述X向光纤接收阵列（7）、Y向光纤接收阵列（8）均为矩形阵列，X向光纤接收阵列（7）与Y向光纤接收阵列（8）之间间隔设置。

说明书

技术领域

本实用新型属于武器外弹道靶场测试技术领域，涉及一种武器外弹道测量装备且用于测量超高速小口径弹丸弹着点坐标，具体涉及基于光纤接收的激光阵列式靶面坐标测量系统。

背景技术

近年来，现有测量弹着点坐标的装备以光幕靶应用最多，目前现有光幕靶测试系统主要有：单光幕激光立靶、LED型大靶面光幕测量系统、大靶面红外光幕测试装置、多光幕弹着点测量系统，这些光幕靶装置或系统的光源阵列发射的光线很难保证平行且均匀，接收阵列采用的光敏元件尺寸不够小，排列出来光敏元件之间间隔较大，测量精度不高，不能满足小口径弹丸高精度测量的需求。很多光幕靶测试系统很难兼顾大靶面与高精度的要求，如现有的330mm×400mm光幕靶，该靶测试精度相对较高，但是有效测试靶面小；另外，现有的1000mm×1000mm大靶面光幕靶，有效测试面大，但是不可扩展、测量精度较低。

另外，对于现有的通过相机拍摄获取目标的光幕靶来说，靶面太大，相机视场小，不能够全部拍到，无法覆盖整个靶面，存在拍摄盲区，这就使光幕靶有效靶面减小，目标捕获率不高。本实用新型通过光纤将接收阵列导出到拍摄端，间接将靶面缩小，使高速相机可以拍摄到全部靶面，而不是直接用高速相机拍摄目标，而是转化为拍摄光纤拍摄端端面，体现了小视场到大视场的转换，大大提高目标捕获率。解决了光幕靶测量系统在相机拍摄视场受限条件下的目标捕获问题。

针对上述现状，本实用新型提供了基于光纤接收的激光阵列式靶面坐标测量系统，高精度大靶面坐标测量光幕靶，光纤接收，使得测量系统测量精度高，有效测试靶面大而且可扩展；光源阵列采用半导体激光发生器与光学透镜的组合使光源光线平行且均匀，接收阵列采用外径为0.1mm光纤紧密排列，相邻两跟光纤中心间距为0.1mm，成模块连接安装，高速相机拍摄接收阵列导出的光纤端面，经过图像处理，得到弹丸坐标，与现有光幕靶相比接收阵列元件间距大大减小，精度提高至0.1mm。

实用新型内容

有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供基于光纤接收的激光阵列式靶面坐标测量系统，针对超高速小口径弹丸、高精度立靶坐标测量的要求，以克服现有光幕靶有效面小、接收元件尺寸较大、接收元件间距较大，测量精度低的问题，实现了小口径弹丸高精度无接触测量弹丸着靶点坐标的目的。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

基于光纤接收的激光阵列式靶面坐标测量系统，包括光幕靶靶架、线状半导体激光发生器、光学透镜、高速相机和控制系统，所述光幕靶靶架呈矩形框状结构，该矩形框状结构的四个内侧面上依次设置有X向平行光源阵列、Y向平行光源阵列、X向光纤接收阵列以及Y向光纤接收阵列，X向平行光源阵列、Y向平行光源阵列、X向光纤接收阵列以及Y向光纤接收阵列形成该光幕靶的有效面为Zm×Zm；

单个线状半导体激光发生器与光学透镜构成一组平行光源，若干组所述平行光源无缝衔接布满光幕靶的X方向、Y方向且组成X向平行光源阵列、Y向平行光源阵列；所述X向光纤接收阵列和Y向光纤接收阵列均由复数个光纤接收模块紧密排列组成，X向光纤接收阵列和Y向光纤接收阵列的光纤接收模块引出的一端一并组成光纤拍摄端且均在光纤拍摄端端面上平行排列，光纤拍摄端端面与所述光纤接收模块一一对应，单个光纤接收模块由多根光纤平行排列组成；

所述控制系统包括光纤传输模块、数据处理模块、显示模块、控制模块，所述光纤传输模块、数据处理模块、显示模块均与控制模块相连，所述高速相机分别与光纤传输模块、数据处理模块、控制模块相连。

进一步的，所述光纤接收模块的单根光纤的外径为0.1mm、内径为0.09mm，相邻两根光纤的中心间距为0.1mm，则所述X向光纤接收阵列、Y向光纤接收阵列的光轴间距均为0.1mm，该光幕靶的测量精度为0.1mm。

进一步的，所述平行光源与X向光纤接收阵列、Y向光纤接收阵列的有效距离均为Zm。

进一步的，所述Z=1，该光幕靶的有效面为1m×1m。

进一步的，所述控制模块为FPGA，所述显示模块为上位机。

进一步的，所述X向平行光源阵列的输出端正对X向光纤接收阵列，Y向平行光源阵列的输出端正对Y向光纤接收阵列。

进一步的，所述X向光纤接收阵列、Y向光纤接收阵列均为矩形阵列，X向光纤接收阵列与Y向光纤接收阵列之间间隔设置。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的基于光纤接收的激光阵列式靶面坐标测量系统，针对超高速小口径弹丸、高精度立靶坐标测量的要求，以克服现有光幕靶有效面小、接收元件尺寸较大、接收元件间距较大，测量精度低的问题，间接把靶面缩小，使得高速相机可以拍摄到全部靶面，实现了小视场到大视场的转换，大大提高目标捕获率，实现了小口径弹丸高精度无接触测量弹丸着靶点坐标的目的。

其一，本实用新型针对超高速小口径弹丸、高精度立靶坐标测量的要求，由光纤接收光信号、高速相机拍摄光纤拍摄端端面，经图像处理得到弹丸坐标的高精度激光阵列式靶面坐标测量系统；该系统不需要众多的光电探测器、光电转换电路，直接处理光信号提高计算效率，减少了电路处理的误差；

其二，高速相机拍摄光纤拍摄端端面，结构简单，大大降低机械误差；

其三，塑料光纤作为接受器件，灵活柔韧，适用温度范围较大，并不易断裂；可承受较大的应力载荷、挠曲与振动等；

其四，光信号的传输和接收不受外界环境的干扰，传输信号损耗较小，能够在有强电磁干扰环境下工作，大大提高测量系统的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的整体结构和原理示意图；

图2为光幕靶靶架的内部结构示意图；

图3为X向光纤接收阵列或Y向光纤接收阵列的矩形阵列图；

图4为单个光纤接收模块的结构示意图；

图5为X向光纤接收阵列或Y向光纤接收阵列的结构示意图；

图6为光纤拍摄端端面的结构示意图；

图7为控制系统的原理框图；

图中标记：1、光幕靶靶架，2、线状半导体激光发生器，3、光学透镜，4、高速相机，5、X向平行光源阵列，6、Y向平行光源阵列，7、X向光纤接收阵列，8、Y向光纤接收阵列，9、光纤接收模块，10、光纤拍摄端端面，11、光纤传输模块，12、数据处理模块，13、显示模块，14、控制模块，15、光纤，16、插件，17、插槽。

具体实施方式

下面给出具体实施例，对本实用新型的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本实用新型技术方案为前提的最佳实施例，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

基于光纤接收的激光阵列式靶面坐标测量系统，包括光幕靶靶架1、线状半导体激光发生器2、光学透镜3、高速相机4和控制系统，其中，高速相机4拍摄光纤拍摄端端面10，结构简单，大大降低机械误差；该系统不需要众多的光电探测器、光电转换电路，直接处理光信号提高计算效率，减少了电路处理的误差；所述光幕靶靶架1呈矩形框状结构，该矩形框状结构的四个内侧面上依次设置有X向平行光源阵列5、Y向平行光源阵列6、X向光纤接收阵列7以及Y向光纤接收阵列8，X向平行光源阵列5、Y向平行光源阵列6、X向光纤接收阵列7以及Y向光纤接收阵列8形成该光幕靶的有效面为Zm×Zm；

单个线状半导体激光发生器2与光学透镜3构成一组平行光源，线状半导体激光发生器2与光学透镜3成一定距离，该距离根据实际情况选择，线状半导体激光发生器2通过光学透镜3光线平行射出；若干组所述平行光源无缝衔接布满光幕靶的X方向、Y方向且组成X向平行光源阵列5、Y向平行光源阵列6；进一步的，若干组平行光源完全覆盖接收阵列且分布均与无间隙；

所述X向光纤接收阵列7和Y向光纤接收阵列8均由复数个光纤接收模块9紧密排列组成，X向光纤接收阵列7和Y向光纤接收阵列8的光纤接收模块9引出的一端一并组成光纤拍摄端且均在光纤拍摄端端面10上平行排列，光纤拍摄端端面10与所述光纤接收模块9一一对应，单个光纤接收模块9由多根光纤15平行排列组成，塑料材质的光纤15作为接受器件，灵活柔韧，适用温度范围较大，并不易断裂，可承受较大的应力载荷、挠曲与振动等；进一步的，本实施例中，光纤拍摄端端面10与光纤接收模块9成一一对应关系，每400根光纤15成一个光纤接收模块9，X向光纤接收阵列7的光纤15在拍摄端端面10上五个模块成一行，成五行矩形阵列；Y向光纤接收阵列8的光纤15在拍摄端端面10上五个模块成一行，成五行矩形阵列；X向光纤接收阵列7与Y向光纤接收阵列8之间间隔设置，相距一定的距离便于识别，不干扰；

所述控制系统包括光纤传输模块11、数据处理模块12、显示模块13、控制模块14，所述光纤传输模块11、数据处理模块12、显示模块13均与控制模块14相连，所述高速相机4分别与光纤传输模块11、数据处理模块12、控制模块14相连。

优选的，本实用新型针对超高速小口径弹丸、高精度立靶坐标测量的要求，由光纤接收光信号、高速相机拍摄光纤拍摄端端面，经图像处理得到弹丸坐标的高精度激光阵列式靶面坐标测量系统；该系统不需要众多的光电探测器、光电转换电路，直接处理光信号提高计算效率，减少了电路处理的误差。可承受较大的应力载荷、挠曲与振动等；光信号的传输和接收不受外界环境的干扰，传输信号损耗较小，能够在有强电磁干扰环境下工作，大大提高测量系统的精度。

进一步的，所述光纤接收模块9的单根光纤15的外径为0.1mm、内径为0.09mm，相邻两根光纤15的中心间距为0.1mm，则所述X向光纤接收阵列7、Y向光纤接收阵列8的光轴间距均为0.1mm，该光幕靶的测量精度为0.1mm。

进一步的，本实施例中，所述X向光纤接收阵列7、Y向光纤接收阵列8分别由10000根外径为0.1mm、内径为0.09mm的光纤15分为25个光纤接收模块9紧密排列组成，即400根光纤15为一组成一个光纤接收模块9；进一步的，本实施例中，所述Z=1，该光幕靶的有效面为1m×1m，1m需25个光纤接收模块9，整个靶面共20000根光纤15、50个光纤接收模块9，每个光纤接收模块9有插件16，还设有与插件16相配合的插槽17，方便安装、拆卸、检修，还可以扩展更大的靶面。相邻两根光纤15的中心间距为0.1mm，则该光幕靶的测量精度达到0.1mm，大大提高该系统的测量精度。进一步的，光纤拍摄端端面10与光纤接收模块9成一一对应关系，每400根光纤15成一个光纤接收模块9，X向光纤接收阵列7的光纤15在拍摄端端面10上五个模块成一行，成五行矩形阵列；Y向光纤接收阵列8的光纤15在拍摄端端面10上五个模块成一行，成五行矩形阵列；X向光纤接收阵列7与Y向光纤接收阵列8之间间隔设置，相距一定的距离便于识别，不干扰。

进一步的，所述平行光源与X向光纤接收阵列7、Y向光纤接收阵列8的有效距离均为Zm。本实施例中，Z=1，所述平行光源与X向光纤接收阵列7、Y向光纤接收阵列8的有效距离均为1m，则该光幕靶的有效面为1m×1m，该光幕靶的有效靶面大且可扩展。

进一步的，所述Z=1，该光幕靶的有效面为1m×1m。与现有技术相比，该光幕靶不仅有效测试靶面大，而且可扩展。

进一步的，所述控制模块14为FPGA，简单方便、控制精确高效；所述显示模块13为上位机，更便于智能显示。

进一步的，所述X向平行光源阵列5的输出端正对X向光纤接收阵列7，Y向平行光源阵列6的输出端正对Y向光纤接收阵列8。

进一步的，所述X向光纤接收阵列7、Y向光纤接收阵列8均为矩形阵列，X向光纤接收阵列7与Y向光纤接收阵列8之间间隔设置；相距一定的距离便于识别，不干扰。进一步的，X向光纤接收阵列7、Y向光纤接收阵列8的接收阵列的光纤15引出以一定规则排列构成的光纤拍摄端端面10，高速相机4对光纤拍摄端端面10进行实时拍摄。

进一步的，光纤拍摄端端面10为一个箱体，导出的光纤15按照顺序排放在箱体拍摄面上，即形成的光纤拍摄端端面10，有四个标定点对拍摄面标定，高速相机4设置好参数进行拍摄。

作为优化的方案，对于现有的通过相机拍摄获取目标的光幕靶来说，靶面太大，相机视场小，不能够全部拍到，无法覆盖整个靶面，存在拍摄盲区，这就使光幕靶有效靶面减小，目标捕获率不高。如“四光幕”、“六光幕”、“ V形光幕”、“N形光幕”、“M形光幕”等光幕靶，通过增加光幕个数、相机个数增加有效面，提高精度增大目标捕获率；或者光幕、相机以一定规则放置来减小测量盲区，提高精度；但是这些光幕靶系统复杂，计算难度大，易受测试环境影响，使用时有诸多限制。因此，本实用新型通过光纤将接收阵列导出到光纤拍摄端端面，间接将靶面缩小，使高速相机可以拍摄到全部靶面，而不是直接使用高速相机拍摄目标，体现了小视场到大视场的转换，局限性小，大大提高目标捕获率。

进一步的，所述高速相机4、线状半导体激光发生器2、光学透镜3均与所述控制模块14相连。控制模块14为FPGA，具体型号和类型根据实际情况选定。进一步的，显示模块13为上位机，具体型号和类型也根据实际情况选定。

作为优选方案，本实用新型的基于光纤接收的激光阵列式靶面坐标测量系统的测量方法，包括以下步骤：

S1：在光纤拍摄端端面10将每根光纤15编码；进一步的，光纤拍摄端端面10与光纤接收模块9成一一对应关系，每400根光纤15成一个光纤接收模块9，X向光纤接收阵列7的光纤15在拍摄端端面10上五个模块成一行，成五行矩形阵列；Y向光纤接收阵列8的光纤15在拍摄端端面10上五个模块成一行，成五行矩形阵列；X向光纤接收阵列7与Y向光纤接收阵列8之间间隔设置，相距一定的距离便于识别，不干扰；

S2：没有弹丸过靶时，光纤15导光，光纤拍摄端端面10全亮；本实施例中，即没有弹丸过靶时，20000根光纤15全亮；

S3：当弹丸过靶，遮挡光线对应光纤15不导光，光纤拍摄端端面10出现暗点；

当飞行弹丸穿越激光形成的光幕时，分别在x和y方向上遮挡投射在X向光纤接收阵列7、Y向光纤接收阵列8上的光线，对应位置的光纤15没有光信号，光纤拍摄端端面10变暗出现黑斑，光纤15将光信号传输到另一端面即构成的光纤拍摄端端面10，所述高速相机4进行实时拍摄，经过处理得到弹丸位置坐标；

S4：所述高速相机拍摄到光纤拍摄端端面10变化，将图像数据通过光纤传输模块11传输到数据处理模块12，经过图像处理得到暗点位置即对应的端面光纤15，再由端面光纤15位置查找对应接收端光纤15，即弹丸坐标。本实用新型中，光信号的传输和接收不受外界环境的干扰，传输信号损耗较小，能够在有强电磁干扰环境下工作，大大提高测量系统的精度；

S41：所述高速相机4对光纤拍摄端端面10进行实时拍摄，高速相机4将拍摄到的图像由光纤传输模块11传输到数据处理模块12，数据处理模块12对拍摄到的图像进行处理，得到两个暗点质心坐标即得知是哪根光纤15被遮挡，得到该光纤15在X向光纤接收阵列7、Y向光纤接收阵列8的具体位置，得到弹丸坐标；

S42：所述数据处理模块12将处理后的数据传输到控制模块14，控制模块14将处理得到的坐标在显示模块13上的空间坐标系中显示弹丸空间坐标。

综上所述，本实用新型的基于光纤接收的激光阵列式靶面坐标测量系统，针对超高速小口径弹丸、高精度立靶坐标测量的要求，以克服现有光幕靶有效面小、接收元件尺寸较大、接收元件间距较大，测量精度低的问题，间接把靶面缩小，使得高速相机可以拍摄到全部靶面，实现了小视场到大视场的转换，大大提高目标捕获率，实现了小口径弹丸高精度无接触测量弹丸着靶点坐标的目的；

本实用新型针对超高速小口径弹丸、高精度立靶坐标测量的要求，由光纤接收光信号、高速相机拍摄光纤拍摄端端面，经图像处理得到弹丸坐标的高精度激光阵列式靶面坐标测量系统；该系统不需要众多的光电探测器、光电转换电路，直接处理光信号提高计算效率，减少了电路处理的误差；高速相机拍摄光纤拍摄端端面，结构简单，大大降低机械误差；塑料光纤作为接受器件，灵活柔韧，适用温度范围较大，并不易断裂；可承受较大的应力载荷、挠曲与振动等；光信号的传输和接收不受外界环境的干扰，传输信号损耗较小，能够在有强电磁干扰环境下工作，大大提高测量系统的精度。

以上显示和描述了本实用新型的主要特征、基本原理以及本实用新型的优点。本行业技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

基于光纤接收的激光阵列式靶面坐标测量系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。