弹道参数测量系统设计论文

1测量系统工作原理

1．1弹道参数测量方案

基于对现有弹道参数测量方法问题的分析，在弹道初始段，将初速和射角分开进行测量，避免由于循环迭代产生累积误差，提高弹道参数测量的精度和弹道解算的速度。本文提出的弹道参数测量方案。

1．2初速的测量

利用差压传感器获取弹道初始段的弹丸所受动压，得到一组弹丸飞行时间和动压数据。通过单片机进行多项式拟合。

2测量系统设计

2．1测量系统组成与工作原理

本文设计了以C8051F352单片机为核心的弹道参数测量系统，其整体结构如图2所示。差压传感器和绝压传感器感受弹丸所受的动压和静压，并分别将其转换为相应的电压信号。经信号调理电路，对差压、绝压传感器的输出信号进行滤波和放大。A/D转换器将经过调理电路后的模拟电压信号转换为数字信号，并送入解算控制单元，最后，由解算控制单元通过执行内部解算程序，解算出测量的动压和静压，进而得到初速和射角。

2．2测量系统硬件电路设计

2．2．1压力传感器

本设计选用GE公司NPC—1220—15D型差压传感器和NPC—1220—15A型绝压传感器。量程为0～10psi(1psi=1bf/in2)=6894．76Pa，非线性误差为±0．1%FSO，压力迟滞为±0．1%FS，工作温度为－40～125℃。该传感器具有优良的温度特性，温度补偿范围为0～60℃。其体积小、精度高、功率小、频率响应高等特点非常适用于飞行速度测量需求。

2．2．2信号调理电路

经仿真分析可知，在0～1．5s内，动压在1．51～54．03kPa范围内变化，静压在94．94～101．33kPa范围内变化，差压传感器的输出电压信号范围为0．73～26．12mV。绝压传感器的输出电压信号范围为45．90～48．99mV。为使其满足后面A/D转换器的输入要求，必须对该信号进行放大调零处理。本系统选用LM358放大器。该放大器有线性度高、失调电压及温度漂移小、功耗小等特点。

2．2．3A/D转换器

本系统采用的单片机C8051F352含有16位的A/D转换器，共有8个模拟输入通道，动压和静压传感器输出信号经信号调理电路后，分别接到单片机的两个模拟输入通道。C8051F352的可编程转换速率达到1ksps，CPU系统时钟为50MHz，因此，动压和静压的采样时差约为1ms。即使当迫击炮弹速度达300m/s时，1ms的时间迫击炮弹运动距离也仅为0．3m。相对于整个弹道，可以认为动压和静压的值是在一个点上进行采样得到的。因此，直接利用C8051F352的A/D转换器，而不附加额外的A/D转换器。

2．2．4解算控制单元

本设计中的解算控制单元采用Cygnal公司的C8051F352单片机。该单片机采用32管脚的LQFP封装，具有高速度、高性能、高集成等特点，并能与8051单片机兼容。此外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件。

2．3测量系统软件程序设计

本系统的软件主要包括3个部分:系统控制程序、数据采集和保存程序，以及弹道参数解算程序。系统控制程序是用于控制整个软硬件系统的工作流程，保证系统正常运行。数据采集和保存程序是用于差压传感器和绝压传感器数据的采集、转换和保存。弹道参数解算程序是用于数据的处理，输出解算的初速和射角。

3实验测试

在实验室条件下，利用本系统对某型号迫击炮弹，不同初速和射角范围条件下的射击，进行了半实物仿真实验利用该系统解算出的初速和射角精度较高，解算的弹道射程最大误差不超过0．5m，相对误差不超过0．07%，说明测量系统具有较高的准确性，达到了预期的设计要求。

4结论

本文设计了一种基于C8051F352单片机的弹道参数测量系统，利用差压传感器和绝压传感器采集弹丸所受的动压和静压数据，经单片机对采集数据的处理，解算出初速和射角。对测量系统的软硬件设计进行了详细描述。在实验室条件下，进行了测试实验。测试结果表明:该系统测量精度高，满足弹道辨识的精度要求。与其他弹道参数测量系统相比，该系统具有测量精度高，解算速度快、系统结构简单等特点，适合实际工程应用。

作者:李亚楠王金柱马继存孙文理单位:军械工程学院