混凝土靶

2024-07-20

混凝土靶（精选7篇）

混凝土靶篇1

作为一种重要的建筑材料, # 混凝土广泛地应用于各种民用、军用领域。对混凝土动态加载 ( 如爆炸、冲击加载) 下力学行为的研究始终是本领域内的研究热点。然而, 前人研究工作大多是基于宏观尺度模型 ( macroscale model) , 即把混凝土假设为一种均匀的、各向同性材料。众所周知, 混凝土是一种典型的非均匀的、各向异性材料, 由粗骨料、细骨料、水泥、沙子、添加剂等组成, 其内部还往往含有微裂纹, 甚至有宏观的缺陷如裂纹、夹渣、气泡、孔穴、偏析等[1]。混凝土宏观模型显然与实际有较大偏差。在这种情况下, 细观尺度模型 ( mesoscale model) 逐渐兴起成为研究混凝土破坏领域的热点。

在混凝土细观尺度模型中, 通常将混凝土看做是由粗骨料、水泥砂浆和两者之间的界面过渡区 ( interfacial transition zone, ITZ) 组成。基于这一思想, 学者们建立了许多细观力学计算模型, 如Truss模型[2]、Framework模型[3]、Lattice模型[4]、Microplane模型[5]、连续有限元模型[6—9]等。Akcaoˇglu[10]、Guinea[11]、Appa Rao[12,13]研究了ITZ和骨料对混凝土静态力学性质的影响。Zhou[5]通过建立了混凝土二维三相细观模型, 并运用有限元软件AUTODYN对高应变率动态加载下混凝土的受压特性、受拉特性、应变率效应以及爆炸加载下混凝土的破坏进行了数值模拟。然而, 目前针对混凝土细观模型的研究主要局限于对小尺寸混凝土试件在静态或准静态加载下特性的研究, 对大尺寸混凝土试件在冲击、爆炸加载下的研究还较少, 而基于细观模型对混凝土侵彻问题的研究更是尚未出现。

本文通过编写随机粗骨料生成和投放程序, 采用一种基于背景网格的材料识别方法, 建立混凝土三维三相细观有限元模型, 运用有限元软件对弹丸侵彻混凝土过程进行了仿真模拟。

1 混凝土细观模型与材料模型

1. 1 混凝土细观模型

本文通过生成随机尺寸的三维球形粗骨料并将其随机投放入一定尺寸的混凝土基体中, 建立了由水泥砂浆、粗骨料和ITZ组成的混凝土细观模型。随后, 基于背景网格的方法生成了可用于有限元数值计算的网格模型。

一般在实际工程应用中, 混凝土粗骨料的体积比为40% ~ 60% , 本研究中取混凝土粗骨料的体积比为40% 。其中, 骨料各种大小不同的颗粒之间遵循一定的数量比例, 称为级配。典型的粗骨料直径d不小于4. 75 mm, 用于建筑行业的商业混凝土其粗骨料级配大多遵循Fuller曲线分布 ( 图1 ) 。Fuller曲线可描述为如下关系[6]:

式中, P ( d) 为通过网眼直径为d的筛子的骨料的累计百分比, dmax为骨料的最大直径, n为方程的指数 ( n = 0. 45 ~ 0. 70) 。级配曲线被分为若干区间, 在给定了骨料最大尺寸和最小尺寸后, 就可以得出骨料每个尺寸区间[ds, ds + 1]内的比例分布:

式中, Vp[ds, ds + 1]为尺寸区间[ds, ds + 1]内的骨料体积。本研究结合试验实际工况, 取粗骨料最大直径dmax= 20 mm, n = 0. 5。根据假设, 将粗骨料的尺寸分为四个区间, 分别为4. 75 ~ 10. 0 mm, 10. 0 ~13. 0 mm, 13. 0 ~ 17. 0 mm和17. 0 ~ 20. 0 mm。根据Fuller级配曲线计算得到此4 个尺寸区间的体积比分别为17. 2% , 7. 7% , 9. 0% 和6. 1% , 总计40% 。为简化问题, 粗骨料形状假设为球形。采用了三维建模的方式, 以更好地反映混凝土材料的非均匀性和各向异性。本研究编写了三维随机球形粗骨料生成程序, 程序首先生成最大尺寸区间内的骨料, 即17. 0 ~ 20. 0 mm区间内的骨料, 骨料颗粒的直径在[17. 0, 20. 0]区间上服从均匀分布并随机产生, 直到这一区间内的所有骨料颗粒的总体积达到了所占的百分比。然后, 再用同样的方法生成下一区间, 即13. 0 ~ 17. 0 mm区间内的骨料。程序依次进行下去, 直到所有区间内的骨料颗粒生成完毕。图2 为骨料生成程序流程。其中, Vr为剩余体积, n为粗骨料序列号, m为粗骨料尺寸区间的个数。当程序运行结束后, 所有生成粗骨料的直径值均写入一预先定义好的数组。

在随机粗骨料生成完毕后, 需要将所有粗骨料颗粒随机地投放到限定的混凝土基体范围内。本文对此编写了三维球形骨料随机投放程序。投放时, 首先随机地产生粗骨料颗粒的坐标值, 然后需要对坐标值做如下判定: ①粗骨料颗粒不能与混凝土靶体边界交叉或超出边界; ②粗骨料颗粒之间不可以交叉重叠。如果当前的骨料颗粒坐标值同时满足这两个判定条件, 那么完成当前骨料颗粒的投放, 继续对下一个骨料颗粒进行投放; 否则只要有一个判定条件不满足, 则返回重新产生新的坐标值, 再进行判定, 直到同时满足两个判定条件。重复上面的过程, 直到完成全部骨料颗粒的投放。图3 为骨料投放程序流程。

在完成随机粗骨料的生成与投放后, 需要根据得到的粗骨料数据建立混凝土细观结构的有限元网格模型, 以用于数值仿真计算。本研究采用一种基于背景网格的材料识别方法, 建立了三维三相混凝土细观结构的有限元网格模型。背景网格, 就是在混凝土靶体范围内建立的一种不含材料参数的网格, 用于根据一定的判别条件转化为含有材料参数的网格。本文采用三维六面体网格划分软件True Grid建立混凝土靶体的背景网格, 通过判断背景网格与粗骨料几何轮廓的位置关系将背景网格分别设置为粗骨料、ITZ和水泥砂浆三种材料的网格。背景网格与粗骨料几何轮廓之间有三种位置关系 ( 图4) :①网格的所有节点都在粗骨料几何轮廓内。这种背景网格被赋予粗骨料材料;②网格的若干但不是所有节点都在粗骨料几何轮廓内。这种背景网格被赋予ITZ材料; ③网格的所有节点都在粗骨料几何轮廓外。这种背景网格被赋予水泥砂浆材料。图2 为经过材料识别后生成的三维三相混凝土细观结构网格模型。

1. 2 材料模型与参数取值

常见的用于LS-DYNA有限元软件仿真计算的混凝土模型有Johnson-Holmquist混凝土 ( HJC) 模型、连续面盖帽混凝土 ( CSC) 模型[14—16]、Karagozian-Case混凝土 ( KCC) 模型和脆性损伤混凝土 ( BDC) 模型等。Magallanes[17]对比了上述四种混凝土模型在分析爆炸和冲击加载下混凝土行为时的仿真计算结果, 分析了在研究混凝土仿真问题时混凝土本构和参数的重要性。CSC模型因其易用性、合理性和全面性在四种模型中体现出了在研究混凝土冲击问题时的优势。由于混凝土砂浆和ITZ与混凝土整体具有非常类似的应力应变响应, 故本文采用CSC模型作为混凝土砂浆和ITZ的材料本构模型。对于混凝土中的粗骨料, 本文采用改进的Johnson-Holmquist陶瓷 ( JH-2) 模型[18]。这一模型能够较好地反映陶瓷、玻璃、岩石等脆性材料的力学行为。

CSC模型支持完全用户自定义和程序自动拟合两种方式进行材料参数的设置。其中, 程序自动拟合方式是通过大量的试验数据进行参数拟合, 这些试验数据包含了UUXC强度介于20 ~ 58 MPa之间、骨料尺寸介于8 ~ 32 mm之间的混凝土[15]。选择程序自动拟合方式, 用户只需输入无围压单轴抗压 ( unconfined uniaxial compression, UUXC) 强度、最大骨料尺寸和单位设置选项三个参数就能自动拟合生成本构关系。UUXC强度影响拟合的各个方面, 包括刚度、三维屈服强度、硬化及基于损伤的软化。最大骨料尺寸只影响软化行为。程序自动拟合方式的CSC模型具有较好的易用性, 同时, 包含了围压影响、三变量失效面、应变率效应以及脆-韧性损伤的CSC模型又具有合理性和全面性的优点。表1所示为本文数值仿真计算的混凝土砂浆和ITZ的材料参数卡片设置。其中, R0 为材料密度, FPC为材料的UUXC强度, DAGG为最大骨料尺寸, UNITS为单位设置选项。水泥砂浆的FPC取值为应用较为广泛和典型的50 MPa, 由于本文中细观模型只对直径大于10. 0 mm的粗骨料进行实体建模, 故水泥砂浆的DAGG值取为10. 0 mm。对于ITZ, 由于其性质与水泥砂浆类似, 故采用与水泥砂浆相同的材料本构模型。但受限于目前研究手段的匮乏, 各国学者对ITZ各材料参数的选取仍未有一致的定论。根据经验, 一般认为ITZ的强度为水泥砂浆强度的1 /2 ~ 1 /3, 本文取ITZ的FPC值为25 MPa。DAGG值仍取为相同的10. 0 mm。

本研究选取了花岗岩作为粗骨料材料, 采用了JH-2 本构模型来描述这两种材料。表2 所示为JH-2 本构模型中主要材料参数与取值[18,19]。

2 数值仿真计算与结果

侵彻数值仿真计算采用长径比为10 的长杆刚性动能合金钢弹, 弹径为20. 3 mm, 头部形状为尖卵形, CRH ( caliber-radius-head) = 3, 质量为0. 478 kg, 侵彻初速为500 m/s。圆柱形混凝土靶直径为0. 51m, 厚度为1 m。为了节省内存、减少建模和计算时间, 仿真中只对混凝土靶轴心3 倍弹径内的圆柱形区域, 即只对侵彻深度有最大影响的区域进行了细观尺度建模, 细观区域的外围区域为宏观尺度建模, 如图6 所示。细观区域中, 受建模时间和网格数量的限制, 取六面体网格的边长为2. 5 mm, d<10 mm的粗骨料颗粒所含网格数过少, 不利于控制沙漏, 并且会产生大量不必要的计算量, 因此本研究只对d≥10 mm的粗骨料颗粒建模。但同时也要注意到, 网格尺寸比普遍共识的 μm量级的ITZ尺寸要大得多, 这就造成ITZ含量相比实际被夸大很多, 而骨料含量则被减少。

从仿真结果 ( 图7) 中可以发现, 细观尺度模型能够如实地反映弹丸侵彻混凝土时的破坏效应, 并且能够描述由于ITZ失效造成的随机分布的裂纹, 这一点是宏观尺度模型无法实现的。同时看到, 随机分布的粗骨料对弹丸侵彻轨迹影响不大, 侵彻造成的隧道基本是平直的。

3 结论

本文采用随机粗骨料生成和投放方法, 以及基于背景网格的材料识别方法, 建立了与实际较为相符的三维三相混凝土细观模型和有限元网格结构, 并利用有限元软件对刚性弹侵彻混凝土靶进行了仿真模拟。与宏观模型相比, 混凝土细观模型能够更加真实地反映侵彻过程中混凝土的力学行为。

摘要：与宏观尺度模型相比, 混凝土细观尺度模型能够更加全面准确地描述混凝土的力学行为。编写了三维随机球形粗骨料的生成和投放程序, 并采用一种基于背景网格的材料识别技术完成了水泥砂浆、粗骨料、界面过渡区三种网格的生成, 建立了三维三相混凝土细观有限元模型。基于这一模型, 运用连续有限元软件对刚性弹侵彻混凝土过程进行了仿真模拟。结果表明, 与宏观模型相比混凝土细观模型能够更加真实地反映侵彻过程中混凝土的力学行为。

关键词：细观尺度,混凝土,侵彻,数值计算

混凝土靶篇2

混凝土的早期性能在很大程度上决定了混凝土的各种中、长期性能,并且混凝土的早期强度的发展规律在很大程度上影响着混凝土的后期强度发展规律。根据灰色系统[1]理论的思想,可以把混凝土的强度发展看作是一个系统,该系统中既有已知信息(已测得的混凝土的早期强度),又有未知信息(混凝土的后期强度),借助于灰色预测系统[2]理论的思想,就能够根据现有的信息(混凝土的早期强度)建立后期的预测模型,进而对混凝土的后期强度进行预测。

1灰色系统基本原理

1982年,中国学者邓聚龙教授创立的灰色系统理论,是一种研究少数据、贫信息不确定问题的新方法。灰色系统理论以“部分信息己知、部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”不确定系统为研究对象。主要通过对部分已知信息的生成、开发,提取有价值的信息、实现对系统运行行为、演化规律的正确描述和有效监控。灰色系统模型[3,4]对实验观测数据没有什么特别的要求和限制,因此应用领域十分宽广。

GM(1,2)模型[5,6,7]。

一般建模是用数据建立差分方程,灰色建模则是用原始数据列作生成后建立微分方程。

设x1,x2都是n维向量,即

xi(0) = (xi(0)(1),xi(0)(2),…,xi(0)(n));

i = 1,2。

对xi(0)作一次累加生成:

$x_{i}^{(1)} (k) = \sum_{t = 1}^{k} x_{i}^{(0)} (t)$ ;k = 1,2,…,n

根据大量的实验研究可知,混凝土强度与龄期的对数基本成正比,因此,假定累加生成后的混凝土强度与龄期模型为:

$x_{i}^{(1)} = a \times \ln (x_{2}^{(1)}) + b 。$

记上述方程的参数列为 $\hat{a}$ ,则 $\hat{a} = (a, b)^{Τ}$ 。把已知数列xi代入上述方程,按最小二乘法可解出参数 $\hat{a}$ ,就可得通解。

按最小二乘法可解出参数 $\hat{a}$ ,其计算式为:

$\hat{a} = (B^{Τ} B)^{- 1} B^{Τ} y_{Ν}$ 。

yN=(x $_{1}^{(0)}$ (1),x $_{1}^{(0)}$ (2),…,x $_{1}^{(0)}$ (n))T。

得GM(1,2)灰色预测方程为:

$\hat{x}_{1}^{(1)} = a \times \ln (x_{2}^{(1)}) + b$ ;其中,

x $_{1}^{(1)}$ (0)=x $_{1}^{(1)}$ (1)。

将按模型计算的模拟值x $_{1}^{(1)}$ 按下式还原成x $_{1}^{(0)}$ ,

$\hat{x}_{1}^{(0)} (k + 1) = \hat{x}_{1}^{(1)} (k + 1) - \hat{x}_{1}^{(1)} (k)$ 。

模拟值与实际值的差叫残差。

$e (k) = \hat{x}_{1}^{(0)} (k) - x_{1}^{(0)} (k)$ ;k=1,2,…,n。

当残差满足精度要求时,模型可用于系统预测。

GM(1,2)残差模型:

当按原始数据x1,x2建立的GM(1,2)模型检验不合格时,可以用残差e建立GM(1,2)模型,对原模型进行修正。残差模型可以根据实际情况选择不同的模型,比如线性函数、幂函数模型等。

2混凝土靶强度灰色预测模型

2.1养护试验

为了获取混凝土靶在不同龄期的强度数据,我们进行了混凝土靶的养护试验。本养护实验共用了两个养护箱,其中养护箱是由北京中路达实验仪器有限公司所生产的水泥混凝土YH—40B型标准养护箱,养护温度设定有10 ℃、20 ℃,养护湿度均为95%。表1和表2给出了具体的试块(50 mm×50 mm×50 mm)实验测定的强度值。

2.2模型建立及分析

本文利用以上实验得到的固定温度10 ℃和20 ℃下,不同的龄期数据建立了三种预测模型,利用VB语言编程计算,得到如下结果:

2.2.1 用前14 d的强度预测15 d至28 d的强度

10 ℃数据: 应用前14 d的强度建立GM(1,2)预测模型:

$Μ = 7.543 \ln (t) + 2.477 5 (1)$

模型精度为97.63%。预测15天至28天的强度,预测误差的平均值为9.33%。由于预测误差平均值较大,再应用误差建立GM(1,2)残差模型:

$Μ = 0.106 1 t + 0.392 5 (2)$

然后对上面建立的模型进行修正,数据见表3。

通过表3可以看出,模型修正后预测15 d至28 d的强度要比修正前的有更好的预测效果,预测误差的平均值仅为1.88%。这样经过残差模型的修正,大大提高了此模型的拟合精度和预测精度,使预测模型的预测效果更好、更实用。

20 ℃数据: 应用前14 d的强度建立GM(1,2)预测模型:

$Μ = 9.906 9 l n t + 5.095 5 (3)$

模型精度为94.7%,预测15 d至28 d的强度,预测误差的平均值为4.37%。应用上面建立的GM(1,2)残差模型:

$Μ = 0.106 1 t + 0.392 5 (4)$

对模型进行修正,修正后预测15 d至28 d的强度,预测误差的平均值为2.99%。数据见表4。

2.2.2 用前28 d的强度预测29 d至56 d的强度

10 ℃数据: 应用前28 d的强度建立GM(1,2)预测模型:

$Μ = 8.456 9 \ln (t) + 1.424 2 (5)$

模型精度为93.35%。预测29 d至56 d的强度,预测误差的平均值为10.44%。应用误差建立GM(1,2)残差模型:

$Μ = 0.010 9 t + 1.275 (6)$

然后对上面建立的模型进行修正,修正后预测29 d至56 d的强度,预测误差的平均值为5.71%。数据见表5。

20 ℃数据: 应用前28 d的强度建立GM(1,2)预测模型:

$Μ = 10.439 \ln (t) + 4.498 8 (7)$

模型精度为94.1%,预测29 d至56 d的强度,预测误差的平均值为9.16%。应用误差建立GM(1,2)残差模型:

$Μ = - 0.080 5 t - 0.192 3 (8)$

对模型进行修正,修正后预测29 d至56 d的强度,预测误差的平均值为2.23%。数据见表6。

2.2.3 用前56 d的强度预测随后的强度

10 ℃数据: 应用前56天的强度建立GM(1,2)预测模型:

$Μ = 9.460 7 \ln (t) - 0.035 7 (9)$

模型精度为93.5%,预测随后的强度,预测误差的平均值为3.07%。应用误差建立GM(1,2)残差模型:

$Μ = - 0.019 1 t + 0.528 1 (10)$

然后对上面建立的模型进行修正,修正后预测随后的强度,预测误差的平均值为0.53%。数据见表7。

20 ℃数据:应用前56 d的强度建立GM(1,2)预测模型:

$Μ = 9.458 9 \ln (t) + 6.029 7 (11)$

模型精度为95.12%,预测随后的强度,预测误差的平均值为9.56%。应用误差建立GM(1,2)残差模型:

$Μ = - 0.010 6 t - 3.051 9 (12)$

对模型进行修正,修正后预测随后的强度,预测误差的平均值为1.88%。数据见表8。

通过以上在各个固定温度时,残差模型前后的预测数据比较中,我们不难发现经过GM(1,2)残差预测模型的修正能使预测平均绝对百分误差有很大程度的降低,精度非常高。这也为混凝土靶成熟度的预测打下了良好基础。

3结论

本文建立的混凝土靶强度的GM(1,2)残差预测模型能够反映实际混凝土靶强度的发展规律,通过残差模型的修正能使模型的拟合精度和预测精度有很大的提高,使预测误差的平均值保持在比较理想的范围内。此模型可以用于模拟混凝土靶强度的发展规律,具有较好的理论和实用价值。

摘要：混凝土靶的早期强度的发展规律在很大程度上影响着混凝土靶的后期强度发展规律。灰色系统理论对于小样本具有较好的预测效果。建立了混凝土靶强度的GM(1,2)残差预测模型。结果表明,该模型在预测混凝土靶强度方面达到了很好的效果,有较好的理论和实用价值。

关键词：混凝土强度,灰色系统,预测

参考文献

[1]邓聚龙.灰色系统.北京:国防工业出版社,1985;18—21

[2]张军.灰色预测模型的改进及其应用.中国优秀硕士学位论文全文数据库,2008;12:1—54

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[4]彭琨琨,肖新平.广义灰色多变量GM(1,n)模型的算法研究.第19届灰色系统全国会议论文集,2010;244—249

[5]王振禄,何满喜.关于GM(1,1)与GM(1,2)的拟合精度的注记.内蒙古师大学报(自然科学汉文版),1993;01:17—21

[6]郭颖,李昌海.基于GM(1,2)模型的多步自调节灰色预测控制算法.西安石油大学学报,2009;24(3):104—107

混凝土靶篇3

为了检验导弹的各项技战术指标,在靶场飞行实验中,需要靶弹逼真的模拟来袭导弹的特征,随着导弹各种能力的不断提高,如速度快、作战距离远、高低界范围大等,以及作战环境的日趋复杂化,常常对靶弹的供靶能力提出很多要求,如飞行高度、飞行速度、飞行距离、雷达反射面积,有无机动等,其中对供靶航路捷径的要求比较高,这是供靶中比较关键也是比较难于控制的技术,供靶中为了保证试验舰及人员装备的安全,还要求靶弹高安全性和高可靠性。随着GPS的广泛应用,利用加装在靶弹上的GPS可提高其在供靶中的航路捷径以及安全性和可靠性。

1 航路捷径

1.1 航路捷径的概念

靶弹在飞行过程中,其供靶轨迹与试验舰的接近程度即是供靶航路捷径,两者间的最近距离称为最小航路捷径。严格的讲航路捷径是一个矢量,由靶弹到试验舰的距离和方向决定。由于靶弹导引头一般是通过测量目标偏离靶弹视线的航向误差角和俯仰误差角来将靶弹引向目标,而在飞行距离上不需要导引头的控制。但是靶弹在距离选择上由严格的要求,这是因为:如果拦截不到靶弹,靶弹将继续向试验舰飞去,必将对试验舰上的人员和装备安全造成威胁;另一方面,靶弹在飞行过程中出现故障,可以通过靶弹航迹进行判断进行自毁,提高供靶的安全性。这就要求靶弹既要达到试验要求,又不能对试验舰有任何安全威胁,以确保装备和人员的安全。典型的供靶模式如图1所示。

1.2 航路捷径的作用

从靶弹的使命来讲,航路捷径越小,那么模拟敌方来袭导弹的程度就越高,对真实作战环境的模拟就越逼真,对被考核对象就越严格,另一方面也提高了靶弹的能力,所以,航路捷径是体现靶弹供靶能力的一个重要指标。

1.3 航路捷径的选择

从安全性和可靠性角度,靶弹一方面要提供逼近实战的靶标,同时要保证装备和人员的安全,这对靶弹提出了双重能力考验。航路捷径的选择主要遵循以下原则:

1.3.1被试品的能力要求。

即靶弹必须在设计好的航路内飞行,不允许超出被试导弹的确定安全范围。

1.3.2靶弹的性能指标。

即按照靶弹所能达到的能力确定飞行区域以及危险区。

1.3.3使用环境的要求。

对特定环境下的试验做明确要求。

2 航路捷径设计

航路捷径的设计主要考虑以下因素:

a.试验环境的要求。

b.试验大纲的要求。

c.被试品的要求。

d.靶场测试能力的要求。

鉴于此,采用GPS技术具有很大的优势,其主要优点是:

a.测量精度高,测量速度快,克服了靶场受天气影响大的缺点。

b.隐蔽性好,能够全天候工作。

c.技术实现简单,其接收机和传输装置微型化,使用方便。

2.1 航路捷径设计

GPS全球定位系统可实现全球范围内的实时导航和定位。GPS由空间卫星、地面控制系统和用户设备三部分组成。空间卫星由分布在6个轨道平面上的24颗卫星组成,每个平面4颗,可使全球范围内的用户在任何时间都能在5°高低角以上同时观察到4颗以上的卫星,每颗星的导航信息包含有该星的位置、时间、星历等信息。导航数据提供给接收机,以确定卫星在发射信号时的位置,每颗星的测距码不同,用户接收机利用接收到的测距码确定卫星到用户的距离。

本文所设计的靶弹供靶航路捷径的基本原理是:在靶弹和试验舰上分别安装发射机,用分布在特定位置的几个接收机同时接收靶弹和试验舰上所安装的发射机的信号,测得靶弹和试验舰上发射机相对接收机的坐标,及靶弹和试验舰相对接收机的坐标,进而完成靶弹和试验舰之间高精度的供靶航路捷径数据,用以指引靶弹规避或自毁,原理见图2。

在设计中,接收机可装载于车上,实现机动化,并可指定接收站1为基站,定义为相对坐标原点。接收站应选在吸收微波信号能力较好的灌木丛、草地等粗糙地面,位置应远离山坡、山谷和盆地。

2.2 计算方法

根据测得的发射机信号到达接收站的时间,可以计算出弹载及舰载发射机与接收站的距离bÁ,b,b,b和sÁ,s,s,s,其中Â

式中:b1,b2,b3,b4为弹载发射机与各接收Â机之间的距离;t1,t2,t3,t4为弹载发射机信号到达接收机的时间;c为光速。

同样可以求得舰载发射机与各接收机的距离s1,s2,s3,s4。

已知各接收机的坐标和弹载发射机信号到达接收机的时间,根据所得到的弹载及舰载发射机与各接收机的距离,便可以计算出发射机即靶弹和试验舰的相对坐标(XS,YS,ZS),(XX,YSZS)

根据物理知识,可以得到:

式中:,为各接收机的坐标;(XS,YS,ZS)为靶弹的相对坐标。

根据上式可以求得靶弹的相对坐标(XB,YB,ZB);同样可以求得试验舰的相对坐标(XS,YS,ZS),这样,根据几何算法,可以求得航路捷径

这是靶弹与试验舰空间上的距离,根据空间方法可以计算出靶弹与试验舰的纵向距离和侧Â向距离。ÃÃ

2.3误差分析ÁÃÃ

2.3.1在试验过程中,发射机和接收机的时钟偏差和不稳定性都会直接影响发射机的精度,因此对各单元的时钟精度和稳定性有较高的要求。由于原子钟、铷钟和铯钟的稳定度非常高,可达10-14~10-14量级。完全可以满足要求。另外高精度时钟可以采用原子钟、铷钟和铯钟基频倍频来实现。这样通过接收机1、2、3、4及发射机B,S的时基均采用高进度、高稳定性的原子钟,并且原子钟采用时统启动的方法,就可以满足精度要求。

2.3.2由于信号在传输过程中,因折射和多路径效应会使精度降低。在靶弹供靶时,靶弹和试验舰的工作区域已经确定,这样可以采用短基线原则进行布站,再利用同步观测求差值的方法,可以得到高精度。

2.3.3在太阳和月亮的万有引力的作用下,地球产生周期性的变化,这会使精度降低,由于发射机与接收机之间距离相对于地球变化很小,再采用短基线布站方法,这样对精度影响很小。

2.3.4电磁波在真空和大气层内的传播速度有差别,应考虑传播介质造成的误差补偿。

2.3.5接受站应避免反射信号进入天线,否则要考虑发射信号产生多路径效应差。

结束语

随着反舰导弹和舰空导弹突防能力的不断提高,以及作战环境的日趋复杂化,靶弹的职能使命也在不断拓展,高性能,高可靠性和高精度的靶弹是未来发展方向。采用这种方法得到的航路捷径,不仅克服了以往供靶精度低,安全系数低,可靠性差的问题,而且实现了接收机的机动化、可扩展化和重复使用性,并且该方法工程实现容易,降低了试验成本,对供靶能力的提高有着重要的意义。

摘要：本文介绍了供靶航路捷径的基本原理,设计了基于GPS定位原理和技术的一种靶弹供靶航路捷径的应用方法,对产生的误差进行了分析,应用此方法不仅可以实现全天候、高精度的供靶,而且提高了靶弹供靶的安全性和可靠性。

关键词：靶弹,航路捷径,GPS

参考文献

[1]李明峰,冯宝红,刘三枝.GPS定位技术及其应用[M].北京:国防工业出版社,2006.

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[3]简金蕾,任洪滨,等.CNSS接收机在测量防空导弹脱靶量中的应用[J].无线电工程,1999.

[4]温瑞衍,叶玮,等.基于GPS技术舰空导弹脱靶量测量系统设计[J].国防技术基础,2009.

天幕靶技术研究进展篇4

天幕靶的结构组成主要分成四个部分, 即支撑结构、喜好处理电路以及光电探测设备和光学系统。设备的光电转换主要由光电系统完成, 即信号处理电路和光电探测设备、光学系统集体完成, 属于典型的光电系统。天幕靶基于狭缝光阑作用, 通过镜头可以形成具有厚度的扇形视场, 因此被称作天幕, 而天幕靶基于其探测灵敏度, 在最大灵敏度下可以探测到的距离即扇形的半径。在测试过程中, 若弹丸冲进天幕中就会遮住部分光能, 因而弹丸穿过天幕便会改变光电转换设备中的电流, 经过放大以及整形后便可以产生一种脉冲信号, 用以替代弹丸穿过天幕的状态。天幕靶在探测中主要针对光微弱信号进行探测, 因而其技术指标即设备的探测灵敏度。天幕靶主要被用于对高速弹丸进行测试, 因而需要具备高度的灵敏性, 系统主要对飞行弹丸的描述并且通常采用探测距离进行描述, 其衡量标准为倍弹径数。所以在进行平头弹的探测中, 若弹丸长度相比较于天幕厚度略大, 灵敏度的表达式为:

式中:φ为倍弹径数;f为透镜焦距;a为狭缝光阑的长度;δ为能探测到的最小光通量的相对变化量。此时探测距离仅与天幕靶性能参数有关。当天幕足够厚弹丸淹没在天幕中时, 其表达式为:

式中:d为弹丸的直径;b为天幕靶狭缝宽度。此时, 探测距离还与被测弹丸的参数有关。天幕靶的设计主要是围绕f, a以及δ的优化展开, 最终提高其探测弱信号的能力。

天幕靶在室外使用, 环境相对变化会大一些, 作为背景的天空由于一天内的时间不同, 亮度会发生较大的改变, 因而实际试验中, 需要设备测试能够自我调节适应天空亮度;另外需要保持较高的灵敏度, 同时能够覆盖不同弹丸的弹道高度以及弹丸口径类型;另外在室外使用天幕靶会受到飞鸟飞虫的影响, 系统必须具备相应的抗干扰能力以及稳定的工作性能。

2 技术应用

2.1 同步触发技术

2.1.1 单靶触发。

在对弹道进行测试时, 往往需要一些同步信号或者触发信号, 例如CCD测试系统以及狭缝式高速摄像机和一些其他的参数测试设备, 在测试过程中所需要的弹丸预定抵达位置, 这些信号便是同步信号或者又可以成为触发信号, 而提供这些信号的系统变为触发系统。预定位置是弹丸首先飞至的点, 靠近枪口、炮口一侧, 依照预定点和测试点之间的距离以及弹丸飞行速度, 依照实际需要发出触发信号, 弹道设备受到触发信号的触发, 便会启动。

2.1.2 双靶触发。

单靶触发具有一定的技术缺陷, 因而为了令系统更加地完善, 设计者研发了一种双靶触发的技术, 通过使用两个区截装置, 在测试中当做弹丸的实际速度, 利用实际测出的速度将触发信号所需要的时间延迟计算出来, 继而对其进行装定。如此一来测试仪在对弹丸进行测试时, 其捕获率便可以大大提高。

2.2 弹丸速度测试技术

天幕靶测速系统由两台天幕靶和一台测时仪组成, 其工作原理是当有弹丸穿过第一台天幕靶时, 天幕靶输出的脉冲信号触发计数器开始计数;当弹丸穿过第二台天幕靶时, 其输出的脉冲信号停止计数, 然后记录或存储测出的弹丸飞过两靶之间的时间间隔t, 而两个天幕靶之间的距离s是提前测量好的, 于是就可以计算出弹丸在这两点之间飞行的速度v=s/t。为了对测速系统进行校准, 有研究者研究了测速系统的标定技术。早先采用对天幕靶和测时仪分开标定的方法, 目前在继续采用。采用多套测速系统比对的方法可以找出测速精度较高的测速系统。通过简化天幕靶测速系统检定的程序, 用单片机精确控制光源亮暗, 来模拟实弹飞行进入天幕靶视场的遮光作用和飞行姿态, 实现模拟弹丸速度精确可控。其技术研究有参看价值, 但还需进一步研究工程化中的技术问题。

2.3 射击密集度测试技术

2.3.1 四光幕立靶。

用四台天幕靶产生四个光幕面, 将其以特定的角度分别放置在六面体的两个面和两个对角面上。当弹丸穿过光幕, 天幕靶输出对应弹丸穿过每一光幕时刻的弹形信号, 用测时仪记录弹丸穿过四个光幕的时刻, 依据四个时刻值和四个光幕的机构参数计算出弹丸穿过光幕的位置坐标。采用该原理研制的设备已用在近炸引信作用距离的测试上。

2.3.2 多光幕天幕立靶。

在四光幕立靶测量系统中增加两个光幕, 构成六光幕测试系统, 能够解决弹丸斜入射时四光幕立靶测不准弹丸着靶位置的不足, 并且能够实现坐标、飞行速度以及飞行速度方向三种参数的同时测量。西安工业大学在单镜头单光幕天幕靶设计的基础上, 采用敏感面较大的真空光电管、多狭缝光阑板以及标准光学照相镜头作为基本部件, 不改变传统天幕靶外形, 采用两个相同的光电探测器 (天幕靶) 构成六光幕阵列, 配合数据采集仪和计算机, 不同阵型的六个光幕之间的夹角和距离参数不同。

2.4 光源的设计

光源的稳定性直接会对天幕靶的使用结果造成影响, 因而在使用天幕靶时必须配备相应的光源, 依照天幕靶的作用机理以及使用特点, 在解决其室内使用光源问题中有专家进行了专门的研究, 并对光源做出了专门的设计, 将超亮发光二极管作为室内使用的稳定光源, 而天幕靶对于现场光源有着特殊要求, 因此利用机械结构令二极管拼成扇形从而达到设计要求。由于这种光源在使用上较为方便, 并且结构简单, 供电也相对稳定, 既满足了设备的测速要求, 同时也提高了设备灵敏度。使得天幕靶可以形成10m×10m的光幕, 不但扩大的靶面, 同时也提高了测试的精度和灵敏度。

3 技术展望

(1) 相对比其他技术, 测量技术中, 天幕靶系统相对较为先进, 但是由于技术局限性导致其只能进行单目标测量。而随着技术的发展和科学理论的进一步深入, 现有的天幕靶测量系统都是解决单目标的测量问题。随着应用技术的进一步拓展, 例如阵列炮管武器以及双管高炮等武器在同一时间可以进行多发弹丸的发射, 对于这类武器进行测量便属于多目标同时测量, 便会设计到武器的密集度以及速度信号的共同识别, 在信号处理中就需要多台天幕靶系统组合, 形成一个测试网进行测试。 (2) 而对弹丸进行重点弹道的探测中, 必须考虑安全问题, 因而需要设定散布区域以及相对较大的安全距离, 因而对于天幕靶的探测能力要求相对较高, 必须超出2000倍弹径。 (3) 在进行测试过程中, 虽然无线传输的方式能够避免放线麻烦, 但是由于天幕靶测量系统的需要, 在密集度以及速度的测量中, 仍旧需要采用人工测量的方式对靶距进行测量, 并且在水平度以及平行度的调节中也需要进行人工调节, 因而对于天幕靶系统的技术简化仍旧是下一步技术研发中重点需要进行研究的内容, 尽可能的提升调平机构以及对准测量系统的自动化程度, 简化系统使用步骤。 (4) 另外由于使用现场的地形不同, 往往会遇到一些复杂的使用地形, 并且交通情况不甚理想, 那么为了保证天幕靶能够在野外使用, 需要在设计上尽可能使得天幕靶设备便于携带、轻型化、小型化, 这是未来天幕靶技术发展的主要方向以及需要解决的技术问题。

摘要：天幕靶是常规靶场常用的测量仪器, 因其操作简便、成本低、测试精度高、稳定可靠性好等优点, 在测量飞行物体速度、立靶密集度等方面得到广泛应用。文章分析了天幕靶工作机理, 总结了近年来科研工作者在解决天幕靶视场小、灵敏度低、时间信息提取误差大等关键问题时所采用的技术和天幕靶技术的应用, 展望了今后的发展趋势。

关键词：天幕靶,弹丸速度,密集度,抗干扰,连发测速

参考文献

[1]王铁岭.天幕靶精度分析[J].兵工学报:弹箭分册, 1987 (2) 39.

[2]刘世平.弹丸速度测量与数据处理[M].北京:兵器工业出版社, 1994.

手机银行:新的风险靶篇5

雅格布松已经花费了几个月时间来研究当前移动安全的现状, 他表示移动安全漏洞的情形在过去一年里已经有所改善, 但大多数手机用户和运营商并没有采用正确的方式来预防诈骗分子伺机非法访问金融账户。

雅格布松还说:“就目前情况来看, 智能手机市场规模还不大, 但在几个月或最多一年之后, 全球智能手机拥有量就会反超Windows机器。毫无疑问, 犯罪分子会将目标瞄准移动设备。”而且, 智能手机市场的急剧扩大将会导致面临比PC时代更大、更活跃的犯罪威胁。届时, 手机银行和金融服务将会成为犯罪分子的首要作案目标。

在全球范围内, 智能手机用户的急剧增长促使欧洲网络与信息安全部门发布了有关移动应用程序的安全报告, 该报告主张设置五道基本防线拦截恶意软件。报告的起草者马尼克斯·德克尔 (MarnixDekker) 博士和贾尔斯·霍格 (Giles Hogben) 说:“借助恶意应用程序, 攻击者可以顺利访问智能手机存储的大量私人数据, 比如商业机密电子邮件、位置数据、电话和短信等。而很多消费者几乎没有意识到这一点。”

雅格布松认为:“手机是一种社会通信工具。在使用自己的移动设备时, 人们通常会表现的比较幼稚。当通过手机等移动设备与其他人联系时, 人们通常喜欢以一种比传统计算机更为宽松自由的方式来进行互动, 这样的话, 无论是在浏览网页、阅读和响应电子邮件、处理银行业务还是进行支付, 人们按自己的方式随意使用移动设备时就会疏于防范。”这种行为有很大的风险, 使他们更容易受到犯罪分子的利用。

相信大部分消费者都比较了解笔记本电脑和个人电脑的安全需要。但这与在移动设备上是不可同日而语的。移动交互、短信和电子邮件三者的速度所包含的危险行为与普通PC设备是不同的, 很明显通过, 一个恶意链接许多移动用户就可以轻易上当, 但在传统网络环境中他们可能就会有所警戒。

此外, 许多移动平台和应用程序本身如Android的安全性, 一直得到多方面的关注, 因为开放源码软件的可用性正在持续增长。

一个完美风暴的创造需要具备两项条件。雅格布松说:“随着4G的发展和部署, 越来越多的人都在使用移动设备来处理银行业务、登录全球最大的在线支付平台Pay Pal和快捷支付软件Square。他们将移动设备作为支付服务首选, 这对攻击者来说意味着‘商机’。”

另外一个挑战是:因为移动通信技术本身的特性, 恶意软件很难在移动设备上被检测出来。雅格布松解释道:“如果你想检测出恶意软件的话就去查看自己的签名, 不过这需要不停的查看。假如你的手机上能够持续不断的运转一个反病毒或反恶意软件的检测程序也可以, 当然这样会超级费电。这是一个结构性的困难, 现有的范式一直无法克服。因此, 这可以说是一项技术故障。”

移动恶意软件:你有所防备吗?

通过文本消息进行的移动短信钓鱼和恶意软件诈骗案件数量呈上升趋势, 这种情况在世界各地已经非常明显并且很普遍, 尤其是那些移动设备普及率比美国还要高很多的地区。

在所谓的新兴市场如印度、中国和南美等地, 针对移动设备和网络渠道发动的攻击日益成为金融行业的心头之患。

卡耐基·梅隆大学计算机科学学院附属分公司Wombat安全技术的创始人兼首席技术官贾森·宏 (Jason Hong) 说, 新兴市场逐渐成为网络钓鱼和短信诈骗者的目标, 因为这是一个新的财富增长点, 并且使用者的计算机技术缺乏。

宏表示:“在过去的几年里, 网络钓鱼几乎成了一种传染病。它就相当于互联网上的鼠疫, 迅速席卷了全世界, 因为世界各地之间的联系越来越紧密。”

而移动渠道只不过是给犯罪分子提供了一个新的场地。

Javelin战略研究中心一名独立的高级风险、安全和诈骗分析师汤姆·威尔士 (Tom Wills) 说:“短信诈骗在某些国家非常流行, 通常这些国家里, 几乎所有年龄段的民众都在大量使用短信传递消息。除了美国和加拿大, 这在其他国家都是一种非常普遍的现象。因为通常情况下接收和传递消息都是免费的。在许多国家, 以新加坡为例, 所有沟通方式中短信排名第一, 言外之意就是短信为新加坡人通信的首选, 凌驾于电子邮件、即时消息和一切其他方式之上。在一些智能手机市场发展成熟的国家和地区, 如澳大利亚、新西兰、新加坡、香港、台湾、日本和韩国, 通过移动应用程序访问社交网站Facebook和微博Twitter正在逐渐成为一般潮流。不过出于习惯, 很多人还是通过短讯访问Facebook和更新Twitter信息。”

所有这些活动都使得手机尤其是短信/文本消息成为骗子的首要目标。威尔士分析说:“他们总是喜欢去那些可以获取最多绝对利益的地方。同样的原因, 最恶意的代码都是为Windows编写的, 而不是为针对拥有大部分市场份额的移动平台和应用程序的恶意软件编写者自己。”

解决移动隐患

如今骗子主要指向的是发展中市场如印度, 但其目标不会一成不变。雅格布松认为:“骗子的目标将不仅仅是印度等这些消费者群体容易受到攻击的国家, 它可以是全球任何一家市场。当人们使用移动设备时, 这在任何地方都是一种危险的行为方式。”

那么, 银行该如何解决这些隐患呢?

对于雅格布松来说, 他正在开发一种运行在当前移动模式之外的解决方案, 通过让用户在特定时间运行一款杀毒软件来防御诈骗, 特定时间是指, 只有当用户登录自己的银行账户或访问自己的移动银行应用程序时。“它不是持续运行的, 只有当你执行付款步骤或登录银行业务平台时才会主动防御。”

宏建议金融机构加强用户的防范行为, 通过对消费者和内部员工进行教育识别网络钓鱼电子邮件, 无论是在PC还是移动设备上。宏解释说:“许多教育模式并不是特别有用, 不过互动培训的效果会更好。”互动培训的原理就是, 金融机构发送模拟的网络钓鱼攻击邮件给客户和员工, 以此来测试他们如何反应。

解决移动上网和应用程序的安全也并非一件难事。就像雅格布松所说:“不过是一些恶意软件。有些是专门针对Android系统, 而有些是针对i Phone的, 但越来越多的恶意软件是跨平台的。”

专家认为, 一般情况下我们只是在移动攻击激增的风口浪尖上冷眼旁观, 直到移动设备识别和反病毒技术的使用率提高, 银行才可以高枕无忧。既然消费者行为得到这么高的关注, 加强教育和培训理应是最好的选择。

基于单片机的无线光电靶篇6

中国人民解放军某部高炮部队, 在日常训练中有一个难题, 就是操炮战士瞄准移动靶标与否不好判断。靶标距离高炮几十米, 高度十几米, 并且不断移动, 射击的机会稍纵即逝。

针对这个问题, 查阅了许多现有的光电靶产品, 有的是实弹射击的测量装置[1], 使用的方法多数是平行光幕加光敏元件, 也有的是采用单光幕[2], 还有的是瞄准训练器, 功能都比较完善, 但大部分都体积比较大, 重量重, 只能固定使用, 很难移动。针对部队瞄准训练的实际需要, 这里研制了一套电路简单、体积小、重量轻、造价低、便于移动和自动报靶的无线光电靶系统, 较好地解决了日常训练中的问题。

1整体设计

该无线光电靶系统主要由悬挂于移动装置上的光电靶;置于操炮手附近的光电靶控制器;一个固定在炮身上并与炮身同步移动的半导体激光器三部分组成。

当操炮手训练中, 瞄准靶标时踩动射击踏板, 激光器发出一束激光, 照射在靶标上, 靶标上的光敏元件接收到激光, 由单片机采集光敏元件的信息, 利用无线装置将信息发送到光电靶控制器, 由控制器显示激光照射的位置, 同时用语音报告环数和偏离的方向系统图如图1所示。

2光电靶电路设计

从图1可以看出, 光电靶由单片机、光敏元件阵列、无线通信模块和夜间指示灯4部分组成。

2.1 单片机模块。

这里采用51系列单片机中的新型号AT89S52, 因为这款设计需要扩展5个8位并行口, 主要考虑其具有比较好的扩展能力[3,4], 其他特性无需赘述。

2.2 光电测量模块的设计。

光敏元件采用光敏二极管, 在反向电压作用下, 其电流随光线强度成正比[5]。将光敏二极管在规定的范围内 (直径60 mm) 形成阵列 (按照圆环) 排列, 由AT89S52单片机扩展的接口电路对光敏元件的输出信号进行采集。

以前有的方案是利用光纤将采集的激光信号传导到光敏元件[1], 这里为了降低成本减少体积, 将光敏管直接布置在靶面上, 每个光敏元件由一个遮光管套住, 可避免大部分散射光的影响。光敏电路是光电靶的核心, 也是本设计的创新之处, 其他电路围绕光敏电路展开设计。利用比较器进行光电检测的模数转换[6], 图2是光敏电路的基本原理图。其中LM324是运算放大器, 作为比较器使用, 当电压V2>V1时, 运算放大器正向饱和, 输出电压Vo接近电源电压, 称为高电平1;当电压V2<V1时, 运算放大器反向饱和, 由于这里只使用了单电源供电, 运放输出Vo=0 V, 称为低电平0[7]。

在靶面安排上, 参考光检测元件放在靶标周围不远处, 使得其接受的环境光照条件与光电靶测光元件相同。当没有激光照射时, 参考光检测元件和光电靶测光元件同时受到环境光线的照射, 调整电位器RV1, 使得V1略大于V2, 运算放大器LM3243的输出电压Vo为0;当有激光照射到光电靶测光元件的时候, V2就会大于V1, 使Vo为1。当激光照射脱离光电靶的范围, 哪怕只照射到参考光检测元件, 运放的输出始终为0。利用这种方法实现光电信号的采集和A/D转换, 省去了速度慢且价格高的模数转换器, 电路得到简化, 速度得到提高, 同时也排除了环境光线的变化的影响。

在实际电路中, 一个参考光检测元件为多个光电靶测光元件提供参考电压, 电路得到进一步简化。在这种情况下, 要求多个光电靶测光元件的光电特性一致, 或者接近一致, 才不至于出现误差。经过筛选的测光元件完全可以满足这种要求。

实际实验证明, 在阳光强烈的室外, 只要没有阳光直射到靶面, 就工作正常;在夜晚星光下 (远处有路灯) , 也工作正常。

光敏元件的排列与LED的排列方式基本一致, 不同的地方是, 7环有16个光敏元件均布, 6环有24个光敏元件均布。这样排列的目的是减小各个光敏元件的间距, 以免激光束照射不到。

利用51系列单片机扩展的多个并行接口来读取光电靶的信息, 然后进行数据处理, 就可以判定激光束所照射的中心点, 从而给出射击成绩。扩展电路使用了数据收发器74HC244和译码器74HC138[8]。

2.3 无线通信模块。

光电靶需要接收光电靶控制器发送来的操作命令, 还需要把采集的射击成绩发送给光电靶控制器, 所以无线模块需要双向通信 (半双工) 。这里采用市场比较常见的工业无线通信模块并加以改造, 基本满足功能需要, 并且成本低廉[9]。无线通信模块与单片机的连接利用一个扩展的并行口和几根控制线。

2.4 夜间指示灯

为了夜间训练方便, 设计了由发光二极管组成的靶标指示灯, 在夜间可以打开此指示灯, 以便观瞄。此指示灯是由靶心灯 (内灯) 和靶周灯 (外灯) 组成, 可以由光电靶控制器无线控制其开关。

3光电靶控制器电路设计

从图1可以看出, 光电靶控制器由单片机、发光二极管阵列、无线通信模块、激光模块和语音播放模块组成。另外还有用于操作的按键。

3.1 单片机电路。

使用的单片机仍然是AT89S52, 扩展5个8位并行口, 其中4个并行口用来控制LED发光, 1个用来连接无线通信模块。

3.2 发光二极管显示阵列。

由AT89S52单片机扩展的并行口来驱动发光二极管 (LED) 的亮和灭, 用来显示击中的位置。LED的排列方式与光敏元件的排列方式一致, 便于指示射击结果, 如图3所示。

图3中, 一个最小的圆圈代表一个LED。可以看出, 10环只用1个LED, 亮的时候表示击中10环;9环只用4个LED, 可以指示上下左右4种偏差, 上边的LED亮表示9环偏上等;8, 7, 6环都是8个LED, 可以表示8种偏差。

3.3 激光器

购买市场常见的笔形半导体激光器。

3.4 无线通信装置

购买市场常见的无线收发器[10], 加以改造以适合与单片机匹配。光电靶和控制器均为双向收发 (半双工) 。

3.5 语音电路

在单片机的控制下播放事先录制好语音内容[10,11]。

4光电靶程序设计

4.1 光电靶的主程序

整个光电靶的程序由开机自检, 光信号检测, 数据处理, 向控制器发送检测结果, 无线命令接收和执行等子程序组成, 由主程序根据条件调用子程序。主程序框图如图4所示。

无线接收利用中断完成。每次接收到一个有效的命令, 就会将命令保存在一个指定地址, 然后建立一个标志位, 通知主程序。主程序根据命令内容, 调用相应的子程序, 完成命令要求的任务。中断服务程序框图略。

4.2 数据处理程序

数据处理程序的功能是根据读取的光敏检测数据, 计算出激光击中的位置。

由于民用激光器的光斑直径有的比较大, 有的比较小。在几十米的距离上, 一般光斑直径在10～30 mm。激光照射靶标, 往往是同时照射几个光敏元件, 该程序就是要确定光斑的中心位置。

对照图3, 假设光斑中心在10环, 可能被照射光敏元件只有10环的, 也可能还有9环的4个, 还有可能8环的8个也被照射等。要确定10环, 除了10环的光敏元件被照射, 还有9环、8环、7环可能被照射, 并且全环都被照射, 否则不能确定10环。

10环以外的其他环数的确定, 需要根据光斑照射到的环数和区数来确定。环号, 就是10, 9, 8, 7, 6环;环数就是光斑照射到的环有几个, 比如光斑照射到9, 8, 7环, 环数就是3。区号和区数:正上方为1区, 右上方为2区, 按照顺时针方向分为8个区, 编号为1～8号区;光斑照射到3, 4, 5, 6区, 则区数为4。

中心环号计算:首先要根据所有照射到的环号计算出环数, 然后计算出中心环号。最大环号减去环数除以2取整, 这就是光斑中心的环号。取整的目的是小数的环数不好显示。如果用数码显示则可以保留小数。

中心区号计算:根据所照射的所有区号计算出区数, 再计算出中间区号, 就是光斑的中心区号。这里有一个问题:当被照射的区号是7, 8, 1, 2, 3的时候, 要把最大区号确定为11, 最小区号确定为7, 再计算出区数和中心区号。如果计算的中心区号大于8则减去8才是真正结果。以区号是7, 8, 1, 2, 3为例:区数=11-7+1=5, 5/2=2.5, 2.5取整=2, 最大区号减去区数的一半取整, 即11-2=9, 由于9大于8, 要减去8, 即9-8=1, 这就是中心区号, 即偏上方。

中心环号和区号确定, 数据处理完毕。

图5是8个区的区号计算子程序框图, 其他子程序略。

从图5中可以看出, 如果原始数据的最大区号不是8, 那就直接计算中心区号。如果原始数据的最大区号是8, 就要判断1区是否有被激光照射, 如果没有, 那就直接计算中心区号。如果1区有激光照射, 最大区号要加1, 然后还要判断2区, 依此类推, 直到没有照射, 最大区号确定。这里判断到6区, 已经留有余地, 实际上不大可能出现这种情况 (参照图3分析) 。第一次计算的中心区号, 还要判断其值是否大于8, 如果大于8还要减1, 得到最终的结果。

5光电靶控制器的程序设计

光电靶控制器的程序主要由开机自检, 操作命令的接收和执行, 无线数据信号的接收和显示, 声音的播放控制等几个部分组成, 其主程序的框图如图6所示。

从图6可以看出, 主程序开机自检之后, 进入主循环。在主循环中, 除了按照各种标志位来控制LED的显示和语音播放之外, 就是检查按键, 一旦有键盘命令, 立即启动无线发送模块进行发送。这几个键盘命令都是针对光电靶的命令, 内灯命令和外灯命令是对光电靶的夜间指示灯的控制命令, 击发命令和重发命令解释如下:

击发命令在操炮手瞄准靶标踩下开炮开关时, 接通激光器电源发出激光, 并同时产生一个信号给光电靶控制器的单片机, 由单片机通过无线信号传送给光电靶。光电靶接收到击发命令, 开始对光敏元件进行扫描, 得到原始数据。在对扫描的数据处理之后得到激光光斑中心位置的信息, 就是环号和区号。光电靶将此环号和区号通过无线模块发送回光电靶控制器。光电靶控制器据此控制LED的显示和语音播放。

重发命令这个命令是要光电靶将上次击发产生的信息重新发送一次, 以便核对。

数据的接收每当无线模块接收到一次有效的信号, 就会申请一次中断。在中断服务程序中读取接收的数据, 并保存在一个指定的地址里, 以便主程序处理。数据的内容是激光光斑中心的环号和区号。中断服务程序的框图如图7所示。

6结语

利用参考光和比较器进行模数转换, 电路简单可靠, 速度快。光敏元件圆环状排列, 可以充分利用元件。利用单片机的程序处理可以很容易得到光斑的中心位置。经中国人民解放军高炮某部使用效果很好, 达到了

设计要求, 解决了动态靶瞄准的训练问题。而且光电靶重量轻、移动方便, 很适合各种野外训练需要。如果将激光器安装在其他枪械上, 还可以用在步兵的射击训练上。现在正在改进, 准备添加射击成绩统计功能, 在光电靶控制器上加一个数码显示器, 实时显示射击次数、总环数等, 同时还可以与上位机联网, 便于数据的储存和管理。

摘要：高炮瞄准训练时使用的靶子, 需要不断移动, 并随时报告瞄准效果。将激光器固定在炮身上, 利用激光的指向性实现瞄准。将光敏元件直接布置在靶面上, 将数据采集所用的单片机及其外围电路也布置在靶子上, 同时利用无线模块将采集的信息传回到地面的控制器。由地面的控制器对靶子进行控制, 并对传回的数据进行显示和语音报告。硬件设计上采用参考光和瞄准激光进行比较做模数转换, 电路简单、转换迅速。对于较大的光斑利用软件计算出其中心点, 降低对激光器的要求, 也就降低了成本。整个光电靶系统实现了便于移动、成本低和性价比高的特点, 在解放军高炮某部使用效果良好。

关键词：瞄准训练,移动靶,无线通信,单片机,参考光束,A/D转换

参考文献

[1]谢海燕, 谢勇, 顾敏芬, 等.无线激光打靶器系统建模与设计[J].南京师范大学学报:工程技术版, 2005 (1) :68-71.

[2]马学林, 严仲明, 董亮, 等.基于FPGA的高速目标单光幕测速系统的设计[J].现代电子技术, 2009, 32 (12) :1-3.

[3]李明, 毕万新.单片机原理与接口技术[M].大连:大连理工大学出版社, 2009.

[4]张靖武, 周灵彬.单片机系统的Proteus设计与仿真[M].北京:电子工业出版社, 2008.

[5]孙传友, 孙晓斌, 张一.感测技术与系统设计[M].北京:科学出版社, 2004.

[6]华成英.模拟电子技术基础[M].北京:清华大学出版社, 2006.

[7]周连贵.电子技术基础[M].北京:机械工业出版社, 2007.

[8]唐竞新.数字电子电路[M].北京:清华大学出版社, 2005.

[9]Princeton Technology Corp..Remote control encoderPT2262[EB/OL].[2009-01-25].http://www.princeton.com.tw/, 2009.

[10]谢刚.智能型语音单片机[EB/OL].[2009-10-01].http://www.xie-gang.com/YYDPJ.htm, 2009.

拳击手靶练习实战能力分析篇7

1.1、有效规范击打技术

拳击的手靶练习形成的是教学训练一对一的个别指导, 它通过手靶;诱惑的击打, 来实现运动员规范完成拳法的击打技术。针对运动员击打技术动作的不规范, 可便于及时对错误动作进行纠正, 以利于运动员在确保出拳规范的基础上, 结合实战中应用的技巧与原则进一步提高拳击的击打技能。

1.1.1、保持身体重心

拳击比赛, 双方运动员是冲准备姿势开始的实战;拳击的准备姿势:是人体在实战对抗中最有利于进攻和防守的姿势, 此时的身体中心一般处于两脚分开略靠向体前侧的中心点。很据拳击击打技术原理, 在进行手靶练习时, 身体重心要尽量保持与准备姿势相同的位置, 他需要随着击打动作沿水平向前、后、左、右移动, 才能确保击打技术的规范。这一要领在单拳的手靶击打练习时其优长并不明显, 但在组合拳连续击打时就显得极其重要了, 如果保持不好身体重心, 也就不可能实现连续拳的击打。再跟据牛顿第二定律的力学原理:F (力) =m (质量) ·a (加速度) , 即m、a与F成正比例关系。m作为完成拳击击打技术时所参与的 (身体) 质量, 它的大小将直接影响着击打的F值。根据这一原理, 再进行拳击手靶练习时就要时刻注意保持身体重心的参与, 每一次击打力争做到“起于根、转于腰、摧于肩、达于稍”:切记在拳击手靶练习中为击中目标而失去身体重心。因此, 进行拳击手靶练习, 对保持运动员身体重心的稳固具有十分重要的意义。

1.1.2、规范及路线

拳击击打技术形态是由直、摆、勾拳, 以及相对应击打部位的头部和躯干;也就是说一种拳法有2种击打形态, 再加上左、右拳, 即拳法有12钟击打形态。拳击的击打技术分为;直拳、摆拳、勾拳;如果从击打点进行分析, 其实就是以正面、侧面、下侧面为击打目标的拳法。拳法是从准备姿势开始的击打动作, 在明确了击打目标的前提下, 拳法的运动路线主要应符合二个条件, 一是拳法捷径以最短运动轨迹接触击打目标;二是运动中能够最大限度的发挥人体肌肉的工作。第一个条件很好理解, 第二个条件是在完成击打技术是充分发挥主动肌的最大收缩;即:拳法击打时收缩的主动肌主要包括下肢部分的腓长肌、胫骨前肌腰胯部分的腰大肌、腰方肌, 躯干部位的腹内外侧肌、背阔肌, 上肢部位的三角肌前侧部、肱三头肌等。

1.1.3、确保配合协调

拳击运动是一项以击打为表现形式的竞技体育, 他的得分原则是以拳峰击打到对手有效部位情况下的“清晰、有效”。实现这一目标仅依靠上肢拳法的击打是不可能达到的, 他必须在击打时是对手出现防守漏洞, 并有效的控制好速度、距离、时机, 还需要在对手做出应对反应之前完成击打。这其中, 速度是依靠突然地启动及运动过程的连贯;距离是依靠下肢步法及腰胯部位调整的移动;时机是依靠视觉及本体感知把握瞬间的预判。由此可见, 拳击击打技术的完成除靠上肢动作的表象外, 必须依靠躯干、下肢的协调配合才能确保击打实战效果的实现。拳击运动在进行击打技术训练中, 尤以上下肢的协调配合为主要点:一是拳到脚不到, 则不能使击打进入有效距离而失去攻击的意义;二是脚到拳不到则演变成了“我欲动、敌先动”的被动状态, 极易形成被对手打迎击。因此, 进行拳击手靶练习, 可以随时判断运动员击打时躯体的配合协调, 对进一步规范运动员的击打技术, 发挥实战中拳法的最大化具有非常重要的价值。

1.2、有效提高击打技能

拳击手靶练习是进一步规范运动员拳击技术的特殊手段, 他通过动态情况下的手靶练习, 可以逐步提高运动员在实战条件下击打技术合理应用的能力。手靶练习可以有效提高运动员击打目标的准确、击打有效距离的感知。击打速度的增强、击打条件反射的判断等技能。

1.2.1、击打目标的准确

1.2.2、击打距离的感知

1.2.3、击打速度的增强

1.3、有效实现战术意图

拳击手靶练习能够较全面的提高拳击击打技术技能, 更重要的是通过手靶练习可以针对运动员自身特点选择适宜的击打技术战术打法, 而且还对快速准确判断对手是主动攻击型, 重击拼打型、速度偷袭型、防守反击型等战术打法提供可能。

1.3.1、主动攻击战术

1.3.2、灵活偷袭战术

1.3.3、防守反击战术

(速度为主的偷袭、针对性防守反击、主动进攻的连续击打)

2、拳击手靶练习中易出现的错误