本發明涉及一種彈幕武器炮口振動測試裝置及其測試方法，尤其涉及一種炮口振動測試系統和測試方法。

背景技術：

近年來，隨著導彈等精確制導武器的突防能力的不斷提高，為對精確制導武器進行有效的防御，用于精確制導武器近程防御的彈幕武器也取得了長足發展。比較著名的有美國雷神公司的mk-15“密集陣”、荷蘭的“守門員”、澳大利亞的“金屬風暴”、俄羅斯的“cads-n-1”、“卡什坦”，以及我國的“632”、“732”、“1132”、“陸盾”等多管小口徑火炮近程低空防御武器系統，在艦船防空、車載機動防空以及地面的重要固定目標對空防御等領域都有廣泛的應用^[1]。為有效的履行近程防空攔截作戰任務，對彈幕武器的射彈散布要求與常規武器有所區別。與傳統火炮要求射擊彈著點集中相反，而是要求彈丸散布成一定面積的彈幕，具有一定面積的彈幕有利于覆蓋來襲目標可能的彈道軌跡；其次為避免出現被攔截的導彈雖穿過彈幕但仍未被有效攔截的情況，要求具有一定的散布密度，即彈幕武器的彈丸在射擊范圍內相對均勻散布，才能保證攔截成功概率^[2]。彈幕武器的射彈散布情況是影響其攔截能力的重要因素。

由于彈幕武器具有彈丸散布面積大、短時間發射彈丸數量多、前后彈丸之間的間隔時間短等特點，普通靶板等射彈散布接觸式測試方法在大量彈丸的射擊后，很難再有效判別彈孔，難以實現對彈幕武器射彈散布的可靠測試^[3]。隨著技術的發展以及軍事上的迫切需求，彈幕武器的射頻還在不斷提高，給射彈散布測試技術帶來了新的難題。為有效測試彈幕武器射彈散布，迫切需要一種有效靶面大、測試靈敏度和精度高、結構簡單實用的非接觸式測試方法，要求測試系統必須具有較高的測量精度、靈敏度及高速信號接收與處理能力，同時適應高速或者低速飛行彈丸的測試需要，具有大面積的靶面且易于靶場安裝調試。

同時，在射擊的過程中，發射藥在火炮身管內發生劇烈化學作用，在復雜外力及環境作用下，身管必然會產生振動，影響火炮的射彈散布。彈幕武器通常采用多管形式的小口徑轉管炮，由于射頻快，射擊時前后的沖擊振動相互影響，不同身管之間射擊的振動情況交叉影響，其炮口振動情況比常規火炮更為復雜。由于火炮射擊時的測試環境惡劣、振動激勵源復雜、加速度大、振動幅度和頻率多樣等特點，缺乏有效的炮口振動測試手段。

上世紀90年代以來，國內外學者對火炮振動與射彈散布的關系進行了深入的理論分析與實驗研究。研究結果表明搖架及身管振動都會對密集度產生影響，炮彈出炮口時的炮口動態射角與火炮的射彈散布的關系密切，是影響火炮射彈散布的重要原因之一。因此，復雜的炮口振動是影響彈幕武器彈丸散布的重要原因之一。研究測試其炮口振動與射彈散布的測試方法，能夠為炮口振動與射彈散布相關性研究提供實踐支撐。研究相關技術手段測量彈幕武器射彈散布和炮口的振動特性，為彈幕武器振動控制提供技術支撐，對于獲取合理的彈幕武器射彈散布參數，提高武器作戰效能具有重要意義。對彈幕武器射擊時的炮口振動與彈丸散布進行測試，分析炮口振動對彈丸散布的影響程度，對彈幕武器系統的設計與改進研究也有指導意義。

炮口振動對射彈散布有重要影響，由于測試環境惡劣、振動情況復雜，一直是靶場測試領域的研究難點之一，現有的測試手段主要有以下幾種。

(1)加速度計

加速度計測量方法需要用到炮口箍等輔助測量裝置，通過輔助測量裝置將傳感器固定在炮口上，經調理電路測出反應振動加速度的變化的電壓量，然后進行信號處理，即可得到炮口的振動參數。

(2)光電位移跟隨器

光電位移跟隨器測量原理主要通過跟蹤目標靶上黑白標識的分界面來實現對目標振動的測量。黑白分界面的運動使得析象管的成像發生變化，產生的電壓變化和物體位移變化成正比，能夠測量目標在某一方向上的位移情況。

(3)電渦流位移傳感器

火炮身管在其電感線圈的感應范圍內發生振動，由于電磁感應原理而產生感應電壓變化，感應電壓與身管振動的參量存在一定關系，從而求出火炮振動參量。

由于原理上的局限性，電渦流傳感器的量程由其感應線圈的截面積決定，為保證線圈正確響應身管的振動位移，被測的火炮身管截面應該比傳感器截面直徑大兩倍以上，在測試過程中安裝比較困難。而且量程大的傳感器要求反射面就比較大，這樣傳感器測得的就是整個反射面的振動信息平均，而不是單個點區域的振動狀態，所以測量時必須使用小截面的傳感器，貼近炮身測試，而這樣在火炮發射時，炮管的位移容易拍打到傳感器，防護難度大。此外，炮身后坐導致的地面振動，將直接影響固定傳感器的地面支架，造成測量的失敗。

(4)高速攝影

高速攝影器材主要包括高速ccd傳感器、高速處理電路和光學設備。通過分析炮口的視頻圖像，提取炮口運動信息，或將視頻文件分解成多幀圖像，采用數字圖像處理技術進行提取。由于缺乏有效的振動特征評估方法，其測量精度難以保證。而且為了兼顧高分辨率和高拍攝速度，高速攝影相機的視場通常很小，對炮口運動姿態的幅間距有嚴格要求，例如apx-rs型高速相機最大不能超過100mm。且高速攝影設備采用高速面陣ccd，為保證掃描速度，其像元素數量通常較少導致測量精度低，且高速攝影測連發火炮射擊炮口振動過程時，需要采集的圖像數量非常龐大，圖像處理過程復雜，處理結果影響測試精度。

(5)基于psd位移傳感器的炮口振動測試方法

反射鏡通過輔助測量裝置固定在炮口位置，激光器、psd傳感器及鏡頭在炮口后方相對反射鏡平面成一定角度布置。測量時，激光器發出點光源照射在反射鏡平面上，反射鏡隨著炮口的振動，將炮口的振動反應到點光源在psd表面的移動，psd產生與入射光斑位置對應的電流信號，再經過psd傳感器信號處理板處理后，結合炮口動態射角與psd光斑坐標間的檢測模型，即可得到炮口振動參量的測量結果。

(6)ccd激光三角位移傳感器

ccd激光位移傳感器主要由激光器、光學透鏡組和ccd組成。反射光點在ccd上成像，像點響應反射鏡的振動情況，而反射鏡隨炮口振動。基于ccd輸出的光點位移變化量，并結合兩者之間的數學模型就可以測量目標的振動位移情況。

綜合上述分析可以看出，火炮射擊現場環境惡劣，炮口振動測量的復雜因素多，能滿足彈幕武器炮口振動的測試手段缺乏。現有的炮口振動測試手段存在的缺點主要有：

(1)接觸式傳感器的測試方法測量原理簡單，操作簡便，但會改變炮口振動狀態，尤其對于小口徑火炮炮口振動測試影響大。由于身管振動頻率多樣，不同頻率不同沖擊的振動也容易損壞非對應量程區間的傳感器，對于轉管火炮而言，接觸式傳感器安裝難度很大。

(2)非接觸式測量。現有非接觸式測量方法存在的問題歸納起來主要有：

1)測量距離過近，易被身管后坐或炮口沖擊損壞；

2)抗炮口焰及煙霧等干擾能力差；

3)無法跟蹤測量炮口的二維振動，后期數據處理困難；

4)需要在身管上加裝輔助測量設備，影響火炮本身的振動特性，且對于采用轉管形式的彈幕武器而言，難以完成安裝。

技術實現要素：

本發明的目的在于基于線激光技術、ccd成像技術等，研究線激光束在炮口成像以及隨炮口振動特點，結合面陣ccd與線陣ccd輸出信號頻率特點，提出雙線陣ccd檢測線激光炮口振動測試方法；原理；分析測量原理，分析測試系統布局，研究相關參量光學投影轉換關系，進行系統參數綜合優化設計，推導測試結果轉換數學模型，實現炮口振動位移的二維求解。

本發明的技術方案在于提供了一種炮口振動測試系統，具體包括下方測量光路系統、側方測量光路系統和雙線陣ccd信號采集與處理裝置，其特征在于：

下方測量光路系統包括第一線激光器、第一柱面透鏡、第一平面反射鏡、第一濾光片、第一成像系統、第一線陣ccd；

下方測量光路系統布置在待測身管正下方,在靠近炮口一側安裝第一線激光器，在第一線激光器的上方安裝有第一柱面透鏡，第一線激光器發射的激光經過第一柱面透鏡后形成第一線激光面，并照射到待測身管上，形成第一線激光投影，在這個過程中線激光束的光平面應當垂直于身管的徑向垂直截面，接著安裝第一平面反射鏡，用于反射光束投影。

第一平面反射鏡被安裝在第一線激光器的右側，同時第一平面反射鏡與待測身管成一定角度，使得反射后的像能夠傳遞到第一成像系統。

第一濾光片放置在第一平面反射鏡和第一成像系統的鏡頭間。接著在第一濾光片的后方依次安裝第一成像系統和第一線陣ccd,第一線陣ccd要與待測身管成一定角度α；

第一線陣ccd上連接線路，使第一線陣ccd與雙線陣ccd信號采集與處理裝置連接進行測得信號的采集與處理，同時側方測量光路系統測得的數據也通過傳輸到了雙線陣ccd信號采集與處理裝置上，

側方測量光路系統包括：第二線激光器、第二柱面透鏡、第二平面反射鏡、第二濾光片、第二成像系統、第二線陣ccd。

其中：在靠近炮口一側安裝第二線激光器，在第二線激光器的后方安裝第二柱面透鏡，第二線激光器發射的激光穿過第二柱面透鏡后形成第二線激光面，并照射到待測身管上，形成第二線激光投影，在這個過程中線激光束的光平面應當垂直于身管的軸向水平截面，接著安裝第二平面反射鏡，用于反射光束投影。

第二平面反射鏡被安裝在第二線激光器右側，同時第二平面反射鏡與待測身管成一定角度，使得反射后的像能夠傳遞到第二成像系統，第二濾光片放置在第二平面反射鏡和第二成像系統的鏡頭間，用于濾除自然光線，以減少外界因素對測量結果造成的影響。接著在第二濾光片的后方依次安裝第二成像系統和第二線陣ccd,第二線陣ccd要與待測身管成一定角度α；

第二線陣ccd上連接線路，使其與雙線陣ccd信號采集與處理裝置連接，進行測得信號的采集與處理，進而實現炮口振動的測量。

進一步地，還包括同步電路，其作用就是在待測身管受到激勵發生振動時，使下方測量光路系統和側方測量光路系統能夠同時進行測試，并將信號傳遞到雙線陣ccd信號采集與處理裝置中，進而實現炮口振動的同步測量。

進一步地，該發明還提供了一種炮口振動測試系統的測試方法，具體包括：

步驟1、進行防震裝置的安裝；

步驟2、在待測身管下方正對位置，靠近炮口一側安裝第一線激光器，用于生成線激光；在第一線激光器上方安裝第一柱面透鏡用于生成第一線激光面，當第一線激光面照射到待測身管上時可以在炮口處形成第一線激光投影；在第一線激光器后方位置安裝第一平面反射鏡，用于反射在待測身管上形成的第一線激光投影；在第一平面反射鏡反射后形成光線對應的光路上安裝第一濾光片；第一濾光片后方安裝第一成像系統，使第一成像系統的鏡頭正對第一濾光片，用于對第一平面反射鏡反射光線的成像；在第一成像系統后方安裝第一線陣ccd，用于接收第一成像系統傳遞過來的像；第一線陣ccd需與身管成一定角度α；

步驟3、在待測身管側方正對位置，靠近炮口一側安裝第二線激光器，用于生成線激光；在第二線激光器前方安裝第二柱面透鏡，用于生成第二線激光面，當第二線激光面照射到待測身管上時可以在炮口處形成第二線激光投影；在第二線激光器后方合適位置安裝第二平面反射鏡，用于反射在待測身管上形成的第二線激光投影；在第二平面反射鏡反射后形成光線對應的光路上安裝第二濾光片，第二濾光片后方安裝第二成像系統，使第二成像系統的鏡頭正對第二成像系統，用于對第二平面反射鏡反射光線的成像；在第二平面反射鏡后方安裝第二線陣ccd，用于接第二成像系統傳遞過來的像；第二線陣ccd需與身管成一定角度α；

步驟4、進行雙線陣ccd信號采集與處理裝置的安裝，通過線路將第一線陣ccd和第二線陣ccd與雙線陣ccd信號采集與處理裝置進行連接；

步驟5、接通電源，對整個測試系統進行調試，使其滿足預定測試需求；調試完成過后，使測試系統處于運行狀態，對待測身管施加激勵，進行測試；

步驟6、對測試過程中測得信號進行采集、傳輸與處理，分別獲得第一線激光投影在第一線陣ccd上像的坐標和第二線激光投影第二線陣ccd上像的坐標；

步驟7、進行測得數據的處理分析，第一線陣ccd和第二線陣ccd的像平面與待測身管都成一定夾角α，在待測身管、第一線陣ccd和第二線陣ccd上各建立一個坐標系，而后將在第一線陣ccd和第二線陣ccd上測得信號變為坐標值，而后通過坐標轉換矩陣，將第一線陣ccd和第二線陣ccd上的坐標值轉換為炮口的坐標值。

本發明的有益效果在于：

(1)以激光在身管上的投影作為成像對象，激光光波單色性好、能量集中，便于濾除炮口散光等環境光干擾，提高信噪比；

(2)線激光在三維空間內是一個激光平面，具有一定長度的線激光束可以保證射擊時，炮口在劇烈振動過程中始終在激光光幕中；

(3)線陣ccd的掃描頻率更高，可以使用像元素更多的ccd器件，能夠實現很高的頻率和位移測量精度；

(4)無需在身管上加輔助測試設備，不改變炮口本身的振動特性。安裝簡單、安全性高且適用于不同結構的火炮炮口，尤其在超高射速轉管火炮等非常不便于安裝或粘貼各種測量輔助物的場合。

附圖說明

圖1是單線陣ccd火炮沿線激光出射方向振動位移測試原理示意圖；

圖2是雙線陣ccd檢測線激光測試系統基本組成圖；

圖3是雙線陣ccd檢測線激光炮口振動測試系統布局主視圖；

圖4是雙線陣ccd檢測線激光炮口振動測試系統布局俯視圖；

圖5是雙線陣ccd檢測線激光炮口振動測試系統布局側視圖

圖6是身管截面內炮口在線激光光幕中的振動情況圖；

圖7是炮口振動過程中線激光在在身管投影情況圖。

其中：1-待測身管、2-炮口、3-線激光投影、4-線激光器、5-柱面透鏡、6-線激光面、7-平面反射鏡、8-濾光片、9-成像系統、10-線陣ccd、11-單線陣ccd信號采集與處理裝置、12-下方測量光路系統、13-側方測量光路系統、14-第一線激光器、15-第一柱面透鏡、16-第一線激光面、17-第一線激光投影、18-第一平面反射鏡、19-第一濾光片、20-第一成像系統、21-第一線陣ccd、22-同步電路、23-雙線陣ccd信號采集與處理裝置、24-第二線激光器、25-第二柱面透鏡、26-第二線激光面、27-第二線激光投影、28-第二平面反射鏡、29-第二濾光片、30-第二成像系統、31-第二線陣ccd、32-隔震裝置。

具體實施方式

以下將結合附圖1-7對該發明的技術方案進行詳細說明。

在這里為了有效闡明本發明的具體功能，首先對單線陣ccd火炮沿線激光出射方向振動位移測試裝置構成和工作原理進行說明。

如圖1所示，在單線陣ccd火炮沿線激光出射方向振動位移測試裝置，在待測身管1一側靠近炮口2處，選擇一合適位置安裝線激光器4，為了滿足測試需求和后期計算需要，在安裝過程中應當使激光器4的軸線位于身管軸向水平方向平面內，且與身管徑向垂直方向平面垂直，而后在線激光器4的前方放置一柱面透鏡5，用于形成一線型的三角激光面6，當其照射到待測身管1上時，會在待測身管1表面形成一道高亮度的光束投影3。接著安裝一平面反射鏡7，用于反射光束投影。在圖1所示方位中，該平面反射鏡7被安裝在線激光器4的右側，同時該平面反射鏡7與身管成一定角度1，使得反射后的像能夠傳遞到成像系統9。而在平面反射鏡7和成像系統9的鏡頭間放置有一濾光片8，用于濾除自然光線，以減少外界因素對測量結果造成的影響。接著在濾光片8的后方依次安裝成像系統9和線陣ccd10，其中線陣ccd10需要與身管成一定角度，使像元線垂直于線激光束3的像，這是為后續進行數據分析時，能夠建立起測量坐標值和實際坐標值之間數據轉換的數學模型。最后在線陣ccd10上連接線路，與單線陣ccd信號采集與處理裝置11形成信號通道實現信號的采集、傳輸和處理。至此一個完整的單線陣ccd火炮沿線激光出射方向振動位移測試裝置就搭建完成。

單線陣ccd火炮沿線激光出射方向振動位移測試裝置工作時，激光器4通過柱面透鏡5形成線型的三角激光面6，該線激光面6照射到被測身管1上，在目標表面形成一道高亮度的光束投影3，該光束投影3通過平面反射鏡7的反射，可以出現在成像系統9的光學鏡頭上，通過成像系統9轉換進而在線陣ccd10上成像。而根據線陣ccd10的性能特點，當受到外界光學信號刺激時，被照射位置會產生相對應的信號，而后該信號將通過單線陣ccd信號采集和處理裝置11傳遞到上位機上去，實現數據的獲得。通過該系統，可以獲得光束投影3的像的初始位置，當待測身管1產生振動時，炮口2位置發生變化，使得光束投影3位置隨之發生改變，相對應的線陣ccd10上產生的信號也發生變化，并通過單線陣ccd信號采集和處理裝置11轉換為直觀的數據。由于在初期搭建測試系統時，人為設定了測試裝置的放置位置和角度，因此可以在待測身管1和線陣ccd10平面上各自建立坐標系，通過待測身管1和線陣ccd10平面之間的位置關系，可以求出兩個坐標系上坐標間的轉換數學模型，進而通過對線陣ccd10上像平面坐標值的變換，求得待測身管1振動時實際發生的位移，從而達到測試目的。

火炮在射擊過程中，火炮主要做水平、垂直方向的擾動，而身管的彎曲

相對于水平和垂直擾動可以忽略不計。炮口振動可以看作是身管以炮尾為圓心，身管長為半徑的圓上的擾動，因此可以選面陣ccd作為測試裝置進行測量，進而獲得炮口的平面振動情況。但由ccd的性能特點可以知道，線陣ccd相較于面陣ccd具有更高的頻率響應，且同樣長的測試時間內，后續需要處理的數據量要少的多，因此使用線陣ccd的測試效果會更好。但由于線陣ccd只能輸出一維信號，因此線陣ccd只能測身管在線激光平面內相對于激光發射方向的運動。

前面已經提及，炮口振動可以看作是身管在以炮尾為圓心，身管長為半徑的圓上的擾動，此時，這個擾動可以在水平、垂直兩個方向進行分解，因此該實施例中，利用兩個線陣ccd測試炮口在水平和垂直兩個方向的位移情況，將一個線陣ccd成像系統布置在火炮的側方，另一個布置的火炮的下方，對兩者進行時間同步，構成雙線陣ccd測試系統。

下面對雙線陣ccd檢測線激光測試系統的布局進行說明，由于單幅視圖無法清楚直觀的展現整個布局，因此在這里采用了三視圖的方式，對雙線陣ccd檢測線激光測試系統的空間布局進行說明。在此需要說明的是：正視圖是以身管軸向垂直平面為基準構建的，俯視圖是以身管軸向水平平面為基準構建的，側視圖以炮口截面為基準構建的。

由于從正視圖方向看去，側方測量光路系統13正好位于待測身管1前方，若將其表現出來，會使視圖顯得過于凌亂，故將側方測量光路系統13進行簡化，因此，圖3主要展現了下方測量光路系統12的組成。由于下方測量光路系統12位于待測身管1的下方，不便于在圖中展示出來，故對下方測量光路系統12進行了簡化，該圖主要是對側方測量光路系統13進行介紹。可以看到側方測量光路系統13布置在待測身管1的側面,，從俯視角度看去位于炮管前方。

如圖2-3所示，雙線陣ccd檢測線激光炮口振動測試系統，包括下方測量光路系統12、側方測量光路系統13和雙線陣ccd信號采集與處理裝置23；

下方測量光路系統12包括：第一線激光器14、第一柱面透鏡15、第一平面反射鏡18、第一濾光片19、第一成像系統20、第一線陣ccd21，其布置在待測身管1正下方,在靠近炮口2一側安裝第一線激光器14，在第一線激光器14的上方安裝有第一柱面透鏡15，第一線激光器14發射的激光經過第一柱面透鏡15后形成第一線激光面16，并照射到待測身管1上，形成第一線激光投影17，在這個過程中線激光束的光平面應當垂直于身管的徑向垂直截面，接著安裝第一平面反射鏡18，用于反射光束投影。

在圖3所示方位中，第一平面反射鏡18被安裝在第一線激光器14的右側，同時第一平面反射鏡18與待測身管1成一定角度，使得反射后的像能夠傳遞到第一成像系統20。

第一濾光片19放置在第一平面反射鏡18和第一成像系統20的鏡頭間，用于濾除自然光線，以減少外界因素對測量結果造成的影響。接著在第一濾光片19的后方依次安裝第一成像系統20和第一線陣ccd21,第一線陣ccd21要與待測身管1成一定角度α，同時第一線陣ccd21的像元線應垂直于第一線激光投影17的像，這是為了在后續進行數據分析時，能夠建立起測量坐標值和實際坐標值之間數據轉換的數學模型。

最后在第一線陣ccd21上連接線路，使其與雙線陣ccd信號采集與處理裝置23連接進行測得信號的采集與處理，同時側方測量光路系統13測得的數據也通過傳輸到了雙線陣ccd信號采集與處理裝置23上，其中同步電路22的作用就是在待測身管1受到激勵發生振動時，使下方測量光路系統12和側方測量光路系統13能夠同時進行測試，并將信號傳遞到雙線陣ccd信號采集與處理裝置23中，進而實現炮口2振動的同步測量。

如圖4所示，側方測量光路系統13包括第二線激光器24、第二柱面透鏡25、第二平面反射鏡28、第二濾光片29、第二成像系統30、第二線陣ccd31，其布置在待測身管1一側。

在靠近炮口2一側安裝第二線激光器24，在第二線激光器24的后方安裝第二柱面透鏡25，第二線激光器24發射的激光穿過第二柱面透鏡25后形成第二線激光面26，并照射到待測身管1上，形成第二線激光投影27，在這個過程中線激光束的光平面應當垂直于身管的軸向水平截面，接著安裝第二平面反射鏡28，用于反射光束投影。

在圖4所示方位中，第二平面反射鏡28被安裝在第二線激光器24右側，同時第二平面反射鏡28與待測身管1成一定角度，使得反射后的像能夠傳遞到第二成像系統30，第二濾光片29放置在第二平面反射鏡28和第二成像系統30的鏡頭間，用于濾除自然光線，以減少外界因素對測量結果造成的影響。接著在第二濾光片29的后方依次安裝第二成像系統30和第二線陣ccd31,第二線陣ccd31要與待測身管1成一定角度α，同時第二線陣ccd31的像元線應垂直于第二線激光投影27的像，這是為后續進行數據分析時，能夠建立起測量坐標值和實際坐標值之間數據轉換的數學模型。最后在第二線陣ccd31上連接線路，使其與雙線陣ccd信號采集與處理裝置23連接，進行測得信號的采集與處理，進而實現炮口2振動的測量。

根據線激光在炮口投影、線陣ccd成像系統以及線激光平面三者之間的位置關系，建立數學模型，即可求得炮口振動位移。

如圖5所示，向炮口截面方向看去進行觀察，在此圖中主要展現下方測量光路系統12、側方測量光路系統13和待測身管之間的空間位置關系。可以看到下方測量光路系統12位于待測身管1的正下方，側方測量光路系統13在圖5中位于待測身管1的正右方，兩個系統下方都裝有隔震裝置32，以免在射擊時引起的地面震動對測試結果造成影響，二者與雙線陣ccd信號采集與處理裝置23相連實現測量過程中的同步測量。

火炮振動過程中，炮口1在激光光幕中的位移情況如圖6所示。以身管切面的縱面方向為y軸，以身管切面水平方向為x軸建立直角坐標系oxy，圓p為火炮初始位置，圓p′為振動后的炮口位置，點j為線激光發射點，其發射的光幕如圖中虛線所示，炮口在線激光光幕區域中會攔截一段光線。

由光線的直線傳播定律可知，線激光束在炮口的投影在y軸方向的長度等于炮口直徑。則pa為炮口水平方向偏移量，p′a為炮口垂直方向偏移量。當線激光光幕區域在炮口處的覆蓋長度大于炮口振動的上下最大位置時，可以保證炮口在振動過程中，身管上始終有完整的線激光束投影。

炮口在射擊擾動過程中在不考慮身管彎曲影響的前提下，可以看成是炮口在以炮尾為原點，火炮身管長度為半徑的部分圓上做弧面運動。由于線激光的位置是固定在地面的，火炮射擊過程中線激光器及線激光束位置固定不變。水平方向線激光在身管上的投影情況如圖7所示。

其中pa、pa′為身管振動前后的兩個位置，虛線圓弧為炮口振動位移軌跡，線激光束j交火炮身管于b、b′兩點，可知，線激光束在炮口振動前后的不同位置，但始終在線激光束所在平面。在測試過程中，可以預先測出bp的長度，再由測試系統測出bb′的值，則水平方向的動態射角可以表示為

從而實現對水平方向動態射角的求解，同理也可以進行垂直方向動態射角的求解。

該實例提供了一種炮口振動測試系統的測試方法，具體包括：

步驟1、進行防震裝置32的安裝；

該步驟主要用于保證雙線陣ccd檢測線激光炮口振動測試系統在測試過程中不會受到外界震動的影響，測試結果出現偏差；

步驟2、在待測身管1下方正對位置，靠近炮口2一側安裝第一線激光器14，用于生成線激光；在第一線激光器14上方安裝第一柱面透鏡15用于生成第一線激光面16，當第一線激光面16照射到待測身管1上時可以在炮口2處形成第一線激光投影17；在第一線激光器14后方位置安裝第一平面反射鏡18，用于反射在待測身管1上形成的第一線激光投影17；在第一平面反射鏡18反射后形成光線對應的光路上安裝第一濾光片19；第一濾光片19后方安裝第一成像系統20，使第一成像系統20的鏡頭正對第一濾光片19，用于對第一平面反射鏡18反射光線的成像；

在第一成像系統20后方安裝第一線陣ccd21，用于接收第一成像系統20傳遞過來的像；

該步驟中，需要注意的是第一線陣ccd21需與身管成一定角度α，這是為了在后期對第一線陣ccd21上測得坐標值和待測身管1上對應坐標值進行數值轉換做準備。至此下方測量光路系統12安裝完成，其結構布局如圖4所示；

步驟3、在待測身管1側方正對位置，靠近炮口2一側安裝第二線激光器24，用于生成線激光；在第二線激光器24前方安裝第二柱面透鏡25，用于生成第二線激光面26，當第二線激光面26照射到待測身管1上時可以在炮口2處形成第二線激光投影27；

在第二線激光器24后方合適位置安裝第二平面反射鏡28，用于反射在待測身管1上形成的第二線激光投影27；在第二平面反射鏡28反射后形成光線對應的光路上安裝第二濾光片29，第二濾光片29后方安裝第二成像系統30，使第二成像系統30的鏡頭正對第二成像系統30，用于對第二平面反射鏡28反射光線的成像；在第二平面反射鏡28后方安裝第二線陣ccd31，用于接第二成像系統30傳遞過來的像；

在該步驟中，需要注意的是第二線陣ccd31需與身管成一定角度α，這是為了在后期對第二線陣ccd31上測得坐標值和待測身管1上對應坐標值進行數值轉換做準備至此側方測量光路系統13安裝完成，其結構布局如圖5所示；

步驟4、進行雙線陣ccd信號采集與處理裝置23的安裝，通過線路將第一線陣ccd21和第二線陣ccd31與雙線陣ccd信號采集與處理裝置23進行連接；

步驟5、接通電源，對整個測試系統進行調試，使其滿足預定測試需求；調試完成過后，使測試系統處于運行狀態，對待測身管1施加激勵，進行測試；

步驟6、對測試過程中測得信號進行采集、傳輸與處理，分別獲得第一線激光投影17在第一線陣ccd21上像的坐標和第二線激光投影27第二線陣ccd31上像的坐標；

步驟7、進行測得數據的處理分析，由于第一線陣ccd21和第二線陣ccd31的像平面與待測身管1都成一定夾角α，因此可以在待測身管1、第一線陣ccd21和第二線陣ccd31上各建立一個坐標系，而后將在第一線陣ccd21和第二線陣ccd31上測得信號變為坐標值，而后通過坐標轉換矩陣，將第一線陣ccd21和第二線陣ccd31上的坐標值轉換為炮口的坐標值。

而炮口在振動過程中的位置變換關系可以從圖6和圖7中獲得，從而可以建立起炮口不同位置坐標值之間的關系式，將測得不同炮口位置的坐標值帶入關系式，從而可以求得炮口振動時在水平方向和垂直方向的位移值，以及水平方向和垂直方向的動態射角，進而確定炮口的在其截面內的平面振動情況，實現對炮口振動的測量。

上述流程，實現對了雙線陣ccd檢測線激光炮口振動測試系統的安裝，進而可以通過該測試系統實現對炮口振動的測試。

以上對本發明所提供的技術方案進行了詳細的介紹，但應理解的是，這些描述僅僅用具體的個例對原理及實施方式進行了闡述，并非用來限制本發明專利的應用。本發明專利的保護范圍由附加權利要求限定，并可包括在不脫離本發明專利保護范圍和精神的情況下針對發明專利所作的各種變型、改型及等效方案。