Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ устройств и способов определения внешнееаллистических параметров пуль 13
1.1. Определение скорости 14
1.2. Определение баллистического коэффициента 18
1.3. Устройство светового экрана 23
1.3.1. Схемы световых экранов 24
1.3.2. Излучатель 25
1.3.3. Датчик 27
1.4. Современные оптико-электронные системы определения внешнебаллистических параметров 28
1.5. Выводы по главе 1 29
ГЛАВА 2. Разработка математических моделей и оптимизация параметров системы 31
2.1. Уравнения внешней баллистики и аппроксимация эталонной функции сопротивления 31
2.2. Аппроксимация траектории 34
2.2.1. Разложение движения на переносное и относительное 35
2.2.2. Коэффициент согласования для свободного падения 40
2.3. Модели баллистического комплекса 43
2.3.1. Коэффициенты чувствительности траекторных параметров к начальным значениям параметров 43
2.3.2. Исследование обусловленности систем уравнений при решении прямой и обратной задач внешней баллистики 45
2.3.3. Уточнение величины провисания траектории 57
2.3.4. Решение обратной задачи внешней баллистики в случае отсутствия ДНО 62
2.3.5. Решение обратной задачи внешней баллистики в случае наклонных экранов 63
2.3.6. Учёт последействия пороховых газов 68
2.4. Методика определения начальной скорости и баллистического коэффициента 70
2.5. Идентификация расположения световых экранов 73
2.6. Оптимизация расположения световых экранов и анализ разработанной методики 75
2.6.1. Оптимизация расположения световых экранов в случае известных координат точки попадания 75
2.6.2. Исследование влияния исходных погрешностей на погрешности результатов 82
2.6.3. Оптимизация расположения световых экранов в случае неизвестных координат точки попадания 83
2.7. Выводы по главе 2 84
ГЛАВА 3. Исследование и модификация измерительной системы на основе световых экранов 86
3.1. Оптико-электронный преобразователь (световой экран) 86
3.1.1. Датчик светового экрана 86
3.1.2. Повышение точности момента времени прихода сигнала за счет оптимизации характеристик фильтра 91
3.1.3. Излучатель светового экрана 96
3.2. Цифровая обработка сигналов 97
3.2.1. Обнаружение сигнала и выбор порогового значения 98
3.2.2. Выбор цифрового фильтра и определение его параметров 100
3.2.3. Выбор методики расчёта длительности временного интервала между двумя импульсами 105
4 3.2.4. Распознавание сигналов в случае использования парных экранов.. 106
3.3. Выводы по главе 3 109
ГЛАВА 4. Описание системы определения внешнебаллистических параметров на основе световых экранов 111
4.1. Структурная схема и описание работы автоматизированной системы.. 111
4.2. Программное обеспечение 124
4.3. Производственные испытания автоматизированной системы 128
4.4. Экспериментальные исследования разработанной методики 132
4.5. Использование разработанной системы при решении других прикладных задач 135
4.5.1. Управление технологическим процессом испытания изделий при приведении их к нормальному бою 135
4.5.2. Измерение скорости дроби 136
4.6. Выводы по главе 4 138
Заключение 139
Список литературы 141
Приложение А внешний вид некоторых форм программы... 151
Приложение Б акты о внедрении результатов диссертационной работы 153
- Определение баллистического коэффициента
- Уравнения внешней баллистики и аппроксимация эталонной функции сопротивления
- Повышение точности момента времени прихода сигнала за счет оптимизации характеристик фильтра
- Производственные испытания автоматизированной системы
Введение к работе
Актуальность темы. Применение систем определения внешнебаллистических параметров пуль при условии полного и точного измерения траектории полета пули обеспечивает объективность и достоверность контроля на стадии приемо-сдаточных испытаний и сокращение сроков испытаний. Такой контроль требует оценки параметров конкретного выстрела с высокой точностью за минимальное время. Одновременное точное измерение совокупности внешнебаллистических параметров позволяет получить информацию о качестве испытуемого изделия при минимальном числе выстрелов, что обеспечивает сокращение времени и экономию боеприпасов.
Основными внешнебаллистическими параметрами пули являются начальная скорость , баллистический коэффициент , а также координаты точки попадания пули. Определение скорости и баллистического коэффициента необходимо при проведении различных видов испытаний (для оценки качества оружия, пуль и порохов и т.д.). Разработка эффективных алгоритмов определения скорости пули и ее баллистического коэффициента одновременно с оценкой точности и кучности стрельбы позволит существенно повысить информативность испытания, надежность и качество контроля стрелкового оружия и боеприпасов, уменьшить нагрузку на окружающую среду, снизить стоимость испытаний.
Изучением полета пуль и снарядов занимались Тарталья, Галилей, Ньютон, Робинс, Эйлер, Магнус, Н.В. Маиевский, Башфорт, К.И. Константинов. На современном этапе развитие внешней баллистики связано с именами Сиаччи, Я.М.Шапиро, Б.Н. Окунева, А.А.Коновалова, Ю.В. Николаева, Ю.В. Веркиенко и др.
Для определения внешнебаллистических параметров используются баллистические комплексы и мишени на основе блокирующих устройств (соленоидных, акустических, оптико-электронных). Системы на основе оптико-электронных блокирующих устройств (световых экранов) применимы для любых (до- и сверхзвуковых) скоростей полета пуль и снарядов, обеспечивают высокую точность измерения скорости и координат. Существующие системы на основе световых экранов содержат излучатели и датчики, ЭВМ, блок питания излучателей, блок согласующих и пороговых устройств и не свободны от недостатков. В этих системах присутствуют методические погрешности, обусловленные приписыванием средней скорости середине участка блокирования и тем, что не учитываются углы наклона траектории ( и ); не определяются внешнебаллистические параметры одновременно в нескольких точках трассы; применяются блоки питания излучателей и нестандартные блоки согласующих и пороговых устройств, увеличивающие погрешность и повышающие стоимость системы; используемые излучатели световых экранов обладают высокой энергоемкостью и др.
Для повышения точности необходимо применение сложных алгоритмов обработки информационных сигналов, использование которых стало возможным лишь в связи со значительным увеличением производительности ЭВМ. Особую роль при этом приобретает разработка специализированного математического и программного обеспечения системы и оптимизация её параметров. Следует также отметить существенное возрастание стоимости одного выстрела (особенно для современных изделий), в связи с чем необходимо повышать информативность испытаний. Совмещение испытаний при реальной стрельбе, сопровождающейся выбросом химических продуктов сгорания пороха и загрязнением окружающей среды свинцом, уменьшает нагрузку на окружающую среду.
В связи с этим, задача разработки и исследования новых методов определения внешнебаллистических параметров и разработка на основе этих методов автоматизированных систем, обеспечивающих повышение точности и информативности измерений, является актуальной.
Объектом исследования является система определения внешнебаллистических параметров пуль.
Предметом исследования являются математические модели систем на основе баллистических комплексов с использованием световых экранов, математические модели траектории полета пули, методы решения обратной задачи внешней баллистики, аппаратное обеспечение системы и алгоритмы цифровой обработки информационных сигналов.
Цель работы заключается в разработке системы определения внешнебаллистических параметров пуль, обеспечивающей повышение информативности и точности измерений, сокращение сроков проведения испытаний, экономию боеприпасов и снижение вредного влияния испытаний на окружающую среду.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
разработка математической модели баллистического комплекса и методики одновременного определения скорости и баллистического коэффициента при измерении и без измерения координат точки попадания с учетом ограниченной точности оценки параметров системы;
оптимизация расположения световых экранов при известных и неизвестных координатах точек попадания, обеспечивающего минимизацию погрешностей определения внешнебаллистических параметров;
разработка алгоритмов цифровой обработки информационных сигналов, обеспечивающих повышение вероятности принятия правильного решения о наличии/отсутствии полезного сигнала и повышение точности определения моментов пересечения световых экранов пулей;
разработка и реализация системы определения внешнебаллистических параметров пуль, её программно-технического обеспечения;
проведение экспериментальных исследований и согласование результатов измерений с результатами измерений штатными методами, оценка погрешности измерений.
Методы исследования. Теоретические исследования основаны на использовании методов системного анализа, аналитической геометрии, внешней баллистики, математической статистики и теории вероятностей, вычислительной математики, теории погрешностей, цифровой обработки сигналов и схемотехники. Экспериментальные исследования проведены с использованием стандартного математического обеспечения ЭВМ и собственного программного обеспечения.
Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов основывается на корректном применении математических методов, использовании фундаментальных положений физики, механики и теории цифровой обработки сигналов. Правильность технических решений и математического описания задач обработки информации подтверждена приемно-сдаточными испытаниями и опытно-промышленной эксплуатацией автоматизированной системы. Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается использованием большого объема экспериментального материала. Достоверность подтверждается совпадением результатов моделирования и вычислительного эксперимента с результатами натурных испытаний в производственных условиях.
Научная новизна работы состоит в следующем:
выполнены исследования, показавшие, что результаты оценки значений внешнебаллистических параметров пуль имеют высокую чувствительность к точности установки световых экранов, что является следствием плохой обусловленности систем уравнений внешней баллистики;
созданы математические модели баллистического комплекса, основанные на решении уравнений внешней баллистики и на аппроксимации настильной траектории на малых расстояниях посредством разложения движения на переносное вдоль вектора начальной скорости и относительное под действием силы тяжести с учетом сопротивления воздуха;
разработана методика определения внешнебаллистических параметров, позволяющая рассчитывать эти параметры при плохой обусловленности системы уравнений внешней баллистики;
определено расположение световых экранов на стрелковой трассе, позволяющее минимизировать погрешности определения скорости и баллистического коэффициента для вариантов с измерением и без измерения координат при использовании разработанной методики.
Практическая ценность (и внедрение) результатов работы:
1. Предложенная методика определения внешнебаллистических параметров обеспечивает автоматическое одновременное измерение скорости, баллистического коэффициента при измерении и без измерения координат точки попадания, т.е. обеспечивает повышение информативности испытаний, сокращение сроков их проведения и экономию боеприпасов.
2. Путем статистического моделирования показано, что разработанная методика определения внешнебаллистических параметров и выбор оптимального расположения световых экранов позволяют повысить точность определения этих параметров по сравнению с применяемыми штатными методами.
3. Созданная система определения внешнебаллистических параметров пуль обеспечивает возможность определения скорости в любой точке траектории, в частности, одновременное определение , , .
4. Разработанные алгоритмы цифровой обработки информационных сигналов позволяют повысить вероятность принятия правильного решения о наличии/отсутствии полезного сигнала и повысить точность определения времени прихода сигнала, а также снизить требования к источникам питания излучателей и исключить из системы стабилизированный блок питания излучателей, и за счет этого уменьшить стоимость системы,
5. Разработано математическое обеспечение системы определения внешнебаллистических параметров пуль и программное обеспечение процессов обработки информационных сигналов.
Результаты диссертационной работы использованы при разработке и внедрении автоматизированных систем определения внешнебаллистических параметров пуль на основе световых экранов на ГУП «КБП» (г. Тула, филиал ЦКИБ СОО) и на ОАО «Концерн Ижмаш», а также внедрены в учебный процесс в ИжГТУ.
Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях (НТК) “Информационные системы в промышленности и образовании” в 2007-2008 годах, на НТК “Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства” (г. Ижевск, ИжГТУ) в 2006-2009 годах, на научной конференции-семинаре “Теория управления и математическое моделирование” в 2008 году, на международной научно-практической конференции “Современные направления теоретических и прикладных исследований” (г. Одесса, март 2009 г.), на международной научно-практической конференции “Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте” (г. Одесса, июнь 2009 г.), на международной научно-практической конференции “Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития” (г. Одесса, октябрь 2009 г.), на VII выставке-сессии инновационных проектов (г. Ижевск, ИжГТУ, 2009 г., работа отмечена дипломом), на НТК “Информационные технологии в промышленности и образовании”, посвященной 50-летию кафедры ВТ (г. Ижевск, ИжГТУ, 2009 г.).
Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 15 работ (из них 2 – в издании, рекомендованном ВАК для публикации основных научных результатов).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, указателя литературы из 108 наименований и Приложений на 7 страницах. Работа содержит 157 страниц машинописного текста, включая 59 иллюстраций, 19 таблиц и Приложения.
Определение баллистического коэффициента
Внешнебаллистическими параметрами, определяющими траекторию полета пули, являются начальная скорость и баллистический коэффициент [46, 49, 65, 81, 87, 89, 102]. В широком смысле к баллистическим параметрам можно отнести скорость на заданных дальностях (V0, Vw, V2s, V50, Vwo) и координаты точки попадания. Для их определения используются блокирующие устройства и мишени, содержащие в своем составе блокирующие устройства [19, 65]. Блокирующее устройство содержит измерительный преобразователь, формирующий импульс в момент пролета пули. Из бесконтактных блокирующих устройств нашли применение акустические [39, 58, 59], соленоидные и оптико-электронные, причем последние характеризуются большим полем регистрации, более высокой точностью и работают при любых (до- и сверхзвуковых) скоростях. Системы измерения скорости на основе оптико-электронных блокирующих устройств по сравнению с акустическими не подвержены влиянию атмосферных условий (в частности, ветра). Кроме того, результат измерения при использовании акустических блокирующих устройств зависит от близости траектории к акустическим датчикам [52, 53]. С разработкой мишеней на основе оптико-электронных блокирующих устройств последние были существенно усовершенствованы [17, 18] (в частности, по размеру поля регистрации), что, в принципе, позволяет создать баллистические комплексы для одновременного определения всех вышеуказанных внешнебаллистических параметров.
Несмотря на известные исследования [15, 17, 18, 92] в области информаци онно-измерительных систем на основе оптико-электронных блокирующих уст ройств, анализ (выполненный в последующих разделах настоящей работы), по казывает, что названные системы могут быть применены для решения ряда но вых задач теоретического и прикладного характера, что и обусловило появле ние данной работы. Классификация методов и устройств измерения начальной скорости пуль и снарядов по доступным литературным источникам [15, 19, 49, 65, 102] иллюстрирует рис. 1.1.1. Системы на основе пьезоэлектрических методов (или акустические), принцип действия которых заключается в регистрации времени достижения фронтом звуко-баллистической волны датчиков (расположенных определенным образом относительно снопа траекторий [52]) с линейными микрофонами не нашли широкого применения. Акустические неразрушаемые системы практически не потребляют энергии, дешевы, но не работают в случае дозвуковых скоростей, имеют большую погрешность на открытой местности из-за сноса конуса звуковой волны ветром и, кроме того, имеют относительно большую погрешность измерения скорости пули. Несмотря на большую энергоёмкость, применение световых блокирующих плоскостей (экранов) целесообразно по ряду причин: неразрушаемость плоскости, отсутствие воздействия на объект измерения, высокая помехоустойчивость, малая зависимость от свойств среды (температуры, плотности воздуха и т.п.), возможность работы как при сверхзвуковых, так и дозвуковых скоростях движения объекта, высокая точность измерений. Усилиями сотрудников кафедры ВТ ИжГТУ метод блокирующих плоскостей достаточно детально исследован, разработаны модели, метод идентификации, созданы и внедрены ИИС на базе мишеней [17, 18]. Вместе с тем остались нерешенными или до конца неисследованными отдельные вопросы, а в процессе эксплуатации появились новые. Это объясняется, в частности, относительно скромными возможностями вычислительной техники того времени. В настоящее время оптико-электронные системы совершенствуются, появляются новые аппаратные и программные решения [57].
В качестве недостатков этих устройств обычно приводятся низкая помехозащищенность, громоздкость и сложность, а в ряде случаев неработоспособность на открытой местности при солнечной погоде. Однако все эти недостатки преодолимы, а в условиях закрытого тира вообще несущественны. Факт реализации мишеней по методу блокирующих плоскостей (светового клина [90, 92]) с помощью оптико-электронных, а не электромагнитных, например, блокирующих устройств свидетельствует о более высокой точности первых.
Тем не менее, несмотря на очевидные преимущества использования оптико-электронных блокирующих устройств, в некоторых организациях, занимающихся испытаниями оружия, вплоть до настоящего времени используется контактный метод измерения. Отчасти это связано с тем, что новые системы еще не введены в стандарты проведения испытаний, а также с наличием определенной настороженности испытателей по отношению к новым системам измерений.
Штатный метод измерения скорости основан на применении контактных блокирующих устройств: дульного хомутика - тонкой проволочки, закрепляемой непосредственно перед дульным срезом оружия, и контактной плиты, ус 16 танавливаемои в конце огневого коридора. Средняя скорость, приписываемая середине базы блокирования, определяется по формуле где L - длина базы блокирования, tx, t2 - значения моментов времени пересечения пулей плоскостей Pi, Р2.
Далее оператор с помощью баллистических таблиц определяет начальную скорость пули. Недостатки такого метода очевидны: большой объем дополнительной работы стрелка-испытателя (закрепление дульного хомутика перед выполнением каждого выстрела) и оператора, инерционность массивной контактной плиты, вносящая большую погрешность измерений. Кроме того, метод применим лишь для точечной оценки скорости.
Отдельно рассмотрим устройство для определения дульной скорости [2] пуль и снарядов. Идея применяемого метода заключается в том, что в качестве измерительной базы используется длина пули или снаряда, а скорость вылета из ствола определяется путем измерения времени прохождения измерительной базы через фотоэлектрическую мишень. Недостатки этого устройства очевидны: низкая точность измерения скорости из-за малой измерительной базы, возможность оценки только дульной скорости пули или снаряда.
Уравнения внешней баллистики и аппроксимация эталонной функции сопротивления
Если координата yd измеряется, то при разложении движения на переносное и относительное можно найти приближенное значение тангенса угла бросания Формула (2.2.6) не учитывает влияния воздушного потока на вертикальное движение пули. С учетом этого влияния приближенное значение у , найденное по (2.2.6), не будет соответствовать истинному значению угла бросания у Уо- Поэтому введем коэффициент согласования q(V,c), который в силу жесткости траектории не зависит от у0, что дополнительно подтверждено в результате вычислительного эксперимента (моделирования) коэффициента согласования qy(y,V,c,x) с учетом угла бросания. Под коэффициентом согласования в данном случае будем понимать коэффициент, равный отношению истинной величины падения пули к величине падения пули, обусловленной только силой тяжести. В случае любой дальности х согласно (2.2.6) для коэффициента согласования получим В силу жесткости траектории это уравнение можно решать для определения коэффициента согласования при любом у, в частности, равном нулю. При этом координата у должна определяться при этом же значении у. Непосредственные вычисления показали, например, что в случае у = 0.01, F=800 м/с, с=30 и х = 0...50м величина отношения qy(y,V,c,x)/qy(0,V,c,x) отличается от единицы не более, чем на 0.005%. Зависимость qy(y,V,c,x) от дальности л: практически линейная (рис. 2.2.6). Отклонение коэффициента согласования от прямой, проведенной из начала координат в точку (50, qy(y,V,c,50), не превышает -0.0006, т.е. 0.06% от максимального значения, равного единице (рис.2.2.7). о ! і Однако, более точно зависимость можно воспроизвести стандартными функциями двумерной сплайн-интерполяции в Mathcad и Maple [47, 48, 77]. В результате моделирования установлено, что для любого x xd {xd дальность, для которой определялся коэффициент согласования), погрешность провисания траектории относительно линии бросания составляет сотые доли миллиметра. Т.е. в принципе можно использовать одно значение коэффициента согласования. Однако, вычислительные мощности позволяют вычислять его для каждого значения х. Таким образом, используя относительное движение пули с учетом коэффициента согласования по времени движения, можно с достаточной точностью построить траекторию. На практике при определении внешнебаллистических параметров возникает проблема, заключающаяся в том, что коэффициент согласования зависит от определяемых параметров. Поэтому для его вычисления необходимо предварительно оценить величину этих параметров, т.е. воспользоваться их приближенными значениями. Это допустимо, учитывая относительно небольшое изменение коэффициента согласования при изменении внешнебаллистических параметров.
Повышение точности момента времени прихода сигнала за счет оптимизации характеристик фильтра
В случае серии из п выстрелов после определения V0 и с0 для каждого из них можно найти средние значения и среднеквадратические отклонения. Так как разброс баллистического коэффициента для патронов серии мал, то можно принять с0 = const и произвести обработку одновременно для всех выстрелов серии, считая неизвестными Yj,VQn і = 1,..., п, и с0. В случае определения параметров в результате решения уравнений внешней баллистики включим их все одновременно в решающий блок "Given -Minerr", дающий в случае избытка уравнений решение по МНК. В случае определения параметров по отдельным уравнениям при одновременном использовании всех выстрелов серии необходимо будет использовать решающий блок "Given - Minerr" несколько раз. Поэтому целесообразно найти решение для каждого выстрела отдельно, а затем усреднить результаты. В среде Mathcad была запрограммирована методика, соответствующая варианту 2. Моделировались выстрелы на дистанцию 50м, имеющие точки попадания в круге радиусом \м. По известным дальностям расположения экранов и полученным при моделировании временам рассчитывались значения с, и0, 0О. Было установлено, что результаты полностью совпадают с заданными при моделировании значениями (максимальная погрешность наблюдалась у величины с -до 0,15%). Под идентификацией в данном случае понимается определение дальностей, на которых расположены экраны, или расстановка абсцисс [74]. Чтобы обеспечить высокую точность определения внешнебаллистических параметров (VQ,c), необходимо с соответствующей точностью установить экраны или измерить их положение. Проблема измерения положения усугубляется тем, что экран, условно говоря, не материален. Мы устанавливаем на определенном расстоянии излучатель и оптико-электронный преобразователь. Но экран имеет конечную толщину. Момент пролета через него — момент срабатывания порогового устройства, когда сигнал достигнет порогового уровня, а это зависит от яркости излучателя, размера пули, места пролета через экран. Эта задержка на время срабатывания порогового устройства эквивалентна увеличению дальности его расположения, которое нельзя измерить, например, с помощью мерной проволоки или лазерного дальномера. Для определения и уточнения положения экранов выполняют их идентификацию [13]. Во время опытных стрельб параллельно с фиксацией моментов времени пролета пули через экраны измеряются V0 и с, например, штатными методами. Затем, например, с помощью системы уравнений внешней баллистики вычисляются дальности положения экранов. Угол бросания, как внешнебаллистический параметр, вообще говоря, не представляет интереса. На основании принципа жесткости траектории можно достаточно точно определить V0 и с по измеренным временам. При этом в случае вертикальных экранов достаточно измерить tx и td (два экрана), а в случае наклонных экранов - tx, td и yd (также два экрана и измерение координат Не измеряя в процессе испытаний У0, с, определить положение двух экранов Xj, xd невозможно. Но если на баллистической трассе установлено большее количество экранов (например, для определения V10, V25 штатным методом - по базам, а также для мишени [13]), то положение их можно идентифицировать. Для этого с помощью основных экранов xx,xd определяем VQ,c, а затем при известных VQ, с по уравнениям внешней баллистики по измеренным временам находим дальности расположения дополнительных экранов. Если нет датчика начала отсчета и его заменяет экран на дальности xQ, то необходимо зафиксировать положение трех экранов на дальностях х0, хх и xd (их необходимо измерять с особой тщательностью). В соответствии с существующими методиками определения скоростей Via, V25 (при стрельбе на 50-метровую дистанцию) световые экраны располагают на расстояниях х0 =&м, хх = 12м, х2 =23м, х3 =21 м. Разработанная методика позволяет с высокой точностью определить скорость в любой точке траектории (в том числе VQ, V50). Отказываясь от упомянутого расположения плоскостей, определим такое их расположение, при котором минимальны погрешности определения V0, с. Исследование оптимальности расположения экранов будет проводиться на разработанной модели баллистического комплекса. При оптимизации [45] расположения световых экранов воспользуемся имитационным моделированием [7, 103]. Будем задавать небольшие измерительные погрешности расстояний x0-xd (до 3-х мм) и углов а и /3 (до 0,3) и при многократном моделировании выстрелов в выбранную точку в пределах зоны регистрации находить средние значения абсолютных погрешностей В случае трех экранов и при отсутствии ДНО очевидно, что два крайних экрана должны располагаться на максимальном расстоянии друг от друга, а средний не должен располагаться слишком близко к одному из них (для увеличения измерительной базы). Зафиксируем крайние экраны на дистанциях х0 = \м, xd =50TW и определим диапазон изменения хх є (5..47)л . В этом случае получаем задачу оптимизации величины х,, при которой AV0 и Ас (критерии оптимизации) для множества опытов минимальны. Ввиду сложности оптимизации нескольких параметров исследуем возможность уменьшения числа кри териев [3], для чего найдём коэффициент корреляции между AVQ и Ас. Коэффициент корреляции между двумя случайными величинами уу и у2 определяется по формуле [3, 16, 91]
Производственные испытания автоматизированной системы
АСИС-2Д содержит: ПЭВМ, принтер, блок предварительной обработки (БПО), четыре оптических датчика (Д1- Д4), четыре линейных излучателя (И1-И4), блок питания датчиков (БПД), коммутационную плату (КП). В помещении стрелковой трассы в соответствии со стандартными методиками, размещены параллельные световые экраны, расположенные на расстояниях S3i = 8м, S32 = 12м, SD3 = 23м, S3i =27м от дульного среза. Определим минимальные технические характеристики БПО, необходимые для решения поставленных задач. Определим частоту дискретизации /д, исходя из определения времени пролета пули через световую плоскость с учетом допустимой относительной погрешности измерения скорости 3V = 0,2%. Некоторые из составляющих данной погрешности были рассмотрены в главе 1, и в данном разделе нас будет интересовать только погрешность измерения скорости SVn обусловленная погрешностью в измерении времени. Последняя зависит от многих факторов (параметров самого сигнала, параметров шума и т.д.). Ограничим долю, приходящуюся на погрешность дискретизации в 0,3 от общей погрешности SV. В этом случае St = 0,3SV = 0,0004. Возьмем наихудший случай, когда скорость пролета пули V = 1200 м/с. При этом абсолютная погрешность измерения времени, за которое пуля преодолевает меньшую измерительную базу Найдем время, за которое пуля проходит путь между первой и последней световыми плоскостями со скоростью 200 м/с (наихудший случай). Данный прибор предназначен для оцифровки данных с датчиков. Он удобен в эксплуатации, имеет сравнительно невысокую стоимость. Серьёзным преимуществом осциллографа АСК-3107 является также и то обстоятельство, что он внесён в Государственный реестр средств измерения. ПО осциллографа дает возможность полного управления прибором, а также предоставляет ряд сервисных возможностей (экспорт/импорт данных, математическая обработка сигналов и т. д.) [31]. Датчики и излучатели размещаются на несущих конструкциях, прикреплённых к стенам трассы. ПЭВМ, принтер, БПО, КП и БПД размещаются в отдельном защищенном от воздействия шума и ударных звуковых волн от стрельбы помещении, где находится рабочее место оператора. Сигналы с датчиков по кабелю поступают в БПО. Сигналы в БПО преобразуются в цифровой код и далее по каналу USB поступают в ПЭВМ. Система имеет два режима работы: имитационный и рабочий. В имитационном режиме, используемом при отладке, в программу можно загружать файлы, имеющие стандартный формат данных осциллографа (имитация выстрелов).
Функционирование автоматизированной системы в рабочем режиме начинается с запуска рабочей программы на ПЭВМ. В исходном состоянии все устройства активированы и БПО находится в состоянии регистрации сигналов поступающих с датчиков на входы его каналов. Состояние датчика оцифровывается по амплитуде и времени в соответствии с чувствительностью датчика и заданного диапазона скорости и записывается в кольцевой буфер каналов БПО. При обнаружении события запуска дописываются сигналы во всех каналах на заранее установленную длину буфера «послезаписи» и формируется флаг Е окончания регистрации.
На рис. 4.1.2 изображена упрощённая схема алгоритма программы [31]. После запуска программа считывает данные из файлов, содержащих списки фамилий стрелков, индексов изделий, типов патронов, а также из файла, содержащего исходные данные предыдущего испытания и выводит на экран ПЭВМ основное окно программы (рис. 4.1.3). Далее программа выполняет поиск файла, содержащего данные для восстановления потерянной информации в случае аварийной ситуации (в схемах алгоритма программы и далее для краткости - файл аварийной ситуации). Если такой файл найден, то программа производит восстановление данных, в противном случае делается вывод о корректном завершении предыдущего испытания.
Затем оператор при необходимости вводит с клавиатуры или выбирает с помощью соответствующих компонентов окна исходные данные: фамилию испытателя, контрольные дальности (одну или две, в зависимости от требований — рис. 4.1.4), число серий, число выстрелов в серии, индекс и номер изделия, диапазон допустимых значений скоростей пуль, тип и партию патронов, температуру воздуха и патронов, давление и влажность воздуха.
