基于弹丸测速的瞬变电磁场理论研究

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 1.1题目背景

弹丸测速是武器工业中需要测量的一个基本参量。目前常用的测速方式主要有接触式测速靶和非接触式测速靶，接触式测速靶由于成本高、安全性差、测试精度低等缺点，已被逐步淘汰。非接触式测速靶从工作原理上分为光电式测速原理、电磁式测速原理及声靶测速原理。其中，基于电磁式工作原理的测速靶由于价格低廉、可靠性好等优点，广泛应用于靶场测速领域，典型的代表就是线圈靶。采用定距测时法测量弹丸飞行速度，需采用能感知弹丸进入和离开设定弹道段的区截装置，区截装置在工程上称为靶，实质上是一种传感器。通过测量弹头出枪口后在其弹道行程上某段距离L的飞行时间t，经计算获得弹头中心点的平均速度v。

但是实际应用中，线圈靶容易被干扰，而且测速靶面小等缺点，限制了其应用。本课题就是针对目前线圈靶的缺点，进行深入研究，分析弹丸过靶的瞬变电磁场变化情况，为研制新型的电磁感应测速靶提供理论依据。

针对线圈靶的缺点，提出地磁测速。地磁测速是一种基于地磁信息的相关测速技术。载体在运动过程中，通过两个空间位置固定的磁传感获得航迹上的地磁强度时间序列，通过某种相关度量算法，计算相关峰值位置，即延迟时间，进一步得到一个载体估计速度。

由于地磁测速也存在一些缺陷，例如：容易打坏感应线圈，以及感应线圈一定时，弹丸大小所引起的感应电动势不同，当感应线圈靶一定时，弹丸小于一定尺寸时，感应电动势无法测得，因而采用主动式磁场弹丸过靶。

1.2研究意义

通过查阅相应的背景资料，可以看到子弹在现代军事中举足轻重的地位，在科技日新月异的今天，枪弹也发生了翻天覆地的变化，各项性能都有了很大的提高，快速和准确性越来越受到关注，可以说是影响枪弹性能的决定性因素。如今，弹丸测速的瞬变电场理论研究也可用于战争预警系统，通过导弹而产生的地磁变化发出报警系统和潜水艇测速系统等。

地磁测速极有可能成为比较理想的测速系统，原因在于：1.地磁探测时完全被动的，不向外发射任何能量，因此地磁测速具有高度隐蔽性，这在军事应用上是非常有意义的；2.地磁匹配精度有地磁分布特征和传感精度决定，匹配误差不随时间积累；3.地磁场是地球固有的矢量场，无论是在高空、地上还是水下，都可以探测到地此信息，具有广泛的应用背景；4.地磁测速具有多个特征量，如总磁场强度、水平磁场强度、东向分量、北向分量、垂直分量、磁偏角、磁倾角及磁场梯度等，可操作性强。

可以通过地磁测速研究出更好的测速方法。

1.3 国内外发展情况

资料显示，目前国内外大多数科研机构主要致力于地磁匹配算法等方面的研究，技术相对成熟，成果颇丰。而对于地磁测速的研究还处于起步阶段，研究相对不够深入，研究成果较少。

20世纪上世纪前苏联50年代基本建立瞬变电磁法解释理论和野外施工方法技术，理论研究一直走在世界前列，我国对瞬变电磁法的研究也十分重视，目前在理论研究方面不亚于西方。20世纪60年代中期，法国的一篇专利里最早提出地磁测速的思想，专利中提到利用三轴磁力仪进行地磁测速及偏航角测量的方法，其中地磁测速的原理是基于空间位置固定的两个磁力仪，在载体运行轨迹上测量地磁场，利用两个磁力仪输出的磁场值的相关性获得延迟时间，从而间接得到载体的速度。美国的David Kasnjanski，Philadelphia等人也在1985年提出了利用地磁信息进行测速的专利，专利研究了在飞机头尾安装两个磁传感器进行地磁测速的方法与可行性，对地磁测速技术并未进行深入的理论与实验研究，在他们的后续研究中也未发表关于地磁测速的文章。

资料显示，国内在相关测速方面研究成果较多，技术相对成熟，他们都是基于两个或两个以上磁传感器检测铁磁性物质引起的地磁局部异常信号，从而利用信号的相似性运用相关测速技术进行速度估计的方法。但关于地磁测速的研究成果则比较罕见。 1994年金隐华首次提到地磁测速及地磁测向的概念。其原理是基于垂直于地面的线圈，当线圈所在的船舶或车辆沿南北方向运动时，由线圈切割磁力线产生电动势，其电动势大小与运动速度成比例关系，根据所测的电动势大小，就可以测得载体速度。

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