高射频武器弹丸连发速度测量系统
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基于激光探测技术的小型化弹丸测速系统1 绪论弹丸速度是弹丸运动特性的一个重要参数,是衡量武器性能的基本参数,也是为射表编制和内弹道研究必须提供的数据。
区截装置测速法是现代靶场中弹丸测速的普遍方法。
1.1 弹丸测速技术研究的意义在武器系统的研制、定型、生产质量控制、产品检验以及弹道学理论的研究中,都需要测定弹丸的飞行速度。
弹丸飞行速度是弹道特性的一个重要参数之一,也是枪炮,火药生产研制的一个重要技术指标。
弹丸速度的大小与弹丸发射条件及过程有关,也与弹丸本身的物理参数、气动参数和气象参数有关,它是衡量枪炮特性和弹道特性的一项重要指标。
利用这项指标,可以描述作用在弹丸上的力和力矩随马赫数的变化以及射击时伴随枪炮及弹药的一些物理现象,可以确定武器弹药系统的弹道特性、选择装药和普遍地检验枪炮、火药和弹药工厂的产品。
因此,在武器系统的研制、定性、生产质量控制、产品验收,以及整个弹道学理论和其他一些理论的研究中都需要测量弹丸的飞行速度[1]。
虽然目前弹丸测速技术已经比较成熟了,但是随着目前国防对各种类型高速射击武器的不断需求以及武器研制和生产水平的不断进步,各类射击武器的研制和产厂家越来越突出其出射弹丸的高速性能,因此在对各类射击武器的定型和生产中对弹丸速度的高精度测量也提出了越来越高的要求。
可见对于弹丸测速技术的进一步研究和改进,把目前一些新方法和新技术运用到弹丸测速技术之中,提高弹丸测速的精度和稳定性仍然有着重要的意义。
1.2 弹丸测速技术国内外的发展与现状自1742年,英国实验弹道学家罗宾斯发明弹道摆,第一次提供弹丸速度的测量方法以来,人们对弹丸飞行速度的测量进行了大量的研究,发明了许多较为成功的方法,19世纪中期,由于火炮发射技术的进步,弹丸速度的不断增加,对弹丸速度测定精度要求也愈来愈高。
这样,客观上促进了弹丸速度测量技术的发展,电械测时仪、布朗节测速仪是这一期间应用较为广泛的两种测速方法,特别是,布朗节测速仪大大提高了弹丸测速精度,使人们对空气阻力有了更深刻的认识,可以说是弹丸速度测量方法的一次重大革新,这种测速方法在我国普遍采用,直到60年代才开始被新的测速方法取代[2]。
炮弹初速度测量的两种方式目前国内炮弹初速度测量的方法主要有两种,第一种,就是利用多卜勒原理做成的测速仪。
它由高频发射接收装置、放大装置、滤波装置、信处装置、控制装置、以及显示装置和固定装置等组成。
但是,由于炮弹初速极快,可达每秒数千米,完全不同于普通运动目标的速度测量,所以,对系统的性能要求非常高。
比如,要求系统的频率源要很稳定,放大电路的动态范围要很宽,信号处理电路的处理速度要很快,总之,要系统地响应能力非常强,响应时间非常短,而普通的一些电子元件很难达到如此的高要求,所以,此类测速系统的造价往往非常昂贵,价位从几十万元到几千万元不等。
第二种,就是利用截取装置,来获得炮弹初速在截取装置的不同截面(该截面是垂直于炮弹的飞行速度的,也就是炮弹飞行方向上的物理法平面)上的响应时间,而截取平面的距离是事先设计好的,而且可以做到很精确,同时炮弹飞过截取平面时靠的是光电或电磁感应,所以响应非常快,利用距离除以时间,从而可非常精确地测量出炮弹的飞行初速度。
目前,广泛使用的几种截取装置是天幕靶、光幕靶、线圈靶、网靶和金属箔靶等几种。
之所以把截取装置叫做什么靶,那是由于该截取装在跑弹飞行方向的前方或平行于炮弹的飞行方向,似乎是要击中,实际上只是穿过或飞过,所以形象地称为什么靶。
由于天幕靶和光幕靶与炮弹非接触,而且不受飞行物材料的限制,使用方便,相对于多卜勒测速仪的价位要低得多,渐渐为广大用户而采用。
HG202C-4两路测速仪是在保留了HG202C-3型测速仪的优点、改进了它的不足之处,并集中了国内所有测速仪的优点的基础上、研制而成的新型智能化测速仪,其特点如下:一、本机工作可靠、芯片采用新型的单片机,集成度高、所用元器件少、因此可靠性高,将单片机应用于测速仪上是本机的独创。
二、本机操作简单、数据处理智能化、用户不需要学习计算机“语言”,只要按“用户手册”揿动按键就可进行数据处理。
三、本机对所测到的速度Vx可自动进行空气阻力修正;药室容积修正;药温修正;弹重修正;当日修正;射角修正;射频及每发间隔时间等,凡制式弹或用户事前提出的弹道参数可全部固化在机内,非制式弹的弹道参数,可通过“双功能键”很方便的输入机内。
超高速炸药加速器炮口弹丸速度的测量
乔小平;高森烈;魏惠之;陈惠武
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】1994(23)2
【摘要】炸药驱动器超高速(>3000m/s)弹丸速度的测量是超高速发生器及超高速碰撞现象研究等领域内一个必不可少的环节,本文在传统电测法及X光闪先照相技术的基础上,提出了改进的测量技术,使测量中尽量避免各种因素对测试的干扰,成功地获得了弹丸的炮口速度。
实验表明。
【总页数】5页(P188-192)
【关键词】超高速;速度;测量;炸药驱动器
【作者】乔小平;高森烈;魏惠之;陈惠武
【作者单位】南京理工大学202教研室,深圳理光工业发展有限公司设计部
【正文语种】中文
【中图分类】O384
【相关文献】
1.弹丸炮口初始速度和姿态测量方法分析与比较 [J], 秦丽;范建英;李杰;刘俊
2.炮口速度对弹丸飞行稳定性的影响 [J], 刘志林;王雨时;闻泉;张志彪;刘锦春;颜秀红
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4.一种利用光纤传感器测量弹丸炮口速度的方法 [J], 郝晓剑;潘保青
5.一种利用激光后向散射测量弹丸炮口速度的方法 [J], 赵冬娥;梁列国;潘保青因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
弹丸测速系统在线计量技术的研究汪民;邬鹏程;金明亮【摘要】通过对子弹速度测量技术的研究,分析现有弹丸测速系统计量中存在的问题,基于弹丸测速的工作原理,探索在线计量的方法,并通过建立校准系统及试验对方法的可行性进行论证,为弹丸测速系统计量提出新的方法途径.【期刊名称】《警察技术》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】2页(P69-70)【关键词】弹丸测速系统;区截装置;在线计量【作者】汪民;邬鹏程;金明亮【作者单位】公安部安全与警用电子产品质量检测中心(北京);公安部安全与警用电子产品质量检测中心(北京);公安部安全与警用电子产品质量检测中心(北京)【正文语种】中文防弹衣、头盔、盾牌、防弹玻璃等防弹类警用装备/器材是一线警察与犯罪分子斗争、自我保护的装备,它的质量关系到公安战士的生命。
防弹产品最重要的指标就是防弹性能,这种能力目前按照不同防护等级规定采用实弹射击来认定[1],因此弹丸飞行速度值的准确性是量化评价防弹产品性能的重要保障,其计量技术也成为社会公共安全领域研究的重点。
弹丸的初速度或速度是指弹丸在发射出来的一瞬间或弹丸在飞行过程中某一点所具有的瞬时速度,它反映了火药的燃烧规律、火药装药设计的优劣和能量利用率的高低,事实证明,弹丸的初速度直接与射程远近和杀伤力相关。
对于弹丸的瞬时速度靠人的感觉是无法定量确定的,目前也无法用仪器直接测量,一般都采用间接测量方法,即首先测得与速度有关的其它物理量值,然后用计算法换算为弹丸速度。
测量弹丸飞行速度的系统简称为弹丸测速系统,主要分为接触型测量系统和非接触型测量系统。
接触型测量系统主要有铜丝网靶、铝箔靶、铜丝惯性靶等方法,其特点是结构简单、工作可靠,但是测试系统会对弹道运动产生影响,测量的准确度较低。
非接触式测量系统有线圈靶、天幕靶、光幕靶、高速摄影测速、激光测试、雷达测速等技术,它的特点是测量系统对弹道运动产生的影响较小,且可以装备真引信,测量准确度比接触式靶要高,因此具有实用价值。
新型全光纤弹速测量系统
王翔;王为;傅秋卫;贾路峰
【期刊名称】《工程物理研究院科技年报》
【年(卷),期】2004(000)001
【摘要】探索了一种新型低成本的基于激光光束反射原理的全光纤速度传感器,
并组成了弹丸速度测量系统。
AFOBR测速系统的工作原理如图l所示。
半导体激
光器发出的激光通过光纤引导照射在被测物体的表面并经物体表面反射,部分反射光反射回同一根光纤并传送到光电探测器上产生光电流,光电流的大小与反射光的强度基本成正比,而反射光强是光纤端面到物体表面距离和物体表面反射率的函数。
当子弹到达测量区域时,子弹外径尺寸和弹体材料反射率变化引起光电探测器输出信号的变化,在不同的位置布置同样的光纤传感器,即可进行速度测量。
【总页数】1页(P247)
【作者】王翔;王为;傅秋卫;贾路峰
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TN256
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高射速火炮连发初速测量技术研究
张宏伟;鞠峰;何强;任新涛
【期刊名称】《弹箭与制导学报》
【年(卷),期】2014(034)001
【摘要】由于连发时群目标分辨及高速启动技术难题,高射速火炮弹丸初速测量一直是一个难点.文中采用基于距离分辨的时间—距离—频率分辨的方法来区分多目标,满足了高射速火炮连发时的群目标分辨要求;采用红外触发结合微波触发方式,用微波信号发生器照射炮口,当炮弹出膛后,接收到的多普勒回波产生突变,对突变进行检测,获得弹丸的出膛时刻,克服炮口连续火焰的影响.最后,给出了初速测量样机示意图,对以后高射速连发弹丸初速测量的总体设计提供参考.
【总页数】4页(P176-179)
【作者】张宏伟;鞠峰;何强;任新涛
【作者单位】解放军军械工程学院,石家庄050003;解放军军械工程学院,石家庄050003;解放军军械工程学院,石家庄050003;63850部队,吉林白城137000【正文语种】中文
【中图分类】TJ306
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1.一种超高射速武器连发初速测试方法 [J], 杜博军;许勇;李国荣;任雅楠
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5.高射速火炮连发初速测试技术 [J], 李笑娟;倪晋平
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高速弹丸位置坐标自动测量系统设计樊博;王延杰【期刊名称】《液晶与显示》【年(卷),期】2017(032)009【摘要】为了精确测量高速弹丸穿越光幕靶瞬间的位置坐标,设计一种基于FPGA加DSP的实时图像处理板卡,采用处理板卡与嵌入式软件算法相结合的方式组成高速弹丸位置坐标自动测量系统.该系统可以设置相机面阵和线阵工作,使测量前端自动互瞄、自动组成光幕靶,提高系统自动化程度.设计基于FPGA的SATA硬盘阵列控制方法,保证高速图像的实时记录和回放.利用FPGA实现的PCIe接口保证上位机与板卡数据交换和通信的实时性.实验结果表明,本系统能够自动完成测量前的准备工作,高速弹丸的捕获概率超过99%,以中心点为原点的200 mm直径范围内的测量精度优于1 mm.本系统能够满足高速弹丸位置坐标的测量需求,具有捕获率高、精度高、实时性好等特点,有很高的实用价值.%In order to measure the transient coordinates that high-speed projectile goes through the screen accurately,a real-time image processing card based on FPGA and DSP is designed.We designed an automatic measurement system of high-speed projectile location coordinates by using processing card and embedded software algorithm.We can set camera work at planar array mode or linear array mode,we also let measuring front-end do automatic mutual alignment,do automatic composition of laser screen target.We improvethe degree of automation of the system and design a SATA hard disk array control method based on FPGA,so that the high speed real-time image canbe recorded and re-played.We use FPGA to implement the PCIE interface to ensure the real-time data exchanging and communication between host computer and the card.The experimental results show that this system can automatically complete the preparatory work before measurement,high-speed projectile capture probability is close to 100%,the measurement accuracy is better than 1 mm within the point of origin to the center of the range of 200 mm in diam.This system can meet the requirement in measurement of high-speed projectile location coordinates.It has characteristics such as high capture rate,high pre-cision,real-time and so on.It has very high practical value.【总页数】7页(P741-747)【作者】樊博;王延杰【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春 130033;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】TP333.5;TP334.4【相关文献】1.双CCD交汇测量高速弹丸落点坐标设计研究 [J], 靳田保;郝晓剑;周汉昌2.位置随动系统动态指标自动测量系统设计 [J], 慕福顺3.一种高速插秧机作业面积自动测量系统设计 [J], 熊中刚;吴廷强;贺娟;叶振环;敖邦乾4.弹丸扭度自动测量系统的设计 [J], 曹运;冯进良;张鹏;郑明珠;李睿5.弹丸立靶坐标测试系统设计 [J], 党浩淮;赵冬娥因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
第22卷第1期2010年3月弹道学报Journal of BallisticsVol.22No.1Mar.2010收稿日期:2009-04-20基金项目:陕西省教育厅专项科研基金项目(09J K47)作者简介:董涛(1980-),男,讲师,研究方向为靶场光电测量技术.高射频武器弹丸连发速度测量系统董 涛1,倪晋平1,宋玉贵1,李笑娟2(1.西安工业大学光电工程学院,西安710032;2.西安昆仑工业集团有限责任公司,西安710043)摘要:针对常规的天幕靶与测时仪配合的测速系统因弹尾激波与炮口冲击波的干扰而无法测量高射频武器弹丸连发速度的问题,提出了一种天幕靶和数据采集仪配合的测速系统,能够实现连发速度测试.利用数据采集仪直接记录天幕靶输出的模拟信号,对采集到的信号进行分析和处理,识别弹尾激波和炮口冲击波等干扰信号,最终得到连发射击下每一发弹丸的速度和连发射频,并显示测量结果.设计的测试系统抗干扰能力强,既能单发测试又能连发测试.关键词:弹丸;速度;天幕靶;射频中图分类号:TJ012.3 文献标识码:A 文章编号:10042499X (2010)0120033204V elocity Measurement System of High 2frequency String 2f iring BulletDON G Tao 1,N I Jin 2ping 1,SON G Yu 2gui 1,L I Xiao 2juan 2(1.School of Optoelectronic Engineering ,Xi ’an Technological University ,Xi ’an 710032,China ;2.Xi ’an Kunlun Industrial Group Co.Ltd ,Xi ’an 710043,China )Abstract :Because of t he interference of shell tail shock wave and muzzle blast ,t he conventional velocity measurement system consisting of sky screen and chronomet ry can not measure t he veloc 2ity of high 2f requency st ring 2firing bullet.Aiming at t his p roblem ,a new system consisting of sky screen and data acquisition inst rument was p roposed ,and it can measure t he velocity of st ring 2fir 2ing bullet.The data acquisition instrument records t he data of t he analog signal produced by sky screen.The acquired data were analyzed and p rocessed ,and t he shock wave signal was distin 2guished.The velocity of every bullet and firing frequency were obtained ,and t he measurement result s were displayed.The anti 2interference ability of t he designed system is good ,and t he sys 2tem can be used not only to measure single 2firing bullet but also to measure st ring 2firing bullet.K ey w ords :bullet ;velocity ;sky screen ;firing frequency 在高射频枪炮武器的生产和研制中,为了对枪炮以及弹丸性能进行检测,往往需要测量连发弹丸的枪口速度.目前使用较广泛的测速方法有多普勒雷达测速法[1]和采用天幕靶或者光幕靶配接一台测时仪的测速方法[2~4].一般雷达一次只能同时捕获几个、最多十几个弹丸目标.在进行一次射击几百发甚至上千发的测试实验时,雷达则无法捕获全部弹丸信号.天幕靶配合测时仪的测量方法被广泛应用于测量弹道固定点的速度,但当该方法用于测量高射频武器的弹丸速度时,由于弹尾激波和炮口冲击波的干扰,弹丸信号往往和干扰信号夹杂在一起,如图1所示,容易误触发测时仪,造成测量数据搞混.在深入研究天幕靶输出的高射频连发武器弹丸信号的基础上,本文提出了基于天幕靶和数据采集仪的测速系统,该系统可以测试高射频武器连发状态下每一发弹丸的速度.弹道学报第22卷图1 天幕靶输出的伴有干扰信号的弹丸模拟信号1 系统组成及工作原理设计的系统由2台天幕靶、1台数据采集与处理装置、电源以及主控计算机组成,系统原理如图2所示.数据采集仪记录天幕靶输出的高射频连发弹丸模拟信号,电脑软件对采集到的弹丸信号进行分析和处理,去除弹尾激波等干扰信号,得到每发弹丸穿过2个天幕靶所经历的时间t 1,t 2,t 3,…,t n ,得到每一发弹丸的速度v 1=s/t 1,v 2=s/t 2,v 3=s/t 3,…,v n =s/t n ,以及枪弹射击频率.处理完毕,将有关处理结果传给主控计算机,由计算机显示输出,同时由主控计算机控制整个系统的工作进程.图2 系统组成框图2 数据采集仪采样频率的选取数据采集仪采集天幕靶输出的弹丸模拟信号,采集仪得到的信号实际上是每隔一定的采样周期天幕靶输出的弹丸模拟信号的幅值.采样频率越高,采集到的信号形状与真实信号越接近,测量精度越高.但使用较高采样率对于采集板的性能要求较高,采集数据量大,传输、存储、处理都会比较困难.如果设置的采样频率过低,则采集到的信号不能很好地反映弹丸模拟信号的形状,测量精度低.所以,选择合适的采样频率对于系统尤为重要.由奈奎斯特采样定理可知,为了能够重现原信号,采样频率至少应为信号最高频率的2倍[5],经理论分析和试验论证,系统测量精度随着采样频率的提高而提高,但是当采样频率达到2.5M Hz 时,再提高采样频率,对系统精度的提高不是很明显.对于绝大多数弹丸,2.5M Hz 的采样频率便可以完全满足系统测量精度,所以系统数据采集板的采样频率能够达到2.5M Hz 即可.对于弹速较低,长度较长的弹丸进行测试时,采集仪的采样率可以适当降低,以减少后续数据处理量.3 弹丸信号识别与飞行时间计算3.1 噪声和干扰信号的识别及去除数据采集仪采集到天幕靶输出的弹丸模拟信号之后,系统将对弹丸原始信号进行处理和识别.首先判断某一信号是弹丸信号还是干扰信号,再用软件算法计算每一发弹丸对应的2个天幕靶输出的弹丸信号之间的时间间隔.软件主要从以下几个方面对噪声和干扰信号进行处理和识别:①对采集到的信号进行平滑滤波处理,可以减少噪声干扰.②触发电平的设置对于判断弹丸信号较为重要,电平设置过低,容易将噪声信号认为是弹丸信号,设置过高则有可能将弹丸信号误认为是噪声信号.电路噪声一般小于2V ,所以触发电平一般定为2~3V ,如图3和图4所示,小于触发电平U 0的信号,被认为是噪声信号.图3 干扰信号图4 弹丸模拟信号43第1期董 涛,等 高射频武器弹丸连发速度测量系统③根据用户通过软件预先输入的标称弹速、弹长、射击高度等参数,可以计算出正常的弹丸模拟信号的脉冲宽度范围,如果某一信号的脉宽不在此范围,则可以判断此信号为噪声或干扰信号,软件自动将其剔除.如图3和图4所示,当某一信号的脉冲宽度超出预先计算得到的正常脉冲宽度的范围时,便认为该信号为干扰信号;反之,则认为该信号为弹丸信号.3.2 弹丸飞行时间的算法弹丸飞过2个靶面所产生的弹丸信号波形x1(t)和x2(t)具有相似性,设2个信号的脉宽为T,x1(t)和x2(t)的互相关函数为[6,7]R x1x2(τ)=∫T0x1(t)x2(t+τ)d t(1)在实际使用中,数字信号采集仪所采集到的信号是每隔一定的采样周期天幕靶输出信号的幅值,即离散的各点的幅值,所以式(1)可改为R x1x2(τ)=∑ni=1x1(t i)x2(t i+τ)(2)根据相关函数性质可知,当τ取不同的值时,会有不同的R x1x2(τ)值与其对应,当R x1x2(τ)取得最大值时所对应的τ值应为2个弹丸信号的时间间隔.经实弹射击试验证明,与常规的脉冲触发测试仪的方法相比,该算法可以减小由于天空亮度、传感器灵敏度、放大电路参数不一致,以及噪声等因素的影响而带来的测时误差[8].4 实验与结果分析用J Y J290型水平天幕靶和数据采集仪组成的连发测速系统对某型号炮进行了实弹实验,数采系统对天幕靶输出的弹丸信号进行采集,部分弹丸模拟信号波形如图5所示,经软件处理得到弹丸的速度值如表1所示,同时测得系统的射击频率.图5 2台天幕靶输出的部分弹丸模拟信号波形图表1 测试系统实验数据弹序12345678910111213141516171819202122 v/(m・s-1)870.6870.2869.4876.1877.4868.5873.7871.0874.2871.1874.3881.4870.8879.2876.8873.1873.2866.9873.1873.2870.3869.5弹序23242526272829303132333435363738394041424344 v/(m・s-1)871.6869.6872.2867.3869.6873.4870.6877.6874.8870.3873.8876.7872.1874.5871.3873.3874.5869.1870.0876.5870.1873.0弹序45464748495051525354555657585960616263646566 v/(m・s-1)882.0872.9871.1872.4872.1874.2874.3874.5877.8877.9875.3871.7874.9871.9865.5873.4872.5878.0874.6879.1876.7874.8弹序67686970717273747576777879808182838485868788 v/(m・s-1)871.8870.9876.3873.5874.9879.9876.9877.5882.9878.8883.7880.9873.9880.8879.5880.3875.8879.9880.3874.4875.5880.9弹序8990919293949596979899100101102103104105106107108109110 v/(m・s-1)874.3876.5878.2874.0878.2879.8882.6886.3879.3883.1880.7879.9882.7879.4882.6882.4877.9880.9877.6876.2874.0876.4 从采集到的天幕靶输出的模拟信号可以看出,在弹丸信号之间夹杂有一定的干扰信号,但其在信号宽度和信号幅值等方面和弹丸信号存在一定的差异,通过软件算法可以对干扰信号进行识别并去除.5 结论本文提出基于天幕靶和数据采集仪的高射频连发测速系统,将天幕靶输出的弹丸模拟信号通过PCI数据采集卡采集到数据采集仪中,再通过特定算法,对干扰信号和弹丸信号进行识别,最终得出每一发弹丸的速度和武器的射频.设计的系统经单发和连发实弹试验,结果表明系统既能测试单发又能测试连发,工作稳定可靠.参考文献[1] TOUL IOS P P,HAR TMAN K D.Doppler2type projectile ve2locity measurement and communication apparatus,and met h2 od:United States,4283989[P].1981-08-18.[2]马时亮,倪晋平,颜家林.基于C51语言智能测时仪的设计与实现[J].西安工业大学学报,2005,25(4):327-330.MA Shi2liang,NI Jin2ping,YAN Jia2lin.The design of intelli253弹道学报第22卷gent electrical chronometer based on C51language[J].Journal of Xi’an Technological University,2005,25(4):327-330.(in Chinese)[3]倪晋平,侯宏录,孙建,等.基于六天幕靶弹丸弹道末端飞行速度的测试[J].测试技术学报,2007,21(2):117-120.NI Jin2ping,HOU Hong2lu,SUN Jian,et al.The velocity measurement of projectile in end trajectory wit h six2sky2screen system[J].Journal of Test and Measurement Technology, 2007,21(2):117-120.(in Chinese)[4]董涛,倪晋平,高芬,等.斜入射弹丸速度测量系统研究[J].光学技术,2008,34(6):889-891.DON G Tao,NI Jin2ping,GAO 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