[发明专利]一种高动态冲击信号的频率解算方法与系统

说明书

本发明提出了一种高动态冲击信号的频率解算方法与系统。该系统包括混频模块、信号采集模块和频率解算模块。混频模块中通道数、滤波器、本振信号等电路参数由仿真优化确定；测量时信号输入混频模块后同时进入多个通道，每个通道具有不同的信号频带，并将该通道的信号转换成低频段的差频信号；该差频信号经滤波后输入信号采集模块，获得不同信号频带的测量数据；频率解算模块根据多通道的频谱参数和测量数据，求解信号的瞬时频率，从而得到冲击速度。本发明的特点在于利用多通道混频降低了对采样率和电路制作的要求，并可实现高动态信号的频率解算，在高动态冲击信号测量领域具有重要应用前景。

技术领域

本发明涉及一种高动态冲击信号的频率解算方法与系统，用于激光干涉法所产生的高动态冲击信号的频率解算，属于高动态信号测量领域。

背景技术

随着军事领域的信息化、数字化、智能化趋势，各种侵彻式武器发展的如火如荼，在武器装备研制过程中，其搭载的智能传感系统、弹载仪器等需要开展强冲击环境实验验证，因此对弹体各种参数的测量也愈发重要，通过获取炮弹在出膛、飞行、击中目标等时候的速度，可以对其出射和飞行状态进行详细的分析。在试验中可能会遇到量值达到或超过200m/s的瞬时速度，对于这样的速度测量，可实现的方法有多种，最典型的是采用时间间隔测量法，但得到的是平均速度，信息有限，不能用来研究整个冲击运动过程。目前，测量速度按测量方式可分为两类：接触式和非接触式。接触式测量主要是指通断靶，它是当弹丸穿过时与靶面接触，利用装置中电路开启或关闭的方式来产生脉冲电信号，以此脉冲电信号作为打开或关闭计时仪计时的靶信号。接触式测量方法的优点是结构简单、制造方便以及抗干扰能力强等，因而广泛的应用于早期的弹丸速度测量。但同时该方法也伴随着自身所固有的缺陷，即对飞行弹道造成影响。相比之下，非接触式测量因其对弹道几乎无影响且非破坏型实验等优势，目前已经取得了愈发广泛的应用。

基于激光干涉法的瞬态高速激光测速技术具有测量精度高、测速范围广、动态响应快等优点。在冲击测量过程中，采用激光多普勒原理，用衍射光栅作为合作目标，则光栅运动所产生的多普勒频移和冲击速度具有相关性。2014年Zhang等人在《光电技术与应用国际研讨会》(International Symposium on Optoelectronic Technology andApplication)第9297卷的论文《测量物体横向速度的光栅激光多普勒测速仪技术》(Thetechnology of grating Laser Doppler Velocimeter for measuring transversevelocity of objects)中设计了光栅多普勒探测系统，采用差分测量方式进行测量，光栅的两束衍射光混合后，光栅运动时由探测器检测拍频。2020年任元等申请中国专利“一种基于偏振光栅多普勒效应的物体运动速度测量方法”(专利号：202011457850.6)提出了将偏振光栅的±1级衍射光进行叠加得到具有拍频特性的线偏振光的方法，并采用短时傅里叶变换对信号进行时频分析，得到了运动速度随时间变化的特性。因此，如何实时准确迅速的获得多普勒频移信号就显得尤为必要。高动态冲击信号有许多它独有的特点：整个冲击过程非常短暂，时间上为毫秒量级，而且信号是动态变化的，频率的动态范围很大，对于某一个时刻来说带宽比较窄。对于待测信号来说，信号频率可以高达几百兆赫兹，在采集时需要很高的采样率，在传输和处理时会存在很大的数据量，这些就导致了对信号进行实时的采样与处理具有比较大的困难。