基于圖像處理的模擬電磁炮自動(dòng)打靶系統(tǒng)

張 娟，堵大偉，布 瑾，肖 建，童 祎，何 南

(南京郵電大學(xué) 電子與光學(xué)工程學(xué)院，江蘇 南京 210023)

0 引 言

隨著科技的不斷革新，軍事武器的換代越來(lái)越快。以火藥為代表的傳統(tǒng)化學(xué)發(fā)射技術(shù)具有原理上的局限性，難以滿足現(xiàn)代軍事技術(shù)對(duì)更高速度、更高效率的追求，很有必要另辟蹊徑。電磁發(fā)射技術(shù)利用電磁力代替火藥發(fā)射物體，以超高的動(dòng)能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行殺傷摧毀，是當(dāng)今世界各軍事大國(guó)都在競(jìng)相發(fā)展的一類新概念武器技術(shù)[1-2]。電磁炮正是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進(jìn)動(dòng)能殺傷武器，它利用電磁場(chǎng)產(chǎn)生的洛倫茲力對(duì)金屬?gòu)椡柽M(jìn)行加速，使其獲得打擊目標(biāo)所需的動(dòng)能[3-6]。電磁炮與其他火炮相比具有以下顯著特點(diǎn):彈丸初速高，炮口動(dòng)能大;射擊無(wú)聲響,無(wú)炮口焰;射速高、反應(yīng)能力強(qiáng);后勤供應(yīng)簡(jiǎn)單,安全可靠等。近年來(lái)，對(duì)電磁炮理論的驗(yàn)證與研究已經(jīng)成為一種新的趨勢(shì)[7-8]。其中主要的工作有：蔡?hào)|如[9]提出了一種微型電磁線圈炮的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，利用升壓模塊與儲(chǔ)能電容等成功發(fā)射了炮彈。陳鵬旭[10]提出了一種三級(jí)加速便攜式電磁炮的設(shè)計(jì)和制作方法，實(shí)現(xiàn)了電磁炮更遠(yuǎn)的發(fā)射距離。張榮達(dá)[11]提出了基于線圈炮實(shí)驗(yàn)對(duì)其效率影響因素的研究方法，得出每個(gè)影響因素均存在一個(gè)最佳值使得線圈炮的效率最大，即一定程度上提高了電磁炮發(fā)射效率。然而這些研究主要體現(xiàn)于電磁炮的發(fā)射，對(duì)電磁炮發(fā)射的自動(dòng)性以及自主性還有明顯的不足，無(wú)法滿足新興軍事技術(shù)的需求。

文中基于現(xiàn)有電磁線圈炮的設(shè)計(jì)與制作方法，針對(duì)目前電磁炮射程不易調(diào)節(jié)、不能對(duì)指定物體射擊及自動(dòng)性差等問(wèn)題，研究了一種基于圖像處理的模擬電磁炮自動(dòng)打靶系統(tǒng)，通過(guò)OpenMV識(shí)別并定位顏色靶標(biāo)，根據(jù)其與圖像中心的像素差值不斷調(diào)整舵機(jī)左右轉(zhuǎn)動(dòng)，激光測(cè)距獲取紅色目標(biāo)環(huán)形靶與模擬電磁炮的距離，模擬電磁炮驅(qū)動(dòng)電路控制超級(jí)電容充放電狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)模擬電磁炮自主尋找目標(biāo)并進(jìn)行打靶。充分驗(yàn)證了電磁炮的發(fā)射原理，實(shí)現(xiàn)了電磁炮的自動(dòng)性與智能化。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

該模擬電磁炮自動(dòng)打靶系統(tǒng)主要包含圖像處理子系統(tǒng)、激光測(cè)距子系統(tǒng)以及驅(qū)動(dòng)電路子系統(tǒng)。采用TM4C123GH6PM作為T(mén)M4單片機(jī)最小系統(tǒng)控制電路，進(jìn)行各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理與狀態(tài)的控制。由OpenMV攝像頭在其視野范圍內(nèi)定位出紅色環(huán)形目標(biāo)靶，TM4單片機(jī)獲取攝像頭返回的目標(biāo)靶像素值并以此控制舵機(jī)云臺(tái)轉(zhuǎn)向，直至目標(biāo)靶與圖像中心的像素差趨于零。在獲取激光測(cè)距模塊的返回值后，進(jìn)行電容電壓的數(shù)據(jù)處理與計(jì)算，從而控制驅(qū)動(dòng)電路子系統(tǒng)的狀態(tài)。另外，串口屏控制平臺(tái)控制整個(gè)系統(tǒng)的一鍵啟動(dòng)，電容電壓值在串口屏上實(shí)時(shí)顯示，直觀體現(xiàn)出電容電壓與模擬電磁炮射程的關(guān)系，也一定程度上保障了系統(tǒng)的安全性，防止因充電電壓過(guò)大而損壞電路。在系統(tǒng)的搭建過(guò)程中，應(yīng)使舵機(jī)云臺(tái)、模擬電磁炮炮筒、OpenMV攝像頭、激光雷達(dá)擺放水平且其中心在同一條豎直線上，從而保證了炮彈會(huì)正對(duì)著紅色目標(biāo)環(huán)形靶出射。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

德州儀器的TivaTMC系列ARM Cortex-M4微控制器具有頂級(jí)性能和高級(jí)集成功能。適用于需要控制成本，同時(shí)又需要大量控制和連接能力的應(yīng)用，如低功耗手持智能設(shè)備、游戲設(shè)備、家用和商用監(jiān)控、工廠自動(dòng)化等多個(gè)領(lǐng)域。另外，TM4C123FH6PM微控制器的優(yōu)勢(shì)還在于能夠方便地運(yùn)用多種ARM的開(kāi)發(fā)工具和片上系統(tǒng)(SoC)的底層IP應(yīng)用方案，以及廣大的用戶群體。TM4C123FH6PM微控制器代碼大多與TivaTMC系列產(chǎn)品線兼容，滿足了用戶多樣性與設(shè)計(jì)靈活性的需求。該系統(tǒng)主要運(yùn)用其進(jìn)行數(shù)據(jù)的快速準(zhǔn)確處理與交互功能。

1.1 圖像處理子系統(tǒng)

圖像處理子系統(tǒng)主要包含OpenMV攝像頭。OpenMV是一種可擴(kuò)展、開(kāi)源、低成本、支持Python的機(jī)器視覺(jué)模塊，以STM32F427CPU為核心，集成了OV7725攝像頭芯片，引出UART，I2C，SPI，PWM，ADC，DAC以及GPIO等接口方便擴(kuò)展外圍功能。功能強(qiáng)大，大大簡(jiǎn)化了機(jī)器視覺(jué)的算法編程，因其操縱的簡(jiǎn)潔性、程序的完備性、功能的全面性，在顏色識(shí)別、形狀識(shí)別以及目標(biāo)追蹤領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用[12-14]。在本模擬電磁炮系統(tǒng)中，需要攝像頭對(duì)目標(biāo)靶進(jìn)行識(shí)別、追蹤并返回像素坐標(biāo)，故使用OpenMV這種低能耗、高集成、功能完善的攝像頭。

模擬電磁炮需對(duì)靶進(jìn)行射擊，為了保證炮彈出射方向的準(zhǔn)確性，必須要求攝像頭在其視野范圍內(nèi)準(zhǔn)確識(shí)別并定位出紅色目標(biāo)環(huán)形靶的位置，像素位置的偏差會(huì)影響舵機(jī)云臺(tái)PWM的調(diào)節(jié)值，導(dǎo)致炮筒與靶中心不在同一條直線上。故OpenMV攝像頭在該系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。

1.2 激光測(cè)距子系統(tǒng)

超聲波測(cè)距與激光測(cè)距均能完成獲取模擬電磁炮炮筒與紅色目標(biāo)環(huán)形靶距離的功能。超聲波測(cè)距傳感器也可以用于檢測(cè)距離較遠(yuǎn)的物體，而且由于它不是光學(xué)裝置，所以不受顏色變化的影響，但超聲波傳感器的原理是聲速測(cè)距，存在一些固有的缺點(diǎn)，在本電磁炮自動(dòng)打靶系統(tǒng)中，主要有以下影響：

(1)超聲波檢測(cè)的目標(biāo)必須處于與傳感器垂直方位偏角不大于10°角以內(nèi)。若待測(cè)靶標(biāo)中心與電磁炮炮筒偏離一個(gè)小角度即不垂直轉(zhuǎn)態(tài)，將會(huì)影響實(shí)際射程的測(cè)量，從而導(dǎo)致脫靶。

(2)超聲波傳感器不適宜在多風(fēng)的場(chǎng)合和溫度梯度較大的場(chǎng)合。溫度梯度較大會(huì)造成聲速的變化。即對(duì)此系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境要求提出了較高的條件。而激光測(cè)距傳感器的優(yōu)勢(shì)能解決上述所有場(chǎng)合的檢測(cè)。自1960年世界上第一臺(tái)激光器誕生后不久，激光測(cè)距憑借其方向性高、單色性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控、建筑測(cè)量等場(chǎng)合[15]。相比于其他光學(xué)測(cè)距和聲波測(cè)距，激光能夠適應(yīng)更為廣泛的外界環(huán)境，并且具有更高的測(cè)量精度與更遠(yuǎn)的測(cè)量范圍。在本模擬電磁炮自動(dòng)打靶系統(tǒng)中，進(jìn)一步提高了打靶的準(zhǔn)確性。

激光測(cè)距子系統(tǒng)主要包含了TFmini-Plus小型激光雷達(dá)模塊，實(shí)現(xiàn)了模擬電磁炮炮筒與紅色目標(biāo)環(huán)形靶的測(cè)距功能。激光傳感器工作時(shí)，先由激光二極管對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)靶發(fā)射激光脈沖，經(jīng)目標(biāo)靶反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器，因此它能檢測(cè)極其微弱的光信號(hào)。模擬電磁炮射程的測(cè)量即可通過(guò)光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時(shí)間來(lái)計(jì)算。因?yàn)楣馑佥^快，需保證時(shí)間測(cè)量的準(zhǔn)確性。將所測(cè)的距離通過(guò)UART通信串口返回給TM4單片機(jī)。

1.3 驅(qū)動(dòng)電路子系統(tǒng)

模擬電磁炮的驅(qū)動(dòng)電路子系統(tǒng)主要由升壓模塊、超級(jí)電容、可控硅、整流二極管、線圈、繼電器組成。超級(jí)電容對(duì)線圈放電時(shí)電流較大，采用普通的空氣開(kāi)關(guān)比較危險(xiǎn)，故這里采用可控硅開(kāi)關(guān)。制作線圈時(shí)，將線圈均勻地纏繞在模擬電磁炮炮筒的底部，線圈的匝數(shù)影響炮彈的出膛速度，但并不是匝數(shù)越多越好，匝數(shù)越多，也意味著電阻越大，在放電時(shí)產(chǎn)生的焦耳熱就越多，造成線圈發(fā)熱等不必要的能量損失，模擬電磁炮的精度也會(huì)大大下降，故需要找到線圈匝數(shù)的最佳平衡點(diǎn)。繼電器是一種用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”，在本系統(tǒng)電路中通過(guò)TM4單片機(jī)控制繼電器的開(kāi)與關(guān)，起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)的作用。

2 模擬電磁炮自動(dòng)打靶

模擬電磁炮自動(dòng)打靶程序流程如圖2所示。

圖2 模擬電磁炮自動(dòng)打靶程序流程

2.1 OpenMV目標(biāo)靶定位

準(zhǔn)確使用此模擬電磁炮自動(dòng)打靶系統(tǒng)的關(guān)鍵在于OpenMV攝像頭對(duì)紅色目標(biāo)環(huán)形靶的識(shí)別效果，只有正確定位出紅色目標(biāo)環(huán)形靶的位置，系統(tǒng)的功能才能繼續(xù)往下執(zhí)行。OpenMV攝像頭在其視野范圍內(nèi)識(shí)別并定位出紅色目標(biāo)環(huán)形靶，并將其中心點(diǎn)坐標(biāo)通過(guò)串口傳送給TM4單片機(jī)，TM4單片機(jī)數(shù)據(jù)解析成功后，計(jì)算出其與圖像中心的像素坐標(biāo)差，作為PID調(diào)節(jié)的輸入變量值，并將PID調(diào)節(jié)的輸出值賦給舵機(jī)云臺(tái)的PWM，控制舵機(jī)云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)直至模擬電磁炮炮筒正對(duì)紅色目標(biāo)環(huán)形靶中心。為了便于直觀地判斷模擬電磁炮炮筒與紅色目標(biāo)環(huán)形靶的位置關(guān)系，在炮筒正上方增加了激光筆，舵機(jī)云臺(tái)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，激光點(diǎn)應(yīng)在紅色目標(biāo)環(huán)形靶的正中心。本系統(tǒng)目標(biāo)靶定位的具體流程如下：

(1)利用uart.init()函數(shù)對(duì)串口的波特率、停止位、奇偶校驗(yàn)等進(jìn)行設(shè)置，sensor模塊設(shè)置感光原件基礎(chǔ)參數(shù)，使其像素格式為RGB565并回傳像素大小為320×240的圖像。同時(shí)關(guān)閉白平衡和自動(dòng)增益，防止其影響色彩的識(shí)別和分辨。設(shè)定紅色區(qū)域的LAB色彩區(qū)間閾值，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試該系統(tǒng)選定(30，100，15，127，15，127)為比較合適的紅色區(qū)域閾值。

(2)利用img.find_blobs()函數(shù)識(shí)別圖像中所有的紅色色塊、定位像素點(diǎn)的坐標(biāo)值并忽略掉像素值小于50×50的區(qū)域。為防止外界光線影響，將像素間距十分接近的色塊進(jìn)行合并。在本系統(tǒng)中只需要識(shí)別出一種紅色物體即紅色環(huán)形靶標(biāo)，通過(guò)色塊像素面積的比較篩選出面積最大的紅色色塊，利用img.draw_rectangle()函數(shù)將其用矩形框在顯示界面上框出來(lái)，并用白色十字標(biāo)出矩形框中心，以便后續(xù)調(diào)節(jié)OpenMV攝像頭中心、炮筒中心、激光點(diǎn)中心三點(diǎn)交匯。

(3)在串口通信中，采用“幀頭+數(shù)據(jù)+幀尾”的數(shù)據(jù)格式發(fā)送給TM4單片機(jī)，便利了TM4單片機(jī)的數(shù)據(jù)解析，提高了數(shù)據(jù)傳送的準(zhǔn)確性。為避免十六進(jìn)制數(shù)據(jù)返回給TM4單片機(jī)時(shí)發(fā)生溢出，需將回傳的像素坐標(biāo)值取中值，TM4單片機(jī)接受時(shí)將數(shù)據(jù)加倍即可。這樣，TM4單片機(jī)便獲取了靶標(biāo)中心的像素點(diǎn)坐標(biāo)，將其與圖像中心X方向的像素值做差，即得到調(diào)節(jié)舵機(jī)云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的像素差值。

(4)在固定系統(tǒng)機(jī)械裝置時(shí)，使激光點(diǎn)正對(duì)紅色目標(biāo)環(huán)形靶中心，表示此機(jī)械裝置在豎直方向上準(zhǔn)確固定，舵機(jī)云臺(tái)只需左右轉(zhuǎn)動(dòng)尋找目標(biāo)靶。調(diào)節(jié)舵機(jī)云臺(tái)左右轉(zhuǎn)向時(shí)，像素差作為PID控制器的輸入變量，經(jīng)過(guò)PID控制器的P、D控制因子對(duì)舵機(jī)云臺(tái)的PWM進(jìn)行調(diào)節(jié)，合適的比例調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)舵機(jī)云臺(tái)在定位出靶標(biāo)后，穩(wěn)定的向左或向右轉(zhuǎn)動(dòng)，直至像素差趨于零，直觀上體現(xiàn)出來(lái)的是激光點(diǎn)在紅色目標(biāo)環(huán)形靶正中心，表示炮彈會(huì)正對(duì)著靶標(biāo)中心出射。其中，P、D值需通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)選擇出最佳值，使得系統(tǒng)裝置更加靈活、有序、穩(wěn)定。

2.2 電容充電電壓計(jì)算

在舵機(jī)云臺(tái)停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，代表電磁炮炮筒正對(duì)著目標(biāo)環(huán)形靶，代表此系統(tǒng)通過(guò)OpenMV攝像頭已經(jīng)定位出紅色目標(biāo)環(huán)形靶的具體方向與準(zhǔn)確位置。此時(shí)激光雷達(dá)的測(cè)距值便是紅色目標(biāo)環(huán)形靶距炮筒的水平距離，即獲取了所需的模擬電磁炮的射程。單片機(jī)讀取激光雷達(dá)測(cè)距值，為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可多次測(cè)量取距離的平均值。模擬電磁炮射程獲取后，超級(jí)電容開(kāi)始充電。因?yàn)殡娙莩潆婋妷菏顷P(guān)于模擬電磁炮射程的一次函數(shù)即任一充電電壓值有唯一確定的電磁炮射程與之對(duì)應(yīng)，根據(jù)預(yù)先擬合好的模擬電磁炮射程與電容充電電壓的關(guān)系曲線，可以獲取電容兩端的理論充電電壓值。在給電容充電的過(guò)程中，軟件設(shè)計(jì)若電容充電電壓值達(dá)到所需閾值，停止充電，隨即開(kāi)關(guān)控制模擬電磁炮放電，在電磁力的作用下炮彈出射。其中，擬合電容充電電壓與模擬電磁炮射程的關(guān)系曲線方法如下：

(1)電容充電電壓值可達(dá)到四百多伏，由于TM4單片機(jī)采集電壓值大小的限制，將兩個(gè)串聯(lián)在一起且比例適當(dāng)?shù)碾娮璨⒙?lián)于儲(chǔ)能電容兩端，其中較小電阻的阻值不能超過(guò)TM4單片機(jī)采集電壓的閾值，即起到一個(gè)良好的分壓作用。TM4單片機(jī)采集其中較小電阻的電壓值，并通過(guò)兩個(gè)串聯(lián)電阻的比例關(guān)系計(jì)算得出實(shí)際儲(chǔ)能電容兩端的電壓。

(2)按固定間隔如5 V依次增加儲(chǔ)能電容兩端電壓，在每一個(gè)電壓值下發(fā)射三次模擬電磁炮，測(cè)量模擬電磁炮射程并獲取平均值，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

(3)獲取一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，運(yùn)用Matlab根據(jù)離散的儲(chǔ)能電容兩端電壓與模擬電磁炮射程之間的關(guān)系擬合出所需曲線。

擬合的曲線對(duì)模擬電磁炮打靶的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。在擬合曲線時(shí)，應(yīng)控制炮彈大小與質(zhì)量、線圈發(fā)熱情況等外界環(huán)境變量一致。在追求較高的準(zhǔn)確性時(shí)，也可多次進(jìn)行曲線的模擬選取最佳關(guān)系曲線。

2.3 驅(qū)動(dòng)電路控制打靶

模擬電磁炮驅(qū)動(dòng)電路示意圖如圖3所示。12 V電源電壓經(jīng)過(guò)升壓模塊，得到100 V至400 V的連續(xù)可變直流高電壓，升壓模塊連續(xù)使用時(shí)需要注意散熱問(wèn)題，切不可使輸出端短路。這里必須注意升壓器額定的輸入和輸出電壓必須與直流電源和電容的額定電壓匹配，否則容易損壞。此高電壓通過(guò)整流二極管后給儲(chǔ)能電容充電，整流二極管具有明顯的單向?qū)щ娦?，可以將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔?。這里采用硅整流二極管，其擊穿電壓高，反向漏電流小，高溫性能良好，有利于模擬電磁炮系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行。儲(chǔ)能電容采用容量較大的超級(jí)電容，超級(jí)電容耐壓值高，容量大，采用并聯(lián)的方式可以進(jìn)一步增大容量，滿足了模擬電磁炮遠(yuǎn)射程時(shí)電容高放電電壓的需求。

圖3 電磁炮驅(qū)動(dòng)電路示意圖

放電時(shí)，儲(chǔ)能電容與線圈組成一個(gè)回路，根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可得變化的電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，彈丸獲得的強(qiáng)大磁場(chǎng)力將其彈射出。線圈加速原理如圖4所示。因此，模擬電磁炮炮彈的射程與線圈的匝數(shù)、炮彈質(zhì)量、放電電壓等影響因素的關(guān)系可以通過(guò)理論值計(jì)算出來(lái)，但實(shí)際結(jié)果與理論值的誤差很難避免。本系統(tǒng)采用如上述所述的擬合模擬電磁炮炮彈射程與電容充電電壓關(guān)系曲線的方法進(jìn)行發(fā)射。具有更高的準(zhǔn)確度與更好的直觀性。

圖4 線圈加速原理

電容充放電的詳細(xì)過(guò)程為：

(1)當(dāng)開(kāi)關(guān)1閉合時(shí)，儲(chǔ)能電容通過(guò)升壓模塊進(jìn)行充電，TM4單片機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)電阻1的電壓值，一旦達(dá)到預(yù)定值后，停止充電，即斷開(kāi)開(kāi)關(guān)1。

(2)當(dāng)開(kāi)關(guān)1斷開(kāi)時(shí)，電路處于待發(fā)狀態(tài)，由于可控硅開(kāi)關(guān)的阻礙，超級(jí)電容不能向線圈放電?？煽毓栝_(kāi)關(guān)起到了很好的保護(hù)電路的作用，實(shí)現(xiàn)了放電狀態(tài)人為可控的功能，提高了模擬電磁炮的性能。

(3)接著閉合開(kāi)關(guān)2，可控硅開(kāi)關(guān)被激發(fā)導(dǎo)通，超級(jí)電容開(kāi)始向線圈放電，擊發(fā)彈丸。

(4)開(kāi)關(guān)1、2在程序自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下通過(guò)繼電器實(shí)現(xiàn)，其中開(kāi)關(guān)1為充電繼電器，開(kāi)關(guān)2為放電繼電器。另外，本裝置額外接有手動(dòng)按鈕，即電容可手動(dòng)充放電，也保證在緊急情況下電容可以手動(dòng)放電，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。開(kāi)關(guān)的閉合與斷開(kāi)對(duì)應(yīng)于TM4單片機(jī)上LED燈的亮滅，增強(qiáng)了系統(tǒng)的直觀性。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)OpenMV攝像頭識(shí)別紅色目標(biāo)環(huán)形靶，不斷調(diào)整舵機(jī)轉(zhuǎn)向直至紅色目標(biāo)環(huán)形靶中心與圖像中心像素差在誤差允許的范圍內(nèi)，激光測(cè)距后得到預(yù)定電壓值，隨即超級(jí)電容充放電完成打靶。整個(gè)過(guò)程只需在串口屏上一鍵啟動(dòng)，也可以通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)，完成了基于圖像處理的模擬電磁炮的自動(dòng)打靶。

調(diào)節(jié)模擬電磁炮炮筒的俯仰角以及電容充電電壓均能改變炮彈射程。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，首先測(cè)試了模擬電磁炮炮筒俯仰角與炮彈射程的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)對(duì)角度測(cè)量要求的精確度高，比較小的角度偏差便可能導(dǎo)致射程的較大誤差，難度較大。而充電電壓的改變較之角度的改變更為直觀與準(zhǔn)確，故本實(shí)驗(yàn)把模擬電磁炮炮筒俯仰角固定在了一個(gè)合適角度，只控制充電電壓的變化。表1是電容電壓與射程實(shí)驗(yàn)測(cè)量中選取的五組具有代表性的數(shù)據(jù)結(jié)果。

表1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，由于OpenMV圖像處理的加入，紅色目標(biāo)環(huán)形靶的定位很準(zhǔn)確，實(shí)際模擬電磁炮的射程與預(yù)期的射程誤差很小，表示此系統(tǒng)的精確度較高。另外，在多次打靶之后，線圈會(huì)出現(xiàn)一定程度的發(fā)熱情況，導(dǎo)致模擬電磁炮射程低于理想射程，實(shí)驗(yàn)中增加了外接風(fēng)扇給線圈散熱。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是涵蓋多領(lǐng)域、多維度、全時(shí)域、高烈度的綜合較量。電磁炮是利用電磁技術(shù)形成的新概念殺傷武器，在能源利用率以及成本條件上與傳統(tǒng)火炮相比具有極大的優(yōu)勢(shì)，已成為軍事強(qiáng)國(guó)研發(fā)的重點(diǎn)。加速電磁發(fā)射技術(shù)的發(fā)展已成為各國(guó)爭(zhēng)奪戰(zhàn)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)的主要舉措之一?；趫D像處理的模擬電磁炮自動(dòng)打靶系統(tǒng)對(duì)電磁炮進(jìn)行了小型化處理，驗(yàn)證了電磁發(fā)射的原理，成功改進(jìn)了現(xiàn)有電磁炮自主性差、可調(diào)性差等問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該系統(tǒng)完成了對(duì)指定目標(biāo)的高精度自主打靶，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值與推廣性。