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第1章 绪论 1

1.1 实验外弹道学研究的任务及内容 1

1.2 外弹道试验与靶场试验 1

1.3 与外弹道试验相关的测量内容 4

1.4 现代试验的测试系统及其构成 5

1.5 外弹道试验设计与试验文件编写 6

1.5.1 外弹道试验设计的基本要求 6

1.5.2 试验计划、试验大纲与试验报告的编写 7

第2章 弹丸静态物理量测量技术 10

2.1 弹丸外形尺寸测量 10

2.2 弹丸质量、质心和质量偏心的测量技术 11

2.2.1 物理天平测量法 11

2.2.2 三点支承法 12

2.3 弹丸转动惯量测量技术 14

2.3.1 单线扭摆法 14

2.3.2 三线摆测量法 16

2.3.3 台式扭摆测量法 17

2.4 弹丸动不平衡量的测量技术 20

2.4.1 弹体动不平衡度的转动惯量测试法 21

2.4.2 动平衡机测试法 22

第3章 弹丸速度的测时仪测量方法 24

3.1 弹丸速度测量方法分类 24

3.2 测时仪测速系统的构成 28

3.2.1 测时仪测速方法及场地布置 28

3.2.2 区截装置 29

3.2.3 定距测时法测速的计时仪器 47

3.3 测时仪测速及误差分析 57

3.3.1 弹丸速度的测试参量分析 57

3.3.2 测时仪测速误差分析 59

3.3.3 线圈靶测速误差的来源与使用要求 65

3.3.4 天幕（光幕）靶测速及其误差来源分析 69

3.3.5 测速靶距的选择 72

3.4 测时仪测速及数据处理方法 74

3.4.1 测时仪测弹丸初速的方法 74

第4章 多普勒雷达测速及数据处理 88

4.1 多普勒原理 88

4.2 多普勒雷达的工作原理 91

4.2.1 天线单元 92

4.2.2 终端设备 96

4.3 定周测时法与DR582雷达终端工作原理 97

4.4 频谱分析法及终端工作原理 99

4.4.1 采用频谱分析方法的终端处理系统 99

4.4.2 多普勒弹丸速度信号的截断（加窗）处理 100

4.4.3 多普勒弹丸速度信号的快速傅里叶变换（FFT） 104

4.4.4 多普勒信号频谱分析方法的数据处理流程 112

4.4.5 测速算法对测速精度的影响 115

4.5 膛内测速雷达简介 116

4.6 多普勒雷达测速及数据处理方法 118

4.6.1 多普勒雷达测速数据的修正换算方法 118

4.6.2 初速雷达测速及初速换算 121

4.6.3 多普勒雷达测复合增程弹分段特征参数 123

第5章 地面落弹点坐标的测量及应用 127

5.1 地面落弹点坐标测量试验场地及要求 127

5.2 地面落弹点坐标人工交会测量方法 129

5.3 单站平面极坐标测量法 132

5.4 人造卫星定位测量法 137

5.5 落弹点坐标的声学定位测量方法 137

5.5.1 落弹点坐标的声学定位原理 137

5.5.2 落弹点坐标声学测试系统的组成 139

5.6 落弹点坐标的高速CCD相机交会测量方法 140

5.7 测定落点弹道诸元的射击试验 143

5.7.1 试验准备 143

5.7.2 试验实施的主要环节 144

5.7.3 射程和密集度换算方法 145

第6章 立靶弹着点坐标测量及应用 149

6.1 立靶弹着点坐标测量 149

6.2 声坐标靶 151

6.2.1 金属杆式声坐标靶 152

6.2.2 点阵式声坐标靶 153

6.3 光电坐标靶 158

6.3.1 阵列式光电坐标靶 159

6.3.2 区截光电坐标靶 162

6.4 线阵CCD坐标靶 167

6.4.1 线阵CCD的基本工作原理 167

6.4.2 线阵CCD立靶坐标测量系统 169

6.4.3 CCD坐标靶系统特性对测试过程的影响 172

6.5 弹着点坐标测试在外弹道试验中的应用 173

6.5.1 射击跳角及概率误差的测定试验 173

6.5.2 立靶密集度试验 177

第7章 弹丸飞行轨迹的光学测试技术 180

7.1 弹丸飞行轨迹光测技术及其发展概况 180

7.2 光电经纬仪 183

7.2.1 光电经纬仪的交会测量原理 183

7.2.2 光电经纬仪的构成及其工作原理 186

7.2.3 光电经纬仪与雷达的协同测试方法 192

7.3 弹道相机 194

7.3.1 概述 195

7.3.2 弹道相机的基本组成和工作原理 196

7.3.3 弹道相机的交会测量方法 200

第8章 弹丸飞行轨迹的雷达测量技术 205

8.1 弹丸空间坐标（飞行轨迹）测量雷达简介 205

8.1.1 单脉冲测量雷达 205

8.1.2 相控阵测量雷达 207

8.1.3 连续波测量雷达 210

8.2 弹丸的无线电特性 212

8.3 弹丸飞行距离的雷达测量原理 214

8.3.1 脉冲法测距 214

8.3.2 调频法测距 216

8.3.3 距离跟踪原理 219

8.4 弹丸飞行角度的雷达测量原理 221

8.4.1 相位法测角 221

8.4.2 振幅法测角 223

8.4.3 自动测角原理 225

8.5 雷达测试数据处理 227

8.6 Weibel系列雷达系统简介 228

8.7 弹道测量雷达的发展 232

第9章 弹丸飞行轨迹的卫星定位测试技术 236

9.1 卫星定位的基本原理 236

9.1.1 三维空间定位原理 236

9.1.2 GPS卫星导航定位原理 237

9.2 GPS卫星导航信号的基本构成和伪距测时原理 238

9.2.1 扩频通信的基本概念 238

9.2.2 卫星导航信号的组成和调制方式 238

9.2.3 伪码测时的基本原理 239

9.3 GPS卫星导航定位系统的常用坐标系 239

9.3.1 地心惯性坐标系 239

9.3.2 地球坐标系 240

9.3.3 站心坐标系 242

9.4 常用坐标系之间的转换 242

9.4.1 大地椭球坐标系和大地直角坐标系的转换 242

9.4.2 地球坐标系和导航坐标系之间的转换 243

9.4.3 大地直角坐标系和发射基准坐标系（又称NUE坐标系）之间的转换 244

9.4.4 地球坐标系和地面发射坐标系（又称地面坐标系）之间的转换 245

9.5 GPS卫星导航定位技术在弹道测试中的应用 246

9.5.1 已知炮口和目标点坐标计算理论射向 246

9.5.2 计算弹丸落点与目标点之间的射程偏差和射向偏差 246

9.5.3 利用GPS实测弹道轨迹的数据处理方法 247

第10章 弹丸飞行姿态的纸靶测试技术 248

10.1 纸靶试验及测试概述 248

10.2 纸靶弹孔测试方法 251

10.2.1 攻角纸靶弹孔测试方法 251

10.2.2 弹孔形状参数与姿态角之间的关系 252

10.3 攻角纸靶擦痕法 255

10.4 弹丸飞行姿态的纸靶测试误差分析 257

10.4.1 纸靶弹孔法的姿态角测量误差分析 257

10.4.2 攻角纸靶擦痕法的姿态角测量误差分析 264

10.4.3 飞行轨迹坐标测量误差分析 265

10.5 纸靶测试方法与计算机图像采集处理 267

10.5.1 纸靶弹孔图像采集与判读系统的组成 267

10.5.2 纸靶弹孔图像的计算机判读方法 268

10.6 纸靶法试验测弹丸气动力及弹道特征参数 270

10.6.1 纸靶法测弹丸的起始扰动试验 270

10.6.2 章动波长法测弹丸的翻转力矩系数 271

10.6.3 螺线弹道法测弹丸的气动力系数 272

第11章 弹丸飞行姿态的靶道测试技术 274

11.1 弹道靶道 274

11.2 弹道靶道的测试设备与试验功能 277

11.2.1 弹道靶道采用的测试技术 277

11.2.2 弹道靶道的试验功能 279

11.3 闪光阴影照相站 281

11.3.1 闪光阴影照相原理 281

11.3.2 闪光阴影照相光路 282

11.3.3 闪光阴影照相站 284

11.3.4 闪光光源 286

11.3.5 逆向反射屏 287

11.3.6 触发系统 288

11.3.7 空间基准系统 290

11.4 弹道靶道闪光阴影照相的图像判读处理方法 292

11.4.1 靶道内采用的坐标系及其变换关系 292

11.4.2 基准网格平面上物像之间的换算关系 293

11.4.3 弹丸上任意一特征点的空间坐标换算 295

第12章 弹丸飞行姿态的弹载传感器测试技术 297

12.1 弹载传感器测试系统简介 297

12.2 太阳方位角传感器 300

12.3 弹丸姿态地磁传感器 305

12.3.1 地磁场的基本性质 305

12.3.2 弹丸姿态地磁传感器介绍 306

12.3.3 弹丸姿态的地磁传感器测试原理 309

12.4 微惯性测量传感器 311

12.4.1 加速度传感器 311

12.4.2 角速率陀螺仪 315

12.4.3 弹载微机械陀螺仪的主要性能指标 320

12.5 弹丸飞行姿态的组合传感器测量 321

12.5.1 惯性传感器组合测量 321

12.5.2 其他传感器与三轴磁传感器组合测量 324

12.5.3 陀螺仪／GPS传感器组合测量简介 328

第13章 外弹道高速摄影技术 329

13.1 高速摄影技术及其发展 329

13.2 高速电影摄影方法 334

13.2.1 高速电影摄影 334

13.2.2 高速摄像 337

13.3 等待式高速分幅摄影 341

13.3.1 鼓轮式高速分幅摄影 342

13.3.2 转镜式高速分幅摄影 343

13.3.3 超高速数字分幅摄影 346

13.4 高速扫描摄影方法 348

13.4.1 弹道同步摄影的工作原理 349

13.4.2 鼓轮式弹道同步摄影机的基本结构 350

13.4.3 狭缝式弹道同步摄影的参数选择 355

13.4.4 高速数字狭缝摄像机及其发展现状 356

13.5 高速摄影在外弹道测试中的应用 358

13.5.1 高速摄像（影）参数的选择方法 358

13.5.2 高速摄像（影）在外弹道测试中的应用 363

13.5.3 弹道同步摄影技术的应用简介 366

第14章 外弹道气象诸元测量 368

14.1 气温的测量 368

14.2 气压的测量 370

14.2.1 动槽式水银气压表 370

14.2.2 空盒气压表 371

14.2.3 振动筒式气压传感器 372

14.3 湿度的测量 373

14.3.1 干湿球温度表 373

14.3.2 毛发湿度表（计） 374

14.3.3 电子式湿度传感器 375

14.4 地面风的测量 376

14.4.1 机械式风速计 376

14.4.2 热力式风速计 378

14.4.3 动压式风速测量仪 379

14.4.4 超声波风速测量仪 380

14.5 随高度分布的气象诸元测量简介 381

14.5.1 高空温、压、湿探测的方法 381

14.5.2 高空风探测方法 382

14.5.3 GPS探空系统简介 385

14.6 能见度的观测 388

第15章 弹丸气动力系数辨识方法 389

15.1 概述 389

15.2 弹丸气动力系数的最小二乘准则的辨识方法 390

15.2.1 最小二乘法准则的辨识方法 390

15.2.2 线性最小二乘法 391

15.2.3 显函数模型的非线性的最小二乘法 394

15.2.4 C-K （Chapman-Kirk）方法 395

15.2.5 非线性最小二乘条件下的误差估计 399

15.3 卡尔曼滤波方法 400

15.3.1 系统模型 400

15.3.2 卡尔曼滤波器 402

15.4 最大似然函数法 403

15.4.1 最大似然准则 403

15.4.2 输出误差的参数估计方法 405

15.5 弹道跟踪雷达测速数据辨识阻力系数 407

15.6 纸靶试验数据的气动辨识 412

15.6.1 数学模型 412

15.6.2 纸靶测试姿态数据的气动辨识方法 412

15.7 弹载传感器测弹丸转速数据的气动辨识 413

15.8 太阳方位传感器测弹丸姿态数据的气动辨识 414

15.8.1 太阳方位传感器的测量参数与观测方程 414

15.8.2 弹丸气动力参数辨识数学模型（状态方程） 417

第16章 弹箭制导与控制半实物仿真技术 420

16.1 弹箭制导与控制半实物仿真系统的组成和功能 420

16.1.1 制导控制半实物仿真方式及组成 420

16.1.2 数学模型及器件 421

16.1.3 仿真软件及算法 423

16.2 弹箭的运动特性及运动控制仿真技术 425

16.2.1 弹箭的运动特性 425

16.2.2 角运动转台仿真——转台 425

16.2.3 线运动平台仿真技术——平台 426

16.2.4 目标与环境特性及仿真 427

16.3 弹载卫星定位装置及定位信息仿真技术 429

16.3.1 卫星定位装置的原理及信号模型 429

16.3.2 卫星导航信号模拟器 431

16.4 半实物仿真中力与力矩特性仿真 433

16.4.1 舵机负载系统仿真 433

16.4.2 压力仿真 434

16.5 半实物仿真系统集成及实验技术 436

16.5.1 弹箭半实物仿真的总体系统方案 436

16.5.2 总体方案集成和接口技术 437

16.5.3 半实物仿真试验设计及流程 440

附录 测试信号采样分析 444

附1信号数字化处理的基本步骤 444

附2数字信号的采样与量化 444

附3截断、泄漏和窗函数 447

附4离散傅里叶变换 448

附表 454

参考文献 467