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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