CN101294784B - 多层扇形光幕枪弹投影定位靶面 - Google Patents

Abstract

一种多层扇形光幕枪弹投影定位靶面，提供了一种新的实弹射击靶面弹点定位方案：在中空的金属靶框(5)内，安装有多个可产生扇形光幕的半导体激光线光源(1)，本例为2个，和信号采集控制电路。由光源(1)产生的扇形光幕从靶框(5)内侧的出射光窗口(7)射出，覆盖靶标窗口(4)后，射入与其相对的靶框另一内侧的入射光窗口(6)并将各坐标板XA(8)、YA(11)、XB(9)、YB(2)上排列的光敏管排(3)对应照射。当有枪弹(10)穿过光幕时，扇形光幕对其自然进行投影，并产生相应的光电信号。投影的长度及位置与弹着点具有唯一确定的几何关系，取得由此产生的光电信号并进行计算机处理即可自动实时定位弹点，从而实现自动报靶。

Description

多层扇形光幕枪弹投影定位靶面

所属技术领域 

本发明是实弹射击训练使用的可自动检测弹着点并自动报靶的靶面.它利用枪弹穿过多层扇形光幕时在光敏管排上所产生的投影，由专用信号采集控制电路检测出其相应的光电信号经数据处理后来确定靶面上弹着点的位置。 

背景技术

目前，非体育实弹射击训练所使用的自动检报靶系统已产品化的主要一类是“声靶”，它是利用获取子弹飞行中的激波或枪弹对空气的扰动而产生的声电信号来进行弹着点的测算和定位的.“声靶”获取枪弹穿过靶面时的声信号方式有两种：一种是声腔开放式；另一种是声腔密闭式.其中声腔开放式声靶要求枪弹在穿过靶面时的马赫数M>1，一般要求枪弹初速V>450米/秒时才能产生较为稳定可靠的声电信号，否则，易发生所谓的丢弹漏报现象.对于以手枪射击为主的室内射击场是不合适的，因为现警察所配备的手枪弹速一般为320米/秒，弹速最大的54式手枪其标准弹速也仅为430米/秒左右；对于声腔密闭式声靶，虽然可获取马赫数M<1的枪弹声电信号，但要求获取信号时所必须的声腔的密闭性要好，以保持其中空气的安静性，但当靶面上产生了弹孔后，射击环境的杂声将进入声腔内部，使其内部空气受到扰动，将与枪弹产生的有用信号相混合而使之被淹没，从而造成丢弹漏报现象，弹孔愈多，此情况愈严重，直到自动报靶功能完全失效，而更换新的靶面密闭声腔费用很高。由于空气的声速受物理环境状态的影响较大，如温度、湿度等，因此无论那一种方式的声靶其报靶误差均较大(约一个弹径)。总之，利用声定位原理设计的声靶均存在可靠性差、定位精度低和运行费用高的缺陷，而且是理论上的先天性缺陷，很难有大的改进。 

至今仍未形成产品的另一类自动检报靶系统是利用平行光幕或平行光网方式，当枪弹穿过平行光幕或光网时，信号采集电路检测光线对枪弹投影而产生的光电信号，以此定位弹着点在靶面的位置。枪弹穿过光幕时，在平行光的投影下，分别在对应的坐标板的光敏管上形成理论上与弹径等大小的阴影，检测由此产生的光电信号，即可确定弹着点的位置。此种方案在理论上是很好的，但在技术上的实现却困难很大，对于平行光幕方式，首先是用以产生平行光幕必须的几十个非圆曲线透镜的制造很困难且造价昂贵，甚至须国外制造，其次，以此方式制成的靶面结构庞大复杂且极其娇气，很难适应射击现场的恶劣环境，其高昂的造价也不宜在我国普及。光网式方案虽不使用昂贵的透镜，但由于大量光源各自产生的光束须与其相对的光敏管一一对应照射，技术上的实现难度很大，并且其保持性也差，现场调试、维护十分困难，仍难以适应实弹射击的恶劣环境。另外，由于光源尺寸的限制，其光网的网孔尺寸很大，相应地，对枪弹的定位误差也就很大。该方式同样存在靶面结构庞大复杂和可靠性差的缺陷。再有的自动报靶系统是视频靶，它是利用摄像头将靶面的弹孔情况取回到计算机中进行图象处理后获得当前弹孔的位置。其主要缺陷有：摄像头与靶面的距离须长期保持其精度，在射击现场一般不易保证，且其调整时专业性要求较高；由于实弹射击实时性的要求，摄像机的像素不可很高，故其自动报靶误差也较大(大于靶面环线之宽度，这将产生误报)，当弹孔重合或重叠部分较大时将出现丢弹漏报的异常现象；再者，视频靶面均不能移动，这将使实弹射击训练的种类和机动性大受约束。还有一些所谓的自动报靶系统，技术更加落后，在此不再列举。以上所述已产品化或未产品化的自动报靶系统所用之枪弹定位方式，均存在定位误差远大于靶标环线宽度(约1.2mm)、丢弹漏报及可靠性差的先天性缺陷，至今仍不具备进行正式的自动报靶实弹射击比赛的能力，也不可进行射速达10发/秒的连发射击。

发明内容

为彻底消除现有各种类型自动报靶靶面普遍存在的丢弹漏报、报靶误差大、可靠性差、造价高等先天性缺陷，本发明提供了一种全新的枪弹定位方案，即多层扇形光幕枪弹投影定位靶面，该方案的核心技术是：对穿过光幕的枪弹进行投影的光线不是现有公知的平行光线或光网方式，而是采用线光源所形成的扇形光幕对穿过的枪弹进行投影，此投影可在相对应的坐标板上的光敏管排上形成确定的阴影段光电信号。为提高定位精度和可靠性，采用多层扇形光幕。 

多层扇形光幕枪弹投影定位靶面的工作原理及核心结构方案如下：在中空的金属靶框5内，安装有多个可产生扇形光幕的半导体激光线光源1和信号采集控制电路。由光源1产生的扇形光幕由靶框5内侧的出射光窗口7射出，覆盖靶标窗口4后，射入与其相对的靶框另一内侧的入射光窗口6并将各坐标板XA 8、YA 11、XB 9、YB 2上排列的光敏管3对应照射。扇形光幕的扇形角顶点A与其对应的坐标板XA 8 YA 11上的光敏管排3组成了一层平面光幕坐标系A，以其扇形光幕的扇形角顶点A作为该系的坐标原点；扇形光幕的扇形角顶点B 与其对应的坐标板XB 9 YB 2上的光敏管排3组成了另一层平面光幕坐标系B，以其扇形光幕的扇形角顶点B作为该系的坐标原点。同理，以类似的方式可增加光幕坐标系的层数，以进一步提高自动报靶的可靠性和精度。各层光幕坐标系之间也即各层扇形光幕之间相隔一段距离L，各坐标板由信号采集控制电路板及电路板上纵向排列的光敏管排3构成，排列的光敏管与对应的扇形光幕对齐。各光幕坐标系分别处于不同的层面内，各自独立工作。本实例有两层光幕坐标系。金属靶框5内侧围成的中空区域是靶面的有效射击范围，即靶标窗口4，当有枪弹10穿过各层扇形光幕时，扇形光幕对飞过的枪弹自然进行投影，投影边界光线12和13分别在各自光幕坐标系的坐标板XA 8或YA 11或XB 9或YB 2上的光敏管排上形成大于枪弹直径的阴影段W和H，此阴影段的长短和位置与枪弹穿过光幕时的真实位置唯一对应，它们之间存在确定的几何对应关系。由坐标板上的信号采集电路实时地检测并取得由阴影段而产生的光电信号，再进行相应的软硬件处理，即可实时可靠地将当前弹着点在靶面上的位置精确定位，形成自动报靶系统。 

本发明的有益效果是：由于不使平行光对穿过光幕的枪弹进行投影，也就不使用为产生平行光所必须的造价昂贵的非圆曲线透镜，致使靶面结构大为简化，使之在技术上的实现成为可能，造价大幅度降低，可靠性和报靶精度得到了充分保证。扇形光幕的光线对穿过其中的枪弹进行投影时，其位置及大小几乎不受物理环境状态的影响，如温度、湿度等，因而其定位精度高且性能稳定，这是现有声靶无法具备的重要特点。本发明方式的靶面可进行连发射击自动报靶，性能与靶板的损坏程度无关，运行费用很低，可取代价格昂贵的同类进口产品，利于在我国军、警及相关院校中普及。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

图1为主剖视图A-A，主要反映射击平面的基本结构。 

图2为左侧剖视图B-B，主要反映扇形光幕出入靶框内侧的窗口结构。 

图3为右侧剖视图c-c，主要反映扇形光幕出入靶框内侧的窗口结构。 

在图1、图2、图3中，1.扇形光幕线光源组件，2.坐标板YB，3.光敏管排，4.靶标窗口，5.中空金属靶框，6.入射光窗口，7.出射光窗口，8，坐标板XA，9.坐标板XB，10.枪弹，11.坐标板YA，12.光幕坐标系B中对枪弹的投影边界光 线，13.光幕坐标系A中对枪弹的投影边界光线。 

具体实施方式

对照图1、图2、图3，在中空的金属靶框5的内部安装有多个(本例为2个)可产生扇形光幕的半导体激光线光源1，由此产生的扇形光幕由靶框5内侧的出射光窗7射出，光幕覆盖靶标窗4后，射入与其对应的靶框内侧的入射光窗口6中，并将各坐标板：XA 8 YA 11 XB 9 YB 2上排列的光敏管排3对应照射。扇形光幕的扇形角顶点A与其相对安置的坐标板XA 8 YA 11上的光敏管排3组成了一层平面光幕坐标系A，以其扇形光幕的扇形角顶点A作为该系的坐标原点；扇形光幕的扇形角顶点B与其相对安置的坐标板XB 9 YB 2上的光敏管排3组成了又一层平面光幕坐标系B，以其扇形光幕的扇形角顶点B作为该系的坐标原点；同理，以类似的方式可增加光幕坐标系的层数，以进一步提高自动报靶的可靠性和精度。(注：在各图的平面内，坐标板XA 8和坐标板XB 9位置重合，但在空间中各自的光敏管排相距一段距离L)。各层光幕坐标系之间也即各层扇形光幕之间相隔一段距离L。各坐标板由信号采集控制电路板和电路板上纵向排列的光敏管排3构成，排列的光敏管与对应的扇形光幕对齐。各光幕坐标系分别处于不同的层面内，各自独立工作。本例有2层光幕坐标系。中空的金属靶框5内侧围成的中空区域，是靶面的有效射击范围，也即靶标窗口4。当有枪弹10穿过各层扇形光幕时，扇形光幕自然对飞过的枪弹进行投影，投影边界光线1213分别在各自光幕坐标系的坐标板XA 8或YA 11或XB 9或YB 2上的光敏管排上形成大于实际弹径的阴影段W和H，此阴影段的长短和位置与枪弹穿过光幕时的真实位置P唯一对应，它们之间存在确定的几何对应关系。依据该阴影段在光敏管排上的长短和位置，取得由此产生的相应光电信号，经相应的软硬件处理，即可精确定位枪弹在靶标窗口4面内的弹着点坐标位置。中空的金属靶框5对其内的光电器件及电路等进行防护和安装。靶标窗口4可制成任何几何形状。以本发明方式的靶面配以计算机及相应的软硬件以及固定或行走机构即可形成实弹射击自动报靶系统。 

Claims (3)

1.多层扇形光幕枪弹投影定位靶面，在中空的金属靶框内，安装有光电元器件及其信号采集控制电路，其特征是：中空的金属靶框(5)的内部安装有多个可产生扇形光幕的半导体激光线光源(1)，靶框(5)内侧有出射光窗口(7)、入射光窗口(6)、被光幕覆盖的靶标窗口(4)，在中空的金属靶框(5)内还安置有坐标板XA(8)YA(11)XB(9)YB(2)，坐标板上有信号采集控制电路和排列的光敏管排(3)，扇形光幕的扇形角顶点A与其对应的坐标板XA(8)YA(11)上的光敏管排(3)组成了一层光幕坐标系平面，以其扇形光幕的扇形角顶点A作为该系的坐标原点；扇形光幕的扇形角顶点B与其对应的坐标板XB(9)YB(2)上的光敏管排(3)组成了另一层光幕坐标系平面，以其扇形光幕的扇形角顶点B作为该系的坐标原点，各层光幕坐标系之间也即各层扇形光幕之间相隔一段距离L，排列的光敏管与对应的扇形光幕对齐，各光幕坐标系分别处于不同的层面内，中空的金属靶框(5)内侧围成的中空区域是靶面的有效射击范围，即靶标窗口(4)，枪弹(10)穿过各层扇形光幕时，扇形光幕对枪弹的投影边界光线(12)(13)分别在各自光幕坐标系的坐标板XA(8)或YA(11)或XB(9)或YB(2)上的光敏管排(3)上形成大于枪弹直径的阴影段W和H，此阴影段的长短和位置与枪弹穿过光幕时的真实位置唯一对应，它们之间存在确定的几何对应关系，由坐标板上的信号采集控制电路实时地检测并取得由阴影段而产生的光电信号，再进行相应的软硬件处理，即可实时可靠地将当前弹着点在靶面上的位置精确定位。

2.根据权利要求1所述的多层扇形光幕枪弹投影定位靶面，其特征是：扇形光幕的层数不限于两层。

3.根据权利要求1所述的多层扇形光幕枪弹投影定位靶面，其特征是：靶标窗口(4)及金属靶框(5)可制成任何实用的几何形状。 

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