CN102213567A - 智能化射击记分系统 - Google Patents

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贾杰
杨永军
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Abstract

本发明提供一种智能化射击记分系统，用于减轻射击记分统计负担，提高射击记分的准确性和及时性，其包括：枪声采集装置；枪声信号处理装置；雷达传感装置，其接收枪声信号处理装置的指令，根据该指令发出雷达探测信号，当有子弹击中靶面时，捕捉子弹的信息，将该信息采集后传递给雷达定位处理装置；雷达定位装置，接收雷达传感装置的信息，通过该信息计算出弹着点的坐标；记分控制器，获取弹着点的坐标，将上述弹着点的坐标与存储器中的坐标-环数据库中的数据进行比对处理，得出弹着点的环数；存储器，用于存储坐标-环数数据库的数据，供记分控制器调用；输出接口装置，与输出外设连接，将记分控制器处理得出的环数信息输出给输出外设。

Description

智能化射击记分系统
技术领域
本发明涉及一种射击记分系统。
背景技术
射击是用枪支对准目标打靶的竞技项目。
目前，我国军队和体育射击等相关训练与比赛的器材整体情况还是比较落后，大多数还是靶壕加机械升落靶，由示靶员人工报靶，耗时、耗力、不安全、成绩容易作弊。只有少数是射击自动报靶系统，主要运用于室内或单一科目的训练，但是推广普及方面不够，部队训练和体育训练比赛很少使用。归其原因有三：其一是射击自动报靶系统科技含量高，成本相对而言较高；其二是目前国内的射击自动报靶系统技术不够成熟，系统环境适应性差、性能单一，不能满足部队训练和射击等相关体育比赛的需求；其三则是少数模拟训练系统只能进行模拟训练，不能实行实弹射击，训练质量难以保证。为此，射击训练器材应重点放在真正实用的射击自动报靶系统的研发上。
为适应我国军队科技练兵和体育射击等相关训练和比赛的需要，有关单位相继研制开发出射击自动报靶系统。当前，国内外问世的相关产品主要分为三类：电子类、模拟类、视频类。电子类主要是以电子靶为特征的电子报靶系统，如某训练团开发出的智能自动报靶装置，其电子靶上有插件式的靶面传感器；模拟类主要是以激光发射替代实弹射击的射击训练系统，如张家港的激光瞄准射击训练指导系统、北京某高校的警员虚拟情景训练系统、某公司的SD-I射击训练模拟系统；视频类主要是以摄像头和图像处理算法为特征的自动报靶系统，又分为三小类：普通视频显示系统，如军队某研究所的视频显示系统；视频自动报靶系统，如某研究所的自动报靶系统、某高校的实弹射击靶场控制系统；视频智能自动报靶系统，如北京天惠人控制设备技术有限公司的智能射击成绩记录系统、某公司的实弹射击自动报靶系统。
上述三类产品，由于各自的工作原理不同，产品的实用性也不同，发展的前景不一。电子类产品虽然具有较高的精度，但是由于使用电子靶的耗材同时也要高，现在正逐步开始被淘汰；模拟类产品虽然使用方便、精度高，但是由于激光只能进行模拟训练，不能实施实弹射击，而且某些产品需对训练场地进行大量改造，投入费用高，产品局限性较大，难以推广普及；视频类产品耗材较低、一般来说不须要改造场地、可以进行实弹射击训练，也能够大范围使用，但是其产品精度较低、对环境的适应性也较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种智能化射击记分系统，用于减轻射击记分统计负担，提高射击记分的准确性和及时性。
为了解决上述的技术问题，本发明提出一种智能化射击记分系统，包括：
枪声采集装置，用于采集枪声信息；
枪声信号处理装置，与枪声采集装置连接，接收枪声采集装置的信号，将其转换成雷达传感装置进行雷达探测的指令；
雷达传感装置，其接收枪声信号处理装置的指令，根据该指令发出雷达探测信号，当有子弹击中靶面时，捕捉子弹的信息，将该信息采集后传递给雷达定位处理装置；
雷达定位装置，接收雷达传感装置的信息，通过该信息计算出弹着点的坐标；
记分控制器，获取弹着点的坐标，将上述弹着点的坐标与存储器中的坐标-环数据库中的数据进行比对处理，得出弹着点的环数；
存储器，用于存储坐标-环数数据库的数据，供记分控制器调用；
输出接口装置，与输出外设连接，将记分控制器处理得出的环数信息输出给输出外设。
优选地：所述输出外设包括显示输出装置。
优选地：所述显示输出装置为液晶显示器、阴极射线管显示器或LED显示器。显示输出装置不限于以上LCD显示器等类型，还包括OLED显示屏、投影屏等各种可替换的显示装置。
优选地：所述输出外设包括声音装置。声音装置可以用于模拟真人发音报数。
优选地：所述雷达传感装置包括至少两个传感器。一般雷达的传感器设两个即可定位弹着点坐标。也可以采用更多传感器进行探测，多余的传感器可以用来验证弹着点的坐标，也可以建立适用于多个传感器计算的数学模型，来计算弹着点的坐标。
优选地，所述雷达定位装置，通过以下数学模型计算弹着点坐标：
设以两传感器的中点为坐标系中心点o（0，0），弹着点坐标C（x，y），第一个传感器坐标D（x1，0），第二个传感器坐标F（x2，O）；
设CD=a，CF=b，DF=c,在                                                
Figure 2011101147870100002DEST_PATH_IMAGE001
中建立如下方程式：
                        (1)
其中，角度
Figure 2011101147870100002DEST_PATH_IMAGE003
为CD与x轴的夹角，
a和b的值通过雷达传感器测得，c的值通过坐标值已知的D点和F点求出；
由方程（1）可求出角度
Figure 29313DEST_PATH_IMAGE003
的值；
设E点是C点在x轴上的垂点，在
Figure 304437DEST_PATH_IMAGE004
中根据三角公式可求出
Figure 2011101147870100002DEST_PATH_IMAGE005
Figure 72541DEST_PATH_IMAGE006
得出弹着点C（x，y）。
上述数学模型适用于两个传感器的情况，对于三个或三个以上的情况，也可以适用，但是参与上述数学模型的传感器只能在多个传感器中选用两个，计算出的多个弹着点可以取它们的对称中心来确定一个最终的弹着点。
对于有些场面比较大的靶场，系统需要连接更多的传感器，操作人员可以选用场上多个传感器中接近射击靶面的两个传感器，用于跟踪子弹，其它的传感器暂停不用。
优选地：所述雷达传感装置包括传感器和A/D转换器，传感器将采集到的模拟信号传递给A/D转换器进行信息数字化处理。
优选地：所述枪声信号处理装置、雷达定位装置和记分控制器集成在一个DSP处理器内。基于目前DSP强大的处理能力，除了上述功能模块可以在DSP内完成以外，其它扩展的模块也可以在DSP中处理，如图形化的显示界面的视频处理功能模块。
优选地：所述输出外包括打印机。
本发明的有益效果：
相比现有技术，本发明是为提高射击训练与比赛水平而设计的智能化射击记分管理平台，可减轻射击记分统计负担，提高射击记分的准确性和及时性，使射击者能及时了解自己的射击成绩，增加射击运动项目的观赏性、竞争性。本发明智能化射击记分系统采用雷达探测器确定弹着点的靶位，无论昼夜都可准确记分，同时具备提供得分反馈及成绩存储功能，可广泛用于射击训练与比赛，提高射击靶记分精度，便于提高射击人员的射击技术。系统显著的优势包括陆地、水面两用记分能力、准确的记分精度、快速的弹着点测量及完整的数据分析。经过实践检验，不仅能够满足部队训练需求而且还可以满足体育射击等方面的各项比赛要求。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明得以实现的一种实施例的硬件结构图。
图3是本发明采用的A/D转换器的电路图。
图4是本发明接口通信单元的电路图。
图5是本发明的原理示意图。
图6是本发明的弹着点坐标计算的数序模型的原理图。
具体实施方式
本发明提出一种智能化射击记分系统，其包括：枪声采集装置，用于采集枪声信息；枪声信号处理装置，与枪声采集装置连接，接收枪声采集装置的信号，将其转换成雷达传感装置进行雷达探测的指令；雷达传感装置，其接收枪声信号处理装置的指令，根据该指令发出雷达探测信号，当有子弹击中靶面时，捕捉子弹的信息，将该信息采集后传递给雷达定位处理装置；雷达定位装置，接收雷达传感装置的信息，通过该信息计算出弹着点的坐标；记分控制器，获取弹着点的坐标，将上述弹着点的坐标与存储器中的坐标-环数据库中的数据进行比对处理，得出弹着点的环数；存储器，用于存储坐标-环数数据库的数据，供记分控制器调用；输出接口装置，与输出外设连接，将记分控制器处理得出的环数信息输出给输出外设。
本发明射击记分系统用雷达测距方式确定弹着点的坐标值，系统可以高精度自动判读环数，同时对射击结果数据准确记录，避免出现人工报靶耗时、耗力、不安全、成绩容易作弊等相关的问题，同时减轻射击记分统计负担，提高射击记分的准确性和及时性。另外还针对移动目标实施射击训练并自动报靶。可广泛应用于海陆空军事部队、武器研发机构和各种体育射击的训练与比赛中，还可以昼夜射击使用。
本发明的装置用以提高射击靶自动记分功能，提高射击人员的射击技术，具有很高的应用。它可以被分为射击靶雷达定位装置框架、发射模块、接受模块，射击靶自动记分装置控制模块及显示器等几部分。当有子弹击中时，由雷达捕捉子弹的信号，该信号经过放大、滤波等处理，上传到上位机，由上位机软件计算出弹着点的坐标，根据建立的数学模型得出环数；当射击靶自动记分装置控制器确定子弹的靶位后，显示器接收到信号后可以以图形的形式显示击中点的具体位置，供射击人员参考。原理图如图1所示为一种实施例结构框图。该图显示为本发明的各功能模块之间的关系。
参看图1，雷达传感装置3包括发射信号模块和接收信号模块，雷达传感装置3包括两个设在靶面附近的传感器。每个雷达传感器包括发射信号模块和接收信号模块。两个传感器用于对弹着点进行精确定位。
一开始，枪声响起后，由枪声采集装置1采集枪声信息，将其传递给枪声信号处理装置2，枪声信号处理装置2将该信息转换成雷达传感器的工作指令。枪声采集装置1和枪声信号处理装置2可以为一个带模数转换的声音感应器，该枪声采集装置的声音处理功能可以由DSP完成。传感器在检测到枪声信息后向靶面10发射雷达波，返回波由接收信号模块接收后传给雷达定位装置4，雷达定位装置4将雷达传感装置采集的弹着点信息进行计算处理。
本例是两个传感器的情况下的实施例，如图5所示为本发明的原理示意图。在靶面11前端两侧安装有两个传感器，即第一个传感器13和第二个传感器14。在靶面11上有弹着点12。
弹着点的坐标计算是该系统的重要部分。参看图6，当一颗子弹中靶后，每个雷达传感器都可探测到一个回波信号。已固定好位置的传感器根据它们各自的坐标数据和各自捕捉到的信号，建立方程式，可解出弹着点的具体位置。
雷达定位装置通过以下数学模型计算弹着点坐标：
设以两传感器的中点为坐标系中心点o（0，0），弹着点坐标C（x，y），第一个传感器坐标D（x1，0），第二个传感器坐标F（x2，O）；
设CD=a，CF=b，DF=c,在
Figure 407708DEST_PATH_IMAGE001
中建立如下方程式：
                        (1)
其中，角度
Figure 841542DEST_PATH_IMAGE003
为CD与x轴的夹角，
a和b的值通过雷达传感器测得，c的值通过坐标值已知的D点和F点求出；
由方程（1）可求出角度
Figure 339520DEST_PATH_IMAGE003
的值；
设E点是C点在x轴上的垂点，在
Figure 298118DEST_PATH_IMAGE004
中根据三角公式可求出
Figure 186439DEST_PATH_IMAGE005
Figure 68944DEST_PATH_IMAGE006
得出弹着点C（x，y）。
计算出来的弹着点坐标信息传递给记分控制器5，记分控制器5调取存储器6中数据，将弹着点的信息数据与存储器6中的坐标-环数数据库中的数据进行比对处理，给出弹着点相应的环数信息。
环数信息可以存储到存储器6中，并且可以经由输出接口装置7传递给外设。
外设可以是LCD、LED等之类的显示输出装置8，也可以是能够模拟人发生的声音输出装置9以及其它发生设备。外设还可以有打印机，以打印环数结果。
除了上述两个传感器的实施例外，本发明的系统不限两个传感器，还可以是三、四、五、六个等数量。当靶场很大的时候，可以在每个靶面安装两个传感器，而关闭没有使用的靶面前的传感器装置。另外，即使在同一个靶面前安装三个以及以上的传感器，但是仍然可以采用上述两个传感器的数学模型用于计算弹着点坐标，可以将任两个传感器按上述数学模型计算出弹着点坐标，然后将几个弹着点坐标进行对称中心取值或者弹着点所在圆的圆心取值或者其它合理方式取值。该取值可以由雷达定位装置进行计算处理。
为了实现本发明图1所示结构，本发明例举了如图2所示的硬件组合。
图2中，采用DSP作为处理器，其与flsh、复位电路、串口通信电路、电源电路、存储器、A/D转换器等电路装置连接。
该系统采用的是TI公司的TMS320VC5502型号的 DSP处理器，它是一款高性能、低功耗的定点运算DSP处理器，其内核供电电压仅为1.26V，I/O接口电压为3.3V。该DSP可以用来实现枪声信号处理装置、雷达定位装置、记分控制器等模块的功能，以及图形、声音处理。记分控制器的输出可以连接一个靶面模拟单元，该靶面模拟单元可以模拟子弹的进入传感器探测范围后的轨迹，该轨迹显示在显示器上，使子弹打在靶面上更形象和方便观察。该靶面模拟单元可以集成在DSP内，通过DSP处理实现。
另外系统采用了MAX1333型号的 A/D转换器，其不仅仅具有Ａ/D转换功能而且在工作电压在2.7到3.6V之间采样速率可以达到2Msps,与SPI接口相兼容，同时支持3线串行接口，A/D转换器的原理图如图3所示。A/D转换器可以用来处理枪声信号、雷达传感器雷达波信号等模拟信号。
本系统采用RS-485型号的数据接口进行数据的通信。参看图4所示，其主要原因是降低了接口信号电平，不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。RS-485的数据最高传输速率为10Mbps，还有RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。RS-485最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10Mb/S，传输速率与传输距离成反比，在100Kb/S的传输速率下才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加RS-485中继器。RS-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。
但是本发明不限于上述串行数据接口进行数据传输，还可以采用并行接口传输，传输方式可以是有线方式，也可以是无线方式等。
按照本发明制作的产品可以具有以下特点：
（1）用雷达测距方式确定弹着点的坐标值，弹着点可以高精度自动判读环数,对射击结果数据准确记录，提高了计算精度，10-200米靶都可以精确到±0.5毫米，同时也减轻了记录人员的统计负担。
（2）系统采用全自动的方式，功能全，真正实用，可以实时性记录。
（3）本系统不需靶纸，可移动，使用效益高，可以有效节约成本。
（4）灵活，适合各种地势的装置系统，性能好稳定性强，全天候适用。
（5）多台联机、统一进行监控，可用于靶场的整体射击工程。
（6）射击枪声同步声效，同步人声自动报靶，采用专业软件进行射击数据分析、存储及打印。

Claims (9)

1.一种智能化射击记分系统，包括：
枪声采集装置，用于采集枪声信息；
枪声信号处理装置，与枪声采集装置连接，接收枪声采集装置的信号，将其转换成雷达传感装置进行雷达探测的指令；
雷达传感装置，其接收枪声信号处理装置的指令，根据该指令发出雷达探测信号，当有子弹击中靶面时，捕捉子弹的信息，将该信息采集后传递给雷达定位处理装置；
雷达定位装置，接收雷达传感装置的信息，通过该信息计算出弹着点的坐标；
记分控制器，获取弹着点的坐标，将上述弹着点的坐标与存储器中的坐标-环数据库中的数据进行比对处理，得出弹着点的环数；
存储器，用于存储坐标-环数数据库的数据，供记分控制器调用；
输出接口装置，与输出外设连接，将记分控制器处理得出的环数信息输出给输出外设。
2.根据权利要求1所述的智能化射击记分系统，其特征在于：所述输出外设包括显示输出装置。
3.根据权利要求1所述的智能化射击记分系统，其特征在于：所述输出外设包括声音装置。
4.根据权利要求2所述的智能化射击记分系统，其特征在于：所述显示输出装置为液晶显示器、阴极射线管显示器或LED显示器。
5.根据权利要求1所述的智能化射击记分系统，其特征在于：所述雷达传感装置包括至少两个传感器。
6.根据权利要求5所述的智能化射击记分系统，其特征在于所述雷达定位装置，通过以下数学模型计算弹着点坐标：
设以两传感器的中点为坐标系中心点o（0，0），弹着点坐标C（x，y），第一个传感器坐标D（x1，0），第二个传感器坐标F（x2，O）；
设CD=a，CF=b，DF=c,在                                                
Figure 779324DEST_PATH_IMAGE001
中建立如下方程式：
                        (1)                              
其中，角度为CD与x轴的夹角，
a和b的值通过雷达传感器测得，c的值通过坐标值已知的D点和F点求出；
由方程（1）可求出角度的值；
设E点是C点在x轴上的垂点，在中根据三角公式可求出
                                  
  
Figure 149180DEST_PATH_IMAGE006
     
得出弹着点C（x，y）。
7.根据权利要求1所述的智能化射击记分系统，其特征在于：所述雷达传感装置包括传感器和A/D转换器，传感器将采集到的模拟信号传递给A/D转换器进行信息数字化处理。
8.根据权利要求1所述的智能化射击记分系统，其特征在于：所述枪声信号处理装置、雷达定位装置和记分控制器集成在一个DSP处理器内。
9.根据权利要求1所述的智能化射击记分系统，其特征在于：所述输出外设包括打印机。
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