CN102519314A - 红外光模拟射击训练系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种红外光模拟射击训练系统，尤指一种运用视频定位技术并结合信号处理的中靶位置即时精确定位，并可提供瞄准点轨迹跟踪以及瞄准点预测的一体化系统。在模拟射击训练时，射击靶对称地安装有四个红外发光管。当枪口在瞄准目标靶时，枪口下的红外光位置传感器也对着射击靶，并接收目标靶上四个红外光点发出的四束红外光线。这四束红外光线通过位置传感器的镜头后，落在镜头后面的光敏面上，形成了一个复合光点，这相当于从射击靶的中心发出的一束光线落在光敏面上，形成了一个光点，此光点的位置就相当于复合光点的位置。通过确定复合光点的位置，再加上系统校正，就可以确定瞄准点在目标靶上的实际位置。

Description

红外光模拟射击训练系统

技术领域

本发明涉及一种红外光模拟射击训练系统，尤指一种运用视频定位技术并结合信号处理的中靶位置即时精确定位，并可提供瞄准点轨迹跟踪以及瞄准点预测的一体化系统。

背景技术

射击是我国奥运夺金的优势项目之一，科学的训练手段对射击水平的提高有着非常重要的作用。目前国际上优秀运动队多使用芬兰、瑞士和俄罗斯研制的模拟射击训练系统，国内这方面的研究也已开始。

射击训练首要的训练参数是瞄准点在射击靶上的位置。只有知道了瞄准点在射击靶上的实际位置，才可以确定射击的环数。射击过程中最重要的阶段是从运动员开始瞄准射击靶到击发这段时间。如果能在这一段时间内对运动员的状态进行监测，教练员就可以很清楚地知道运动员在哪些技术动作方面需要改进，有针对性地进行相关的调整，从而提高运动成绩。

模拟射击训练是为了分析运动员的瞄准习惯，并同时降低训练费用消耗，而应运而生的产物。就其技术原理而言可以分为两类：第一是在射击一方安装发光设备，在靶位一方安装光敏设备或者是反射装备，枪械的瞄准点变化的时候，感光设备会通过光电转换同步记录下瞄准点的变化；第二是在靶位安装发光设备，在射击一方安装感光设备，枪械的瞄准点变化的时候，靶位的光源在光敏面上形成的光点会发生位置改变。两种模拟报靶设备的区别在于上述第一种设备在结合实弹射击时，光敏面或者反射面不能安装在靶位中央，并且经过反射后光的衰减严重，也容易被外界杂光影响。

另外，在靶位一方安装光敏装备造价会很高，并且维护成本也昂贵，在训练时设备的安装也需要专业人员操作，因此在这种情况下，提出新的模拟射击训练方法与设备制造方案是非常必要的。

发明内容

本发明是为了解决上述问题，使得模拟射击训练系统的成本降低、安装简单、维护成本低、结果更准确而设计的。它是根据感光装置上光敏面的四个象限感光量的多少，通过公式计算得到光斑中心的坐标的，进而推算出枪械瞄准点的位置坐标。

本发明是通过下述方案实现的：

本发明包括模拟射击控制器一个、红外光目标靶一块、红外光接收器一只、电源适配器一个和一台微型计算机。其特征是以单片机为核心部件的模拟射击控制器由电源适配器供电，通过USB接口和微型计算机连接，利用微型计算机的人机交互界面进行数据处理和存储；红外光目标靶与模拟射击控制器之间由电源线连接，通过模拟射击控制器供电；红外光发射器对称的安装在目标靶的靶面上(如图2所示)；红外光接收器安装在枪管上，与射击方向一致，通过串行口与模拟射击控制器连接。所述红外光模拟射击训练系统的运放电路、滤波电路和数模转换电路都在模拟射击控制器内，系统运行时，从红外光接收器传来的电信号依次经过运放电路、滤波电路和数模转换电路的处理，然后到达单片机。系统软件安装在微型计算机上。

运动员在射击训练过程中借用微型电子设备对瞄准和击发过程进行实时数据采集，在不装子弹的情况下模拟实弹射击全过程，可以减少大量的子弹消耗，本系统反应速度快，轨迹描记清晰、准确。本发明还具有数据存储功能，可以提供瞄准点位置跟踪、预测等，其瞄准点误差率不大于1％。

本发明是依据上述方法实现的，红外感光设备受外界的干扰影响小，光束的约束性也好。红外光模拟射击训练系统的工作原理是：在模拟射击训练时，射击靶对称地安装有四个红外发光管，当枪口在瞄准目标靶时，枪口下的红外光位置传感器也对着射击靶，并接收目标靶上四个红外光点发出的四束红外光线。这四束红外光线通过位置传感器的镜头后，落在镜头后面的光敏面上，形成了一个复合光点，这相当于从射击靶的中心发出的一束光线落在光敏面上，形成了一个光点，此光点的位置就相当于复合光点的位置。通过确定复合光点的位置，再加上系统校正，就可以确定瞄准点在目标靶上的实际位置。依据本方案设计制作的设备成本低、维护简便、操作简单，测试结果重复性好。

附图说明

图1红外光模拟射击训练系统示意图

1红外光接收器2模拟射击控制器3红外光目标靶4电源适配器5微型计算机

图2红外光目标靶正面结构示意图

L红外光发射器安装位置

图3模拟射击控制器功能结构示意图正面

A1串行接口A2电源指示灯A3USB接口

图4模拟射击控制器功能结构示意图背面

B1电源输入插孔B2电源输出插孔B3电源开关

图5红外光点的中心坐标计算示意图

具体实施方式

进一步说明红外光模拟射击训练系统的工作程序。

实施例1：红外光模拟射击训练系统功能结构示意图如图1所示，模拟射击控制器通过串行口与红外光接收器连接，通过USB接口与微型计算机连接，红外光目标靶的电源连接线插头插入电源输出插孔，将红外光接收器固定在枪管前端下方，然后，通过电源输入插孔给模拟射击控制器供电。瞄准红外光目标靶，模拟射击主界面在微型计算机的显示器上可以跟踪瞄准点轨迹，通过撞针击发发出的声音可以将弹着点确定在模拟靶纸上。通过每次的中靶位置和瞄准点轨迹可以预测中靶位置。

实施例2：模拟射击系统可以实现对瞄准点轨迹的跟踪，但有的模拟射击系统是在人枪一方安装发光管，在靶方安装感光装置，这种方法对靶方的技术要求太高，更多的是涉及图像识别。本实施例是在目标靶的四个角或者四条边的中点放置四个红外线发光管，如图2所示，位置传感器固定在枪管下部，从四个发光管发出的红外线，通过位置传感器的镜头，投射到位置传感器的光敏面上，这可以等效认为形成一个复合光点，由此就可以算出具体的位置参数。

实施例3：图3和图4图示了模拟射击控制器功能结构示意图

实施例4：设光敏面由四个象限组成，则可以将其看成一个四象限光学传感器(如图5所示，该图中间的内圆表示弹着点所对应的复合光点位置，外侧的圆代表光敏面)：

设每个象限输出的电流与照射在该象限上的光通量(即受光面积)成正比，此处先不妨假设复合光点的光束光强分布均匀。由此可以得到其位置关系为：

$\left\{\begin{array}{c}{E}_x=\frac{S_A+S_D-S_B-S_C}{S_A+S_B+S_C+S_D}\\ E_y=\frac{S_A+S_B-S_C-S_D}{S_A+S_B+S_C+S_D}\end{array}\right.$

经过简单的几何运算就可以得到上式。

若光斑光强分布不均匀，一般假定光斑半径为1时的激光束，且其光强分布为高斯分布时，表达式为：

$I=I_0{e}^{-2(x^2+y^2)}$

其中I₀为光斑中心处的光强。则此时上述E_x，E_y中的表达式S_i相应为：

$S_i=\underset{{\mathrm{\Σ}}_i}{\∫\∫}{I}_0{e}^{-2(x^2+y^2)}\mathrm{dxdy},i=A,B,C,D$

上式中取坐标原点为光斑中心处(需要经过一定的坐标平移变换再代入位置关系)。

如果将四象限取法按照顺时针方向旋转45度，则可以得到对角线法。该方法的坐标计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{E}_x=\frac{S_A-S_C}{S_A+S_C}\\ E_y=\frac{S_B-S_D}{S_B+S_D}\end{array}\right.$

另外，对于对角线法还可以采用下面的计算公式：

$\left\{\begin{array}{c}{E}_x=\frac{S_A-S_C}{S_A+S_B+S_C+S_D}\\ E_y=\frac{S_B-S_D}{S_A+S_B+S_C+S_D}\end{array}\right.$

由此通过上面的三种算法，就可以计算出光斑位置坐标，再根据靶与位置传感器的距离就可以反算出弹着点在靶纸上的位置，据此可以实现自动报靶。

Claims (2)

1.一种红外光模拟射击训练系统，包括模拟射击控制器一个、红外光目标靶一块、红外光接收器一只、电源适配器一个和一台微型计算机，其特征是以单片机为核心部件的模拟射击控制器由电源适配器供电，通过USB接口和微型计算机连接，红外光目标靶与模拟射击控制器之间由电源线连接，通过模拟射击控制器供电，红外光发射器对称的安装在目标靶的靶面上，红外光接收器安装在枪管上，与射击方向一致，通过串行口与模拟射击控制器连接。

2.按照权利要求1所述的红外光模拟射击训练系统，其特征是所述红外光模拟射击训练系统的运放电路、滤波电路和数模转换电路都在模拟射击控制器内，系统运行时，从红外光接收器传来的电信号依次经过运放电路、滤波电路和数模转换电路的处理，然后到达单片机。

Images