CN102735105B - 实现两乘员移动战斗平台运转的火炮观瞄方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及实现两乘员移动战斗平台运转的火炮观瞄方法，属于装甲火控光电观瞄技术领域，其采用“三点确定一个平面，两点确定一条直线”的基本数学原理来实现像平面的匹配重合，通过将本车位置标志实际上是在数字图像及光学影像中处于重叠的状态，从而来将坐标值映射到光学影像中，实现对光学影像中本车位置标志的坐标值确定，从而不存在炮长在传统方式中双眼贴住瞄准镜目镜去操纵台瞄准的费时费力问题，因已将炮长的头部从瞄准镜里解放出来，故其有余力执行其他操作。因此，由于不需要将肉眼贴住瞄准镜进行观察并同时操作操纵台瞄准，从而解决费时费力的问题，炮长还可以肩负车长的职能，即实现两乘员移动战斗平台的实施方案。
Description
技术领域
本发明属于装甲火控光电观瞄技术领域，具体涉及一种实现两乘员移动战斗平台运转的火炮观瞄方法。
背景技术
传统装甲火炮车辆中，通常一名驾驶员负责控制车辆行驶，一名车长负责车际、车内的状态信息及指挥控制信息，同时还部分负责发现目标，以及一名炮长专门负责瞄准目标及射击。各乘员的职能互相无法替代，从而三名乘员的数量无法减少，造成车辆内部空间非常有限，对乘员的工作效果造成不小的影响。
在传统装甲火控瞄准系统中，一般将操作过程分为识别阶段以及瞄准射击阶段。其中，识别阶段可由炮长选择自动识别模式或非自动识别模式，在非自动识别模式下，炮长必须将肉眼贴住瞄准镜进行观察并同时操纵操纵台进行目标瞄准，这在运动中的坦克里是极其不方便的；若在自动识别模式下，可以由计算机自动识别出数字图象中的目标，但在后续的瞄准射击阶段，仍然需要炮长将肉眼贴住瞄准镜观察瞄准。由于炮长在瞄准射击阶段的这种作业姿势的限制，使得炮长操作起来很费时费力，操作舒适感很低，并且，该部分职能必须专人化，这正是目前三乘员坦克乘员数量无法减少的主要原因。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何解决现有技术中炮长的职能必须专人化的问题，以及由此造成的三乘员坦克乘员数量无法减少、车辆内部空间非常有限、对乘员的工作效果以及操作舒适感造成不小影响的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种实现两乘员移动战斗平台运转的火炮观瞄方法，所述方法基于火炮观瞄系统实施，所述火炮观瞄系统包括：导航系统，其用于接收外部发至所述移动战斗平台的本车位置坐标值；乘员终端计算机，其用于在操作人员的操作指令下对移动战斗平台进行控制；乘员终端屏幕，其为乘员终端计算机的人机交互端口，其用于显示所述光学影像及/或数字图像并接收操作人员的操作指令，同时其上还显示有用于操作人员执行瞄准作业的瞄准光标；摄像系统，其用于对移动战斗平台前方的视场进行成像，生成光学影像及/或数字图像；自动识别系统，其用于执行目标识别操作，并生成报警信号发至所述乘员终端屏幕；传感器，其用于感知移动战斗平台外界环境的弹道修正量参数并发送至火控计算机；火控计算机，其用于根据所述弹道修正量参数进行火炮瞄准时的弹道计算，生成瞄准角和提前角；火炮稳定和伺服控制系统，其用于控制火炮随动于所述乘员终端屏幕上的瞄准光标，并接受火控计算机的指示来控制火炮射击；
所述火炮观瞄方法包括如下步骤：
步骤S1：在移动战斗平台前部上设置标志组，所述标志组中包括至少三个标志；将其中最靠近所述移动战斗平台操作舱的标志定义为所述移动战斗平台的本车位置标志；
步骤S2：通过设置在移动战斗平台上部的摄像系统选定所述移动战斗平台前方包含所述三个标志的战场区域视场；
步骤S3：通过所述摄像系统对所述战场区域视场形成光学影像并投影到所述移动战斗平台内半透明的乘员终端屏幕上；同时，通过所述摄像系统对所述战场区域视场形成数字图像也显示在所述乘员终端屏幕上；所述光学影像以及数字图像均为由所述三个标志所确定的平面像；
步骤S4：在移动战斗平台静止时，通过乘员终端计算机将所述数字图像中本车位置标志的坐标值赋值为由导航系统发来的本车位置坐标值；然后，将所述数字图像中本车位置标志的坐标值定义为所述光学影像中本车位置标志的坐标值；
步骤S5：在移动战斗平台运动时，将静止状态时光学影像中本车位置标志的坐标值当作坐标校准值；然后，通过乘员终端计算机对数字图像在乘员终端屏幕上除标志组以外的区域显示进行淡化显示处理，将其变换为浅色背景，从而突出光学影像中的目标显示效果；
步骤S6：移动战斗平台的自动识别系统执行目标识别操作，在识别到目标后，发送包括目标位置信息的报警信号至所述乘员终端屏幕进行显示以提醒操作人员；
步骤S7：将所述乘员终端屏幕上的瞄准光标移动至所述目标位置处，同时通过移动战斗平台的火炮稳定和伺服控制系统使火炮随动于所述瞄准光标，进行距离测定，得到目标与本车之间的距离值；
步骤S8：移动战斗平台上的火控计算机接收所述距离值、坐标校准值以及预先由移动战斗平台的传感器得到的弹道修正量，解算出火炮的瞄准角和提前角，并将所述火炮的瞄准角和提前角传输给火炮稳定和伺服控制系统；
步骤S9：火炮稳定和伺服控制系统根据所述火炮的瞄准角和提前角控制火炮射击，完成本轮目标打击任务。
其中，所述步骤S1中，所述至少三个标志中，至少包括两个同向标志和一个反向标志。
其中，所述步骤S3中，所述至少三个标志依据三点确定一个平面的原理来确定所述光学影像及数字图像所在的两个平面是重合的；所述两个同向标志依据两点确定一条直线的原理来确定所述战场区域视场的前后方向。
其中，所述步骤S3中，通过焦距调整的方式来进行所述光学影像的投影操作，以使得光学影像中的标志组与数字图像中的标志组在尺寸上是完全重合的。
其中，所述步骤S6中，所述报警信号的显示形式包括：对瞄准光标的形状、颜色的改变，或者通过乘员终端计算机的多线程处理对目标轮廓进行突出显示。
其中，所述步骤S7中，依靠激光测定方式来进行距离测定。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明采用“三点确定一个平面，两点确定一条直线”的基本数学原理来实现像平面的匹配重合，通过将本车位置标志实际上是在数字图像及光学影像中处于重叠的状态，从而来将坐标值映射到光学影像中，实现对光学影像中本车位置标志的坐标值确定，从而不存在炮长在传统方式中双眼贴住瞄准镜目镜去操纵台瞄准的费时费力问题，因已将炮长的头部从瞄准镜里解放出来，故其有余力执行其他操作。由于不需要将肉眼贴住瞄准镜进行观察并同时操作操纵台瞄准，从而解决了费时费力问题，炮长还可以肩负车长的职能，即实现两乘员移动战斗平台的实施方案。
附图说明
图1为本发明的进行匹配重合的三个标志物的数字图像和光学影像重合过程的示意图。
图2为本发明实施过程的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为了解决现有技术中炮长的职能必须专人化的问题，以及由此造成的三乘员坦克乘员数量无法减少、车辆内部空间非常有限、对乘员的工作效果以及操作舒适感造成不小影响的问题。如图1及图2所示，本发明提供一种实现两乘员移动战斗平台运转的火炮观瞄方法，所述方法基于火炮观瞄系统实施，所述火炮观瞄系统包括：导航系统，其用于接收外部发至所述移动战斗平台的本车位置坐标值；乘员终端计算机，其用于在操作人员的操作指令下对移动战斗平台进行控制；乘员终端屏幕，其为乘员终端计算机的人机交互端口，其用于显示所述光学影像及/或数字图像并接收操作人员的操作指令，同时其上还显示有用于操作人员执行瞄准作业的瞄准光标；摄像系统，其用于对移动战斗平台前方的视场进行成像，生成光学影像及/或数字图像；自动识别系统，其用于执行目标识别操作，并生成报警信号发至所述乘员终端屏幕；传感器，其用于感知移动战斗平台外界环境的弹道修正量参数并发送至火控计算机；火控计算机，其用于根据所述弹道修正量参数进行火炮瞄准时的弹道计算，生成瞄准角和提前角；火炮稳定和伺服控制系统，其用于控制火炮随动于所述乘员终端屏幕上的瞄准光标，并接受火控计算机的指示来控制火炮射击；
所述火炮观瞄方法包括如下步骤：
步骤S1：在移动战斗平台前部上设置标志组，所述标志组中包括至少三个标志；将其中最靠近所述移动战斗平台操作舱的标志定义为所述移动战斗平台的本车位置标志；
步骤S2：通过设置在移动战斗平台上部的摄像系统选定所述移动战斗平台前方包含所述三个标志的战场区域视场；
步骤S3：通过所述摄像系统对所述战场区域视场形成光学影像并投影到所述移动战斗平台内半透明的乘员终端屏幕上；同时，通过所述摄像系统对所述战场区域视场形成数字图像也显示在所述乘员终端屏幕上，此处，对于同时显示的重要性，是用以保证两幅所展示的视场是同一时刻同一地点的内容；所述光学影像以及数字图像均为由所述三个标志所确定的平面像，此外，还通过焦距调整的方式来进行所述光学影像的投影操作，以使得光学影像中的标志组与数字图像中的标志组在尺寸上是完全重合的；如图1所示，上部左侧为数字图像，上部右侧为光学影像，下部图像为数字图像和光学影像重合后的图像；由于像内容是同一视场/区域且由同一摄像系统在同一时刻形成，故在静止时数字图像和光学影像是重合的；数字图像其实就是光学影像的数字化形式；
步骤S4：在移动战斗平台静止时，通过乘员终端计算机将所述数字图像中本车位置标志的坐标值赋值为由导航系统发来的本车位置坐标值；然后，将所述数字图像中本车位置标志的坐标值定义为所述光学影像中本车位置标志的坐标值，可视为或转化为移动战斗平台的本车位置；该部分内容为初始化过程，因为计算机无法直接对光学影像中的坐标进行处理，因此，通过先将导航系统发来的本车位置坐标值赋值给数字图像中的本车位置标志坐标，再基于本车位置标志实际上在数字图像及光学影像中的重叠状态来将坐标值映射到光学影像中，从而实现对光学影像中本车位置标志的坐标值赋值；
步骤S5：在移动战斗平台运动时，将静止状态时光学影像中本车位置标志的坐标值当作坐标校准值；然后，通过乘员终端计算机对数字图像在乘员终端屏幕上除标志组以外的区域显示进行淡化处理，将其变换为浅色背景，从而突出光学影像中的目标显示效果；该部分展示出本技术方案的兼容性，在淡化处理的同时，乘员终端内数据接收及瞄准光标的显示和地图坐标计算必须照旧进行，原来的自动识别系统工作继续执行并以特殊颜色光标的形式提醒乘员识别结果。这样，高速运动中的数字图像拖影和显示延迟问题被屏蔽了，数字图像中的光标就是瞄准光标，这跟传统火炮操纵台里的视场中心瞄准线是一样的。此刻，瞄准光标的移动实际上在光学影像中进行，瞄准光学影像中的目标实现了与静止时瞄准一样的显示效果：因为相对于坦克车速，光学影像的成像时间为零，无时间延迟或拖影存在；
步骤S6：移动战斗平台的自动识别系统执行目标识别操作，在识别到目标后，发送包括目标位置信息的报警信号至所述乘员终端屏幕进行显示以提醒操作人员；
步骤S7：将所述乘员终端屏幕上的瞄准光标移动至所述目标位置处，同时通过移动战斗平台的火炮稳定和伺服控制系统使火炮随动于所述瞄准光标，操作人员发出目标有效的指令，然后进行距离测定，得到目标与本车之间的距离值；
步骤S8：移动战斗平台上的火控计算机接收所述距离值、坐标校准值以及预先由移动战斗平台的传感器得到的弹道修正量，解算出火炮的瞄准角和提前角，并将所述火炮的瞄准角和提前角传输给火炮稳定和伺服控制系统；
步骤S9：火炮稳定和伺服控制系统根据所述火炮的瞄准角和提前角控制火炮射击，完成本轮目标打击任务。
其中，所述步骤S1中，所述至少三个标志中，至少包括两个同向标志和一个反向标志。
其中，所述步骤S3中，所述至少三个标志依据三点确定一个平面的原理来确定所述光学影像及数字图像所在的两个平面是重合的；所述两个同向标志依据两点确定一条直线的原理来确定所述战场区域视场的前后方向。
其中，所述步骤S6中，所述报警信号的显示形式包括：对瞄准光标的形状、颜色的改变，或者通过乘员终端计算机的多线程处理对目标轮廓进行突出显示。
其中，所述步骤S7中，依靠激光测定方式来进行距离测定。
所述移动战斗平台包括但不限于：坦克、自行火炮、装甲车等。
综上所述，在上述步骤S5之后，本车位置的坐标校准值确定之后，现有技术中炮长必须将肉眼贴住瞄准镜边瞄准边操作操纵台的传统任务已经改为面对屏幕的手动操作，这样，炮长的头部已经从瞄准镜上解放出来了，从而有多余的精力来执行其他任务。
另外，设计中的乘员终端此时仅仅用来显示三个固定的标志物和瞄准光标，任务较单一且不太重要了，计算机就可以同时处理其他任务。
因此，只需要再另行设置一个高分辨率显示屏显示车长任务信息，即可同时执行车长任务，化车长和炮长为一人，节省出一个车内乘员活动的空间，实现两乘员坦克的设计。也可执行屏幕切换-即执行车长和炮长的双重功能，目前嵌入式计算机在性能上完全可做到这点。
如图1所示，上述设计中，三个标志物是用来将两个像面重合的-即三点确定一个平面，两点确定一条直线。标志物中两个同向的三角形重合可用来保证视场的方向性，当然还可以有一个反向的三角形重合。
综上所述，这个系统的运动中战场目标成像速度为光速，没有数字图像处理的时间延迟。
因此，这个工作原理特别适合于运动中的坦克打歼灭战，因为光速成像保证了其打击效果跟静止状态时是一样的——风驰电掣中的坦克瞄准效果跟静止坦克是一样的，这会形成明显的战场火力优势和无形中的自我保护和生存机会。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种实现两乘员移动战斗平台运转的火炮观瞄方法，其特征在于，所述方法基于火炮观瞄系统实施，所述火炮观瞄系统包括：导航系统，其用于接收外部发至所述移动战斗平台的本车位置坐标值；乘员终端计算机，其用于在操作人员的操作指令下对移动战斗平台进行控制；乘员终端屏幕，其为乘员终端计算机的人机交互端口，其用于显示光学影像及数字图像并接收操作人员的操作指令，同时其上还显示有用于操作人员执行瞄准作业的瞄准光标；摄像系统，其用于对移动战斗平台前方的视场进行成像，生成光学影像及数字图像；自动识别系统，其用于执行目标识别操作，并生成报警信号发至所述乘员终端屏幕；传感器，其用于感知移动战斗平台外界环境的弹道修正量参数并发送至火控计算机；火控计算机，其用于根据所述弹道修正量参数进行火炮瞄准时的弹道计算，生成瞄准角和提前角；火炮稳定和伺服控制系统，其用于控制火炮随动于所述乘员终端屏幕上的瞄准光标，并接受火控计算机的指示来控制火炮射击；
所述火炮观瞄方法包括如下步骤：
步骤S1：在移动战斗平台前部上设置标志组，所述标志组中包括至少三个标志；将其中最靠近所述移动战斗平台操作舱的标志定义为所述移动战斗平台的本车位置标志；
步骤S2：通过设置在移动战斗平台上部的摄像系统选定所述移动战斗平台前方包含所述三个标志的战场区域视场；
步骤S3：通过所述摄像系统对所述战场区域视场形成光学影像并投影到所述移动战斗平台内半透明的乘员终端屏幕上；同时，通过所述摄像系统对所述战场区域视场形成数字图像也显示在所述乘员终端屏幕上；所述光学影像以及数字图像均为由所述三个标志所确定的平面像；
步骤S4：在移动战斗平台静止时，通过乘员终端计算机将所述 数字图像中本车位置标志的坐标值赋值为由导航系统发来的本车位置坐标值；然后，将所述数字图像中本车位置标志的坐标值定义为所述光学影像中本车位置标志的坐标值；
步骤S5：在移动战斗平台运动时，将静止状态时光学影像中本车位置标志的坐标值当作坐标校准值；然后，通过乘员终端计算机对数字图像在乘员终端屏幕上除标志组以外的区域显示进行淡化处理，将其变换为浅色背景，从而突出光学影像中的目标显示效果；
步骤S6：移动战斗平台的自动识别系统执行目标识别操作，在识别到目标后，发送包括目标位置信息的报警信号至所述乘员终端屏幕进行显示以提醒操作人员；
步骤S7：将所述乘员终端屏幕上的瞄准光标移动至所述目标位置处，同时通过移动战斗平台的火炮稳定和伺服控制系统使火炮随动于所述瞄准光标；进行距离测定，得到目标与本车之间的距离值；
步骤S8：移动战斗平台上的火控计算机接收所述距离值、坐标校准值以及预先由移动战斗平台的传感器得到的弹道修正量，解算出火炮的瞄准角和提前角，并将所述火炮的瞄准角和提前角传输给火炮稳定和伺服控制系统；
步骤S9：火炮稳定和伺服控制系统根据所述火炮的瞄准角和提前角控制火炮射击，完成本轮目标打击任务。
2.如权利要求1所述的实现两乘员移动战斗平台运转的火炮观瞄方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述至少三个标志中，至少包括两个同向标志和一个反向标志。
3.如权利要求2所述的实现两乘员移动战斗平台运转的火炮观瞄方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述至少三个标志依据三点确定一个平面的原理来确定所述光学影像及数字图像所在的两个平面是重合的；所述两个同向标志依据两点确定一条直线的原理来确定所述战场区域视场的前后方向。
4.如权利要求1所述的实现两乘员移动战斗平台运转的火炮观瞄方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过焦距调整的方式来进行所述光学影像的投影操作，以使得光学影像中的标志组与数字图像中的标志组在尺寸上是完全重合的。
5.如权利要求1所述的实现两乘员移动战斗平台运转的火炮观瞄方法，其特征在于，所述步骤S6中，所述报警信号的显示形式包括：对瞄准光标的形状、颜色的改变，或者通过乘员终端计算机的多线程处理对目标轮廓进行突出显示。
6.如权利要求1所述的实现两乘员移动战斗平台运转的火炮观瞄方法，其特征在于，所述步骤S7中，依靠激光测定方式来进行距离测定。
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