CN104197870A - 一种自动炮靶靶面坐标获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动炮靶靶面坐标获取方法，实现步骤如下：1)在靶面三个角点处的靶框内分别设置超声波传感器，超声波传感器呈直角三角形布置并连接单片机；2)当弹丸穿过靶面时分别记录超声波传感器接收到超声波时的时间，通过单片机分别计算二个超声波传感器接收到超声波的时间差；3)根据所述时间差计算靶面弹着点与两个超声波传感器的直线距离差；4)依次计算得出靶面弹着点至第一超声波传感器的直线距离以及靶面弹着点相对于靶面中心的位置坐标。该方法实现了射击检靶自动化，报靶精度高，无需人工参与，采用该方法构成的报靶系统适用于所有自动武器，适用范围广，能够将射击结果实时显示，节省检靶时间，提高报靶安全性和训练效率。

Description

一种自动炮靶靶面坐标获取方法

技术领域

本发明涉及自动炮声电自动报靶系统，特别涉及一种自动炮靶靶面坐标获取方法。

背景技术

对于以击中目标为主要目的射击训练来说，射手的射击准确度是衡量其射击能力的最重要指标之一。在部队军事训练中，特别是机械化步兵进行战斗射击时，自动炮实弹射击是最基本、也是最重要的训练科目之一。传统的自动炮实弹射击采用人工报靶。传统人工报靶主要有四个方面的不足：(1)依赖于报靶者的判靶经验，效率比较低；(2)当靶板上弹着点多时，报靶员很难识别新旧弹孔，报靶误差极大，直接影响射击训练质量；(3)射击未完全结束时，报靶员现身靶壕外或在报靶员查看靶板报靶和补靶时，射击位管理者若稍有疏忽，就易出现枪支走火，造成人员伤亡，安全隐患极大；(4)容易出现弄虚作假的现象。为了克服传统人工报靶的不足和满足军事训练现代化要求，真实反映部队射击训练情况，提高部队训练效率与射击水平，研究一套针对自动炮同时适用于其他自动武器的自动报靶系统对推进我军军队现代化建设将具有重大意义。

目前世界各主要军事大国都竞相开始投入大量人力、物力和财力进行高新技术含量的军用智能测试系统研究，安排了大批研究项目，并已取得大量研究结果。到目前为止，美、英、德、法、意、日、俄等国家已研制了上百种军用智能测试系统。九十年代初期，以瑞士为代表的西方国家，研制了一系列自动报靶产品，包括开放式轻武器自动报靶器、开放式直瞄火炮自动报靶设备和开放式间瞄武器自动报靶设备等。从报靶精度上看，封闭式最高，适用于高精度的自动报靶；开放式通常精度要低于封闭式，但可满足训练用途。国内某研究所也在90年代相继推出开放式轻武器自动报靶设备、开放式直瞄火炮自动报靶设备和封闭式精度射击自动报靶器等。其中封闭式精度射击自动报靶器的报靶精度较高，但由于封闭式自动报靶器的传感器位于靶平面内，一旦靶平面射击次数过多，传感器将随该靶的更换而更换，故封闭式自动报靶器的成本较大。另外，由于国内外产品设计轻武器自动报靶系统的较多，而对自动炮自动报靶系统设计的较少，并且设计的报靶系统在可靠性、实用性和价格方面存在一定不足，造成目前国内报靶系统均以手工方式进行，导致报靶精度低，生产效率低、危险度大、测试成本高居不下。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术存在的上述问题，提供一种自动炮靶靶面坐标获取方法，该方法能够将射击结果自动实时显示，报靶精度高，无需人工参与，提高了报靶安全性和训练效率，节省了检靶时间。

本发明所涉及的一种自动炮靶靶面坐标获取方法，实现步骤如下：

1)设置靶面的形状为正方形，在靶面三个角点处的靶框内分别设置超声波传感器，分别为第一、第二、第三超声波传感器，三个超声波传感器呈直角三角形布置并连接单片机；

2)当弹丸穿过靶面时，通过计时器分别记录每个超声波传感器接收到弹丸产生超声波时的时间，通过单片机分别计算第一、第二超声波传感器以及第一、第三超声波传感器接收到超声波的时间差；

3)根据所述时间差计算靶面弹着点与相应的两个超声波传感器的直线距离差，即：

A₁₂＝c(t₁-t₂)；

A₁₃＝c(t₁-t₃)；

其中，A₁₂为靶面弹着点至第一、第二超声波传感器的直线距离差；

A₁₃为靶面弹着点至第一、第三超声波传感器的直线距离差；

c为弹丸产生的超声波在靶面的传播速度；

4)依次计算得出靶面弹着点至第一超声波传感器的直线距离X₁以及靶面弹着点P相对于靶面中心的位置坐标x、y；

${[\frac{A_{12}({2X}_1-A_{12})}{2a}+\frac{a}{2}]}^2+{[\frac{A_{13}({2X}_1-A_{13})}{2a}+\frac{a}{2}]}^2={X_1}^2;$

$x=\frac{A_{12}({2X}_1-A_{12})}{2a},y=\frac{A_{13}({2X}_1-A_{13})}{2a};$

其中，a为靶面边长。

作为进一步优选，所述步骤4)计算出弹着点坐标后，由所述单片机将靶面弹着点位置坐标x、y值通过一对无线发送和接收模块发送给上位机，通过上位机便可确定并显示靶面弹着点的位置和精度。

作为进一步优选，所述靶面大小为2×2米。

作为进一步优选，所述步骤1)中在靶面余下的第四个角点处的靶框内设置第四超声波传感器，第四超声波传感器为备用传感器且与单片机连接。

作为进一步优选，所述步骤2)中，当弹丸穿过靶面同时第一个超声波传感器接收到弹丸产生超声波时，所述计时器复位清零；当其余两个超声波传感器接收到超声波时，便可记录下当时的时刻，以便计算超声波传感器接收到超声波的时间差。

作为进一步优选，所述第一超声波传感器、单片机和无线发送模块均安装在一块控制板上，该控制板设在所述靶框内。

作为进一步优选，所述靶框是由四段扁管通过四个角件插接而成。

作为进一步优选，所述单片机采用STC89C52芯片作为核心，通过单片机对传感数据做A/D转换，并对信号作滤波处理。

作为进一步优选，所述无线发送和接收模块采用CC2530芯片。

本发明的有益效果是：

1.该自动炮靶靶面坐标获取方法，实现了射击检靶自动化，报靶精度高，无需人工参与，采用该方法构成的报靶系统适用于所有的自动武器，适用范围广，能够将射击结果实时显示及整理报表，节省了检靶时间，提高了报靶安全性和训练效率。

2.传感器设置在靶面四角的靶框内，不易被穿过靶面的弹丸损坏；靶框采用组合式结构，便于拆卸、安装以及更换部件；采用无线发送和接收模块，可以进行较远距离的无线传输，适用于野外科目的实施。

附图说明

图1是本发明所涉及的自动炮靶靶面坐标获取方法的流程图。

图2是本发明靶面部分的结构示意图。

图3是本发明获取靶面弹着点坐标的示例图。

图中：超声波传感器1，第一超声波传感器101，第二超声波传感器102，第三超声波传感器103，第三超声波传感器104，单片机2，无线发送模块3，无线接收模块4，信号处理器5，上位机6，支座7，靶框8，靶面9。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明所涉及的一种自动炮靶靶面坐标获取方法，实现步骤如下：

1、设计靶面9的形状为正方形，在靶面9三个角点处的靶框内分别设置超声波传感器1，分别为第一超声波传感器101、第二超声波传感器102和第三超声波传感器103，三个超声波传感器1呈直角三角形布置并连接一个单片机2；作为优选，在靶面9余下的第四个角点处的靶框内设置第四超声波传感器104，第四超声波传感器104为备用传感器并且也与单片机2连接。

2、当弹丸穿过靶面9时，通过所述单片机2上的计时器分别记录每个超声波传感器1接收到的弹丸穿过靶面9瞬间产生超声波的时间，通过单片机2分别计算第一和第二超声波传感器以及第一和第三超声波传感器接收到超声波的时间差。即当弹丸穿过靶面9同时第一个超声波传感器接收到弹丸产生超声波时，所述计时器复位清零；当其余两个超声波传感器1接收到超声波时，便可记录下当时的时刻，以便计算超声波传感器1接收到超声波的时间差。

3、根据所述时间差计算靶面弹着点与相应的两个超声波传感器的直线距离差，即：

A₁₂＝c(t₁-t₂)；

A₁₃＝c(t₁-t₃)；

其中，A₁₂为靶面弹着点至第一、第二超声波传感器的直线距离差；

A₁₃为靶面弹着点至第一、第三超声波传感器的直线距离差；

c为弹丸产生的超声波在靶面9的传播速度。

4、依次计算得出靶面弹着点至第一超声波传感器的直线距离X₁以及靶面弹着点P相对于靶面中心的位置坐标x、y；

${[\frac{A_{12}({2X}_1-A_{12})}{2a}+\frac{a}{2}]}^2+{[\frac{A_{13}({2X}_1-A_{13})}{2a}+\frac{a}{2}]}^2={X_1}^2;$ 该式是关于X₁的一元二次方程，通过解一元二次方程可求出X₁的值，代入下式就可以求出x,y的值。

$x=\frac{A_{12}({2X}_1-A_{12})}{2a},y=\frac{A_{13}({2X}_1-A_{13})}{2a};$

其中，a为靶面边长。

5、由单片机2将靶面弹着点位置坐标x、y值通过一对无线发送模块3和无线接收模块4发送给一个信号处理器5，信号处理器5将数据进行处理后传送给与其连接的上位机6，通过上位机6便可确定并显示靶面弹着点的位置和精度。

如图2所示，该自动炮声电自动报靶系统的靶体包括由方铁连接而成的两个支座7、支撑在支座7上的靶框8和设在靶框8上的所述靶面9。所述靶框8是由四段扁管通过四个角件插接而成，以便于安装。所述第一超声波传感器、单片机2和无线发送模块3均安装在一块控制板上，该控制板固定在所述靶框内。所述靶面9大小优选为2×2米。所述单片机2采用STC89C52芯片作为核心，通过单片机2对传感数据做A/D转换，并对信号作滤波处理，然后将数据转给无线发送模块3。所述无线发送和接收模块采用CC2530芯片。

下面通过一个射击实例对本发明所述的靶面坐标获取方法做详细说明。

如图3所示，所述靶面弹着点P(x,y)位于以靶面9的靶心为坐标原点的第一象限。所述靶面9大小为2×2米，因此x、y取值范围为-1000mm～1000mm。

射击中通过单片机2上的计时器记录了两个超声波传感器接收到超声波的时间差，乘以超声波在靶面9的传播速度，便可得到两个距离差。

经计算两个距离差A₁₂＝X₁-X₂＝493,A₁₃＝X₁-X₃＝235；

利用勾股定理可得出：

(x+1000)²+(y+1000)²＝X₁ ²   (1.1)；

(1000-x)²+(y+1000)²＝X₂ ²   (1.2)；

(x+1000)²+(1000-y)²＝X₃ ²   (1.3)；

由式(1.1)-(1.2)得到：

4000x＝X₁ ²-X₂ ²   (1.4)；

把A₁₂＝X₁-X₂代入式(1-4)得：

4000x＝A₁₂(2X₁-A₁₂)   (1.5)；

$x=\frac{A_{12}({2X}_1-A_{12})}{4000}---\left(1.6\right);$ 即 $x=\frac{A_{12}({2X}_1-A_{12})}{2a};$

由式(1.1)-(1.3)得:

4000y＝X₁ ²-X₃ ²   (1.7)；

把A₁₃＝X₁-X₃代入(1.7)得:

4000y＝A₁₃(2X₁-A₁₃)   (1.8)；

$y=\frac{A_{13}({2X}_1-A_{13})}{4000}---\left(1.9\right);$ 即 $y=\frac{A_{13}({2X}_1-A_{13})}{2a};$

将式(1.6),(1.9)代入式(1.1)得:

${[\frac{A_{12}({2X}_1-A_{12})}{4000}+1000]}^2+{[\frac{A_{13}({2X}_1-A_{13})}{4000}+1000]}^2={X_1}^2---\left(1.10\right);$

即

4(A₁₂ ²+A₁₃ ²-4×10⁶)X₁ ²-4(A₁₂ ³+A₁₃ ³-4×10⁶A₁₂-4×10⁶A₁₃)X₁+A₁₂ ⁴+A₁₃ ⁴

-8×10⁶A₁₂ ²-8×10⁶A₁₃ ²+32×10¹²＝0   (1.11)；

将A₁₂＝493，A₁₃＝235带入式(1.11)，可得出X₁＝429mm，即弹着点P距离第一超声波传感器的距离为429mm。再将X₁、A₁₂和A₁₃分别

带入式(1.6)和(1.9)，便可得出x＝45mm，y＝36.6mm。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种自动炮靶靶面坐标获取方法，其特征在于，实现步骤如下：

1)设置靶面的形状为正方形，在靶面三个角点处的靶框内分别设置超声波传感器，分别为第一、第二、第三超声波传感器，三个超声波传感器呈直角三角形布置并连接单片机；

2)当弹丸穿过靶面时，通过计时器分别记录每个超声波传感器接收到弹丸产生超声波时的时间，通过单片机分别计算第一、第二超声波传感器以及第一、第三超声波传感器接收到超声波的时间差；

3)根据所述时间差计算靶面弹着点与相应的两个超声波传感器的直线距离差，即：

A₁₂＝c(t₁-t₂)；

A₁₃＝c(t₁-t₃)；

其中，A₁₂为靶面弹着点至第一、第二超声波传感器的直线距离差；

A₁₃为靶面弹着点至第一、第三超声波传感器的直线距离差；

c为弹丸产生的超声波在靶面的传播速度；

4)依次计算得出靶面弹着点至第一超声波传感器的直线距离X₁以及靶面弹着点P相对于靶面中心的位置坐标x、y；

${[\frac{A_{12}({2X}_1-A_{12})}{2a}+\frac{a}{2}]}^2+{[\frac{A_{13}({2X}_1-A_{13})}{2a}+\frac{a}{2}]}^2={X_1}^2;$

$x=\frac{A_{12}({2X}_1-A_{12})}{2a},y=\frac{A_{13}({2X}_1-A_{13})}{2a};$

其中，a为靶面边长。

2.根据权利要求1所述的一种自动炮靶靶面坐标获取方法，其特征在于：所述步骤4)计算出弹着点坐标后，由所述单片机将靶面弹着点位置坐标x、y值通过一对无线发送和接收模块发送给上位机，通过上位机便可确定并显示靶面弹着点的位置和精度。

3.根据权利要求1所述的一种自动炮靶靶面坐标获取方法，其特征在于：所述靶面大小为2×2米。

4.根据权利要求1所述的一种自动炮靶靶面坐标获取方法，其特征在于：所述步骤1)中在靶面余下的第四个角点处的靶框内设置第四超声波传感器，第四超声波传感器为备用传感器且与单片机连接。

5.根据权利要求1所述的一种自动炮靶靶面坐标获取方法，其特征在于：所述步骤2)中，当弹丸穿过靶面同时第一个超声波传感器接收到弹丸产生超声波时，所述计时器复位清零；当其余两个超声波传感器接收到超声波时，便可记录下当时的时刻，以便计算超声波传感器接收到超声波的时间差。

6.根据权利要求2所述的一种自动炮靶靶面坐标获取方法，其特征在于：所述第一超声波传感器、单片机和无线发送模块均安装在一块控制板上，该控制板设在所述靶框内。

7.根据权利要求1或2或4所述的一种自动炮靶靶面坐标获取方法，其特征在于：所述靶框是由四段扁管通过四个角件插接而成。

8.根据权利要求1或2或4所述的一种自动炮靶靶面坐标获取方法，其特征在于：所述单片机采用STC89C52芯片作为核心，通过单片机对传感数据做A/D转换，并对信号作滤波处理。

9.根据权利要求2所述的一种自动炮靶靶面坐标获取方法，其特征在于：所述无线发送和接收模块采用CC2530芯片。