CN105004225A - 3弧面激光幕射击电子靶系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种3弧面激光幕射击电子靶系统，包括激光靶收弹器和设置在激光靶收弹器前部的3弧面激光幕，所述3弧面激光幕包括在同一圆周均匀分布的三个激光发射器和相对应的设置在同一圆周均匀分布的三个弧面光传感带，所述每个弧面光传感带设置有均匀分布的100-150个激光接收传感器。本发明采用激光阵列角度数字算法来计算弹着点精度，提高了效率，成本降低，不容易受其他无线及超声的干扰，适合射击比赛及训练。

Description

3弧面激光幕射击电子靶系统

技术领域

本发明涉及一种体育行业的电子装置，尤其是涉及一种3弧面激光幕射击电子靶系统。

背景技术

在射击训练和比赛中，电子自动报靶系统主要包含以下几种类型，双层电极短路采样系统、半导体电子靶系统、基于图像处理的报靶系统、超声定位电子靶系统、激光电子靶系统。双层电极短路采样系统与其他几种报靶系统相比，报靶着弹率太低，无法满足训练和比赛的需求。半导体电子靶系统设计简单，维护简便，有较高的报靶精确度，但是由于使用过于昂贵，无法大范围推广。基于图像处理的报靶系统实现功能简单，报靶公正，但是报靶的精度低，并不能够实现同步实时报靶，反应过慢。超声定位电子靶系统对环境适应度高，能够在黑暗和电磁干扰等复杂环境中使用，有一定的报靶精度，但其后期维护成本太高（需要一直使用耗材）。激光电子靶系统是目前报靶精度最好的，也是后期零耗材使用的，满足报靶精度和效率的要求，但其相关技术被欧美国家垄断，国内一直使用进口德国的激光电子靶产品，我公司历时4年研发激光电子靶，采用创新的技术，打破国外产品的垄断，并且相比国外产品更适用于射击赛事。

国内射击比赛一般都是采用SUIS公司的超声波电子靶和北京速得尔公司的超声波电子靶，超声波电子靶技术是十几年前就研发出来的，技术成熟稳定，国际国内赛事都是采用SUIS公司的超声波电子靶进行比赛，虽然超声波电子靶很适合比赛，但是在日常训练和大批量的测试比赛中，都是需要用到大量的超声波电子靶的耗材，耗材是由橡胶材质做成，一次性使用，使用完毕都需要更换新的耗材，国内各个靶场每年需要采购价格昂贵的耗材，造成一种资源浪费的现象，要用超声波电子靶就得不断买耗材，否则超声波电子靶就是废铜烂铁一堆根本用不了。这样的情况造成国内中小型射击场和大部分省市级地方射击学校用不起超声波电子靶。国内现在有清华大学和北京速得尔公司做超声波电子靶，技术原理与国外一样，他们同样也面临着训练和比赛过程中，超声波电子靶使用耗材增加成本的问题。另外超声波电子靶采用的技术原理是，弹头穿过耗材（橡胶布），产生的模拟超声点信息，采集模拟超声点坐标信息来确认中靶环值，采用这种方式受到制约的方面比较多，一是四个超声波探头位置不能有变化，发生变化就会使得弹着数值发生变化，二是耗材（橡胶布）要保持一定的张力和水平垂直度，耗材如若不水平垂直，弹头穿过产生的模拟量的数值也会发生变化。综上所述，我们有必要采用更为先进的激光电子靶。

本发明主要针对10米激光电子靶进行独立自主的技术研发，结合国际射联和中国射击协会最新射击规则，研发10米激光电子靶系统。

发明内容

本发明提供了的3弧面激光幕射击电子靶系统，解决了以下问题：

1、用激光切割定位来要解决超声波电子靶使用大量耗材引起成本提高的问题，超声波电子靶没有耗材就无法使用；

2、用激光阵列角度数字算法来解决超声波模拟电子靶存在的弹着点精度误差大的问题。超声波电子靶使用维护复杂的情况，超声波电子靶是利用四个超声波感应头，采集子弹穿过PVC橡胶布时，产生的模拟数值来计算弹着点的位置。四个超声波探头受到使用环境和本身的测量误差需要校对的情况，在每次赛前需要校对的问题；

3、纯光学的方法解除所有的机械装置，使得解决超声波电子靶电机卡死引起的故障和耗材收卷机构故障产生的弹着点数值偏离的问题；

4、电子靶系统的一体化来解决超声波电子靶在安装调试时超声弹着点受4个超声波探头安装偏差引起的采集的弹着点数值偏差的问题；

5、进口10米激光电子靶采用的激光阵列和固定焊接激光发射器，激光发射器是有使用寿命的，超过使用寿命时，容易损坏。本专利采用可更换激光发射结构，解决进口激光电子靶在后期使用过程中，产品损坏后维修成本高的问题。

其技术方案如下所述：

一种3弧面激光幕射击电子靶系统，包括激光靶收弹器和设置在激光靶收弹器前部的3弧面激光幕，所述3弧面激光幕包括在同一圆周均匀分布的三个激光发射器和相对应的设置在同一圆周均匀分布的三个弧面光传感带，所述每个弧面光传感带设置有均匀分布的100-150个激光接收传感器。

在每个弧面光传感带上，所述激光接收传感器设置有110个，安置间隔为2.9mm。

所述激光发射器采用功率为30mW、波长为650nm的可见红光一字激光发射管，所述激光发射管发射均匀的一字线激光，投射在对应的弧面光传感带的激光接收传感器上。

所述激光发射管发射的一字线激光线条宽度小于等于1mm，三个激光发射管发射出的3条一字线激光幕互相重叠，互为120度角度，激光发射管的设计寿命为10万小时。

所述弧面光传感带设置有全铜的调节固定结构，所述调节固定结构分半圆铜结构和发光角度遮光结构两部分，所述半圆铜结构穿过主体PCB电路板与一块铜板焊接成一个整体，在结构上预留了互为120度的6个螺丝孔，利用三组120度角度的螺丝来调节激光发射管的角度和水平垂直位置，同时也用于更换激光发射管；调节固定结构的前端有发光角度遮光结构，用于使得发射出去的激光的角度人为的进行微调。

所述激光靶收弹器设置在激光发射器中间，包括垂直于射击子弹入口的两块角度互为60度的钢板，还包括在钢板前的靶纸。

所述激光发射器和弧面光传感带都与信号控制装置相连接，所述信号控制装置包括依次相连接的接收激光信号处理滤波装置、数据处理坐标计算装置、信号处理单元、数据通讯装置，所述接收激光信号处理滤波装置与弧面光传感带上的激光接收传感器相连接，所述信号处理单元与激光发射器相连接。

在主体PCB电路板上集成有照明灯，所述照明灯利用发光角度为120度的暖黄色超高亮度LED灯条作为发光源，能够调节亮度。

在照明灯上设置有条形半圆亚克力透镜，使照明灯发光角度聚集成90度发光角度，使得照射在激光靶收弹器的靶纸上的光源柔和均匀。

所述3弧面激光幕射击电子靶系统为10米激光靶，适用于弹径在2-20毫米的各式射击枪支，适用于铜、铁、铅、BB弹材质的弹头。

所述3弧面激光幕射击电子靶系统，因采用激光电子靶可以实现特别明显的使用效果：

1、按照激光自身的高速特性，子弹穿过激光采集信号是完全可行的，常识上都知道激光的速度当然比子弹快的多，所以选用激光这种稳定的线性好的作为子弹切割坐标的定位是最正确的选择；

2、激光的线性特性好，使用及维护很简易，无需耗材。因为激光是利用物体切割光线来产生物体的坐标，所以可以说激光是特别适合射击比赛及训练的最佳选择；

3、激光的发射和接收都是按照特定的频率进行的，不容易受其他无线及超声的干扰。

附图说明

图1是所述3弧面激光幕射击电子靶系统的结构示意图；

图2是所述3弧面激光幕射击电子靶系统的信息处理示意图；

图3是所述3弧面激光幕射击电子靶系统的信息处理流程图；

图4是所述10米激光靶收弹器的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供的3弧面激光幕电子靶系统如图1所示，包括两个部分：3弧面激光幕以及10米激光靶收弹器。

一、3弧面激光幕

所述3弧面激光幕采用3个互为120度一字激光发射器发射的重叠激光幕，弹头穿过激光幕时，在三个互为120度的各为120点的弧形激光接收部件上产生瞬间数弹着数字信号。

重叠的弧形激光幕激光接收部件输出信号为0和1，也就是光的通断信号是0和1，数字信号的应用解决了超声波电子靶模拟信号的数值误差。三个弧形激光接收部件为三个120点的弧面光传感带，瞬间数据上下沿时间为10纳妙，子弹穿过激光幕的速度为300-450米/秒，弧形激光接受面的产生的瞬间数字信号来计算子弹的弹着点，由于弧面光传感带的瞬间响应时间短，可以灵活的将10米激光靶应用10米射击各种枪支，另外还能根据上下沿响应时间来判断是昆虫或者是其他物体进入激光幕。

所述弧面光传感带设置有全铜的调节固定结构，所述调节固定结构分半圆铜结构和发光角度遮光结构两部分，所述半圆铜结构穿过主体PCB电路板与一块铜板焊接成一个整体，在结构上预留了互为120度的6个螺丝孔，利用三组120度角度的螺丝来调节激光发射管的角度和水平垂直位置，同时也用于更换激光发射管；调节固定结构的前端有发光角度遮光结构，用于使得发射出去的激光的角度人为的进行微调。

在主体PCB电路板上集成有照明灯，所述照明灯利用发光角度为120度的暖黄色超高亮度LED灯条作为发光源，能够调节亮度。

在照明灯上设置有条形半圆亚克力透镜，使照明灯发光角度聚集成90度发光角度，使得照射在激光靶收弹器的靶纸上的光源柔和均匀。

一个弧面有110个光位置传感点，激光接收传感器安置间隔为2.9mm，每个激光接收传感器作为一个传感点在平面工作区域里互不干涉，10米射击用气枪的子弹直径为4mm，所以本系统里某个弹着点在弧面上的影子至少一个传感器以上。

如果子弹的速度为500m/s，长度5mm，则子弹切割光束的时间为10us。本系统数据采集速率为10M，所以能满足瞬间通过光束的子弹捕获要求。两个弧面可以确定一个弹着点的坐标，本系统采用3个弧面的弹着点集合算法来，很好的解决数字化引起的盲区，得到翻倍的弹着点精确度。

本发明采用功率为30mW、波长为650nm的可见红光一字光激光发射管，激光发射管发射出均匀的一字线激光，在三个弧形激光接收传感器上的激光线条宽度小于等于1mm，激光发射管发射出的3个一字线激光幕互相重叠，运动员开枪后，弹头瞬间穿过激光幕后，在三个弧形激光接收传感器上，形成瞬间光斑阴影，三条弧形激光接收传感器由此产生弹头的三线坐标值，此坐标值对比XY双线坐标值，数值更为精确。在10米气步枪比赛中，需要测量靶面的中心10环，10环在靶面大小为2.5毫米，射击规则规定测量环值要达到0.1环，所以必须使得靶面精度测量能够达到0.25毫米。采用三线测量可以使靶面测量精度达到0.2毫米，保证了电子靶的数值的准确。

激光发射管的设计寿命为10万小时，激光发射部分设计了全铜的调节固定结构，一块半圆铜结构穿过PCB电路板与一块铜板焊接成一个整体，在结构上预留了互为120度的6两个螺丝孔，利用三组120度角度的螺丝来调节激光发射管的角度和水平垂直位置，也可以更换激光发射管。激光发射管采用全铜材质，前端有发光角度遮光结构，可以使得发射出去的激光的角度人为的进行调节。

图1中计算坐标的方法如下所述：

-在三角形ABM里X,Y坐标是如下

$\left\{\begin{array}{c}{X}_1=\frac{L\×{\mathrm{tan\α}}_1}{{\mathrm{tan\α}}_1+{\mathrm{tan\β}}_1}\\ Y_1=\frac{L\×{\mathrm{tan\α}}_1\×{\mathrm{tan\β}}_1}{{\mathrm{tan\α}}_1+{\mathrm{tan\β}}_1}\end{array}\right.---\left(1\right)$

-在三角形BCM里X2,Y2坐标是如下

$\left\{\begin{array}{c}{X}_2=-\frac{1}{2}\×\frac{L\×{\mathrm{tan\α}}_2}{{\mathrm{tan\α}}_2+{\mathrm{tan\β}}_2}-\frac{\sqrt{3}}{2}\×\frac{L\×{\mathrm{tan\α}}_2\×{\mathrm{tan\β}}_2}{{\mathrm{tan\α}}_2+{\mathrm{tan\β}}_2}+L\\ Y_2=\frac{\sqrt{3}}{2}\×\frac{L\×{\mathrm{tan\α}}_2}{{\mathrm{tan\α}}_2+{\mathrm{tan\β}}_2}-\frac{1}{2}\×\frac{L\×{\mathrm{tan\α}}_2\×{\mathrm{tan\β}}_2}{{\mathrm{tan\α}}_2+{\mathrm{tan\β}}_2}\end{array}\right.$

进行简化可得

$\left\{\begin{array}{c}{X}_2=L-\frac{L}{2}\×\frac{{\mathrm{tan\α}}_2\×(1+\sqrt{3}\×{\mathrm{tan\β}}_2)}{{\mathrm{tan\α}}_2+{\mathrm{tan\β}}_2}\\ Y_2=\frac{L}{2}\×\frac{{\mathrm{tan\α}}_2\×(\sqrt{3}-\×{\mathrm{tan\β}}_2)}{{\mathrm{tan\α}}_2+{\mathrm{tan\β}}_2}\end{array}\right.$    （2）

-在三角形CAM里X3,Y3坐标是如下

$\left\{\begin{array}{c}{X}_3=-\frac{1}{2}\×\frac{L\×{\mathrm{tan\α}}_3}{{\mathrm{tan\α}}_3+{\mathrm{tan\β}}_3}+\frac{\sqrt{3}}{2}\×\frac{L\×{\mathrm{tan\α}}_3\×{\mathrm{tan\β}}_3}{{\mathrm{tan\α}}_3+{\mathrm{tan\β}}_3}+\frac{L}{2}\\ Y_3=-\frac{\sqrt{3}}{2}\×\frac{L\×{\mathrm{tan\α}}_3}{{\mathrm{tan\α}}_3+{\mathrm{tan\β}}_3}-\frac{1}{2}\×\frac{L\×{\mathrm{tan\α}}_3\×{\mathrm{tan\β}}_3}{{\mathrm{tan\α}}_3+{\mathrm{tan\β}}_3}+\frac{\sqrt{3}}{2}L\end{array}\right.$

进行简化可得

$\left\{\begin{array}{c}{X}_3=\frac{L}{2}\×\frac{\sqrt{3}\×{\mathrm{tan\β}}_3\×({\mathrm{tan\α}}_3+1)}{{\mathrm{tan\α}}_3+{\mathrm{tan\β}}_3}\\ Y_3=\frac{L}{2}\×\frac{{\mathrm{tan\β}}_3\×(\sqrt{3}-{\mathrm{tan\α}}_3)}{{\mathrm{tan\α}}_3+{\mathrm{tan\β}}_3}\end{array}\right.$    （3）

-由式（1），（2），（3）可得到的弹找点(X1,Y1),(X2,Y2),(X3,Y3)进行和平均可得

$\left\{\begin{array}{c}X=\frac{X_1+X_2+X_3}{3}\\ Y=\frac{Y_1+Y_2+Y_3}{3}\end{array}\right.$

如图2所示，所述激光发射器和弧面光传感器都与信号控制装置相连接，所述信号控制装置包括依次相连接的收光信号处理滤波装置、数据处理坐标计算装置、信号处理单元、数据通讯装置，所述收光信号处理滤波装置与弧面光传感器相连接相连接，所述信号处理单元与激光发射器相连接。

本发明的数据处理流程图如图3所示，通过弧面光传感器启动捕捉程序，如果捕捉到子弹的记录，则生成坐标，并传送数据进行处理。

二、10米激光靶收弹器

如图4所示，10米激光靶收弹器是采用两块角度互为60度的钢板1，垂直于射击子弹入口，通过射击比赛铅弹撞击角度为60度的钢板，弹头皮根据惯性和钢板角度的反弹，进入收弹器后部的圆形滑道内，弹头在滑道内惯性旋转，由于地心引力的作用，调入收弹筒内。

3弧面激光幕电子靶收弹器主要应用于10米射击比赛中，采用了螺旋旋转降低弹头冲击力的方法，其工作原理为：运动员开枪后，弹头穿过三弧面重叠的激光幕后，瞬间撞击在互为60度夹角的收弹器钢板上，由于惯性作用，弹头瞬间变形随着惯性进入收弹器后端圆形旋转消力装置，弹头随着摩擦力和惯性的作用，不断在圆形装置中旋转抵消冲击力，最后自由落体在收弹器下部的收弹杯内。

10米激光靶收弹器结构，也可以安装射击比赛的取证纸2，用于射击赛事中弹着点数量计算核对使用。

10米激光靶收弹器与激光电子靶是一个整体结构，便于安装维护，不受安装地点影响。

本发明采用激光阵列角度数字算法来计算弹着点精度，提高了效率，成本降低，不容易受其他无线及超声的干扰，适合射击比赛及训练。

Claims (10)

1.一种3弧面激光幕射击电子靶系统，其特征在于：包括激光靶收弹器和设置在激光靶收弹器前部的3弧面激光幕，所述3弧面激光幕包括在同一圆周均匀分布的三个激光发射器和相对应的设置在同一圆周均匀分布的三个弧面光传感带，所述每个弧面光传感带设置有均匀分布的100-150个激光接收传感器。

2.根据权利要求1所述的3弧面激光幕射击电子靶系统，其特征在于：在每个弧面光传感带上，所述激光接收传感器设置有110个，安置间隔为2.9mm。

3.根据权利要求1所述的3弧面激光幕射击电子靶系统，其特征在于：所述激光发射器采用功率为30mW、波长为650nm的可见红光一字激光发射管，所述激光发射管发射均匀的一字线激光，投射在对应的弧面光传感带的激光接收传感器上。

4.根据权利要求3所述的3弧面激光幕射击电子靶系统，其特征在于：所述激光发射管发射的一字线激光线条宽度小于等于1mm，三个激光发射管发射出的3条一字线激光幕互相重叠，互为120度角度，激光发射管的设计寿命为10万小时。

5.根据权利要求3所述的3弧面激光幕射击电子靶系统，其特征在于：所述弧面光传感带设置有全铜的调节固定结构，所述调节固定结构分半圆铜结构和发光角度遮光结构两部分，所述半圆铜结构穿过主体PCB电路板与一块铜板焊接成一个整体，在结构上预留了互为120度的6个螺丝孔，利用三组120度角度的螺丝来调节激光发射管的角度和水平垂直位置，同时也用于更换激光发射管；调节固定结构的前端有发光角度遮光结构，用于使得发射出去的激光的角度人为的进行微调。

6.根据权利要求1所述的3弧面激光幕射击电子靶系统，其特征在于：所述激光靶收弹器设置在激光发射器中间，包括垂直于射击子弹入口的两块角度互为60度的钢板，还包括在钢板前的靶纸。

7.根据权利要求1所述的3弧面激光幕射击电子靶系统，其特征在于：所述激光发射器和弧面光传感带都与信号控制装置相连接，所述信号控制装置包括依次相连接的接收激光信号处理滤波装置、数据处理坐标计算装置、信号处理单元、数据通讯装置，所述接收激光信号处理滤波装置与弧面光传感带上的激光接收传感器相连接，所述信号处理单元与激光发射器相连接。

8.根据权利要求5所述的3弧面激光幕射击电子靶系统，其特征在于：在主体PCB电路板上集成有照明灯，所述照明灯利用发光角度为120度的暖黄色超高亮度LED灯条作为发光源，能够调节亮度。

9.根据权利要求8所述的3弧面激光幕射击电子靶系统，其特征在于：在照明灯上设置有条形半圆亚克力透镜，使照明灯发光角度聚集成90度发光角度，使得照射在激光靶收弹器的靶纸上的光源柔和均匀。

10.根据权利要求8所述的3弧面激光幕射击电子靶系统，其特征在于：所述3弧面激光幕射击电子靶系统为10米激光靶，适用于弹径在2-20毫米的各式射击枪支，适用于铜、铁、铅、BB弹材质的弹头。