CN105300171A - 一种基于模拟子弹的射击辅助训练系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模拟子弹的射击辅助训练系统，包括瞄准器、安装在枪膛内的模拟子弹、安装在射击者或枪支身上的报靶单元和在射击者远处设置的靶标；模拟子弹包括设置在弹壳内的至少一只空心线圈和相对应的往复移动的移动磁铁，所述的移动磁铁在枪支撞针撞击模拟子弹时，穿过所对应的空心线圈，使得空心线圈产生触发信号。本发明采用嵌入式计算机技术与高精度成像技术的融合，获取模拟子弹触发时刻的图像，与实弹打靶过程相像和逼真，更容易被射击者接受，改变了其他模拟训练装置由于与实弹打靶差异较大导致的不良射击习惯的养成，达到“边训练、边检验、边矫正”的目的。

Description

一种基于模拟子弹的射击辅助训练系统

技术领域

本发明属于军事和体育技术设备领域，涉及一种基于模拟子弹的射击辅助训练系统。

背景技术

由于条件限制和安全因素，实弹射击训练困难重重，如缺少训练时间、训练费用高、训练场地小、都市安全因素等等。因此研发一种造价低廉、携带方便、操作简洁、坚固耐用的射击训练辅助系统具有很高的实际意义和应用价值。

目前，国内外在射击辅助训练系统领域投入了大量精力和资金进行相关的研究，基于不同原理的射击辅助训练系统和发明专利相继问世，其采用的原理可以大致分为激光原理、超声波原理等，其中激光原理是目前比较成熟，需要对枪和靶进行改造，安装激光发射器和激光接收器，通过计算激光束的位置来确定射击成绩。这些系统存在的问题是系统复杂，售价贵，且必须有电脑作为支撑平台；同时必须使用特殊靶，或者在靶上加装合作目标,限制了一般训练人员的应用及大规模的推广。

申请号为200910074863.2的中国专利“一种射击辅助训练系统及基于图像定位靶心方法”公开了一种基于图像处理原理的射击辅助训练系统，在枪支上安装摄像头和触发器，用摄像头中心瞄准靶标中心，获取上下左右对称的图像作为基准图像；当运动员持枪瞄准时，摄像头获取瞄准图像，并与基准图像进行比较，计算得到瞄准时的环数及瞄准点的形成轨迹，用于指导运动员的射击训练。其中无线触发器安装在枪支的扳机附近，当扣动扳机时，由无线触发接受装置接受信号并将此刻信号传送费计算机，获得当时的击发环数。

该发明在应用于军事训练时存在的问题是触发时刻不精准。众所周知，枪支射击的环数取决于枪支撞针撞击子弹时刻的枪口和靶标之间的角度和位置，而该发明采用在扳机附近增加触发开关来实现，通过扣动扳机触发开关信号，作为图像处理的触发信号，显然该时刻不能代表真实的击发时刻，枪支可能会因为后续的延时而改变角度，如果要精确调节该延时时刻，则会存在较大的难题，尤其是对每一只枪都需要精确调整，势必影响了推广应用。此外由于该装置没有模拟子弹，使得与实弹打靶差距较大，长期使用容易影响到射击习惯的养成。

发明内容

本发明提出了一种基于模拟子弹的射击辅助训练系统，一方面提供了准确的触发时刻，提高了瞄准精度，从而提高了训练质量，另外采用模拟子弹使得模拟训练过程与实弹射击过程很类似，更容易被射击者接受。

本发明的技术方案如下：

一种基于模拟子弹的射击辅助训练系统，包括安装在枪支上瞄准器、安装在枪膛内的模拟子弹、安装在射击者或枪支身上的报靶单元和在射击者远处设置的靶标；所述的模拟子弹包括设置在弹壳内的至少一只空心线圈和相对应的往复移动的移动磁铁，所述的移动磁铁在枪支撞针撞击模拟子弹时，穿过所对应的空心线圈，使得空心线圈产生触发信号；

所述的瞄准器包括成像镜头、图像传感器和信号处理单元，所述的成像镜头瞄准靶标，信号处理单元记录图像传感器中的图像，并将图像数据传输至报靶单元；报靶单元将图像数据与标准的靶标图像数据进行比对解算，得到瞄准时的瞄准环数，并将触发信号产生时刻的射击环数在报靶单元上显示和报靶。

上述基于模拟子弹的射击辅助训练系统中，模拟子弹包括弹壳、尾套、击发底座、复位单元和至少一只移动磁铁和对应的空心线圈；所述的尾套为内置台阶的空心结构，固定在弹壳的尾部；所述的击发底座为设置在弹壳尾部的柱状体，并通过外凸结构嵌入在尾套的内置台阶内；所述复位单元固定在在弹壳前部的内壁上，用于将击发底座复位至击发前的初始位置；所述的空心线圈固定在弹壳的内壁上；所述的移动磁铁固定在击发底座的前部；所述的击发底座可在枪支撞针的撞击下向前移动，带动移动磁铁穿过所对应的空心线圈，并在复位单元的作用下复位至击发前的初始位置。

上述基于模拟子弹的射击辅助训练系统中，复位单元为弹簧，一端设置在弹壳内的固定座上，另一端顶在磁铁上。

上述基于模拟子弹的射击辅助训练系统中，复位单元为固定磁铁，所述固定磁铁与移动磁铁的极性方向相反。

上述基于模拟子弹的射击辅助训练系统中，模拟子弹内部还包括无线发射单元，用于发射线圈产生的触发信号；所述的瞄准器内设置有无线接收单元，所述的无线接收单元与信号处理单元相联，用于接收无线发射单元发射的触发信号。

上述基于模拟子弹的射击辅助训练系统中，线圈通过引线与信号处理单元相联。

上述基于模拟子弹的射击辅助训练系统中，报靶单元将瞄准环数和射击环数在报靶单元自带的显示屏上显示或者传输至其他终端上进行显示。上述基于模拟子弹的射击辅助训练系统中，报靶方式包括语音报靶和图像显示。

上述基于模拟子弹的射击辅助训练系统中，瞄准器通过机构固定在枪管外部或者瞄准器的尾部通过涨紧机构固定在枪管内。

上述基于模拟子弹的射击辅助训练系统中，模拟子弹的尾套的外部为台阶状，尾套的尾部外径小于尾套中部的外径，且台阶通过锥面平滑过渡。

上述基于模拟子弹的射击辅助训练系统中，图像传感器为摄像机。

本发明具有的有益技术效果如下：

1、本发明采用嵌入式计算机技术与高精度成像技术的融合，获取模拟子弹触发时刻的图像，与实弹打靶过程相像和逼真，更容易被射击者接受，改变了其他模拟训练装置由于与实弹打靶差异较大导致的不良射击习惯的养成，达到“边训练、边检验、边矫正”的目的。

2、本发明采用图像传感器记录射击者的整个瞄准靶标过程，并与校枪时的基准图像比较，解算出整个瞄准过程的环数，并采用撞针撞击模拟子弹的时刻作为触发时刻，获得射击时的环数，由于给出了全过程的环数，对于分析和纠正射击者的射击姿态具有重要的参考价值，从而确保了模拟训练质量。

3、本发明的模拟子弹尾部采用光滑结构的台阶状，去掉了退壳沟，避免了射击时模拟子弹被枪机后部的拉壳钩勾出，影响到下一次的瞄准训练，并且整个瞄准过程包含举枪、瞄准、即发等标准动作，使得训练和模拟更加逼真。

4、本发明在应用时通过校枪步骤获取基准图像，并将触发时刻的图像与基准图像进行比较，克服了瞄准器与枪之间安装精度对靶环测量结果的影响，同时符合日常射击训练的习惯。

5、本发明的射击辅助训练系统在节约弹药和费用的同时，提高了训练的安全性和训练效率，并可获得和实弹射击同样的效果，而且可解决射击训练枯燥、移动靶训练和运动中射击无验证手段、实弹射击场地保障困难，以及射击结果的实时显示等问题。

6、本发明的射击辅助训练系统采用撞针撞击模拟子弹，子弹中的移动磁铁穿过线圈移动，从而在线圈上产生精确的触发脉冲信号，并通过弹簧或反向磁铁等复位单元的作用下，复位至原先的位置。这种方案与常规的撞针撞击压电晶体或压电陶瓷产生触发信号相比，首先，本发明只需要撞针产生很小的外力即可达到触发的目的，而采用压电效应触发时，需要较大的撞击力才能产生足够强度的信号；其次，本发明在撞击过程中依靠复位单元缓冲和抵消了撞针的撞击力，相比于采用压电效应进行触发，延长了击发底座等器件的使用寿命，增加了系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明基于有线传输方式的射击辅助训练系统组成图；

图2为本发明基于无线传输方式的射击辅助训练系统组成图；

图3为传统子弹的结构示意图；

图4为本发明基于弹簧复位的有线传输式模拟子弹结构示意图；

图5为本发明基于弹簧复位的无线传输式模拟子弹结构示意图；

图6为本发明基于磁铁复位的有线传输式模拟子弹结构示意图；

图7为本发明基于磁铁复位的无线传输式模拟子弹结构示意图；

图8为本发明射击辅助训练系统采用缩小靶模拟训练原理示意图；

图9为本发明射击辅助训练系统靶标成像原理示意图；

图10为本发明射击辅助训练系统的图像处理和靶环计算流程图。

附图标记如下：1—弹壳，2—尾套，3—击发底座，4—一级移动磁铁，5—二级移动磁铁，6—固定磁铁，7—一级空心线圈，8—二级空心线圈，9—引线，10—联接柱，11—固定座，12—弹簧，15—无线发射单元，21—模拟子弹，22—瞄准器，23—报靶单元，31—退壳沟，35—视场范围，36—靶标，37—成像镜头，38—目标靶图像，39—图像传感器。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明基于模拟子弹的射击辅助训练系统包括安装在枪身上瞄准器22、安装在枪膛内的模拟子弹21、安装在射击者身上、枪身上或射击者附近的报靶单元23和在远处设置的靶标36；

模拟子弹21内置特殊的机构使得撞针撞击模拟子弹21时，产生触发信号；瞄准器22包括成像镜头37、图像传感器39和信号处理单元，其中图像传感器39可以采用摄像机或其他图像记录设备，其通过成像镜头37瞄准远处设置的靶标36。

成像镜头37瞄准靶标36，图像传感器39记录整个瞄准过程中靶标的图像数据；信号处理单元将图像数据与标准的靶标图像数据进行比对解算，得到整个射击瞄准过程中的瞄准环数，并将触发信号产生时刻的瞄准环数作为射击环数；报靶单元23用于射击环数的图像报靶显示和语音报靶，更方便射击者使用。

信号处理单元可记录整个瞄准过程中的图像数据，并将其传输至报靶单元23后得到整个瞄准过程中的环数，可以在自带的显示屏上显示，也可以通过数据传输模块将射击环数和瞄准环数数据传输至其他终端上进行显示分析。

模拟射击时靶标36位于图像传感器视场范围内。首先，微型摄像机将射手击发时的图像存储下来，然后通过核心的图像匹配算法，计算出靶标36中心在像方视场的初始坐标。最后通过特定数学模型消除风偏、弹道、抖动等因素的影响，获得靶标36的实际坐标。坐标变换后计算出弹着点位置，同时在报靶单元23的LCD上显示出来并给出语音提示。

瞄准器22可通过机构固定在枪管外部，也可以将瞄准器22做成长条状，尾部通过涨紧机构固定在枪管内。模拟子弹21与瞄准器22之间可以采用如图1、图4和图6所示的有线传输方式，即线圈通过引线9与瞄准器内的信号处理单元相联，由信号处理单元直接采集并获取触发信号，并与采集的图像相关联，也可以将线圈产生的触发信号进行数值化后，再传输至瞄准器内的信号处理单元。

模拟子弹21与瞄准器22之间也可以采用如图2、图5和图7所示的无线传输方式，模拟子弹21内部设置有无线发射单元15，用于发射线圈产生的触发信号，也可以将触发信号数字化后再发射。瞄准器22内设置有无线接收单元，所述的无线接收单元与信号处理单元相联，用于接收无线发射单元15发射的触发信号。无线发射单元可采用RF、WIFI或蓝牙传输等方式，满足近距离的信号传输和接收即可。

如图4至图7所示，模拟子弹21包括弹壳1、尾套2，击发底座3、复位单元和移动磁铁和对应的空心线圈；空心线圈固定在弹壳1的内壁上；移动磁铁固定在击发底座的前部；移动磁铁可以采用一组，也可以采用多组例如一级移动磁铁4和二级移动磁铁5串接后，以增加信号幅度，其对应的空心线圈则为一级空心线圈7和二级空心线圈8。空心线圈在磁铁的激励下，其输出信号经过信号调理电路后提供触发信号，调理电路包括整形、限幅、滤波单元等，得到3.3V的单脉冲触发信号，根据不同的要求，信号调理电路可设置在无线发射单元15或外部的信号处理单元上。

尾套2通过螺纹或其他方式固定在弹壳1的尾部，为空心结构，内置台阶；击发底座3为设置在弹壳尾部的柱状体，并通过外凸结构嵌入在尾套的内置台阶内，其目的是将击发底座3限制在尾套2内防止复位单元将击发底座3弹出模拟子弹壳体。同时击发底座3可沿尾套2与其之间的空隙前后移动。复位单元目的是将移动磁铁在受到撞针作用向前移位后，再复位至原来的位置，以便下一次射击。复位单元固定在在弹壳1前部的内壁上，用于将击发底座3以及移动磁铁复位至击发前的初始位置。

复位单元可以采用如图4和图5的弹簧12，一端设置在子弹内的固定座11上，另一端顶在磁铁上。当击发底座3在枪支撞针的撞击下向前移动，带动磁铁穿过所对应的空心线圈，并在弹簧12的作用下复位至击发前的初始位置。其中每一只磁铁和对应线圈之间在击发前的前后位置需要精确调整，确保撞针撞击的一瞬间，磁铁快速移动，并能产生精确的触发信号，而且撞击过程中依靠弹簧缓冲和抵消了撞针较强的撞击力，延长了击发底座等器件的使用寿命。

复位单元也可采用如图6和图7的固定磁铁，其中固定磁铁的极性方向和移动磁铁的极性方向正好相反，同向相斥，起到复位的作用。比如移动磁铁向前的方向为正极，则固定磁铁向前的方向为负极，起到排斥的作用，从而在移动磁铁移位后将其复位，并带动击发底座复位。其中图4和图5的区别仅在于图4为有线传输方式，图5为无线传输方式；而图6和图7的区别也仅在于图6为有线传输方式，图7为无线传输方式。

进一步的，本发明模拟子弹的尾套2外部为台阶状，尾套2的尾部外径小于尾套中部的外径，且台阶通过锥面平滑过渡，其与图3所示的真实子弹外形的区别在于模拟子弹省掉了退壳沟31结构。传统的枪支在射击时，炸药的后坐力(对于手动枪支则通过人的手拉回枪栓)使得枪机返回，这时枪机后部的拉壳钩就会通过图3中的退壳沟31将弹壳拉出，从而进入下一发射击。由于本发明的模拟子弹安装过程复杂不便，故省略了弹壳退出的步骤，所以模拟子弹的尾部省去了退壳沟，每一次射击完毕后，枪支内的拉壳钩不会将模拟子弹勾出，影响到下一发的射击。但是整个辅助训练射击过程与实弹逼真模拟，包含上膛、瞄准、击发，枪机勾出弹壳等标准动作，更容易被射击者接受。

本模拟训练系统的工作流程如下：

一、安装

将训练系统的瞄准器安装在训练枪支的枪口部位，报靶单元安装在射击者或枪支身上，同时模拟子弹上膛。对于无线工作的方式，则直接将模拟子弹置于枪膛中；对于有线传输的方式，将子弹前部的传输导线通过枪管穿出，并与瞄准器联接，随后将瞄准器和报靶单元电联接。

二、选靶

开机后，选择训练用靶型；系统设置有若干种靶标供选择，这些靶标可以胸环靶、跑步靶等标准靶，或者特殊靶，可以同时选择一种或多种靶进行训练。如图8所示，如果训练场没有足够的场地进行射击训练，可以采用缩小靶模拟实际训练，并根据缩短的距离按比例制作缩小靶。

三、调零校准：校枪教官根据系统语音提示，按照射击要领进行校枪。在实弹射击中，校枪也是必须步骤，其目的是看枪口的准星、标尺和实际弹着点之间的差距，本系统在软件上设置有校枪环节，当校枪教官根据训练系统的提示，按照平时校枪的步骤对枪支进行调零后，扣动扳机，此时瞄准器的信号处理单元会获取校枪时刻的图像作为基准图像。

四、模拟训练射击：射击者按照标准的射击方式进行训练，包括拉枪拴上膛，瞄准、扣动扳机射击，退弹壳(实际只有退弹壳动作而模拟子弹不退出枪膛)步骤等。系统开机后，瞄准器一直瞄准视场内的靶标，并连续记录靶标的图像，当扣动扳机，撞针撞击模拟子弹尾部的击发底座，带动移动磁铁前进，穿过对应的空心线圈，切割磁力线，从而在线圈上产生脉冲触发信号。如图9所示，瞄准器内的信号处理单元接收到触发信号后，记录该触发信号产生时刻的图像传感器内的图像，并将此刻靶标的位置与校枪时获取的基准图像的靶标位置进行比对计算，消除风偏、弹道、抖动等因素的影响，得到射击环数。同时将射击者的瞄准过程和轨迹也进行了记录，获得更多的信息供事后分析。

五、报靶

射手瞄准击发后，系统直接计算出弹着点和成绩，并在报靶单元上的微型LCD上显示出来，同时提供语音报靶。根据需要，系统还可同时将射手举枪、瞄准、扣扳机的整个过程的记录下来，传输至其他智能分析终端上显示并存储，供教官实时指导和射手事后分析。

如图10所示，本发明训练系统的图像处理和靶环计算过程和步骤如下：

一、读取触发时刻视频数据缓冲区的数据，

二、对图像数据进行灰度化、二值化处理；

三、采用边缘检测算法对图像数据处理，将图像中靶标的轮廓提取出来；

四、轮廓细化：对提取的图像边缘进行轮廓细化，便于后续的靶标定位和计算；

五、将轮廓细化处理后图像与预设的靶标图像模板进比对，比对中按照先验值设定判断阈值，如果二者的相关性超过该阈值，则认为其即为靶标图像，否则认为脱靶；

六、计算靶标图像中心在像方视场的初始坐标，并与校枪时的图像坐标进行比较，同时消除风偏、弹道、抖动等因素的影响，获得目标靶的实际坐标；

七、将结果传输至报靶单元并进行语音报靶。

本发明已成功用于模拟射击训练，由于与实弹打靶过程相像和逼真，容易被射击者接受，达到“边训练、边检验、边矫正”的目的。

Claims (10)

1.一种基于模拟子弹的射击辅助训练系统，其特征在于：包括瞄准器(22)、模拟子弹(21)、报靶单元(23)和靶标(36)；所述的瞄准器(22)固定在枪支上，所述的模拟子弹(21)安装在枪膛内，所述的靶标(36)设置在远离射击者的位置；

所述的模拟子弹(21)包括设置在弹壳(1)内的至少一只空心线圈和相对应的往复移动的移动磁铁，所述的移动磁铁在枪支撞针撞击模拟子弹(21)时，穿过所对应的空心线圈，使得空心线圈产生触发信号；

所述的瞄准器(22)包括成像镜头(37)、图像传感器(39)和信号处理单元，所述的成像镜头(37)瞄准靶标(36)，图像传感器(39)记录整个瞄准过程中靶标的图像数据；信号处理单元将图像数据与标准的靶标图像数据进行比对解算，得到整个射击瞄准过程中的瞄准环数，并将触发信号产生时刻的瞄准环数作为射击环数；

所述的报靶单元(23)用于射击环数的图像或语音报靶。

2.根据权利要求1所述的基于模拟子弹的射击辅助训练系统，其特征在于：所述的模拟子弹(21)还包括尾套(2)、击发底座(3)和复位单元；

所述的尾套(2)为内置台阶的空心结构，固定在弹壳(1)的尾部；

所述的击发底座(3)为设置在弹壳(1)尾部的柱状体，并通过外凸结构嵌入在尾套(2)的内置台阶内；

所述复位单元固定在在弹壳(1)前部，用于将击发底座(3)复位至击发前的初始位置；

所述的空心线圈固定在弹壳(1)的内壁上；

所述的移动磁铁固定在击发底座(3)的前部与空心线圈相对应的位置；

所述的击发底座(3)可在枪支撞针的撞击下向前移动，带动移动磁铁穿过所对应的空心线圈，并在复位单元的作用下复位至击发前的初始位置。

3.根据权利要求2所述的基于模拟子弹的射击辅助训练系统，其特征在于：所述的复位单元为弹簧(12)，一端设置在弹壳(1)内的固定座(11)上，另一端顶在移动磁铁上。

4.根据权利要求2所述的基于模拟子弹的射击辅助训练系统，其特征在于：所述的复位单元为固定磁铁(6)，所述固定磁铁(6)与移动磁铁的极性方向相反。

5.根据权利要求2所述的基于模拟子弹的射击辅助训练系统，其特征在于：所述的模拟子弹(21)的尾套(2)的外圈为台阶状，尾套的尾部外径小于尾套中部的外径，且台阶通过锥面平滑过渡。

6.根据权利要求1所述的基于模拟子弹的射击辅助训练系统，其特征在于：所述的模拟子弹(21)内部还包括无线发射单元(15)，用于发射线圈产生的触发信号；所述的瞄准器(22)内设置有无线接收单元，所述的无线接收单元与信号处理单元相联，用于接收无线发射单元(15)发射的触发信号。

7.根据权利要求1所述的基于模拟子弹的射击辅助训练系统，其特征在于：所述报靶单元(23)将瞄准环数和射击环数在报靶单元(23)自带的显示屏或者传输至其他终端上进行显示和分析处理。

8.根据权利要求1所述的基于模拟子弹的射击辅助训练系统，其特征在于：所述的报靶单元(23)设置在枪支上、射击者身上或射击者附近。

9.根据权利要求1所述的基于模拟子弹的射击辅助训练系统，其特征在于：所述的瞄准器(22)通过机构固定在枪管外部或者通过瞄准器(22)尾部的涨紧机构固定在枪管内。

10.根据权利要求1所述的基于模拟子弹的射击辅助训练系统，其特征在于：所述的图像传感器(39)为摄像机。