CN105300184B - 一种可对目标物进行三维定位及显示的光电瞄准器 - Google Patents

Abstract

本发明属于瞄准技术领域，具体涉及一种可对目标物进行三维定位及显示的光电瞄准器。本发明提供一种实现集成有测距装置及多种传感器、并可对目标物进行三维定位的光电瞄准器，在瞄准过程中，对目标物进行定位，并将目标物及瞄准器在同一三维坐标上显示，用于瞄准；本发明还提供一种瞄准器的校准方法，与所述瞄准器对目标物的三维定位结合，以使用户在射击之前对枪械校准，本发明可实现将目标物和电子瞄准器同时显示在一个地图上，实现快速建立地图，了解整个射击区域的地势的方式，同时，能将射击者的位置和目标物的位置换另一种视角表现，即以另一个角度来观察和分析，能使用户及时调整射击方案。

Description

一种可对目标物进行三维定位及显示的光电瞄准器

技术领域

本发明属于瞄准技术领域，具体涉及一种可对目标物进行三维定位及显示的光电瞄准器。

背景技术

通常传统意义上的瞄准器分为机械瞄准器和光学瞄准器，其中所述机械瞄准器泛指在机械上通过金属瞄准具，如表尺，准星和照门来实现瞄准；所述光学瞄准器是通过使用光学透镜成像，将目标影像和瞄准线重叠在同一个聚焦平面上，即使眼睛稍有偏移也不会影响瞄准点。

随着科技的发展，更多的技术被应用到瞄准器技术领域上，例如将测距技术及传感器技术应用到瞄准器,测距装置无法实现高度集成在瞄准器上，也无法实现小型化，传感器技术所能应用到瞄准器上，也仅仅有温度传感器等一些简单的传感器，虽然应用了很多先进的技术，但是仍然未改变传统的瞄准方式，用户仅通过在视场上的二维图像进行瞄准，无法对目标物实现准确的定位及应用定位后的准确射击。

发明内容

为了有效解决上述问题，本发明提供一种实现集成有测距装置及多种传感器、并可对目标物进行三维定位的光电瞄准器，在瞄准过程中，对目标物进行定位，并将目标物及瞄准器在同一三维坐标上显示，用于瞄准；

本发明还提供一种瞄准器的校准方法，与所述瞄准器对目标物的三维定位结合，以使用户在射击之前对枪械校准。

本发明提供一种可对目标物进行三维定位及显示的光电瞄准器，所述瞄准器包括一壳体，所述壳体定义了一容纳空间，所述容纳空间包括视场获取单元、测距单元、显示单元和瞄准电路单元，所述瞄准瞄准器能够将视场获取单元所获取的光学图像在显示单元上显示，并对弹着点进行精准预测，以便于用户进行调校和射击。

进一步地，所述瞄准器还包括一测距仪、一传感器单元及一定位装置，所述测距仪测量目标物到瞄准器的距离，所述传感器单元包括一三轴加速度传感器及一三轴磁场传感器，所述三轴加速度传感器及三轴磁场传感器分别用于测量所述瞄准器的竖直仰角及水平偏移角，所述定位装置可为一GPS定位装置，实现对瞄准器的定位，及具体的经度及纬度；

进一步地，所述瞄准电路的控制单元内设置有一三维定位单元及三维图像创建单元，所述三维定位单元创建一三维坐标系及一电子地图，通过所述三维坐标系确定瞄准器及目标物所在三维坐标上的位置，所述电子地图具有瞄准器的坐标值，通过将三维坐标系加载到电子地图上，获得目标物在电子地图上的所在点及相应的坐标值；

进一步地，所述三维图像创建单元将三维电子地图创建为可实现动态显示的三维图像，通过显示单元来显示；

进一步地，所述视场获取单元及测距单元固定在壳体的容纳空间内，所述测距单元包括一信号发射端及一信号接收端，所述视场获取单元包括光学图像获取端，所述信号发射端、信号接收端及光学图像获取端均设置在壳体前端处，并所述信号发射端与信号接收端对称分布于所述光学图像获取端上侧，所述光学图像获取端所组成的平面与枪支的垂直面成一定角度。

进一步地，所述信号发射端及与信号接收端均凸出于光学图像获取端；所述信号发射端及与信号接收端位于光学图像获取端上端或下端；所述壳体前端还设有保护单元。

进一步地，所述瞄准器还包括三个视场调节单元(显示单元上，按键和设置在壳体上的按键)。

进一步地，所述壳体后端处设有显示单元，所述壳体的容纳空间内设有瞄准电路单元及电池组件(电源)，所述视场获取单元与显示单元通过瞄准电路单元连接，所述传感器单元还包括风速风向传感器、地磁传感器、温度传感器、气压传感器、湿度传感器、振动传感器等，其中所述三轴加速度传感器及三轴加速度传感器为本发发明的光电瞄准器所必要的，其他传感器为具有可选择性应用；所述电池组件对瞄准器内的用电单元进行供电。

进一步地，所述壳体上设有按键单元，所述按键单元包括外置按键组件及插口组件，所述外置按键组件设置在便于用户使用、触按的位置处，所述插口组件通过外接线连接外接按键组件，所述外接按键组件连接有固定卡件，通过固定卡件固定在枪管或枪支便于用户触按位置处，所述按键单元均连接在瞄准电路单元上。

进一步地，所述瞄准电路单元包括接口板及核心板，所述视场获取单元的视场驱动电路、测距单元中的测距控制电路、按键单元的按键控制电路、及电池组件的电池控制电路均通过接口板连接在核心板上，所述显示单元的显示驱动电路连接在核心板上。

进一步地，所述内存卡内设置有子弹信息数据库及两个弹道计算模型系统；用户可根据传感器的设置选择这两种弹道模型，所述弹道模型分别为外弹道六自由度刚度模型或低伸弹道模型。

进一步地，所述本发明还提供一种瞄准器射击过程中，为了实现准确射击的调校方法，所述该调校方法应用于上述实施例中的瞄准器，所述调校方法为：在瞄准器的视场内设定一目标靶，通过瞄准器的测距单元测得瞄准器到目标靶的距离；在通过按键单元调取一平面坐标加载在显示单元上，应用坐标中心进行瞄准；观察显示单元的视场，控制枪支，将坐标中心与目标靶对准；对准后，发射第一颗子弹，在目标靶上获得第一弹着点，所述显示单元截取具有第一弹着点的图像；并调整瞄准器显示屏的视场，使得平面坐标的中心与第一弹着点重合；完成调校。

进一步地，所述上述调校方法，还可能包括在第一次射击调校前，增加模拟调校，所述模拟调校通过上述的弹道模型，模拟出弹着点。

进一步地，所述上述调校方法，还可能包括在第一次射击调校后，增加第二次射击调校，提高的调校的精准度。

结合附图，在以下对本发明各种实施例的详细描述中，将更详细地描述本发明的特征。

附图说明

图1为本发明实施例中瞄准器的外观结构示意图；

图2为本发明实施例中瞄准器中三维定位单元创建O-XYZ三维坐标系示意图；

图3为本发明实施例中瞄准器中三维定位单元创建的三维电子地图示意图；

图4为本发明实施例中O-XYZ三维坐标系与三维电子地图叠加后的示意图；

图5为本发明实施例中O-XYZ三维坐标系与三维电子地图叠加后的俯视图；

图6为本发明实施例中O-XYZ三维坐标系与三维电子地图叠加后的侧视图；

图7为本发明实施例中瞄准器的壳体前端示意图；

图8为本发明实施例中瞄准器的结构剖视图；

图9为本发明实施例中瞄准器的系统框图；

图10为本发明实施例中瞄准器的传感器单元结构示意图；

图11为本发明实施例中瞄准器的视场获取存储及反馈控制的系统示意图；

图12为本发明实施例中瞄准器应用外弹道六自由度刚度模型对两种弹丸进行的弹道模拟对比示意图；

图13为本发明实施例中瞄准器调校方法中调校前的显示屏示意图；

图14为本发明实施例中瞄准器调校方法中具有第一弹着点的显示屏示意图；

图15为本发明实施例图14的局部放大图；

图16为本发明实施例中瞄准器调校方法中第一次射击调校后的显示屏示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。

本发明所提出的一种可对目标物进行三维定位及显示的光电瞄准器，所述该光电瞄准器可安装在多种类型的猎枪上，例如来复枪等，所述的光电瞄准器还可能被安装在手枪、气枪或者其他小型枪械上。本发明的光电瞄准器在安装于枪支时，通过安装器进行安装，可牢固稳定地安装在枪支的安装轨道或接纳装置上，所述安装器为已知种类的技术，本发明所采用的安装器可适应于不同枪支的安装轨道或接纳装置，具体可通过安装器上自身的调节机构实现对不同安装轨道或接纳装置的适应，在安装完成后，应用枪支与瞄准镜的校准方法或校准设备，对光电瞄准器及枪支进行校准。

如图1所示，为本发明实施例中提出的一种可对目标物进行三维定位及显示的光电瞄准器结构示意图，所述光电瞄准器包括一壳体1，所述壳体1的外部大小决定了整个光电瞄准器的尺寸大小，同时壳体1的内部空间决定了光电瞄准器内部电路的尺寸，所述壳体前端3安装一视场获取单元31，所述壳体后端2安装一显示单元21，所述壳体1内部安装连接视场获取单元31及显示单元21的瞄准电路单元，所述视场获取单元31可为一体化摄像装置，用于获取瞄准视场内的图像信息，所述图像信息中包括目标物，所述显示单元21可为一触摸显示屏，用于显示视场获取单元31所采集的图像信息及分化，所述分化中心始终处于显示单元21的显示屏正中心位置，将分化中心与所述图像信息中的目标物对准，实现瞄准，所述瞄准电路单元设置有控制单元，并所述瞄准电路将视场获取单元31采集的图像信息发送至显示单元21进行显示。

所述瞄准器还包括一测距仪、一传感器单元及一定位装置，所述测距仪测量目标物到瞄准器的距离，所述传感器单元包括一三轴加速度传感器及一三轴磁场传感器，所述三轴加速度传感器用于测量所述瞄准器的竖直仰角，所述三轴磁场传感器用于测量瞄准器的水平方向偏移角，所述定位装置可为一GPS定位装置，实现对瞄准器的定位，及具体的经度及纬度，本发明的定位装置未被包含于传感器单元中，便于对传感器及定位装置的理解。

所述瞄准电路单元连接一内存卡，所述内存卡内设置有三维电子地图母库；瞄准电路的控制单元设置有一三维定位单元及三维图像创建单元，所述三维定位单元对目标物在一三维坐标系上进行定位，并将目标物及瞄准器显示标注在三维坐标上，调用内存卡内的三维电子地图母库创建光电瞄准器所在区域的三维电子地图，将三维坐标系加载到三维电子地图上，实现对目标物的三维定位，所述三维图像创建单元将已创建的具有目标物及瞄准器的三维电子地图生成图像，并将图像显示在显示单元上，便于用户观看使用，在图像上直观的寻找最佳射击位置。

如图2所示，所述三维定位单元创建一O-XYZ三维坐标系9，并所述O-XYZ三维坐标系9中心点为瞄准器视场获取单元的视场获取端中心O，所述O-XYZ三维坐标系的Z轴的方向与重力方向平行，且以背离地心方向为正方向；所述O-XYZ三维坐标系的Y坐标轴的垂直于重力方向，并与瞄准器视场获取单元的瞄准方向处于同一平面上，以沿着瞄准器视场获取单元所瞄准的方向为正方向；所述O-XYZ三维坐标系的X坐标轴垂直于O-YZ平面，可确定一方向所述X坐标轴的正方向，满足右手螺旋法则即可。

随后进行瞄准，在瞄准的过程中确定目标物7，通过瞄准器6的测距仪获得目标物到达瞄准器的距离L，通过瞄准器6的三轴加速度传感器及三轴磁场传感器获得瞄准器6的水平偏移角α及竖直仰角β，所述竖直仰角β为相对于O-XYZ三维坐标系中的O-XY平面的仰角,通过上述的距离L、水平偏移角α及竖直仰角β,确定目标物7的坐标为(0,Lcosβ,Lsinβ)。

如图3、4所示，所述三维定位单元获取定位装置所测得的瞄准器6的位置信息，具体为相应的经纬度值(N₁,E₁)，同时调取在三维电子地图母库中该经纬度(N₁,E₁)下的场景数据，经过组合和压缩处理后，得到三维电子地图，将电子瞄准器6所在的位置(N₁,E₁)在三维电子地图8上标注O₁，及将O-XYZ三维坐标系9的O点与三维电子地图8上的O₁重合加载，根据水平偏移角α，对O-XYZ三维坐标系9进行旋转，旋转后所述目标物7的坐标对应落在三维电子地图8上的点I，并通过三维电子地图8可获得点I的经纬度值(N₂,E₂)，实现对目标物7的三维定位，该目标物7不仅具有经纬度值，同时还具有与瞄准器6的相对高度值Lsinβ，因此能够将目标物7的详细位置信息显示透彻，便于用户使用，及实现协助射击，同时该瞄准器还能显示具有瞄准器自身的详细位置信息。

其中上述三维电子地图母库内包含有相应地区的场景数据，所述该场景数据的制作包括如下步骤：

1、将航空拍摄图片或者卫星拍摄图片制成大比例尺的场景图；

所述的大比例尺为1：1000米级别的比例尺；

2、以用户所在位置附近城市的中心点作为相对高度基准点，并将高度值设为0米；

3、以相对高度基准点为原点，外业通过实地测绘作业的方式采集场景的地势结构、地势结构的长度、宽度、高度、及相对高度基准点间的相对高度，生成相对高度值序列阵列，该序列阵列中的每个高度值为采集点处的相对高度；

所述实地采集测绘的作业间隔区间长度为100米-1000米，可根据具体情况做出实际调整；

4、将包含有相对高度值及三个纬度的场景数据存储在三维电子地图母库中；

所述三位纬度为地势结构的长度、宽度及高度，所述相对高度为地势结构的基础与基准点的相对高度。

所述三维图像创建单元将上述得到的三维电子地图8模型创建成可实现动态显示的三维图像，并通过显示单元进行显示，所述三维图像创建单元在创建可实现动态显示的三维图像包括以下步骤：

1、对三维电子地图进行参数化设置，具体为将三维电子地图的的每一个点标注上一对应空间坐标，完成整个三维电子地图模型转换为参数表示，所述的参数具有动态属性；

2、对三维电子地图设置一旋转轴，所述旋转轴具有角度动态属性；

3、显示参数化设置后的三维电子地图，自动识别所设置的参数，将参数解析并显示为动态属性，并关联用于驱动所述三维电子地图进行动态显示的外部驱动源；

所述外部驱动源，具体可为一种符合显示识别模块定义的接口标准的动态连接库，本实施例中所述动态连接库关联所述触摸显示屏，动态属性设置有关联接口，选择需要关联的驱动源及该驱动源下的变量，为动态属性关联可识别的变量，所述的变量为外部设备的变量；具体为用户通过触摸显示单元产生变量，所述三维电子地图根据变量进行转动或其他动态变化。

4、驱动三维电子地图随着所述外部驱动源数据的变化而动态变化，具体为操作触摸显示屏，通过动态连接库实现对三维电子地图的动态变化操作，完成动态显示。

如图5、6所示，所述三维图像创建单元将三维电子地图动态的显示在显示单元上，并用户可通过显示单元对所显示的三维电子地图进行旋转，有利于用户观察整个瞄准射击的场地及环境，在当射击位置及环境不利的情况时，根据动态显示的三维电子地图，寻找有利的射击位置，提高射击的舒适度，进而提高了射击的精准度，同时在战略意义上，能够宏观的观测到整个射击场地，对射击的成功率，有极大的有益效果。

本发明采用，首先创建一个关于瞄准器的三维坐标，将目标物显示在三维坐标上，随后，创建一个电子地图(电子地图内上有瞄准器及目标物)，将瞄准器的三维坐标叠加在电子地图上，这样目标物就可以出现在电子地图上了，同时电子地图包括地势，根据上述技术方案，本发明可实现将目标物和电子瞄准器同时显示在一个地图上，能实现快速建立地图，了解整个射击区域的地势的方式，同时，能将射击者的位置和目标物的位置换另一种视角表现，即以另一个角度来观察和分析，能使用户及时调整射击方案。

在一个实施例中所述视场获取单元31的镜头放大倍率可根据实际应用而进行选择性变化，本发明中采用的一体化摄像机为索尼制造的3-18X摄像机，但并不限于上述型号及倍率，所述一体化摄像机设置在光电瞄准器的最前端，同时一体化摄像机前端配有UV镜和镜头盖34，所述镜头盖34可实现270度翻转，将壳体前端完全覆盖，以保护镜头并方便清洁。

所述测距仪为激光测距仪，所述激光测距仪位于所述壳体1内部，所述激光测距仪为脉冲式激光测距仪，所述脉冲式激光测距仪测距原理是先求出激光在待测距离上往返所需要的时间，再将这个时间通过下式来算出待测的距离：

式中L表示待测的距离，c表示的是光速，t表示激光的飞行时间。

如图7所示，所述激光测距仪包括一激光发射端32及一激光接收端33，所述激光发射端32及激光接收端33均设置在壳体1前端，并对称分布在一体化摄像机的摄像头上侧，激光发射端32、激光接收端33及一体化摄像机的摄像头构成等边倒三角形或等腰倒三角形；所述激光发射端32及激光接收端33均凸出于所述壳体1的前端，并所述激光发射端32、激光接收端33与所述视场获取单元31的镜头存在的一定高度差，且所述激光发射端32及激光接收端33凸出于所述壳体前端3，这样的设计缩小了激光测距仪所占用的壳体内部空间，将所述激光发射端32及激光接收端33过长的部分凸出于壳体前端3外部，实现了壳体1内部空间的高度集成，使得光电瞄准器更加小型化，使得光电瞄准器更加灵活、轻便；另外，由于一般视场获取单元的物镜厚度要高于激光发射端和接收端的镜头厚度，此设计可以减小激光测距的误差。

在上述实施中提出的镜头盖34在覆盖视场获取单元的同时，也将激光测距仪的前端同时覆盖，保护激光测距仪不受伤害。

如图8所示，所述设置在壳体1内用于连接视场获取单元31及显示单元21的瞄准电路单元包括CPU核心板41及接口板42，所述接口板42与所述CPU核心板41连接，具体为CPU核心板41的输入输出通过接口板42底侧的串口实现连接，并所述CPU核心板41置于所述显示单元21显示屏相对于壳体1内部的一侧上，所述接口板42置于所述CPU核心板41相反于显示屏的一侧，所述显示屏、CPU核心板41及接口板42均相互平行设置，所述一体化摄像机及测距仪均分别通过接线连接在接口板42上，所述一体化摄像机获取的图像信息及测距仪获取的距离信息通过接口板42传送至CPU核心板41上，再经由所述CPU核心板41将所述信息显示在显示屏上；

所述CPU核心板41设置所述三维定位单元及三维图像创建单元。

所述CPU核心板41可通过接口板42连接内存卡，或直接连接内存卡，在本发明实施例中，在所述CPU核心板41顶部位置处设置内存卡槽，所述内存卡插接在内存卡槽中，所述内存卡内可存储信息，所述存储信息可被提供给CPU核心板41用于弹道方程的计算，所述内存卡也可以存储CPU核心板41发送的反馈信息。

在所述CPU核心板41顶部内存卡槽边侧还设置有一USB接口，通过所述USB接口可将CPU核心板41的信息输出或对CPU核心板41内设置的软件程序进行升级优化。

所述壳体1内还设有一电池仓12，所述电池仓12内设有一电池组件43，所述电池仓12内设置有滑道，便于所述电池组件43的插拔，所述电池仓12设置在壳体1内中部底侧，通过壳体1侧边可打开电池仓盖实现更换电池组件43，为了防止同一型号的电池大小有细微偏差，在电池仓盖内侧设置一层海绵(或是泡沫、泡沫棉)，所述电池仓盖内侧设置的海绵结构还可以防止枪射击的震动产生的电池不稳情况。所述电池组件43上侧设有电池电路板，所述电池组件43通过电池电路板对光电瞄准器各个元器件进行供电，同时所述电池电路板通过接口板42与所述CPU核心板41连接。在一个实施例中，所述电池组件43具体采用电压为7.2-7.4V；容量为3900-5700mAh；电功为28.08Wh-42.2Wh；重量为100-152g。

如图9、10所示，所述传感器单元还包括除了三轴加速度传感器及三轴磁场传感器的其他传感器组，所述其他传感器组包括风速风向传感器、气压传感器、湿度传感器中的全部或者几种的组合(可根据选择的弹道方程来获取不同的传感器数据)，其中所述三轴加速度传感器及三轴加速度传感器为本发发明的光电瞄准器所必要的，其他传感器为具有可选择性应用，在一实施例中，其中地磁传感器集成在CPU核心板41上，所述地磁传感器为三轴磁力计MAG3110，所述风速风向传感器外设于光电瞄准器，并连接在接口板42上，其他所述温度传感器、气压传感器及湿度传感器可集成在CPU核心板上或通过接口板42连接于所述CPU核心板上，上述传感器均采用IIC(或者写为I2C、I²C)接口。

所述壳体1外侧靠近显示单元21的一侧设有外置按键，所述外置按键通过壳体1内侧的按键控制板连接在接口板42上，通过触按所述外置按键可实现对显示单元21上的信息进行控制、选取及修改，所述外置按键具体位置在靠近显示单元5-10cm处。

并所述外置按键具体置于显示单元的右侧，所述外置按键的具体设置位置并不仅限于上述位置，但需设置在便于用户使用、触按的位置，用户通过外置按键控制CPU核心板41，所述CPU核心板41驱动显示屏实现显示，所述外置按键可控制在显示单元显示的观察区域中选择一个射击目标、或控制光电瞄准器启动激光测距仪、或控制光电瞄准器的摄像单元调整瞄准镜焦距等。

在另一实施例中，所述外置按键的按键控制板可能设有无线连接单元，通过无线连接单元连接外设装置，所述外设装置包括智能手机、平板电脑等，进而通过外设装置加载程序，可控制在显示单元显示的观察区域中选择一个射击目标、或控制光电瞄准器启动激光测距仪、或控制光电瞄准器的摄像单元调整瞄准镜焦距等；

所述壳体1外侧还设置有一外接插口槽111，所述外接插口槽111置于壳体内侧的部分与所述按键控制板连接，所述外接插口槽111置于壳体外侧的部分与外接线112连接，所述外接线112连接外接按键113，用户通过所述外接按键113可控制在显示单元2显示的观察区域中选择一个射击目标、或控制光电瞄准器启动激光测距仪、或控制光电瞄准器的摄像单元调整瞄准镜焦距等。

所述外接线112还可连接其他操作设备、或辅助射击设备、或视频显示设备、或通过外接线112将信息及视频传输，所述其他操作设备包括外界控制按键、智能手机、平板电脑等；所述外接线112一端插接在外接插口槽111内，另一端设有一“U”型卡件，通过所述“U”型卡件，卡接在枪管上，实现将外接线112固定，避免影响射击，在一个实施例中，可能通过外接线112连接的操作设备在观察区域中选择一个目标、启动激光测距仪、或调整瞄准镜焦距等，“U”型卡件为无支架的枪支提供了简便的变焦对焦操作。

所述显示单元21为LCD显示屏，可在LCD显示屏上实现触摸操作，所述显示屏大小可根据实际需求而定，本发明中采用的显示屏大小为3.5寸；在一个实施例中，所述LCD显示屏分辨率为320*480，工作温度为-20±70度，背光电压为3.3v，液晶屏与CPU接口电压为1.8v，触摸屏为电容式触摸屏。

如图11所示，所述显示屏上显示的十字分划线(准星)与视场获取单元采集的视频信息相互叠加，通过十字分划线用于瞄准射击，同时在显示屏上还显示用于辅助射击的、由上述各种传感器传输的辅助射击信息及工作指示信息；所述辅助射击信息包括环境信息、距离信息及角度信息；所述环境信息包括风速数据、温度数据、气压数据及磁场数据，所述风速数据置于显示屏上侧一端处，所述磁场数据置于显示屏下侧中部，所述温度数据及气压数据置于显示屏上侧另一端处；所述距离信息置于温度数据及气压数据上侧；所述角度信息包括高低角数据，及方位角数据，所述高低角数据置于风速数据下侧，所述方位角数据置于显示屏上侧中部。所述工作指示信息包括电池电量信息、无线信号信息、剩余录制时间、倍率信息、切换键及菜单键；所述电池电量信息置于所述高低角数据下侧，所述剩余录制时间、倍率信息及无线信号信息依次设置在温度数据下侧，所述切换键及菜单键分别置于显示屏下侧两端。

上述实施例中的辅助射击的信息，其部分被应用于弹道公式中，部分被用于显示提醒用户。所述光电瞄准器还可能包含一个或多个端口、无线收发单元，所述一个或多个端口、无线收发单元可能与智能手机或其他终端设备通过有线或无线连接进行通信。

所述其他信息包括wifi信号、电池、状态切换键、菜单按键、剩余录像时间、录像按键及当前倍数。本发明所提出的LCD显示屏可实现昼/夜工作模式的切换，所述夜工作模式通过红外补光实现。

所述光电瞄准器还可能包括一无线传输模块，所述无线传输模块通过无线连接方式连接一外置设备，所述无线传输模块将显示屏上所显示的分划、图像及信息同步显示到外置设备上；所述无线连接方式为wifi连接或其他无线网络连接，但不仅限于上述连接方式，所述外置设备为智能手机或其他智能终端设备等。

在上述光电瞄准器的结构基础上，其CPU核心板41连接有一内存卡，所述内存卡内设置有子弹信息数据库、及两个弹道计算模型系统；用户可根据传感器的设置选择这两种弹道模型中的一种，所述弹道模型分别为外弹道六自由度刚度模型或低伸弹道模型，通过两种弹道模型实现光电瞄准系统精准定位。

为准确预测弹着点的位置，根据各个传感器所采集的数据，以及存储器中存储的子弹数据，采用外弹道六自由度刚体模型对弹着点进行预测。

弹丸在空中飞行时，作用于弹丸的力和力矩主要是地球的作用力和空气动力，通常可以将弹丸的运动分解为质心运动和围绕质心运动(绕心运动)两部分，分别由动量定律和动量矩定律描述。

所述的六自由度刚体弹道模型，空间运动的弹丸被看成是刚体，考虑弹丸质心的三个自由度以及绕质心转动的三个自由度，考虑全部的作用在弹丸上的力和力矩。

在上述模型中，需要输入的参数的量包括1)大气条件：风速风向、气温、气压、湿度；2)射击位置：射击点的经纬度和高程坐标；3)射击条件：子弹出口的初始速度大小和方向，其中方向用枪管的高低角和方位角表示；3)弹目距离：通过激光测距仪获得；4)子弹的数据(存储在数据库中)：弹丸的质量，弹丸的截面积，弹丸质量偏心(或转动惯量)，阻力系数等。

图12是分别对M16233Rem,55g,PSP弹丸和AK47(7.62×39mm)，125g，PSP弹丸进行仿真计算，仿真仅进行垂向，暂时忽略侧向。环境假设条件：弹目距离200m，射高0.001m，高度500m，温度50华氏度。从图中可以看出，为命中同一距离目标，二者的初始射高不同，通过依据气象测量的约束条件，解算出所需的射高和射向，可以调整使其命中某一特定距离上的目标。

六自由度模型考虑的因素的较全，在实际应用中，可以根据传感器的不同的组合对模型进行简化。

在另一种情况下，如果风力风速不大时，横风的作用力很小，则考虑采用低伸弹道模型(低伸模型可以在不设置风速风力传感器时使用，气温、气压也可以不考虑或者以标准气象值计)。

在低伸弹道模型中，可认为弹丸在空气中的运动主要受到重力和空气阻力的影响。其中空气阻力是有弹丸相对空气运动产生的，主要的影响因素有：空气特性(气温、密度、粘性等)，弹丸特性(形状、大小、重量等)，相对运动的特性(相对速度、弹轴方位等)。

空气阻力R的一般表达式为：

其中，R为空气阻力，

ρ空气密度，单位kg·s²/m⁴

为弹丸定心部横断面积，单位m²，d为弹径，单位m

v为弹丸相对空气的速度，单位m/s

a为音速，表示了空气的可压缩性，单位m/s

为阻力系数，无量纲，它是马赫数的函数。在上式中C_x0表示弹轴与速度的方向夹角(称为攻角或章动角)为0。弹丸所受的阻力和重力那么弹丸受合力为：

以时间t为自变量，建立弹丸的质心运动方程：

X轴方向：

Y轴方向为：

且有：

空气阻力加速度为J，初始条件：t＝0时满足，u＝u₀＝v₀cosθ₀，w＝w₀＝v₀sinθ₀，x＝y＝0，θ₀为初始射击高低角。

上述公式为直角坐标系下的方程，通过坐标转换，可以换算到其他坐标系下。

在空气下的弹道位置(x，y，t)由弹道系数c、弹丸相对于空气的速度v、射击高低角θ确定：

其中弹道系数c反应的是弹丸特征，H(y)反应空气特性与高度y之间的关系，F(v),vG(v)反应相对运动特性对弹丸运动的影响。

在射击过程中，可能存在一些影响物(被风吹动的小草)遮挡住被瞄准物，进而影响获取的距离数据的准确性，因此在一个实施例中，所述光电瞄准器的激光测距仪可能具有手动模式，所述手动模式具体为在显示单元上选取被测距的目标物，所述显示单元将目标物反馈给控制单元，所述控制单元对目标物设置标记，并控制激光测距仪对标记后的目标物进行测距，仅读取被标记的目标物的距离值，通过上述手动模式的测距，可准确的测定被瞄准物的距离值，避免了其他影响物的干扰，本实施例中的控制单元为CPU核心板，或其他具有独立数据处理能力的单元、组件。

本发明还提供一种光电瞄准器在射击过程中，为了实现准确射击的调校方法，所述该调校方法应用于上述实施例中的光电瞄准器，所述调校方法包括自动模拟调校和手动调校。

所述自动模拟调校包括以下步骤：

1、在光电瞄准器的视场内设定一目标靶；

2、在通过上述的弹道模型之一，模拟出模拟弹着点；

当应用外弹道六自由度刚体模型进行模拟弹着点时，采集测距仪的信息、多个传感器的环境信息及角度信息、及内存卡中存储的子弹的相关数据，模拟出弹着点；

当应用低伸弹道模型进行模拟弹着点时，在标准气象条件下，空气密度函数为1，音速为常数，阻力系数为弹速的函数，模拟出弹着点；

3、观察光电瞄准器显示屏的视场，调整分划，将显示屏上的分划与模拟弹着点重合；

4、完成自动模拟调校。

如图13-图16所示，所述手动调校包括以下步骤：

1、在光电瞄准器的视场5内设定一目标靶51，通过光电瞄准器的激光测距仪测得光电瞄准器到目标靶51的距离；

2、在通过外部按键调取一平面坐标52，将平面坐标52加载在显示屏幕上，所述平面坐标52的坐标中心53与分划中心重合；

3、观察光电瞄准器显示屏的视场5，通过调整枪支，将平面坐标52的坐标中心53与视场内的目标靶对准重合；

4、对准重合后，发射第一颗子弹，在目标靶上获得第一弹着点54，所述显示屏截取具有第一弹着点54的图像；

5、记录第一弹着点在平面坐标的横坐标及竖坐标的数值，例如为x₁、y₁，并调整光电瞄准器显示屏的视场，横坐标方向移动-x₁；竖坐标方向移动-y₁，使得平面坐标52的坐标中心53与第一弹着点重合；

6、完成调校。

在上述实施例的第一调校射击之前，经常会出现第一次射击偏移过大，弹着点未落入视场内的目标靶上，因此为了避免上述情况发生，本发明的一个实施例中提出，通过上述实施例中的弹道模型，对步骤1中的视场内的目标靶进行模拟射击，找到模拟弹着点，随后，根据模拟弹着点进行自动模拟调校，随后可能选择进行第一次射击调校，这样可有效保证第一次射击的弹着点落在目标靶上。

本实施例提供的调校方法，核心控制器实时接收传感器采集的环境值、激光测距装置测得的瞄准器到被瞄准物的距离及存储器提供的子弹信息，弹道模型根据实时变化的环境值、连续非离散的距离信息及子弹信息计算出子弹的弹道曲线，获得模拟的弹着点，并实时地应用计算的弹着点确立并调节分划，实现光电瞄准器瞄准任意连续非离散的距离、任意环境下的瞄准物时，均可实时地根据弹道曲线计算模型对分划进行实时调节，使分划中心接近实际弹着点，达到无极分划的效果。

在一个实施例中，在第一次调校射击完成后，为进一步提高精准度，可能会进行第二次射击调校，具体包括以下步骤：

步骤1-5与上述实施例相同，再次将不再赘述；

6、进行第二次射击，发射第二颗子弹，在目标靶上获得第二弹着点，所述显示屏截取具有第一弹着点、第二弹着点的图像；

7、记录第二弹着点在平面坐标的横坐标及竖坐标的数值，例如为x₂、y₂，并调整光电瞄准器显示屏的视场，横坐标方向移动-x₂；竖坐标方向移动-y₂，使得平面坐标的中心与第二弹着点重合；

8、完成调校

在一个实施例中，所述显示屏通过获得CPU核心板发送的指令信号，进行截取图像，所述内存卡缓存有多种型号、多种枪支射击子弹时候产生的振动参数，所述振动参数可能包括振动频率、振动幅度、振动时长，所述CPU核心板可能连接一获取振动参数的传感器，所述该传感器为已知技术种类的振动传感器，通过将获取的振动参数与内存卡缓存的振动参数进行匹配，若匹配成功了，则确认为射击振动，然后核心控制板向显示屏发送截屏指令信号，控制显示屏截屏。

本发明提供的调校方法，通过具体射击进行将分划与弹着点重合，实现了在当前环境值下的准确校准，所述调校方法与本发明的三维定位的光电瞄准器可结合使用。

Claims (7)

1.一种可对目标物进行三维定位及显示的光电瞄准器，其特征在于，所述光电瞄准器包括：

一视场获取单元，获取瞄准视场内的图像信息；

一测距单元，测量目标物到光电瞄准器的距离；

一传感器单元，所述传感器单元包括一三轴加速度传感器及一三轴磁场传感器，所述三轴加速度传感器及三轴磁场传感器确定目标物在瞄准视场内的方向；

一定位装置，对所述光电瞄准器进行定位；

一瞄准电路单元，将视场获取单元的图像信息传送至显示单元，并创建同时具有光电瞄准器及目标物的电子地图，并将所述电子地图发送至显示单元进行动态显示；所述瞄准电路单元设置有一三维定位单元及一三维图像创建单元;所述三维定位单元创建一O-XYZ三维坐标系，所述O-XYZ三维坐标系中心点为瞄准器视场获取单元的视场获取端中心，通过测距单元获得的距离信息及三轴加速度传感器及三轴磁场传感器获得的角度信息确定目标物在O-XYZ三维坐标系的位置；所述O-XYZ三维坐标系的Z轴的方向与重力方向平行，以背离地心方向为正方向；所述O-XYZ三维坐标系的Y坐标轴的垂直于重力方向，并与所述瞄准器视场获取单元的瞄准方向处于同一平面上，以沿着所述瞄准器视场获取单元所瞄准的方向为正方向；所述O-XYZ三维坐标系的X坐标轴垂直于O-YZ平面；

一显示单元，显示分划、视场获取单元获取的图像信息及动态显示电子地图；

一电源，对所述光电瞄准器进行供电；

所述瞄准电路单元连接一内存卡，所述内存卡设置有三维电子地图母库，所述三维定位单元调用光电瞄准器所处坐标下的场景数据，创建三维电子地图，将具有目标物及光电瞄准器的O-XYZ三维坐标系加载到所述三维电子地图上，并获得目标物在该坐标系下的坐标；

所述三维电子地图母库内包含有不同地区的场景数据，该场景数据的制作包括如下步骤：

A）将航空拍摄图片或者卫星拍摄图片制成大比例尺的场景图；

所述的大比例尺为1：1000米级别的比例尺；

B）以用户所在位置附近城市的中心点作为相对高度基准点，并将高度值设为0米；

C）以相对高度基准点为原点，通过实地测绘作业的方式采集场景的地势结构的高度、长度及宽度、相对高度基准点间的高度，生成相对高度值序列阵列，该序列阵列中的每个高度值为采集点处的相对高度；

实地采集测绘的作业间隔区间长度为100米-1000米，可根据具体情况做出实际调整；

D）将包含有相对高度值及三个纬度的场景数据存储在三维电子地图母库中；所述三个纬度为场景数据中地势结构的高度、宽度、长度。

2.根据权利要求1所述的一种可对目标物进行三维定位及显示的光电瞄准器，其特征在于，所述传感器单元还包括除了三轴加速度传感器及三轴磁场传感器之外的其他传感器组，所述其他传感器组包括风速风向传感器、温度传感器、气压传感器、湿度传感器中的全部或者几种的组合；

所述光电瞄准器还包括一无线传输模块，所述无线传输模块通过无线连接方式连接一外置设备，所述无线传输模块将显示单元上所显示的分划、图像及信息，同步显示到外置设备上；

所述无线连接方式为wifi连接或其它无线网络连接方式，所述外置设备为智能手机或其他智能终端设备。

3.根据权利要求1所述的一种可对目标物进行三维定位及显示的光电瞄准器，其特征在于，所述三维图像创建单元将所述的三维电子地图创建成可实现动态显示的三维图像，并通过显示单元进行显示，所述三维图像创建单元在创建可实现动态显示的三维图像包括以下步骤：

A）对三维电子地图进行参数化设置，具体为将三维电子地图的的每一个点标注上一对应空间坐标，完成将整个三维电子地图模型转换为参数表示，所述的参数具有坐标动态属性；

B）对三维电子地图设置一旋转轴，所述旋转轴具有角度动态属性；

C）显示参数化设置后的三维电子地图，自动识别所设置的参数，将参数解析并显示为动态属性，并关联用于驱动所述三维电子地图进行动态显示的外部驱动源；

D）驱动三维电子地图随着所述外部驱动源数据的变化而动态变化，具体为操作触摸显示屏，通过动态连接库实现对三维电子地图的动态变化操作，完成动态显示；

所述外部驱动源为符合显示单元定义的接口标准的动态连接库，所述动态连接库关联所述显示单元，动态属性设置有关联接口，选择需要关联的驱动源及该驱动源下的变量，为动态属性关联可识别的变量，所述变量为显示单元提供的变量。

4.根据权利要求1所述的一种可对目标物进行三维定位及显示的光电瞄准器，其特征在于，所述光电瞄准器还包括一壳体，所述壳体整体为可拆卸结构，所述壳体内侧为一容纳空间，所述视场获取单元、显示单元、电源、测距单元、传感器单元、定位装置及瞄准电路单元均设置在同一容纳空间内；所述壳体前端设有保护单元，所述保护单元扣合在壳体前端上；

所述测距单元包括一信号发射端、一信号接收端；所述视场获取单元包括一光学图像获取端，所述信号发射端、信号接收端及光学图像获取端均设置在壳体前端处，所述显示单元设置在壳体后端处；

所述信号发射端与信号接收端对称分布于所述光学图像获取端；所述信号发射端及与信号接收端均凸出于光学图像获取端；所述信号发射端、信号接收端及光学图像获取端所组成的平面与所述光电瞄准器的垂直面成一定角；

所述信号发射端及与信号接收端位于光学图像获取端上端或下端。

5.根据权利要求1所述的一种可对目标物进行三维定位及显示的光电瞄准器，其特征在于，所述光电瞄准器还包括三个视场调节单元，一视场调节单元设置在显示单元上、一个视场调节单元设置壳体上，另一视场调节单元连接在壳体上；

所述设置在显示单元上的视场调节单元通过触摸显示屏实现对视场的调节，所述设置在壳体上的视场调节单元包括外置按键，所述连接在壳体上的视场调节单元包括一外接插口槽、一外接线及一或多个外接按键，所述外接按键均通过外接线连接在外接插口槽上；

所述外接线一端连接在外接插口槽上，另一端包括一个或多个端部分支，每一个端部分支连接一外接按键；

所述外接线上固定或滑动设置一固定卡件的一端，所述固定卡件的另一端固定在枪械上或其他固定处；

所述固定卡件为“U”型卡件；

所述显示单元上还显示辅助射击信息及工作指示信息，所述信息的种类和排列方式根据用户的需要进行设定；所述辅助射击信息包括环境信息、距离信息、水平角度信息及竖直角度信息；

其中所述环境信息包括风速数据、温度数据、气压数据及磁场数据；所述角度信息包括高低角数据，及方位角数据；

所述工作指示信息包括电池电量信息、无线信号信息、剩余录制时间、倍率信息、切换键及菜单键。

6.根据权利要求2所述的一种可对目标物进行三维定位及显示的光电瞄准器，其特征在于，所述瞄准电路单元包括接口板及核心板，所述核心板上设置有一控制单元，所述控制单元包括所述三维定位单元及三维图像创建单元，所述视场获取单元的视场驱动电路、测距单元中的测距控制电路、传感器单元的输出端、按键单元的按键控制电路及电池组件的电池控制电路均通过接口板连接在核心板上，所述显示单元的显示驱动电路连接在核心板上；

内存卡设置在所述核心板上，所述内存卡内还设置有子弹信息数据库及两个弹道计算模型系统；所述控制单元还包括弹道模型计算单元，用户可根据传感器的设置选择这两种弹道模型，所述弹道模型分别为外弹道六自由度刚度模型或低伸弹道模型；

所述外弹道六自由度刚度模型中输入的参数的量包括：

1）大气条件：风速风向、气温、气压、湿度；

2）射击位置：射击点的经纬度和高程坐标；

3）射击条件：子弹出口的初始速度大小和方向，其中方向用枪管的高低角和方位角表示；

4）弹目距离：通过所述测距单元获得；

5）子弹的数据：弹丸的质量，弹丸的截面积，弹丸质量偏心或转动惯量以及阻力系数，所述子弹的数据存储在所述子弹信息数据库中；

在所述低伸弹道模型中，在标准气象条件下，空气密度函数为1，音速为常数，阻力系数为弹速的函数。

7.一种光电瞄准器的调校方法，应用上述权利要求6所述的一种可对目标物进行三维定位及显示的光电瞄准器，其特征在于，所述方法为：在完成初始准备后，进行手动调校和/或进行自动模拟调校；

所述自动模拟调校为通过上述的弹道模型之一，模拟出弹着点，并将分划与模拟出的弹着点重合；

所述手动调校包括以下步骤：

A）在视场获取单元的视场内设定一目标靶，通过测距单元测得光电瞄准器到目标靶的距离；

B）在通过按键单元调取一平面坐标，将平面坐标加载在显示单元的显示屏上，应用坐标中心进行瞄准；

C）观察显示单元的视场，将坐标中心与视场内的目标靶对准；

D）对准重合后，发射第一颗子弹，在目标靶上获得第一弹着点，所述显示单元截取具有第一弹着点的图像；

E）记录第一弹着点在平面坐标的横坐标及竖坐标的数值，并根据坐标值调整光电瞄准器显示屏的视场，使平面坐标的中心与第一弹着点重合；

F）完成手动调校；

所述调校方法，还包括第二次射击调校步骤；所述第二次射击调校包括：

G）进行第二次射击，发射第二颗子弹，在目标靶上获得第二弹着点，所述显示屏截取具有第二弹着点的图像；

H）记录第二弹着点在平面坐标的横坐标及竖坐标的数值，并调整光电瞄准器显示屏的视场，使得平面坐标的中心与第二弹着点重合；

I）完成调校。