CN106546129B - 一种用于一体化精准光电瞄准系统的射向角拟合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于瞄准镜技术领域，具体涉及一种用于一体化精准光电瞄准系统的射向角拟合方法。本发明提出一种射击调校简单、瞄准迅速准确、适应任何环境因素、可最大程度减少传感器的使用、并可实现双眼瞄准的精准光电瞄准系统。本发明提供一种用于一体化精准光电瞄准系统的射向角拟合方法，所述系统包括视场获取单元、显示单元、测距单元和瞄准电路单元；所述瞄准电路单元设置内存卡，所述内存卡中包括射向角拟合方法，应用所述一体化精准光电瞄准系统实现在任何环境下的精准射击。
Description
技术领域
本发明属于瞄准镜技术领域，具体涉及一种用于一体化精准光电瞄准系统的射向角拟合方法。
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。
应用上述两种传统的瞄准器，在安装瞄准器具后，应用于瞄准射击时，确保要准确的瞄准姿势及结合长期的射击经验，才可完成准确的射击，然而对于射击初学者，瞄准的姿势不正确以及不具有丰富的射击经验，均会影响其射击的准确性。
传统意义的两种瞄准器在射击的过程中，需要多次调校分划及弹着点，使弹着点与分划中心重合，在校准弹着点和分划中心重合的过程中，均需要多次调节旋钮，或是进行其他机械性的调整；使用旋钮及对瞄准器进行机械性的调整，频繁使用瞄准器后会对旋钮及瞄准器的其他部件产生磨损，从而导致无法量化的偏差，影响瞄准器的使用。
大型的复杂光电瞄准系统应用在户外进行射击时，由于环境因素，诸如地面不平整、障碍物影响较大、气候变化不定等，使得光电瞄准系统无法准确量化环境信息，因而无法满足复杂的弹道方程所需要的参数信息，因此需要多种多样的传感器，如风速风向传感器、温度传感器、湿度传感器等，因而大型的复杂光电瞄准系统需要携带很多传感器附件，在使用的环境中若不具备使用上述传感器的条件时，大型的复杂光电瞄准系统很难保证射击的准确性。
此时需要一种简单的无需各种环境因素参数的模型系统来替代需要多种环境参数的弹道模型系统。本发明从枪支自身的瞄准系统出发，结合物理科学及弹道科学，研究出一种适应各种环境并无需环境参数的射向角拟合方法，以实现光电瞄准系统的精准定位。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种射击调校简单、瞄准迅速准确、可人机交互、可适应任何环境因素、可最大程度减少传感器的使用、并可实现双眼瞄准的精准光电瞄准系统。
本发明提供一种用于一体化精准光电瞄准系统的射向角拟合方法，所述瞄准系统可方便地安装在各类枪械上，所述光电瞄准系统包括：一壳体，所述壳体整体为可拆卸结构，所述壳体内部为一容纳空间，所述容纳空间包括视场获取单元、显示单元、电源及瞄准电路单元；
所述射向角拟合方法，应用于所述光电瞄准系统，可适应任何环境因素、可最大程度减少传感器的使用，在考虑射向角的条件下用最少的调校次数实现精准射击。
进一步地，所述射向角拟合方法包括：基于射向角的偏差匹配拟合算法及基于射向角的补偿拟合算法。
进一步地，所述基于射向角的偏差匹配拟合算法为
1)计算出用户所使用枪支的枪管轴心与瞄准线之间的夹角α；
2)计算在射击距离M下用户所使用枪支的枪管轴心与瞄准镜光轴之间的夹角β；
3)计算出射击距离S下水平方向上的偏差及垂直方向上的偏差；
4)根据射击距离与数据库的匹配计算出拟合的偏差值。
进一步地，在所述偏差匹配拟合算法中：
步骤1)中计算用户所使用枪支的枪管轴心与瞄准线之间的夹角α的方法如下：
飞行轨迹可分解为水平方向的距离及垂直方向的距离；根据出厂内置的枪支瞄准参数表，匹配所用枪支型号，可以获取下列参数：照门高度H、瞄准准星高度H’、照门与瞄准准星的距离w1、瞄准准星与枪口的距离w2，则α可表示为
tanα＝(H-H')/W1
步骤2)中计算在射击距离M下用户所使用枪支的枪管轴心与瞄准镜光轴之间的夹角β的方法如下：
tanβ＝L/M
其中，L为射击距离M下目标物的水平方向距离；
步骤3)中计算出射击距离S下水平方向及垂直方向上的偏差的方法如下：
当用户选择不同的枪支类型时，瞄准系统可以根据枪支类型自动选择内置的枪支参数表中对应枪支型号的照门高度Hx、瞄准准星高度H’x、照门与瞄准准星之间的水平距离w1x，计算得出瞄准角αx；
Lx为射击距离Mx下目标物的距离，计算出距离不同距离Mx下的水平距离Lx为：
LX＝tanβ*Mx
在目标平面内形成固定的夹角θ，该夹角θ由安装误差决定，代表第1次射击弹着点在水平方向距离目标点的平均偏差，代表第1次射击弹着点在垂直方向距离目标点的平均偏差，计算出来的偏差平均值和因此可以得出
此时可以得出目标点与实际弹着点的水平方向上的偏差x和垂直方向上的偏差y：
x＝tanβ*sinθ*Mx
y＝tanβ*cosθ*Mx+((Hx‐H’x)/w1)*Mx
进一步地，所述基于射向角的偏差匹配拟合算法结合枪支射击参数表中内置的距离以及该距离下的照门高度、瞄准准星高度、瞄准准星与照门的水平距离，计算出各个定点距离下的x、y偏差值并存储数据库，在正常射击过程中，根据测量的射击距离，逐一匹配数据库，如果该距离与数据库中的某一定点距离相等，则直接读取偏差值，如果该距离S在两个定点射击距离Mp和Mq之间，则认为该距离S下的弹着点在p点与q点之间。可根据以下公式计算偏差：
xs＝(xq-xp)*(S-Mp)/(Mq-Mp)+xp
ys＝(yp-yq)*(S-Mp)/(Mq-Mp)+yp
其中，xp为弹着点在p点的水平方向的偏差，xq为弹着点在q点的水平方向的偏差，yp为弹着点在p点的垂直方向的偏差，yq为弹着点在q点的垂直方向的偏差。
进一步地，所述基于射向角的补偿拟合算法，前三个步骤与所述基于射向角的偏差匹配拟合算法对应步骤相同，第四个步骤是：根据两个射击距离对应的偏差值，结合重力偏差值，计算出任意距离下的弹着点；所述基于射向角的补偿拟合算法具体为：考虑了重力加速度的影响，从而更进一步的准确瞄准目标；在内置的枪支射击参数表中，选择最近距离点进行射击，然后得出水平方向及垂直方向的平均偏差，计算得出枪支射击参数表中的第二个距离的水平方向和垂直方向的偏差，将两个偏差值存储，结合重力偏差计算出任意距离下的弹着点。
进一步地，所述基于射向角的补偿拟合算法，第四个步骤如下所示：
当子弹飞行距离超过M2后，忽略环境因素的影响，水平方向的偏差主要由瞄准镜的安装误差所决定，因此可以认为水平方向的偏差计算呈线性关系；
飞行轨迹可分解为水平方向的距离及垂直方向的距离；设为水平方向的距离L1时的水平方向的偏差，为水平方向的距离L2时的水平方向的偏差，x3为子弹在目标点处的水平方向的距离为L3时拟合的待求水平方向的偏差，计算方法如下：
或
其中X_Coefficient为出厂前注入的内置横向调节系数；
设定子弹飞行水平方向的距离L3的垂直方向的偏差为y3，L3的垂直方向的偏差除了包含飞行距离L2后的实际落差外，还包含了水平方向的距离L2至距离L3的固有偏差以及叠加有重力加速度导致的落差，得出子弹飞行水平方向的距离L3后其垂直方向的偏差计算方法为
其中，y1为所求的水平方向的距离L1时的垂直方向的偏差，y2为水平方向的距离L2时的垂直方向的偏差，y3为水平方向的距离L3时的垂直方向的偏差，Y_Coefficient设备出厂前内置的纵向调节系数，H_Coefficient为设备出厂前内置的重力偏差调节系数，与当地的纬度等因素相关，S’为第二个校准点的实际距离，和分别为水平方向的距离L1和距离L2下的水平方向的偏差平均值。
进一步地，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；所述壳体前端设有保护单元，所述保护单元扣合在壳体前端上。
进一步地，所述光电瞄准系统还包括两个视场调节单元，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；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可以根据用户的需要进行设定。
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；
所述核心板可插入一内存卡，所述内存卡内设置有子弹信息数据库、枪支射击参数表及射向角拟合算法；用户可以根据所使用的枪支来调用枪支射击参数表获取对应枪支参数信息，用户可以根据使用的子弹来调用子弹信息数据库获取对应的子弹参数信息，用户可以通过采用射向角拟合方法实现光电瞄准系统精准定位。
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为本发明实施例中光电瞄准系统的外观结构图；
图2为本发明实施例中光电瞄准系统的另一外观结构图
图3为本发明实施例中光电瞄准系统的结构剖视图；
图4为本发明实施例中光电瞄准系统的壳体前端示意图；
图5为本发明实施例中光电瞄准系统的枪支自身瞄准参数对应关系示意图；
图6为本发明实施例中枪支的照门、瞄准线、枪膛延长线、目标物的连线构成对角三角形示意图；
图7为本发明实施例中光电瞄准系统的目标点、弹着点与枪管延长线组成的平面示意图；
图8为本发明实施例中光电瞄准系统的光轴中心、光轴在目标平面的交汇点、枪管轴心延长线上在目标平面的交汇构成直角三角形示意图；
图9为本发明实施例中光电瞄准系统的弹着点水平方向的偏差示意图；
图10为本发明实施例中光电瞄准系统的弹着点垂直方向的偏差示意图；
图11为本发明实施例中光电瞄准系统的子弹飞行轨迹示意图；
图12为本发明实施例中光电瞄准系统的水平方向偏差与目标距离之间的关系示意图；
图13为本发明实施例中光电瞄准系统的子弹从水平方向的距离L1飞行到水平方向的距离L2的过程中位置变化关系示意图；
图14为本发明实施例中光电瞄准系统的子弹从水平方向的距离L2处至水平方向的距离L3处的飞行过程位置变化关系示意图。
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用于一体化精准光电瞄准系统的射向角拟合方法，所述该光电瞄准系统可安装在多种类型的猎枪上，例如来复枪等，所述的光电瞄准系统还可能被安装在手枪、气枪或者其他小型枪械上。本发明的光电瞄准系统在安装于枪支时，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，对光电瞄准系统及枪支进行校准。
图1是本发明实施例中的光电瞄准系统的外部结构示意图，图2是本发明实施例中的光电瞄准系统的另一外部结构示意图。所述光电瞄准系统包括一个壳体1，所述该壳体1决定了光电瞄准系统的尺寸、及壳体1内部电路的尺寸大小，所述壳体1定义了一个具有容纳视场获取单元31、显示单元21、甚至更多种元器件的内部空间；同时所述壳体1包括一壳体前端3、及一壳体后端2，具体为，所述视场获取单元31安装在前端部分处，其视场获取单元31的视场获取端置于壳体前端3的内侧，所述视场获取单元31用于采集视场内的视频信息，所述显示单元21安装在壳体后端，所述显示单元21至少可以同时显示视场获取单元31采集的视频信息及用于瞄准的十字分划线；所述视场获取单元31的采集的视频信息通过设置在壳体内部的瞄准电路单元传送至显示单元。
本发明采用具有壳体前端、壳体后端的结构，并所述壳体前端、壳体后端均可实现单独替换，在光电瞄准系统的某一部件损坏时候，可通过对其相应所处的空间及壳体部分进行替换，实现修理光电瞄准系统，也可通过对其相应所处的空间及壳体部分进行拆卸，单独对损坏的部件进行替换，实现修理光电瞄准系统。
在其他实施例中，所述显示单元21可能同时显示视场获取单元31采集的视频信息、用于瞄准的十字分划线及用于辅助射击的信息及功能信息；所述用于辅助射击的信息包括：距离信息、水平角度信息及竖直仰角信息等传感器所获得的信息，所述功能信息包括功能菜单、倍率调节、电池电量、及剩余录像时间等。
所述视场获取单元31包括具有放大功能的物镜(物镜组合)或具有放大功能的其他光学可视设备；所述具有放大功能的物镜或光学可视设备安装在视场获取单元31前端，增加视场获取单元的放大倍率；
所述光电瞄准系统整体可能是一数字化装置，可与智能手机、智能终端、瞄准装置或电路进行通信，并将视场获取单元31采集的视频信息发送至智能手机、智能终端、瞄准装置或电路，通过智能手机、智能终端等装置将视场获取单元31采集的视频信息进行显示。
在一个实施例中，所述视场获取单元31可能为一体化摄像机，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系统的最前端，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。保护视场获取单元不受伤害，保护镜头并方便清洁。
如图2、图3所示，在上述实施例中，所述光电瞄准系统包括一测距仪，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。
如图4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，使得光电瞄准系统更加小型化，使得光电瞄准系统更加灵活、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。
所述激光发射端32内具有一激光源，所述激光源在光电瞄准系统控制装置或核心板的控制下，对光电瞄准系统的视场内发射一或多个激光光束脉冲，激光接收端33接收一个或多个激光光束脉冲的反射光束，传送给光电瞄准系统的控制装置或核心板；所述激光发射端32发射出的激光经被测量物体反射后被激光接收端33接收，激光测距仪同时记录激光光束脉冲往返的时间，光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。
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可通过接口板42连接一内存卡，或直接连接一内存卡，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用于射向角拟合方法的计算，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。
所述光电瞄准系统还包括多个传感器，具体可为加速度传感器、风速风向传感器、地磁传感器、温度传感器、气压传感器、湿度传感器中的几个或全部(可根据选择的射向角拟合方法来获取不同的传感器数据)。
在一实施例中，所述光电瞄准系统使用的传感器仅包括加速度传感器及地磁传感器，其他传感器的可用于其他算法或弹道方程。
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系统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。
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、或控制光电瞄准系统启动激光测距仪、或控制光电瞄准系统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、或控制光电瞄准系统启动激光测距仪、或控制光电瞄准系统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，作为备用端口，以便根据用户需求使用外接按键，用户通过外接按键可控制在显示单元2显示的观察区域中选择一个射击目标、或控制光电瞄准系统启动激光测距仪、或控制光电瞄准系统的摄像单元调整瞄准镜焦距等。
所述外接插口槽111还可连接其他操作设备、或辅助射击设备、或视频显示设备、或通过外接插口槽111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；在一个实施例中，可能通过外接插口槽111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。
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。
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；
所述辅助射击的信息，其部分被应用于射向角拟合方法中，其部分被用于显示提醒用户。
所述光电瞄准系统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。
在上述光电瞄准系统的结构基础上，其CPU核心板41还连接一内存卡，所述内存卡内设置有子弹信息数据库、枪支射击参数表及射向角拟合方法；用户可以根据所使用的枪支来调用枪支射击参数表获取对应枪支参数信息，用户可以根据使用的子弹来调用子弹信息数据库获取对应的子弹参数信息，用户可以通过采用射向角拟合方法实现光电瞄准系统精准定位。所述子弹信息库在其他实施例中需要调用，在本发明的实施例中不需要调用。
本发明从枪支自身的瞄准系统出发，结合物理科学及弹道科学，研究出一种适应各种环境并无需环境参数的射向角拟合方法，以实现光电瞄准系统的精准定位。
枪支的瞄准原理其实是光的直线传播原理，由于子弹在飞行过程中受到重力的作用，因此弹着点的位置必然在枪膛线延长线的下方，根据光的直线传播原理，准星、照门和目标点形成三点一线，因此准星、照门之间的连线和子弹的轨迹之间有一个很小的夹角，夹角的交点就是子弹射击的起点，因此照门的高度要比准星的高度要高。每种型号的枪支都有其固定的射击参数表，该参数表记录了不同距离下的准星、照门的高度参数值，只有在不同射击距离下，调整响应的准星、照门参数方可精确命中目标。
在一个实施例中，射向角拟合方法描述的是基于射向角的偏差匹配拟合算法。
在所述枪支射击参数表中确定用户所使用枪支的具体参数，以下公式推导均以水平射击(即射击时枪膛延长线与目标平面垂直)为例，当俯射或仰射时，按照以下推导逻辑进行类推。射击距离通过所述光电瞄准系统中的测距单元精准测量得到，目标射击距离为M时，对同一目标射击n(n>＝1)次，得出弹着点在水平方向(横向)距离目标点的n次射击累计偏差X和弹着点在垂直方向距离目标点的n次射击累计偏差Y，公式如下:
其中，Xi代表第i次射击弹着点在水平方向距离目标点的偏差；Yi代表第i次射击弹着点在垂直方向距离目标点的的偏差。
得出射击的弹着点在水平方向和垂直方向距离目标点的平均偏差：
其中，代表第i次射击弹着点在水平方向距离目标点的平均偏差；
其中，代表第i次射击弹着点在垂直方向距离目标点的平均偏差；
如图5所示，所述内存卡内设置有子弹信息数据库、枪支射击参数表及射向角拟合方法；根据出厂内置的枪支瞄准参数表，匹配所用枪支型号，可以获取下列参数：照门高度H、瞄准准星高度H’、照门与瞄准准星的距离w1、瞄准准星与枪口的距离w2。
1)计算出用户所使用枪支的枪管轴心与瞄准线之间的夹角α。
根据近似三角形原理计算出：
H′/H＝w2/(w1+w2) (5)
得出
w1+w2＝H*w2/H′ (6)
而
w2＝(w1*H′)/(H-H′) (7)
得出
tanα＝(H-H′)/w1 (8)
2)计算在射击距离M下用户所使用枪支的枪膛延长线与瞄准镜光轴之间的夹角β。
如图6所示，由照门、瞄准线、枪膛延长线、目标物的连线构成对角三角形，则可以得出以下公式：
h＝tanα*M (9)
如图7所示，通过计算n(n>＝1)次射击得出的弹着点C，忽略环境因素在水平方向上的作用，则认为其上方高度h处为枪管轴心延长线点B。在目标物平面内，由瞄准镜光轴与目标物平面的交点A、枪膛延长线与目标物平面的交点B、弹着点C、目标平面内通过A点的垂直线与通过B点的水平线相交点Q，AQ的延长线与通过C点的水平线相交点P的连线构成图形。Q点为瞄准镜光轴中心点在垂直方向上与枪膛延长线在水平方向的交汇，P点为瞄准镜光轴中心点在垂直方向与弹着点在水平方向的交汇，射击后的实际测量水平方向上的偏差值距离x和垂直方向上的偏差值距离y的值，计算出在M距离下的目标平面上，瞄准镜光轴中心与枪膛延长线在目标平面上的投影点的距离L：
如图8所示，连接瞄准镜光轴中心G、光轴在目标平面的交汇点A、枪膛延长线上在目标平面的交汇B，构成直角三角形，可以得出：
tanβ＝L/M (11)
其中，L为射击距离M下目标物的水平方向距离。
结合图7，在目标平面内AB与AQ形成固定的夹角θ，该夹角由安装误差决定，计算出来的偏差平均值和因此可以得出
当用户选择不同的枪支类型时，瞄准系统可以根据枪支类型自动选择内置的枪支参数表中对应枪支型号的照门高度Hx、瞄准准星高度H’x、照门与瞄准准星之间的水平距离w1x，计算得出瞄准角αx。根据图5、图6、图7、图8所示，Lx为射击距离Mx下目标物的距离，计算出距离不同距离Mx下的水平距离Lx为：
LX＝tanβ*Mx (13)
此时可以得出目标点与实际弹着点的水平方向上的偏差x和垂直方向上的偏差y：
x＝tanβ*sinθ*Mx (14)
y＝tanβ*cosθ*Mx+((Hx‐H’x)/w1)*Mx (15)
根据上述所得x、y的偏差计算公式，
结合枪支射击参数表中内置的距离以及该距离下的照门高度、瞄准准星高度、瞄准准星与照门的水平距离，计算出各个定点距离下的x、y偏差值并存储数据库，在正常射击过程中，根据测量的射击距离，逐一匹配数据库，如果该距离与数据库中的某一定点距离相等，则直接读取偏差值，如果该距离S在两个定点射击距离Mp和Mq之间，则认为该距离S下的弹着点在p点与q点之间。如图9、图10分别为弹着点的水平方向上的偏差和垂直方向上的偏差示意图，则可根据以下公式计算偏差：
xs＝(xq-xp)*(S-Mp)/(Mq-Mp)+xp (16)
ys＝(yp-yq)*(S-Mp)/(Mq-Mp)+yp (17)
其中，xp为弹着点在p点的横向偏差，xq为弹着点在q点的横向偏差，yp为弹着点在p点的纵向偏差，yq为弹着点在q点的纵向偏差。
在另一个实施例中，射向角拟合方法描述的是在基于射向角的偏差匹配拟合算法基础上导入基于射向角的补偿拟合算法。所述基于射向角的补偿拟合算法加入重力加速度的影响，从而更进一步的准确瞄准目标。
当子弹飞行距离超过M2后，由于子弹速度减小以及垂直方向加速度的作用，子弹的下坠高度差越来大，其轨迹示意如图11所示。
如图12所示，瞄准系统需要对弹着点进行偏差补偿计算，在忽略环境因素影响的条件下，水平方向的偏差主要由瞄准镜的安装误差所决定，由于该安装误差是固定的，因此可以认为水平方向的偏差大小与水平距离的计算呈线性关系。
飞行轨迹可分解为水平方向的距离及垂直方向的距离；设为水平方向的距离L1时的水平方向的偏差，为水平方向的距离L2时的水平方向的偏差，x3为子弹在目标点处的水平方向的距离为L3时拟合的待求水平方向的偏差，计算方法如下：
或
其中X_Coefficient为出厂前注入的内置横向调节系数，与枪支、子弹型号和安装有关。
如图13、图14所示，水平方向的距离L3的垂直方向的偏差为y3，其垂直方向的偏差除了包含水平方向的距离L2后的实际落差外，还包含了水平方向的距离L2至水平方向的距离L3的固有偏差以及叠加有重力加速度导致的落差，其中固有偏差为安装误差在垂直方向的分量，t为子弹从水平方向的距离L1飞行到达水平方向的距离L2所用时间，v为子弹到达水平方向的距离L2处的速度，由于子弹从水平方向的距离L1处飞行至距离L2处的飞行距离很短，忽略环境因素的影响，认为水平方向的距离L1处至距离L2处子弹的速度是一致的，g为重力加速度。从水平方向的距离L1处飞行至距离L2的过程中，如果没有重力的作用，子弹的垂直方向的偏差只有垂直方向安装误差导致的偏差，那么子弹完成水平方向的距离L2的飞行时，其纵向落点在yt处，yt在y1和y2之间，由于存在重力加速度的缘故，因此完成水平方向的距离L2的飞行时，纵向落点在y2处，而y1和y2的值为两个校准点的平均偏差值。如果子弹在水平方向的距离L1处不考虑重力的作用，那么只有角度偏差的作用，在飞行水平方向的距离L2距离时在垂直方向只有到达yt处，从而根据三角形原理得出
所以得出从y1到y2的飞行时间计算方法如下：
v＝(L2‐L1)/t (22)
设定h为子弹从水平方向的距离L2处飞行到达距离L3处时重力所引起的偏差，yt2为水平方向的距离L2处到达距离L3处只考虑固有偏差不考虑重力时飞行的纵向高度偏差值，Y_Coefficient设备出厂前内置的纵向调节系数，H_Coefficient为设备出厂前内置的重力偏差调节系数，与当地的纬度等因素相关。如果没有重力的作用，子弹从水平方向的距离L2处飞行至距离L3处时，其纵向落点在yt2处，由于存在重力加速度的缘故，因此完成水平方向的距离L3的飞行时，纵向落点在y3处，在有效的射程范围内，子弹都是高速飞行，忽略环境的影响，认为子弹从水平方向的距离L2处飞行至距离L3处时是匀速飞行，速度是水平方向的距离L2处的子弹速度v，根据三角形原理得出
因此得出子弹飞行水平方向的距离L3后其垂直方向的偏差计算方法为
y3＝yt2*Y_Coefficient+h*H_Coefficient
(24)
则
综上所述，基于射向角的补偿拟合算法，在内置的枪支射击参数表中，选择最近距离点进行射击，然后得出水平、垂直方向的平均偏差x、y，根据照门原理算出x和y的计算方法，计算得出枪支射击参数表中的第二个距离的水平和垂直偏差，将偏差值存储，结合重力偏差计算出任意距离下的弹着点。
Claims (4)
1.一种用于一体化精准光电瞄准系统的射向角拟合方法，所述瞄准系统可方便地安装在各类枪械上，其特征在于，所述光电瞄准系统包括：一壳体，所述壳体整体为可拆卸结构，所述壳体内部为一容纳空间，所述容纳空间包括视场获取单元、显示单元、电源及瞄准电路单元；
所述射向角拟合方法，应用于所述光电瞄准系统，可适应任何环境因素、可最大程度减少传感器的使用，在考虑射向角的条件下用最少的调校次数实现精准射击；
所述射向角拟合方法包括：基于射向角的偏差匹配拟合算法及基于射向角的补偿拟合算法；
所述基于射向角的偏差匹配拟合算法为
1)计算出用户所使用枪支的枪管轴心与瞄准线之间的夹角α；
2)计算在射击距离M下用户所使用枪支的枪管轴心与瞄准镜光轴之间的夹角β；
3)计算出射击距离S下水平方向上的偏差及垂直方向上的偏差；
4)根据射击距离与数据库的匹配计算出拟合的偏差值；
在所述偏差匹配拟合算法中：
步骤1)中计算用户所使用枪支的枪管轴心与瞄准线之间的夹角α的方法如下：
飞行轨迹可分解为水平方向的距离及垂直方向的距离；根据出厂内置的枪支瞄准参数表，匹配所用枪支型号，可以获取下列参数：照门高度H、瞄准准星高度H’、照门与瞄准准星的距离w1、瞄准准星与枪口的距离w2，则α可表示为
tanα＝(H-H')/w1
步骤2)中计算在射击距离M下用户所使用枪支的枪管轴心与瞄准镜光轴之间的夹角β的方法如下：
tanβ＝L/M
其中，L为射击距离M下目标物的水平方向距离；
步骤3)中计算出射击距离S下水平方向及垂直方向上的偏差的方法如下：
当用户选择不同的枪支类型时，瞄准系统可以根据枪支类型自动选择内置的枪支参数表中对应枪支型号的照门高度Hx、瞄准准星高度H’x、照门与瞄准准星之间的水平距离w1x，计算得出瞄准角αx；
Lx为射击距离Mx下目标物的距离，计算出距离不同距离Mx下的水平距离Lx为：
LX＝tanβ＊Mx
在目标平面内形成固定的夹角θ，该夹角θ由安装误差决定，代表第1次射击弹着点在水平方向距离目标点的平均偏差，代表第1次射击弹着点在垂直方向距离目标点的平均偏差，计算出来的偏差平均值和因此可以得出
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</mrow>
此时可以得出目标点与实际弹着点的水平方向上的偏差x和垂直方向上的偏差y：
x＝tanβ＊sinθ＊Mx
y＝tanβ*cosθ*Mx+((Hx-H’x)/w1)*Mx；
所述基于射向角的偏差匹配拟合算法结合枪支射击参数表中内置的距离以及该距离下的照门高度、瞄准准星高度、瞄准准星与照门的水平距离，计算出各个定点距离下的x、y偏差值并存储数据库，在正常射击过程中，根据测量的射击距离，逐一匹配数据库，如果该距离与数据库中的某一定点距离相等，则直接读取偏差值，如果该距离S在两个定点射击距离Mp和Mq之间，则认为该距离S下的弹着点在p点与q点之间，可根据以下公式计算偏差：
xs＝(xq-xp)＊(S-Mp)/(Mq-Mp)+xp
ys＝(yp-yq)＊(S-Mp)/(Mq-Mp)+yp
其中，xp为弹着点在p点的水平方向的偏差，xq为弹着点在q点的水平方向的偏差，yp为弹着点在p点的垂直方向的偏差，yq为弹着点在q点的垂直方向的偏差；
所述基于射向角的补偿拟合算法，前三个步骤与所述基于射向角的偏差匹配拟合算法对应步骤相同，第四个步骤是：根据两个射击距离对应的偏差值，结合重力偏差值，计算出任意距离下的弹着点；所述基于射向角的补偿拟合算法具体为：考虑了重力加速度的影响，从而更进一步的准确瞄准目标；在内置的枪支射击参数表中，选择最近距离点进行射击，然后得出水平方向及垂直方向的平均偏差，计算得出枪支射击参数表中的第二个距离的水平方向和垂直方向的偏差，将两个偏差值存储，结合重力偏差计算出任意距离下的弹着点；
所述基于射向角的补偿拟合算法，第四个步骤如下所示：
当子弹飞行距离超过M2后，忽略环境因素的影响，水平方向的偏差主要由瞄准镜的安装误差所决定，因此可以认为水平方向的偏差计算呈线性关系；
飞行轨迹可分解为水平方向的距离及垂直方向的距离；设为水平方向的距离L1时的水平方向的偏差，为水平方向的距离L2时的水平方向的偏差，x3为子弹在目标点处的水平方向的距离为L3时拟合的待求水平方向的偏差，计算方法如下：
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其中X_Coefficient为出厂前注入的内置横向调节系数；
设定子弹飞行水平方向的距离L3的垂直方向的偏差为y3，L3的垂直方向的偏差除了包含飞行距离L2后的实际落差外，还包含了水平方向的距离L2至距离L3的固有偏差以及叠加有重力加速度导致的落差，得出子弹飞行水平方向的距离L3后其垂直方向的偏差计算方法为
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其中，y1为所求的水平方向的距离L1时的垂直方向的偏差，y2为水平方向的距离L2时的垂直方向的偏差，y3为水平方向的距离L3时的垂直方向的偏差，Y_Coefficient设备出厂前内置的纵向调节系数，H_Coefficient为设备出厂前内置的重力偏差调节系数，与当地的纬度因素相关，S’为第二个校准点的实际距离，和分别为水平方向的距离L1和距离L2下的水平方向的偏差平均值。
2.根据权利要求1所述的一种用于一体化精准光电瞄准系统的射向角拟合方法，其特征在于，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；所述壳体前端设有保护单元，所述保护单元扣合在壳体前端上。
3.根据权利要求1所述的一种用于一体化精准光电瞄准系统的射向角拟合方法，其特征在于，所述光电瞄准系统还包括两个视场调节单元，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；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可以根据用户的需要进行设定。
4.根据权利要求2所述的一种用于一体化精准光电瞄准系统的射向角拟合方法，其特征在于，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；
所述核心板可插入一内存卡，所述内存卡内设置有子弹信息数据库、枪支射击参数表及射向角拟合算法；用户可以根据所使用的枪支来调用枪支射击参数表获取对应枪支参数信息，用户可以根据使用的子弹来调用子弹信息数据库获取对应的子弹参数信息，用户可以通过采用射向角拟合方法实现光电瞄准系统精准定位。
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Effective date of registration: 20210708 Address after: 550002 aluminum and aluminum processing park, Baiyun District, Guiyang City, Guizhou Province Patentee after: GUIZHOU JINGHAO TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 100080 3rd floor, building 1, 66 Zhongguancun East Road, Haidian District, Beijing Patentee before: BEIJING AIKELITE OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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