CN107084645A - 狙击步枪用激光制导子弹 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种狙击步枪用激光制导子弹，该子弹包括弹头和弹体，弹头内部设置有微处理器、微电源、激光探测器，在所述弹头外部设置有舵机；在所述弹体中设置有引信和火药储藏室，其中，激光探测器设置在弹头前端的椎体段内，所述激光探测器与微处理器电连接；通过激光探测器获得弹目视线角信息，根据该信息判断子弹当前行进方向与目标之间的偏差，并据此生成舵机控制指令，通过舵机控制弹体行进方向，从而使得弹体行进方向与目标位置一致，进而提高命中率。

Description

狙击步枪用激光制导子弹

技术领域

本发明涉及一种新的用在狙击步枪上的子弹，具体涉及一种狙击步枪用激光制导子弹。

背景技术

狙击步枪射程远，威力大，命中率高，具有一击致命等特点，时常应用于单兵作战、定点清除、人质解救等任务中。不过，狙击步枪能够命中目标的一个主要原因是狙击手具有过硬的射击技术，但是成为一名合格的狙击手需要经过大量的训练，也并不是每个人都能成为合格的狙击手，当射击方向与目标之间略有偏移时，正常的狙击步枪就不能再命中目标了，如果能够提供一种激光制导子弹，通过激光导引，使得子弹向目标方向做出偏移，就可以进一步提高子弹的命中率，还可以使得狙击步枪的命中与否不完全取决于狙击手的技艺水平；

另外，目前狙击步枪的射程虽然较远，但是在某些的特殊情况，普通狙击步枪的射程仍然不能满足使用需求，如果能够进一步增加狙击步枪的射程，必然能够大大提高其应用范围；

同时，为了控制生产成本，不必另行设计专用狙击步枪，需要保证新的带有激光制导功能的子弹在外形上与目前已有的普通狙击步枪子弹外形一致，将简易激光制导系统嵌入子弹内部，以实现在不改变枪械结构的条件下提升命中率。

由于上述原因，本发明人对现有的狙击步枪子弹做了大量深入研究，以便设计出一种能够解决上述问题的狙击步枪用激光制导子弹。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种狙击步枪用激光制导子弹，该子弹包括弹头和弹体，弹头内部设置有微处理器、微电源、激光探测器，在所述弹头外部设置有舵机；在所述弹体中设置有引信和火药储藏室，其中，激光探测器设置在弹头前端的椎体段内，所述激光探测器与微处理器电连接；通过激光探测器获得弹目视线角信息，根据该信息判断子弹当前行进方向与目标之间的偏差，并据此生成舵机控制指令，通过舵机控制弹体行进方向，从而使得弹体行进方向与目标位置一致，进而提高命中率，从而完成本发明。

具体来说，本发明的目的在于提供一种激光制导子弹，该子弹包括弹头1和弹体2，

弹头1内部设置有微处理器11、微电源12、激光探测器13，在所述弹头1外部设置有舵机14；

在所述弹体2中设置有引信21和火药储藏室22，

其中，激光探测器13设置在弹头1前端的椎体段内，所述激光探测器13与微处理器11电连接；

通过激光探测器13获得弹目视线角信息。

其中，通过所述微处理器11生成舵机控制指令，并将所述舵机控制指令传递给舵机14。

其中，所述激光探测器包括感光罩，

在所述弹头内，在所述感光罩前方设置有凸透镜。

其中，在所述微电源12上设置有推力开关，所述推力开关在子弹出膛时使得微处理器11与微电源12接通。

其中，所述舵机为齿轮传动舵机，其舵偏角包括0°、+5°和-5°。

其中，在所述弹体外部开设有容纳舵机上舵片的凹槽，所述舵片在子弹出膛后从所述凹槽中弹出。

其中，所述舵机共一对，对称设置在弹头的两侧；

或者，所述舵机共两对，均匀分布在弹头的周围。

其中，在所述弹头1内还设置有惯性陀螺仪15和地磁传感器16；

通过所述惯性陀螺仪15获得子弹的三轴姿态角速度和三轴加速度；

通过所述地磁传感器16获得子弹的三轴磁场强度。

其中，所述微处理器用于接收信息，并根据接收到的信息生成舵机控制指令；

所述信息包括：弹目视线角信息、子弹的三轴姿态角速度信息、子弹的三轴加速度信息、和子弹的三轴磁场强度信息。

本发明还提供一种狙击步枪，该狙击步枪用于发射如上文所述的激光制导子弹，

该狙击步枪还包括激光发射装置，通过所述激光发射装置对目标进行激光照射。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)根据本发明所述的狙击步枪用激光制导子弹能够通过激光引导子弹命中目标，使得操作者的技术水平不是及其高超时仍然具有极高的命中率；

(2)根据本发明所述的狙击步枪用激光制导子弹的微电源上设置有推力开关，使得子弹在未激发时电路断开，从而确保长时间存储后的该激光制导子弹仍然具备良好的制导性能；

(3)根据本发明所述的狙击步枪用激光制导子弹的弹径小，激光探测器感光罩裸露面积较小，因而视场小，有可能捕捉不到反射激光，所以在子弹的感光罩前方设置凸透镜，扩大视场，从而确保能够捕捉到反射激光，确保激光制导的正常运行。

附图说明

图1示出根据本发明一种优选实施方式的狙击步枪用激光制导子弹整体结构示意图；

图2示出根据本发明一种优选实施方式的狙击步枪用激光制导子弹中微电源及其上的金属弹片在子弹储存时结构示意图；

图3示出根据本发明一种优选实施方式的狙击步枪用激光制导子弹中微电源及其上的金属弹片在子弹激发时结构示意图。

附图标号说明：

1-弹头

11-微处理器

12-微电源

121-金属弹片

13-激光探测器

131-凸透镜

14-舵机

15-惯性陀螺仪

16-地磁传感器

2-弹体

21-引信

22-火药储藏室

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

根据本发明提供的一种狙击步枪用激光制导子弹，如图1和图2中所示，该子弹包括弹头1和弹体2，弹体呈圆柱状，弹体包括前端的椎体段和后端的柱体段，所述柱体段与弹体相接，其外径尺寸一致；

弹头1内部设置有微处理器11、微电源12、激光探测器13，在所述弹头1外部设置有舵机14；优选地，所述舵机设置在柱体段外部。

在所述弹体2中设置有引信21和火药储藏室22，子弹在枪膛中激发时，引信21和火药储藏室22启动工作，为子弹提供巨大的加速度，使得子弹在极短的时间内达到极高的速度，并从枪膛中射出；

其中，激光探测器13设置在弹头1前端的椎体段内，所述激光探测器13与微处理器11电连接；激光探测器感应从目标位置反射回的激光，并获得弹目视线角信息。所述弹目视线角是指子弹和目标之间的视线角。

具体来说，激光探测器13是捷联激光探测器，该激光探测器由四象限敏感器、光学系统和电子组件等组成，四象限敏感器在同一芯片上做出4个光敏感面，各敏感面具有相同的光学性能参数；当光轴与瞄准线之间角度失调时，光斑偏离光敏区的中心，从每个光敏区量取的电信号与光斑落入光敏区部分的能量成正比。探测器四个敏感器输出的电压经分别放大后，由波门和峰值保持器保持，最后通过线性跟踪系统的和差处理电路得到光斑在Y、Z方向的电压值。探测器根据目标光斑相对于探测器划分的坐标可得出目标偏离光轴的方向和角度，即为所述弹目视线角信息。其中，Y、Z方向与X轴方向一起构成完整的空间坐标系，X轴方向为弹目视线方向。

通过所述微处理器11通过该信息可知子弹行进方向与目标之间的偏差，从而生成舵机控制指令，并将所述舵机控制指令传递给舵机14，通过舵机控制指令控制舵机打舵工作，调节/修正子弹的行进方向，使得子弹朝向目标行进。

在一个优选的实施方式中，如图1中所示，所述激光探测器为本领域中常见的激光探测器，并且将其尺寸设置的足够小，以便能够安装在子弹中，该激光探测器同样包括感光罩，当有激光照射在激光探测器感光罩表面时，在这一位置会产生电势差，从而测得激光的方向；

在一些特殊情况下，比如子弹行进方向与目标方向之间的偏差过大时，由于子弹弹径小，激光探测器感光罩裸露面积较小，因而视场小，有可能捕捉不到反射的激光，

所以，在本发明的一个优选实施方式中，在所述弹头内，在所述感光罩前方设置有凸透镜131，在感光罩前嵌一凸透镜，可以增加其视场，确保子弹能够感应到激光信息，从而进行激光制导作业。

进一步优选地，在所述凸透镜的侧面开设有螺纹，通过螺纹镶嵌的方式将凸透镜固定安装在子弹头部，镜本身光滑前凸，其外形符合气动要求，不易损；在弹头前端开设容纳凸透镜的内凹区域，该区域的侧壁上开设螺纹，与凸透镜上的螺纹相配合，凸透镜旋入到该内凹区域后，只有凸透镜前凸的正面裸露在子弹外部；所述凸透镜131可以由透明的聚合物制成，也可以由水晶甚至由天然水晶制成，水晶材质具有比较高的强度与透光度，既能够满足透光清晰度的要求，又能够在高强度、高冲击力的情况下稳定工作。

在一个优选的实施方式中，所述微电源12整合多路电源输入，对制导系统各子系统供电，并保证制导舱仪器组件在额定的电压下工作，具体来说，是通过使得微处理器11带电，再传递至其他各个子系统；在所述微电源12上设置有推力开关，所述推力开关在子弹出膛时使得微处理器11与微电源12接通。优选地，所述推力开关包括金属弹片，该金属弹片可在子弹火药爆发产生的推力作用下短距离移动或变形，从而使得所述微电源与所述微处理器由原来的断开状态变为接通状态，金属弹片121一直处于被压迫状态，并且具有一定的弹性形变，在子弹储存状态/待命状态时，形变方向朝向子弹头部，当子弹被激发时(即子弹从枪膛中射出时)，巨大的推力和惯性力的作用下，该变形方向改为朝向子弹尾部，从而使得微电源与所述微处理器电连接，从而子弹中的激光制导系统启动工作，如图2和图3中所示，图2中为子弹储存状态，图3为子弹激发状态。

在一个优选的实施方式中，所述舵机为齿轮传动舵机，其舵偏角包括0°、+5°和-5°；在所述弹体外部开设有容纳舵机上舵片的凹槽，所述舵片在子弹出膛后从所述凹槽中弹出。

在一个优选的实施方式中，所述舵机共一对，对称设置在弹头的两侧；或者，所述舵机共两对，均匀分布在弹头的周围。

本发明中优选地设置一对舵机，即两个舵机；一对舵机更为节省弹体空间，节约材料，降低生产成本；而且只有一对舵机使得子弹的制导控制过程更为简单，缩短计算时间，以便于及时实施制导控制。

在一个优选的实施方式中，在所述弹头1内还设置有惯性陀螺仪15和地磁传感器16；

通过所述惯性陀螺仪15获得子弹的三轴姿态角速度和三轴加速度；本专利中优选地，所述惯性陀螺仪15为MEMS陀螺仪，MEMS的含义为微机电系统，即以电子芯片替代机械结构，从而实现部件小型化、简易化、模块化，目前，MEMS技术日趋成熟，MEMS陀螺仪为其中的典型代表；陀螺仪的工作原理为定轴性，释放后轴向相对地面系保持不变(设定基准)，因此，可用于测量角度。陀螺仪可将当下角度与初始角度(基准)的差值转化为电压信号(电压大小与角度大小成比例，同理，电压变化快慢与角速率成比例)，从而获取三轴姿态角速度和三轴加速度，即三轴姿态角度信息。

本专利中，优选地设置两组微小型MEMS陀螺仪，分别用来测俯仰、偏航两个方向的角度信息。既能够最大限度地节约空间，又能够确保获得足够完善和准确的信息。

通过所述地磁传感器16获得子弹的三轴磁场强度。本专利中应用地磁传感器测量子弹的滚转姿态信息，地磁传感器输出三轴(载体坐标系、导航坐标系)磁强度信息作为微处理器11的输入信号，运用姿态解算算法计子弹弹体姿态基准信号，从而获取更精确的滚转角度。地磁传感器是磁阻传感器，磁阻传感器是基于磁铁材料具有磁阻效应的工作原理工作，磁阻传感器主要由镍铁导磁合金等组成，通常组成惠斯通电桥来感应外界磁场。磁阻传感器具有灵敏度高，响应时间短等特点，因此可为高速运动的载体提供测量信息。所谓磁阻效应，是指导体电阻受磁场影响而产生变换的现象，当外磁场平行于磁体内部的磁化方向时，磁体电阻几乎不随外磁场变化，当磁场偏离内部磁化方向时，电阻减小。随着外磁场的增大，电阻急剧变化，当外磁场达到一定磁场强度时，电阻区域饱和或基本不变。

所述微处理器用于接收信息，并根据接收到的信息生成舵机控制指令；所述信息包括：弹目视线角信息、子弹的三轴姿态角速度信息、子弹的三轴加速度信息、和子弹的三轴磁场强度信息。

其中，具体来说，通过弹目视线角信息获知子弹的行进方向与目标位置之间的偏差；通过子弹的三轴姿态角速度信息获知子弹当前的姿态信息，即俯仰角信息和偏航角信息；通过子弹的三轴磁场强度信息获知子弹的滚转角信息；使得微处理器11计算出舵机控制指令，进而控制舵机偏转，抵消弹目视线角，即通过舵机控制子弹飞行方向，使得弹目视线角趋近于零，从而最终命中目标。

本发明还提供一种狙击步枪，该狙击步枪中装配有如上文所述的激光制导子弹，即该狙击步枪用于发射如上文中所述的激光制导子弹，该狙击步枪还包括激光发射装置，通过所述激光发射装置对目标进行激光照射，从而引导激光制导子弹命中目标。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光制导子弹，其特征在于，该子弹包括弹头(1)和弹体(2)，

弹头(1)内部设置有微处理器(11)、微电源(12)、激光探测器(13)，在所述弹头(1)外部设置有舵机(14)；

在所述弹体(2)中设置有引信(21)和火药储藏室(22)，

其中，激光探测器(13)设置在弹头(1)前端的椎体段内，所述激光探测器(13)与微处理器(11)电连接；

通过激光探测器(13)获得弹目视线角信息。

2.根据权利要求1所述的子弹，其特征在于，

通过所述微处理器(11)生成舵机控制指令，并将所述舵机控制指令传递给舵机(14)。

3.根据权利要求1所述的子弹，其特征在于，

所述激光探测器包括感光罩，

优选地，在所述弹头内，在所述感光罩前方设置有凸透镜(131)。

4.根据权利要求1所述的子弹，其特征在于，

在所述微电源(12)上设置有推力开关，所述推力开关在子弹出膛时使得微处理器(11)与微电源(12)接通。

5.根据权利要求1所述的子弹，其特征在于，

所述舵机为齿轮传动舵机，其舵偏角包括0°、+5°和-5°。

6.根据权利要求1所述的子弹，其特征在于，

在所述弹体外部开设有容纳舵机上舵片的凹槽，所述舵片在子弹出膛后从所述凹槽中弹出。

7.根据权利要求1所述的子弹，其特征在于，

所述舵机共一对，对称设置在弹头的两侧；

或者，所述舵机共两对，均匀分布在弹头的周围。

8.根据权利要求1所述的子弹，其特征在于，

在所述弹头(1)内还设置有惯性陀螺仪(15)和地磁传感器(16)；

通过所述惯性陀螺仪(15)获得子弹的三轴姿态角速度和三轴加速度；

通过所述地磁传感器(16)获得子弹的三轴磁场强度。

9.根据权利要求8所述的子弹，其特征在于，

所述微处理器用于接收信息，并根据接收到的信息生成舵机控制指令；

所述信息包括：弹目视线角信息、子弹的三轴姿态角速度信息、子弹的三轴加速度信息、和子弹的三轴磁场强度信息。

10.一种狙击步枪，其特征在于，该狙击步枪用于发射如权利要求1-9中所述的激光制导子弹，

该狙击步枪还包括激光发射装置，通过所述激光发射装置对目标进行激光照射。