CN107990788B - 一种激光模拟精度射击训练的弹着点定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于方法和技术发明，具体地说是提出了一种新的方法和技术，实现了在激光模拟精度射击训练中弹着点的精确定位检测，具有结构简单、使用方便等特点。标准胸环靶，靶图前固定透明有机玻璃板，玻璃板底部斜向安装2台线阵CCD照相机。射手瞄准靶面击发激光脉冲，激光脉冲束透过有机玻璃板击中胸环靶。2台线阵CCD照相机采集穿透有机玻璃的激光脉冲束，根据照相机检测的图像像素点中心位置及相机放置位置和角度，解算激光光斑击中靶图的位置坐标。将信息无线传输到靶位显示器，射手可以实时查看自己的射击训练情况。本发明提出的方法和技术可以在部队激光模拟精度射击训练中提供支持和帮助，有效提高部队射击训练的效率。

Description

一种激光模拟精度射击训练的弹着点定位方法

技术领域

本发明涉及军事模拟射击训练器材领域，属于方法发明，具体地说是提出了一种激光模拟精度射击弹着点定位的方法和技术。

背景技术

在军事射击训练中，基于激光的轻武器模拟射击训练是一种有效的训练方式，具有安全、成本低、对训练场地要求不高等优点，可广泛应用于模拟射击训练。轻武器精度射击训练是射击训练的最基本项目，也是每个士兵必须掌握的技能。由于实弹射击训练对场地条件要求高，存在安全隐患，所以士兵大量采用模拟瞄准射击训练方式。在模拟射击训练中，主要采用空枪方式瞄准、击发，训练者不知道击发后状态，很难了解自己对训练技能的掌握情况。取而代之的可以采用发射激光的模拟射击方式，但要求激光聚焦性能好，在100米距离不散光，而且对激光斑的定位检测主要采用人工方式、光敏管阵列或相机照排方式。人工方式是在远端靶面处由人来确定射击光斑击中的位置并告诉射击者，效率低，应用不方便；光敏管阵列可以自动检测激光射击光斑的击中位置，但检测的靶面体积大，使用不方便，而且为保证检测精度，在500X500mm的靶面上采用大量的光敏管，使得成本高、检测电路复杂，一直难于推广应用。相机照排需要在靶标上安装相机，并与靶面呈一定距离和角度，再采用图像识别的方法，安装、使用不方便。所以，当前基于技术、成本和使用方便等因素，还没有一种适合部队模拟精度射击训练的设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服上述现有各种技术的不足，提出了一种新的激光模拟精度射击训练的弹着点定位检测方法和实现技术。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：在轻武器(如自动步枪或模拟仿真枪)上加装激光发射器、振动电机、声音模拟器，当瞄准击发时，发射激光脉冲，并同时发声和振动，模拟真实射击子弹击发效果。在远端设立激光模拟精度射击胸环靶，靶面为标准胸环靶纸，在靶纸前面放一块与靶纸同样大小，10mm厚透明亚克力板，这样远端射击训练者通过透明亚克力板可以清楚的看到胸环靶图形。精度靶底面两脚贴近透明亚克力板成45度斜对方向安装2台线阵CCD相机。激光光线在空气中是看不到的，但当激光脉冲束通过透明亚克力板击中靶面时，亚克力板产生透射。由于亚克力材料由微颗粒组成，小于激光波长，在激光光线透射的同时，基于丁达尔效应原理的扩展，在固体也会存在，会发生激光的杂乱散射，在亚克力板的侧面会看到激光光线。这样，底部的2个交叉CCD相机在亚克力板侧面就可以采集通过的激光脉冲。由于侧面透射的激光比较弱，采集信号要进行微弱信号处理。激光击中靶面位置不同，在2个线阵CCD上的成像位置也不同。通过解算CCD的成像图可以确定激光击中靶面的准确位置，并无线传输给靶位显示器，射击者可以实时了解自己射击训练的情况。

其特征是：提出了一种利用丁达尔固体效应，并通过CCD线阵相机照排确定激光模拟射击光斑位置的方法和技术。在500X500mm标准胸环靶面前放置10mm厚透明亚克力板，在亚克力板底部两脚侧面安装2台线阵CCD相机，当激光线透过亚克力板打在胸环靶面时，从亚克力板侧面可以拍摄到激光光束，根据两台线阵CCD相机拍摄到的激光光束中心位置，就可以解算获得激光光斑位置，从而确定激光模拟射击的弹着点位置坐标。

本发明的有益成果是：提出了一种激光模拟精度射击训练的方法和技术。在标准胸环靶纸前面放置10mm厚透明亚克力板，在亚克力板底部两脚交叉放置2台线阵CCD相机，当激光光束透过亚克力板打到胸环靶纸上时，在亚克力板侧面会形成可见的激光光线，2台线阵CCD相机根据拍摄到的激光光线位置进行解算，就可以确定激光光斑打到胸环靶纸的位置，从而确定激光模拟射击训练的效果。相比传统方法，解决了激光模拟射击训练自动报靶的问题，而且结构简单，方便实用，安全可靠，可以大大提高部队射击训练的效率，为部队模拟射击训练提供有力的保障。

附图说明

图1为本发明的2台CCD照相机安装位置及激光光斑检测解算示意图；

图2为本发明的透明亚克力板加工示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述：

本方法技术实现如图1所示，设采用线阵CCD为2048像素(TCD1209D，增加像素将增加测量精度，但处理数据量会加大)，照排角度为90度，如图所示布置。当胸环靶面尺寸为500X500mm，则测量靶面对角线长为707mm，每像素分辨率大约为0.3mm。当然靠近相机处分辨率会更高，远离相机处分辨率会更低，但都可以保证检测精度要求。设计激光照射靶面光斑直径为10mm(100米距离)，则这样的分辨率是满足要求的。其中，像素间距为14um，线阵有效长度28.672mm，将在最后测量完成进行补偿，计算按中心计算。

如图1所示，设线阵CCD相机A和B水平间距为L已知，检测激光光斑中心与水平线的夹角分别为α和β，激光光斑距底水平线高度为H，与底线的交点为C。

则有：L_AC+L_CB＝L (1)

tanα＝H/L_AC (2)

tanβ＝H/L_CB (3)

将公式(2)和(3)带入(1)，则有：

H＝L*tanα*tanβ/(tanα+tanβ) (4)

L_AC＝L*tanβ/(tanα+tanβ) (5)

这样，激光光斑中心点的位置坐标就可以确定。

因为选定的线阵CCD共有2048像素单元，在取景角度为90度时，等间距分配，则每像素为90/2048度，大约为0.044度。这样，根据检测的激光光线像素点位置，可以确定夹角α和β。如求得的线阵CCD-A为第n个像素单元，线阵CCD-B为第m个像素单元，则有：α＝0.044*n，β＝0.044*m。

其中，10mm厚透明亚克力板加工如图2所示。

附加说明：

1.标准精度胸环靶横向宽度为500mm，按例选用的2048像素线阵CCD有效像素长度为28.6mm，按图2倾斜45度安装。说明例为简单以采集的激光光束图像汇聚到一点，实际是在线阵CCD28.6mm长度范围。但这样计算不影响原理结果。将汇聚线向后延伸，也可以看做是汇聚在一点，只是计算长度L发生变化。实际计算时需要以选定的线阵CCD尺寸、安装的透明有机玻璃尺寸为准进行计算。

2.虽然线阵CCD可以取到激光光束脉冲，但信号比较弱。需要采用微弱信号处理方法，提高取样信号的信噪比。

3.由于激光光束比较大(到靶面检测位置设为10mm)，实际CCD采集的激光光束像素点也比较多，这里按固定阈值取中法，确定激光光束脉冲的中心点位置。

4.本发明主要解决激光模拟精度射击训练中的弹着点检测关键问题。为实现激光模拟精度射击训练，整个系统还包括激光发射模拟、检测信号处理、无线传输、靶位实时图形文字显示等。

5.根据亚克力板透明程度和激光发射光斑强度的不同，采用的亚克力板可以采用不同的厚度。

Claims (1)

1.一种激光模拟精度射击训练的弹着点定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）设立激光模拟精度射击胸环靶，在靶纸前放一块与靶纸同样大小的透明亚克力板，透明亚克力板的粒径小于激光发射器的激光波长，精度射击胸环靶底面两角贴近透明亚克力板呈45度斜对方向安装两台线阵CCD相机；

（2）轻武器上的激光发射器发射的激光透过透明亚克力板打在胸环靶的靶面上时，线阵CCD相机从透明亚克力板侧面拍摄到激光光束，根据两台线阵CCD相机拍摄到的激光光束中心位置，计算得到激光光斑位置，从而确定激光模拟射击的着弹点位置坐标；

其中，激光光斑位置计算方法如下：

两台线阵CCD相机标记为CCD-A和CCD-B，已知CCD-A和CCD-B之间水平间距为L，CCD-A检测到的激光光斑中心与透明亚克力板底部水平线的夹角为α，CCD-B检测到的激光光斑中心与水平线的夹角为ᵝ，激光光斑距透明亚克力板底部水平线高度为H，且与透明亚克力板底部水平线的交点为C，CCD-A的位置标记为A点，CCD-B的位置标记为B点，L_AC为CCD-A到激光光斑与透明亚克力板底部水平线的交点C的距离，L_CB为激光光斑与透明亚克力板底部水平线的交点C到CCD-B之间的距离，则有：

L_AC+L_CB=L （1）；

Tanα=H/L_AC （2）；

Tanᵝ=H/L_CB （3）；

将公式（2）和（3）带入（1），则有：

H=L* Tanα* Tanᵝ/( Tanα+ Tanᵝ) （4）；

L_AC=L* Tanᵝ/( Tanα+ Tanᵝ) （5）。

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