CN109556453A - 一种用于实弹射击过程数据的记录分析系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种用于轻武器进行实弹射击训练的记录分析设备及其使用方法。一种用于实弹射击过程数据的记录分析系统包括激光测角仪、人体信号参数采集装置、靶板和数据分析装置；激光测角仪固定安装在枪支的前端，在激光测角仪的前侧面设置有激光发射机构和激光接收机构；在激光测角仪的前方摆放有靶板，靶板上设置有一个反光装置，激光测角仪上还设置有数据输送装置，用于将激光测角仪采集到的数据传输给数据分析装置。人体信号参数采集装置采集射击人员的心率、血压和皮电等心理生理特征数据。所述的数据分析装置为计算机；数据输送装置为无线模块一，优选为wifi发射器，在计算机上设置有对应的用于接收无线模块一发送数据的设备。

Description

一种用于实弹射击过程数据的记录分析系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及的是一种用于轻武器进行实弹射击训练的记录分析设备及其使用方法。

背景技术

在枪支的实弹射击中，常见各种报靶装置，通过光学检测、超声传感、靶形图像识别等多种原理，对靶纸上的弹孔（弹着点）进行检测识别，从而进行报靶，由此能得到射击的最终环数等成绩。

在实弹射击时，枪支会发生爆响、震动和后座力等剧烈动响过程，对射手产生剧烈的心理冲击。很多射手在实弹发射前都有紧张、焦虑和恐惧的感受，会表现出心跳脉搏加快、血压升高和出汗等生理反应。一个在平时静态空枪或模拟训练中成绩很好的人，在实弹射击时经常由于紧张等心理问题可能造成射击成绩很差。且实弹射击由于需要耗费大量实弹，其成本也较高，不利于低成本地大量培养优秀射手。

如何在实弹射击时不仅有总的射击环数等最终成绩，也要能全过程记录射手在每发子弹瞄准和射击过程中持枪稳定性和击发的平稳度，还要能全过程记录射手在瞄准射击中的一系列心理反应状态，特别是击发瞬间前后的情况。就能开展科学全面地记录分析射手的射击过程，综合评估该射手的能力水平，有助于发现、选拔和训练射击人员，培养操枪技能高超、心理素质过硬的优秀射手。

如何解决上述问题，是实弹射击记录分析训练领域中急需解决的难题。所以需要提供一种新的用于实弹射击过程中相关数据的记录分析系统来满足实际的使用需求。

发明内容

本发明针对上述问题，设计了一种用于实弹射击过程数据的记录分析系统，能够全过程记录射手在实弹射击中的持枪状态、生理变化的数据，并进行分析评估每发子弹的射击效果。

一种用于实弹射击过程数据的记录分析系统包括激光测角仪、靶板和数据分析装置；激光测角仪固定安装在枪支的前端，在激光测角仪的前侧面设置有激光发射机构和激光接收机构；在激光测角仪的前方摆放有靶板，靶板上设置有一个反光装置，激光测角仪上还设置有数据输送装置，用于将激光测角仪采集到的数据传输给数据分析装置。

所述的数据分析装置为计算机；数据输送装置为无线模块一，优选为wifi发射器，在计算机上设置有对应的用于接收无线模块一发送数据的设备。

所述的激光测角仪包括激光发射机构、电池、无线模块、激光控制模块和激光接收机构；其中激光控制模块分别与激光发射机构、电池、无线模块和激光接收机构进行电连接；激光发射机构具有激光发射头，在激光发射头的前端设置有用于散射激光束的凹透镜，散射角α为0.5°-10°，优选为1°-5°；激光接收机构具有激光接收镜筒，在激光接收镜筒内设置有光点传感器，在光点传感器的前方设置有凸透镜，凸透镜用于将反射回来的激光进行聚焦，利于光点传感器接收。

在激光控制模块中还有震动传感器，能够感知扳机击发和子弹发射时的震动，由此标记击发时刻，根据激光测角仪的连续数据，即可得到击发前后瞄准点稳定度和跳动的轨迹。

所述的激光发射头优选为红外激光发射头，其在工作时的光束为肉眼不可见的波段，在使用时，对射手的视力无干扰。

激光测角仪通过卡扣、燕尾槽、皮卡汀导轨或螺栓与枪支进行固定连接。

在用于实弹射击过程数据的记录分析系统内还包括人体信号参数采集装置，用于采集人体包括心率、血压和皮肤电阻的参数。

所述的靶板为矩形，在靶板的任意位置设置有反光装置，优选为相对于射手视角的右上角或左上角；反光装置为反光板、反射镜或角锥反射棱镜。

人体信号参数采集装置具有夹持部件和设备盒；在夹持部件上连接有设备盒，设备盒内包括心率采集模块、皮电采集模块、血压采集模块、数据处理模块和电池；数据处理模块分别与心率采集模块、皮电采集模块、血压采集模块和电池进行电连接，在数据处理模块还设置有无线模块二，用于将采集到的数据发送给数据分析装置。所述的心率采集模块、皮电采集模块、血压采集模块分别用于采集人体的心率、皮肤电阻和血压的数据，其中通过检测皮肤电阻能够采集到设计人员的紧张度状态，人在紧张会出现皮肤出汗的现象，尤其是在击发时刻，更是容易紧张出汗，此时皮肤电阻将会发生变化。皮电采集模块就能实时采集人体电阻的变化情况，由此反应射击过程中人体的紧张状况。

无线模块二为wifi发射器。

所述的夹持部件为夹子，夹子上的夹体为圆弧形，以适应夹持人体的手腕；在夹体的内壁还涂设有类肤涂层，优选为聚氨酯涂层，用于改善夹持部件与人体皮肤的接触感，增加摩擦力，防止滑脱。

所述的数据分析装置中包括显示屏、WiFi通信模块和数据采集处理模块，在数据分析装置内安装有数据评估模块。WiFi通信模块完成对激光测角仪、人体信号参数采集装置的无线数据通信传输。数据采集处理模块完成对所有传感器数据的分类、汇总，并进行处理、记录存储。数据评估软件模块根据射手的所有传感器数据的记录，进行标准化格式评估输出，按人们常规熟悉、易于理解的样式进行显示。显示屏以图形、表格等样式进行显示瞄准点轨迹、心电图曲线、心率变化过程、持枪稳定度、瞄准点散布、射击跳动、人体紧张度和血压稳定变化等结果。

本发明一种用于实弹射击过程数据的记录分析系统的工作方法如下：

射手手持安装有激光测角仪的枪支，射手瞄准靶板，激光测角仪通电，激光发射头发出激光，激光在经过凹透镜后，激光发射机构向靶板发射发散的激光，散射角为1°~5°，激光光斑能完全覆盖靶板，靶板上的反光装置能将所照射的激光反射回激光接收机构，返回的激光由凸透镜汇聚，形成一个光点，落在光点传感器上。光点传感器为二维半导体光电器件，能输出光点二维坐标的信号数据，此信号数据对应反光点与接收镜筒光轴之间的夹角。

在本系统中，所有瞄准点位置、轨迹的数据都来自于反光装置P的数据变化，都以此作为基准进行求差比较而得，与P点的绝对位置没有关系。在激光测角仪安装完成后，将枪支的瞄准点对准靶板的靶心进行校准（即采集记录此时该P点上水平方向和垂直方向的两维坐标数据）。

设定校准时，瞄准点对准靶心，以靶心为原点T（0、0），在靶板上取水平和垂直方向为X、Y轴，建立坐标系（不含靶板、反光装置）。此坐标系和枪支视为整体，坐标系随枪支晃动而相对移动，比如枪支向左上方移动时，瞄准点移到靶板上的O点。反光装置的位置为P点。

对于激光测角仪来说，枪支晃动的结果，相当于激光测角仪不动而靶板在做反向移动，即靶板相对于激光测角仪移动，靶板上的反光装置跟随靶板同步移动。

反光装置在XOY的坐标系中，坐标分别为横向H、纵向V。其在结果激光测角仪的数据中输出对应Ax0、Ay0两个夹角。当靶板到激光测角仪的距离为L时，则有：

H = L×tan(Ax0)

V = L×tan(Ay0)

当完成瞄准点的校准时，本系统中的数据分析装置记下Ax0、Ay0两个值，作为常量，给后续测量作基准值。其相应的H、V也为常量值。

当枪支晃动时，瞄准点（即O点）发生移动，反光装置因移动而在激光测角仪中测得的两维角度数据为Ax、Ay两个夹角。此时P点对应的坐标值为：

x = L×tan(Ax)

y = L×tan(Ay)

枪支瞄准点O在靶板上相对靶心T的偏离位置在横向和纵向分别为tx、ty：

tx = x –H

ty = y - V

通过激光测角仪的连续测量反光装置的二维角数据，就能得到连续的瞄准点坐标，从而在计算机的显示器上就能描绘据枪支的瞄准轨迹。

本发明构思巧妙、使用方便，并且通过计算机的显示屏来直观、实时地显示射手的据枪状态，能够全过程记录射手在实弹射击中的持枪状态、生理变化的数据，并进行分析评估每发子弹的射击效果。相较于现有的技术方案，具有良好的训练效果，且能有效评估和筛选出不同射手的技术状态。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步说明

图1为本发明的使用状态示意图；

图2为本发明中的激光测角仪安装在枪管下方时的结构示意图；

图3为本发明中激光测角仪在校准基准点坐标系时的示意图（瞄准点正对靶心）；

图4为本发明中激光测角仪在使用时的示意图，（瞄准点在靶心左上方）；

图5为本发明中靶板上显示的实际瞄准点O相对于靶心T进行测量瞄准点相对坐标的示意图；

图6为本发明中人体信号参数采集装置的结构示意图；

图7为本发明中的计算机的结构示意图。

图中：1、激光测角仪，2、靶板，3、人体信号参数采集装置，3-1、夹持部件，3-2、设备盒，4、枪支，5、激光发射机构，5-1、激光发射头，5-2、凹透镜，6、激光接收机构 ，6-1、光点传感器 ，6-2、凸透镜 ，7、反光装置，8、电池，9、无线模块，10、激光控制模块 ， 11、数据分析装置 。

具体实施方式

参照附图1-7，一种用于实弹射击过程数据的记录分析系统包括激光测角仪1、靶板2和数据分析装置11；激光测角仪1固定安装在枪支4的前端，在激光测角仪1的前侧面设置有激光发射机构5和激光接收机构6；在激光测角仪1的前方摆放有靶板2，靶板2上设置有一个反光装置7，激光测角仪1上还设置有数据输送装置，用于将激光测角仪1采集到的数据传输给数据分析装置11。

所述的数据分析装置11为计算机；数据输送装置为无线模块一，优选为wifi发射器，在计算机上设置有对应的用于接收无线模块一发送数据的设备。

所述的激光测角仪1包括激光发射机构5、电池8、无线模块9、激光控制模块10和激光接收机构6；其中激光控制模块10分别与激光发射机构5、电池8、无线模块9和激光接收机构6进行电连接；激光发射机构5具有激光发射头5-1，在激光发射头5-1的前端设置有用于散射激光束的凹透镜5-2，散射角α为0.5°-10°，优选为1°-5°；激光接收机构6具有激光接收镜筒，在激光接收镜筒内设置有光点传感器6-1，在光点传感器6-1的前方设置有凸透镜6-2，凸透镜6-2用于将反射回来的激光进行聚焦，利于光点传感器6-1接收。

在激光控制模块10中还有震动传感器，能够感知扳机击发和子弹发射时的震动，由此标记击发时刻，根据激光测角仪1的连续数据，即可得到击发前后瞄准点稳定度和跳动的轨迹。

所述的激光发射头5-1优选为红外激光发射头，其在工作时的光束为肉眼不可见的波段，在使用时，对射手的视力无干扰。

激光测角仪1通过卡扣、燕尾槽、皮卡汀导轨或螺栓与枪支4进行固定连接。

在用于实弹射击过程数据的记录分析系统内还包括人体信号参数采集装置3，用于采集人体包括心率、血压和皮肤电阻的参数。

所述的靶板2为矩形，在靶板2的任意位置设置有反光装置7，优选为相对于射手视角的右上角或左上角；反光装置7为反光板、反射镜或角锥反射棱镜。

人体信号参数采集装置3具有夹持部件3-1和设备盒3-2；在夹持部件3-1上连接有设备盒3-2，设备盒3-2内包括心率采集模块、皮电采集模块、血压采集模块、数据处理模块和电池；数据处理模块分别与心率采集模块、皮电采集模块、血压采集模块和电池进行电连接，在数据处理模块还设置有无线模块二，用于将采集到的数据发送给数据分析装置。所述的心率采集模块、皮电采集模块、血压采集模块分别用于采集人体的心率、皮肤电阻和血压的数据，其中通过检测皮肤电阻能够采集到设计人员的紧张度状态，人在紧张会出现皮肤出汗的现象，尤其是在击发时刻，更是容易紧张出汗，此时皮肤电阻将会发生变化。皮电采集模块就能实时采集人体电阻的变化情况，由此反应射击过程中人体的紧张状况。

无线模块二为wifi发射器。

所述的夹持部件3-1为夹子，夹子上的夹体为圆弧形，以适应夹持人体的手腕；在夹体的内壁还涂设有类肤涂层，优选为聚氨酯涂层，用于改善夹持部件与人体皮肤的接触感，增加摩擦力，防止滑脱。

所述的数据分析装置11中包括显示屏、WiFi通信模块和数据采集处理模块，在数据分析装置内安装有数据评估模块。WiFi通信模块完成对激光测角仪、人体信号参数采集装置的无线数据通信传输。数据采集处理模块完成对所有传感器数据的分类、汇总，并进行处理、记录存储。数据评估软件模块根据射手的所有传感器数据的记录，进行标准化格式评估输出，按人们常规熟悉、易于理解的样式进行显示。显示屏以图形、表格等样式进行显示瞄准点轨迹、心电图曲线、心率变化过程、持枪稳定度、瞄准点散布、射击跳动、人体紧张度和血压稳定变化等结果。

本发明一种用于实弹射击过程数据的记录分析系统的工作原理如下：

射手手持安装有激光测角仪1的枪支4，激光测角仪1通电，射手瞄准靶板2，激光发射机构5向靶板2发射发散的激光，激光光斑能覆盖靶板2，靶板2上的反光装置7能将所照射的激光反射回激光测角仪1，返回的激光由激光接收镜筒汇聚，形成一个光点，落在光点传感器6-1上。光点传感器6-1为二维光电器件，能输出光点的二维坐标的信号数据，此信号数据对应反光点与接收镜筒光轴之间的夹角。

激光测角仪1在通电工作时，激光发射机构5向目标发射较大的发散激光，激光光斑能覆盖靶板2，靶板2上的反光装置7能将所照射的激光反射回激光测角仪1，返回的激光由激光接收镜筒汇聚，形成一个光点，落在光点传感器6-1上。激光测角仪1能测量光点相对接收镜筒的光轴的夹角，分别输出水平和垂直两个方向的角度值。在本装置的工作过程中，都是使用相对值来计算，整个激光测角仪1安装到枪支4上后，激光接收镜筒的光轴的绝对指向没有精度要求，只是要求在开始工作后，反光装置7不能换位置，若位置变化或更换反光装置7需要重新校准。

如图3所示，在激光测角仪1安装到枪支4上后，此时两者为一个整体，枪支4的瞄准点晃动的角度和激光接收镜筒的光轴晃动角度相同。瞄准点的晃动量与P点在测角坐标系中的变化量相同，方向相反。因此测量瞄准点的晃动偏离值，实际是通过测量反光装置7在瞄准过程中的偏离基准值（校准时记录P点的位置）来间接实现的。

完成安装后正式使用前需要进行一次校准：将枪支4的瞄准点对准靶心（如图3中的圆环中心），采集记录此时反光装置点的两维角度数据Ax0和Ay0，作为后续瞄准过程中的基准值。

本发明一种用于实弹射击过程数据的记录分析系统的具体校准方法为：

在激光测角仪1安装完成后，将枪支4的瞄准点对准靶板2的靶心进行校准（采集记录该点的两维角度数据），靶心为原始的标记点T。在本系统中，反光装置7的角度数据采用相对值计算，与校准时的两维方向的角度数据相比较，得到的差值等量为：实时瞄准位置与靶心的角度偏离量。

设定校准时，瞄准点对准靶心，以靶心为原点T（0、0），在靶板2上取水平和垂直方向为X、Y轴，建立坐标系（不含靶板、反光装置）。此坐标系和枪支4视为整体，坐标系随枪支4晃动而相对移动，参照附图3，比如枪支4向左上方移动时，瞄准点移到图3的O点。反光装置7的位置为P点。

对于激光测角仪1来说，枪支4晃动的结果，相当于激光测角仪1不动而靶板2在做反向移动，即靶板2相对于激光测角仪1移动，靶板2上的反光装置7跟随靶板2同步移动。

参照附图3，反光装置7在XOY的坐标系中，坐标分别为横向H、纵向V。其在结果激光测角仪1的数据中输出对应Ax0、Ay0两个夹角。当靶板2到激光测角仪1的距离为L时，则有：

H = L×tan(Ax0)

V = L×tan(Ay0)

当完成瞄准点的校准时，本系统中的数据分析装置记下Ax0、Ay0两个值，作为常量，给后续测量作基准值。其相应的H、V也为常量值。

当枪支4晃动时，瞄准点（也即O点）将发生移动，反光装置7因移动而在激光测角仪1中测得的两维角度数据为Ax、Ay两个夹角。参照附图，此时P点对应的坐标值为：

x = L×tan(Ax)

y = L×tan(Ay)

如图5所示，枪支4瞄准点O在靶板上相对靶心T的偏离位置在横向和纵向分别为tx、ty：

tx = x –H

ty = y - V

通过激光测角仪1的连续测量反光装置7的二维角数据，就能得到连续的瞄准点坐标，从而在数据分析装置上就能描绘据枪支4的瞄准轨迹。

Claims (10)

1.一种用于实弹射击过程数据的记录分析系统，其特征在于：包括激光测角仪、靶板和数据分析装置；激光测角仪固定安装在枪支的前端，在激光测角仪的前侧面设置有激光发射机构和激光接收机构；在激光测角仪的前方摆放有靶板，靶板上设置有一个反光装置，在靶板上设置有原始的标记点T，标记点T纵向坐标Y，横向坐标X；激光测角仪上还设置有数据输送装置，用于将激光测角仪采集到的数据传输给数据分析装置；

所述的数据分析装置为计算机；数据输送装置为无线模块一，在计算机上设置有对应的用于接收无线模块一发送数据的设备。

2.根据权利要求1所述的一种用于实弹射击过程数据的记录分析系统，其特征在于：所述的激光测角仪包括激光发射机构、电池、无线模块、激光控制模块和激光接收机构；其中激光控制模块分别与激光发射机构、电池、无线模块和激光接收机构进行电连接；激光发射机构具有激光发射头，在激光发射头的前端设置有用于散射激光束的凹透镜，散射角α为1°-5°；激光接收机构具有激光接收镜筒，在激光接收镜筒内设置有光点传感器，在光点传感器的前方设置有凸透镜，凸透镜用于将反射回来的激光进行聚焦，利于光点传感器接收。

3.根据权利要求1所述的一种用于实弹射击过程数据的记录分析系统，其特征在于：在激光控制模块中还有震动传感器，能够感知扳机击发和子弹发射时的震动，由此标记击发时刻，根据激光测角仪的连续数据，即可得到击发前后瞄准点稳定度和跳动的轨迹。

4.根据权利要求1所述的一种用于实弹射击过程数据的记录分析系统，其特征在于：所述的激光发射头为红外激光发射头，其在工作时的光束为肉眼不可见的波段，在使用时，对射手的视力无干扰。

5.根据权利要求1所述的一种用于实弹射击过程数据的记录分析系统，其特征在于：所述的靶板为矩形，在靶板的任意位置设置有反光装置；反光装置为反光板、反射镜或角锥反射棱镜。

6.一种用于实弹射击过程数据的记录分析系统，其特征在于：在用于实弹射击过程数据的记录分析系统内还包括人体信号参数采集装置，用于采集人体包括心率、血压和皮肤电阻的参数。

7.根据权利要求6所述的一种用于实弹射击过程数据的记录分析系统，其特征在于：人体信号参数采集装置具有夹持部件和设备盒；在夹持部件上连接有设备盒，设备盒内包括心率采集模块、皮电采集模块、血压采集模块、数据处理模块和电池；数据处理模块分别与心率采集模块、皮电采集模块、血压采集模块和电池进行电连接，在数据处理模块还设置有无线模块二，用于将采集到的数据发送给数据分析装置；所述的心率采集模块、皮电采集模块、血压采集模块分别用于采集人体的心率、皮肤电阻和血压的数据，其中通过检测皮肤电阻能够采集到设计人员的紧张度状态，人在紧张会出现皮肤出汗的现象，尤其是在击发时刻，更是容易紧张出汗，此时皮肤电阻将会发生变化；皮电采集模块就能实时采集人体电阻的变化情况，由此反应射击过程中人体的紧张状况；

无线模块二为wifi发射器。

8.根据权利要求7所述的一种用于实弹射击过程数据的记录分析系统，其特征在于：所述的夹持部件为夹子，夹子上的夹体为圆弧形；在夹体的内壁还涂设有类肤涂层。

9.根据权利要求1所述的一种用于实弹射击过程数据的记录分析系统，其特征在于：所述的数据分析装置中包括显示屏、WiFi通信模块和数据采集处理模块，在数据分析装置内安装有数据评估模块；WiFi通信模块完成对激光测角仪、人体信号参数采集装置的无线数据通信传输；数据采集处理模块完成对所有传感器数据的分类、汇总，并进行处理、记录存储；数据评估软件模块根据射手的所有传感器数据的记录，进行标准化格式评估输出，按人们常规熟悉、易于理解的样式进行显示；显示屏以图形、表格等样式进行显示瞄准点轨迹、心电图曲线、心率变化过程、持枪稳定度、瞄准点散布、射击跳动、人体紧张度和血压稳定变化结果。

10.一种用于实弹射击过程数据的记录分析系统的工作方法，其特征在于：

射手手持安装有激光测角仪的枪支，射手瞄准靶板，激光测角仪通电，激光发射机构向靶板发射发散的激光，散射角为1°~5°，激光光斑能完全覆盖靶板，靶板上的反光装置能将所照射的激光反射回激光接收机构，返回的激光由凸透镜汇聚，形成一个光点，落在光点传感器上；光点传感器为二维半导体光电器件，能输出光点二维坐标的信号数据，此信号数据对应反光点与接收镜筒光轴之间的夹角；

在本系统中，所有瞄准点位置、轨迹的数据都来自于反光装置P的数据变化，都以此作为基准进行求差比较而得，与P点的绝对位置没有关系；在激光测角仪安装完成后，将枪支的瞄准点对准靶板的靶心进行校准；

设定校准时，瞄准点对准靶心，以靶心为原点T（0、0），在靶板上取水平和垂直方向为X、Y轴，建立坐标系；此坐标系和枪支视为整体，坐标系随枪支晃动而相对移动，比如枪支向左上方移动时，瞄准点移到靶板上的O点，反光装置的位置为P点；

对于激光测角仪来说，枪支晃动的结果，相当于激光测角仪不动而靶板在做反向移动，即靶板相对于激光测角仪移动，靶板上的反光装置跟随靶板同步移动；

反光装置在XOY的坐标系中，坐标分别为横向H、纵向V；其在结果激光测角仪的数据中输出对应Ax0、Ay0两个夹角，当靶板到激光测角仪2的距离为L时，则有：

H = L×tan(Ax0)

V = L×tan(Ay0)

当完成瞄准点的校准时，本系统中的数据分析装置记下Ax0、Ay0两个值，作为常量，给后续测量作基准值，其相应的H、V也为常量值；

当枪支晃动时，瞄准点发生移动，反光装置因移动而在激光测角仪中测得的两维角度数据为Ax、Ay两个夹角，此时P点对应的坐标值为：

x = L×tan(Ax)

y = L×tan(Ay)

枪支瞄准点O在靶板上相对靶心T的偏离位置在横向和纵向分别为tx、ty：

tx = x –H

ty = y - V

通过激光测角仪的连续测量反光装置的二维角数据，就能得到连续的瞄准点坐标，从而在计算机的显示器上就能描绘据枪支的瞄准轨迹。