CN109654945A - 具有弹道表现能力和毁伤多样性的对抗射击模拟技术 - Google Patents

Abstract

本发明属于对抗射击模拟技术领域，具体涉及一套以动能弹丸的飞行轨迹判断模拟射击效果的算法，及其配套装置和信息平台的最小构造与功能，以及识别目标和鉴别多样毁伤效果的原理。本发明以数码影像技术为基础，通过解算光学成像关系和量化数码图像推定射手主张，结合实际测定和弹道计算技术判断目标与弹丸的位置关系，可实现对任何有形物体实施模拟射击。本发明优于不能表现弹道的光线直瞄技术，并在毁伤识别方面优化创新，可更逼真体现射击的特点并能获得更有价值的战场数据，尤其适用于狙击步枪系统的射击模拟，也适用于其他枪械或抛物线弹道的点杀伤武器，还可依法用于民用射击类运动或娱乐。

Description

具有弹道表现能力和毁伤多样性的对抗射击模拟技术

一、技术领域

本发明属于对抗射击模拟技术领域，提供一种具有弹道表现能力和毁伤多样性的对抗射击模拟技术。

二、背景技术

当前，人民解放军实兵对抗演习使用的对抗射击模拟装备采用的是直线瞄准方式的激光对抗模拟技术 (以下简称光线直瞄技术)，其通过能量光束在射手与目标间建立直线传感通道，依据通道的接通与否判定是否击中目标。现有装备在训练射手交战意识和直瞄准确度方面发挥了重要作用，用于部队实兵演习时也能在一定程度上检验训练的成果，但对远距离精确射击的检验能力十分有限，也不能区分毁伤效果。

我们都知道，抛物线才是动能弹丸飞行轨迹的固有属性，直线弹道只是理想状态或技术条件限制下的替代方案。光线直瞄技术基于光的直线传播，不能表现动能武器的抛物线弹道。真实射击时，射手对弹道的装定过程是复杂的，尤其在战斗环境中面对各种干扰和心理压力时就更加困难，如果不能表现弹道，演习对射击难度的模拟便远低于实际战斗环境，对射击能力特别是远距离精确射击能力的检验作用将非常有限；另一方面，战斗员能否在战斗环境中兼顾勇敢作战和避免牺牲也是战术意识和训练成果的直接体现，正确的战术动作在一定程度上可以降低伤亡概率，如果模拟装备不能区分击伤部位，一刀切地判定“阵亡”，会使作战单位的真实战斗力被低估，影响指挥官的判断和力量配置。

近年来，以狙击作战为代表的反恐、营救等特种作战行动成为全球安全领域重要的作战方向，狙击作战也是各国武装力量在解决地区冲突中实施“有限介入”行之有效的战术方式，其对精确射击的发展注入了动力，武器精度和射手训练水平都已进入崭新时代。随着我国国家利益在全球分布愈加广泛，海外军事行动与边境安全和国内公共安全一道成为保护现代化建设成果的重要任务，武装力量解决问题的能力和效率成为大国形象的直接体现，其对装备水平、训练水平提出了更高要求。未来的实兵演习或行动预演将更加重视战斗力的如实体现和指挥依据的科学采集。其中，检验射击能力一项将使对抗装备能否模拟弹道成为检验战斗效能的重要条件之一，而评估伤亡率则将使对抗装备能否鉴别多样性毁伤效果成为又一重要条件。

在民用领域，由于枪支的危险性和国家的严格管理，我国民间射击运动尚未普及，职业猎人和专业射击运动员以外的普通民众少有机会参与射击运动。商业狩猎和射击场所配备的枪械弹药种类较为贫乏，价格也偏高，难以满足射击爱好者的体验需求；真人CS为民众参与射击运动提供了合法、廉价的出路，且已普及多年，但由于其技术原理也是光线直瞄技术，参与者获得的体验与真实射击相差甚远，因而热度不高，该类运动的发展目前多集中在丰富游戏规则和修饰器械外观方面，而且逐渐向流行的电游、手游情节靠拢，缺乏在精确射击的技巧性方面的努力与进步。

随着我国国力提升和人民素质不断提高，射击运动也将走近我们的生活，未来的射击运动市场也将具有世界瞩目的规模。国外民间射击运动的开展非常广泛，甚至有青少年射击竞赛，精确射击思想的推广和实践已较为普及，也带动了相关领域的经济和技术发展。怎样跟随民间射击运动的世界水平成为在枪支严管阶段的重要课题，合法且严谨表现精确射击特点与技巧的模拟技术及相应器械是培养我国射击运动群众基础和带动相关技术与相关消费品发展的重要条件和权宜出路。

综上所述，研究和发展能够表现弹道并能鉴别击伤效果的射击模拟技术是必要的和紧迫的，其对发展相关制式装备和民用器械具有重要意义。本发明基于上述思想和背景提出了一套能够表现弹道并具备毁伤效果鉴别能力的对抗射击模拟技术，摒弃现有对抗射击模拟装备、器械等所采用的光线直瞄技术不能表现弹道的缺陷，同时提出了实现多样性毁伤在技术原理层面的解决方案。该技术的产生得益于计算机科学、数码成像科学、光电科学、微传感技术等相关技术领域的发展现状，综合光、机、电等多学科技术应用，是新世纪新技术新思路的结晶。

三、发明目的

本发明的目的之一是为军、警狙击手提供一种体现狙击步枪系统弹道特点和弹道修正能力，并可以鉴别击伤效果的对抗射击模拟装备，用于锻炼和检验狙击手在反击、干扰等环境中对弹道的装定和修正能力，有利于提高特种军事或警务行动预演对战斗力的检验作用和对作战效能评估的参考价值；

本发明的目的之二是为部队提供一种具有动能弹药毁伤轨迹，并可以鉴别击伤效果的对抗射击模拟装备，用于部队实兵对抗演习，有利于提高演习对战斗力的检验作用和对作战效能评估的参考价值；

本发明的目的之三是为个人或民间团体提供一种科学合法的对抗射击模拟器械，用于需要严谨表现射击特点和技巧的运动娱乐，提升民用射击运动器材的体验效果，培养射击运动的群众基础并带动射击运动相关技术与相关消费品发展。

四、发明内容

1.不发射动能弹丸但能以动能弹丸的飞行轨迹判定模拟射击的效果的算法

所述动能弹丸的飞行轨迹由动能弹药的设计指标决定，执行所述判定时，所述算法依测得的目标运动特征建立并预测目标运动轨迹，依射手选择的瞄准方向建立空间弹道曲线，计算弹药的弹道特征数据，以弹道曲线与目标轮廓的最终位置是否存在空间交点为依据判定是否击中目标，识取捕获的或推算的信标符号，进而判定对目标造成的毁伤效果；

1.1弹道特征数据是指：某型弹药在枪械某一归零调校状态下射击，考虑射击环境和枪械相关指标的影响，由弹药设计指标决定的动能弹丸飞行距离与时间、速度、落差、风偏等之间的数值对应关系；

由该对应关系所确定的曲线即为动能弹丸的“飞行轨迹”，或“弹道曲线”；

所述“归零调校状态”是指：通过调整瞄具使瞄准点与弹着点在归零距离重合时的枪械状态，该状态数据包括归零距离、瞄准线高；

所述“射击环境”包括：风力、风向、气压、温度、湿度、目标方位等；

所述“枪械相关指标”包括：枪管长度、瞄准线高、膛线旋向、膛线缠距等，枪管长度影响弹丸初速，瞄准线高影响归零调校；

所述“弹药设计指标”包括：弹道系数、弹丸质量、初速、弹丸长度、膛线缠距等。

1.2目标运动特征是指：目标的空间位置、运动方向、速度等；

通过连续测定目标的空间位置、运动方向、速度可以计算目标的运动轨迹，若目标保持该运动特征还可预测未来给定时间内目标到达的位置坐标；

本发明所述的运动目标，指匀速直线运动的人体或车辆装备等；在瞄准过程中目标运动方向、速度发生变化的情况属于变速或曲、折线运动，在真实的狙击作战中狙击手通常会选择放弃对此类运动目标的射击，本发明所述算法在对此类运动目标的射击时判定结果可能不准确。

1.3所述算法包括：为了得到所述判定的执行结果，施加于相关数据的运算步骤和运算规则，以及为获取原料数据所使用的测定方法和误差指标，和人机交互过程中客观数据的表现方式或主观数据的格式化方法；

其中：

1.3.1施加于相关数据的运算步骤和运算规则，包括但不限于：

(1)依据目标运动特征，描述和预测目标运动轨迹的处理过程；

(2)依据弹药设计指标、射击诸元和射手瞄准方向建立弹丸的空间飞行轨迹的处理过程；

(3)判断目标轮廓和弹道曲线是否存在交点的处理过程；

(4)选取弹着点最近的信标符号的处理过程；

(5)鉴别毁伤效果的处理过程；

1.3.2为获取原料数据所使用的测定方法和误差指标，包括但不限于：

(6)为了获得目标运动特征数据而对目标运动的连续测定过程；

(7)为了获得射击诸元数据而对环境因素的连续测定过程；

(8)为获得目标轮廓图像而对目标进行的拍摄或连续拍摄以及像素分析和识别的处理过程；

(9)为了获得一定的测量精确度而设定的对测定数据的校验方法和过程；

1.3.3人机交互过程中客观数据的表现方式，包括但不限于：

(10)在瞄准点图像中叠加弹着点的处理过程；

(11)在瞄准点图像中叠加目标运动最终位置图像的处理过程；

1.3.4人机交互过程中主观数据的格式化方法(所述格式化包括：截获、识别、分离、转换等)；包括但不限于：

(12)将扳机操作的机械信号转换为电信号，并确保与枪械系统的机械传动耗时相当的处理过程；

(13)根据射手的瞄准点分离射手主张的处理过程(所述射手主张参见本说明书第七部分详述)。

2、与所述算法配套使用的装置和信息平台

所述装置为光机电一体化装置，其为所述算法的运行提供测定平台、运算资源、通信资源、人机交互接口等；用于军警用途时，所述装置挂载于制式武器使用，用于民用用途时可集成制造于射击运动器械内使用；所述信息平台为计算机软硬件集成系统，其为所述算法提供数据和网络支持，承载所述算法中不需要在所述装置本地完成部分的计算任务，本发明用于打靶射击时可不依赖信息平台；

2.1所述装置的基本构造

(1)含有2套小口径数码拍摄单元，第1数码拍摄单元和第2数码拍摄单元，分别由变焦透镜组、 CCD传感器、电动变焦机构、四方向光轴调节机构、快门机构等组成；在技术和成本条件可接受时，两套拍摄单元应优先采用共用光轴的技术方案实现；

(2)含有1张集成电路板，板载单片机系统，板载无线网络适配器，板载脉冲激光测距组件、电子罗盘、倾角传感器、GPS、温湿度传感器、电子气压计等传感元器件，集成有扳机指令输入接口、CCD数据接口、镜组变焦指令接口、CCD拍摄指令接口，以及视频输出、USB等接口；

(3)含有1套功能控制键及操作反馈指示灯(或数码显示管)，用于在不接驳电脑时对所述装置的简单调整，包括但不限于：设置键、射击模式切换键、枪械模式切换键、射击模式指示灯、枪械模式指示灯、目标确认指示灯等；

(4)含有1个扩展功能键，用于备用的人机交互输入；

(5)含有1套扳机响应开关，用于感知射手射击意图和枪械快慢机状态的机械信号，转换为电信号传送给单片机系统；

(6)包含1组可充电电池；

2.2所述装置的基本功能

(1)数码拍摄单元

第1数码拍摄单元具有较大视场，用于拍摄目标场景图像，其变焦透镜组最大等效焦距300mm以内，其在1000米线视野不小于20米；

第2数码拍摄单元具有超长焦距，用于拍摄目标细节图像和捕捉目标表面的信标符号，其变焦透镜组最大等效焦距不低于500mm，具备滤光和像增强能力以减小色散和改善图像的亮度，其可在2000米内任何距离拍摄清晰的胸靶大小图像，且能保证图像中的信标符号可以清晰分辨；

数码拍摄单元的变焦机构采用环形超声波马达驱动，具备迅速大范围调焦的能力；

数码拍摄单元的外壳及其与枪械的连接件设计和制造时，应考虑数码拍摄单元的光轴尽量接近瞄准镜光轴(或瞄准线)，以减小观察视角和拍摄视角的差别；投入使用之前，变焦透镜组的光轴需调节至平行于枪械瞄准镜光轴(或瞄准线)；

采用共用光轴技术方案时，上述功能要求不变；

(2)综合传感器

脉冲激光测距组件：用于测定目标距离，使用900nm波段近红外脉冲激光器，实用量程满足最大射击距离的要求，脉冲频率不低于5Hz，具备单次和连续测定能力；

电子罗盘：用于测定目标方位，使用三维电子罗盘，具备倾斜补偿和温度漂移补偿能力；

倾角传感器：用于测量射击俯仰角和辅助测量目标方位，带有陀螺芯片(mems)，6轴，集成MCU、模数转换，可直接输出倾斜数据；

GPS：用于测量射手所在位置和海拔高度，定位误差3米内；

温湿度传感器：用于测量射击环境的空气温度和湿度，温度测量范围-30～40℃，精度±1度，湿度范围0-100％RH，精度5％RH；

(3)单片机系统

单片机系统安装有固化的软件系统，并为射击控制、方位计算、弹道计算、图像处理等过程提供计算资源和存储资源；

(4)扳机响应开关：扳机响应开关的安装使用应不干扰射手正常操作枪械扳机、快慢机、保险等，且能对枪械快慢机、保险机构的状态变化实时响应；

(5)无线网络适配器

用于所述装置与战场信息系统交换数据；

(6)按键和反馈指示灯

所述按键和反馈指示灯用来实现但不限于下列功能：射击模式切换、枪械模式切换、弹药切换、扩展键状态、扳机扣压指示等；

(7)USB接口

所述装置可通过USB接口连接计算机设备或为电池充电，连接并在计算机设备安装专用软件后，可在软件界面浏览数码拍摄单元的实时画面，同时可对所述装置进行设定，设定的内容包括但不限于：视频管理、传感器管理、扩展键设定、枪械选择与弹药匹配、供弹具管理、创建枪械或弹药等；

(8)电池

采用聚合物锂电池，具有充电保护电路，电池电量应满足所述装置执行一次战役级对抗训练的电量需求，并可以方便地更换。

2.3所述信息平台的基本构造

(1)含有服务器，包括服务器主机、操作系统、服务中间件；

(2)含有无线通信网络；

(3)含有数据库，包括数据库管理系统、数据存储设备、数据备份恢复机制；

(4)含有应用系统；

2.4所述信息平台的基本功能

(1)所述服务器，根据信息平台规模的大小以及节约成本的考虑，数据库服务、应用服务、存储服务、通信服务可分别部署于专用的服务器，也可使用虚拟主机技术集中部署，还可以采用接入云计算中心的方式有偿获得远程计算资源；

(2)所述无线网络用于所有参战装置与信息平台的无线连接，为保证通信质量和信息传输的实时性，以及考虑通信距离的不确定性，一般可采用TD-LTE技术标准实现无线连接(即为所述装置内置SIM卡，以无线方式连接移动基站，再转至有线广域网最后连接至信息平台)；可减少无线网络设备的投入并提高无线连接的稳定性和可靠性；信息平台只要接入广域网即可通过VPN方式与所有装置建立连接；本发明用于军用用途时，则依照军用通信标准接入军用专用网络；

(3)所述数据库的数据库管理系统安装部署于数据库服务器，数据存储设备用于提供数据存储空间，当数据规模较小时，可共享使用数据库服务器的硬盘空间作为数据存储空间，数据备份恢复机制用于数据的备份和恢复；

(4)所述应用系统是专门针对本发明所述算法开发的计算机软件，通常指战场信息系统，也可根据需要开发部署具有个性化功能的其他信息系统；战场信息系统安装部署于应用服务器并依托数据库运行；战场信息系统的基本功能包括但不限于下列项：

成员管理，人员、车辆、物资、建筑物等信息的分类管理和生命状态更新(可接驳成员所载反馈装置的远程控制功能，例如人员载有的发烟装置)等；

装置管理，包括所述装置与信标符号的关联关系的管理、装置状态更新及远程控制等；

信标管理，包括信标与人员、装置等的分配和关联；信标的回收再用管理等；

武器管理，用于统一管理和供所述装置下载武器及弹药的技术指标；包括武器管理、弹药管理、武器与弹药的匹配管理等；

毁伤效果鉴别管理，包括中弹判定、毁伤效果鉴别、射击效果图像的合成与管理等；

作为升级和补充，还可添加对抗结果管理、战场态势分析、指挥官视图等功能。

3、所述算法与装置配合使用时，识别目标和鉴别多样毁伤效果的原理

3.1目标的识别

本发明所述对抗模拟射击技术可以将任何有固定形态的物体纳入识别范围并作为目标进行模拟射击和识别。

本发明用于对抗射击时，被射击方目标表面需印染或喷涂有信标符号，或覆盖有印染或喷涂了信标符号的被服，例如人员目标穿戴的服帽、物资目标覆盖的篷布或是车辆目标喷刷的涂装等；所述装置在射手扳机指令下拍摄目标图像，所述算法处理该图像，分离其中的信标符号，并转译为字符串通过无线网络传递给战场信息系统，战场信息系统解算字符串并检索数据库获得其指向的目标信息，在判定击中并鉴别毁伤效果后，战场信息系统对目标的生命状态、装备状态等立即更新。

本发明用于非对抗射击(通常属于打靶射击)时，目标表面不必须存在信标符号，由于非对抗射击不需要分辨击中了谁，所述装置只通过判断摄影图像中弹着点是否位于目标轮廓内即能判定是否击中；所述目标轮廓可以被识别的对象包括人体、车辆、装备、物资、环靶、胸靶等，识别范围能通过升级数据库扩充；若目标表面存在信标符号，所述算法亦可以辨认目标和鉴别毁伤效果，但需要网络、战场信息系统以及数据库的支持。

3.2多样毁伤效果的鉴别

在真实射击时，动能弹丸由于动能传递或创伤特性对目标造成的丧失行为能力或原有功能的严重程度并不相同。对目标的毁伤效果通常由射手选用的弹药种类和击中目标的部位等共同决定。

例如射手选用.50弹药(如：12.7×99mm NATO)和选用.308弹药(如：7.62×51mmNATO)在1000 米距离击中人体目标时弹头携载的动能相差400％以上，但若同是击中肢体末端，显然两者的实际毁伤效果是相同的；再例如射手选用.50弹药和选用.224弹药(如：5.56×45mmNATO)在300米距离击中人体目标时，弹头携载的动能相差1000％以上，但.224弹药的翻滚碎裂作用可以将全部动能倾泻至人体，造成较大创伤而使目标立即失能，.50弹药由于不具有翻滚碎裂作用而只造成贯穿伤，对目标的停止作用反而有限；然而若两者同是击中人体头部，则都将造成目标立即失能的相同毁伤效果；如果两者同为击中轻型装甲目标，毁伤效果则又将表现出巨大的差异。

本发明可模拟由于目标类型、弹药种类、击中部位的不同所导致的不同毁伤效果：

(1)目标种类是判定毁伤效果的基础因素，本发明通过分类使用信标符号实现目标种类的区分，如人体目标、车辆目标、物资目标等；战场信息系统预先针对目标种类设定毁伤效果，例如针对人员目标时，所述毁伤效果包括(但不限于)：轻伤、重伤、阵亡；针对物资目标时，则有损坏、击毁、引爆等效果；

(2)创伤种类是影响毁伤效果的重要因素。创伤种类取决于弹药种类和击中距离，判定击中目标时，参考射击方使用的弹药种类，依据射击距离、弹头形状、弹头结构等因素计算弹丸携载动能和创伤特性，确定对目标的创伤种类，例如贯穿伤、非贯穿伤等；

(3)击中部位也是影响毁伤效果的重要因素，同一目标被击中部位的区分依靠在不同部位使用不同信标符号来确定，例如：皮外、皮下、躯干、肢体、头部等；战场信息系统预先对信标符号的所在部位予以定义，这些信标符号之间还通过上下左右的方位关系相互关联，以确保发生“瞄头中脚”情况时依然能够判定击中和辨认毁伤效果；

(4)由击中部位、创伤种类即可对应目标种类而确定其创伤表现，例如对人体目标，击中部位+创伤种类有下列组合：皮外贯穿、皮下贯穿、躯干贯穿、肢体贯穿、肢体非贯穿、躯干非贯穿、头部非贯穿，对应的创伤表现为表皮擦伤、皮肉破损、脏器贯穿、肢体骨骼碎裂、肢体残缺、脏器碎裂、爆头等；

(5)对每种创伤表现赋予相应的毁伤值，计算目标是否还有承受再次被击中的生命值，从而判断毁伤效果，如对人体目标最终判定为轻伤、重伤、阵亡；

例如：人体目标首次被.224弹药在200米距离击中躯干，创伤种类为非贯穿伤，躯干+非贯穿，创伤效果为脏器碎裂，毁伤效果应判定为重伤；

(5)实际应用本发明时，为了准确模拟毁伤效果，要对上述创伤种类、击中部位、目标类型制定细致的分类分级和从属特性，以便精确量化毁伤效果；如上例，对躯干细分为心脏、肺脏等后，若击中部位为心脏，判定的毁伤效果则为阵亡。

3.3信标符号

所述信标符号利用二维码的视觉效果与数码迷彩相似的特点，将加工后的二维码作为迷彩图案的一部分印刷或涂覆到各类作战被服、装具表面；其色彩、色块尺寸等均需考虑与数码迷彩图案相融合并考虑光学系统的成像能力，以便利于捕获；加工所述信标符号的图案时，除添加用于本发明的标识信息外，其他方面遵循二维码编排规则。

所述信标符号由于采用涂覆的方法存在于目标表面而具有灵活布置的特点，恰好解决了要模拟击中不同部位就需要在各个部位布置信标符号的问题，例如在人体目标的四肢和躯干布置不同的信标符号即可分辨出击中了四肢还是躯干，从而实现毁伤效果的多样性。

实现多样毁伤效果需要大量的二维码资源，且需要采用数码印花技术制造被服，才可以实现任一被服具有唯一信标符号的要求；为了节约二维码资源，应用本发明用于对抗模拟射击时，应配置信标符号管理系统，统一管理信标符号的定义、分配和关联，并对报废被服、涂装的信标符号回收再用。

五、优点及积极效果

1.本发明优于不能表现弹道的光线直瞄技术，表现在：

本发明用于模拟射击时，不依靠激光、红外等辐射光线与目标建立直线传播的传感通道，仅以拍摄目标图像的方法，通过分析目标在不同时间不同方位的图像语义变化，借助必要的电子测量技术，利用等效的物镜像间三角函数关系建立目标与弹丸飞行轨迹的空间数学关系，计算和验证目标最终位置与弹着点在客观上是否能相交于射手主观判断的空间位置；由于不依靠直线传感通道，可以方便地在摄影图像中表现射击带领量、弹道落差和环境影响，如实表现目标位移和弹道。例如：

应用本发明以抛物线弹道进行远距离射击(通常用于模拟狙击步枪)时，若不考虑目标运动、射击距离、风偏、射角等的影响，主观弹着点与客观弹着点通常会存在偏差，这迫使射手必须计算影响弹道的因素，并借助瞄具予以修正或补偿，以使弹着点落在需要的范围内；与采用光线直瞄的射击模拟技术相比，击中目标的难度更大，但与实际的射击过程和难度更加相似，能更真实地反映射手的射击能力和表现实际战斗环境。

应用本发明以抛物线弹道进行近距离射击(通常用于模拟突击步枪射击)时，射击距离通常在300米内，弹道平直，距离、风偏、射角等的作用很小，但依然影响客观弹着点，近距离射击对迅速开火和火力持续性的要求较高，射手通常无暇计算修正量或补偿量，仅以经验和感觉仓促射击，主观弹着点成为射手射击经验和感觉的体现，它与客观弹着点依旧存在差异的可能，迫使射手必须集中精力根据以往射击经验迅速调整瞄准点，以使弹着点落在需要的范围内；由于在该距离内弹道的曲线特征并不明显，与采用光线直瞄的模拟技术相比直观上差异不大，但实现了对错误瞄准的筛选，同样提高了击中目标的难度，同样能更真实地反映射手的射击能力和表现战斗环境。

2.本发明还在击中后的识别方面优于现有装备，表现在：

(1)本发明所述对抗射击模拟技术，可实现对任何有形物体实施模拟射击并产生效果，例如人员、车辆、物资、建筑等，无需物体载有传感器，只要物体表面可以印刷或涂覆信标符号即可参与对抗；

(2)本发明使用可以灵活布置的信标符号，在判定击中目标时，由于信标符号可以存在于目标表面的任何部位，因而能够精确辨认目标“中弹”部位；

(3)本发明所述对抗射击模拟技术，能分辨对目标造成的毁伤效果，可实现更丰富、更真实的对抗战斗形势和场景；例如，被判定为“重伤”的人员目标，可保留规定时间范围内(例如5秒)、一定次数 (例如2次)的扣压武器扳机的能力，但同时降低其瞄准能力，从而模拟重伤人员低能效的反击。

3.本发明还具有下列优点：

本发明所述对抗射击模拟技术，能使指挥员通过演习掌握战斗部队的真实战斗力，并获得可信赖的指挥依据。

六、附图及说明

图1为本发明所述对抗射击模拟技术的瞄准和开火过程的示意图。图1中部为射击场景的俯视示意，上部为用于分析和计算射手主张的假想参考平面的示意，下部为第1数码拍摄单元在击发瞬间拍摄的参考平面图像；关于瞄准和开火过程的详细说明，见本说明书第七部分的“2瞄准和开火过程”详述。

图2为本发明所述对抗射击模拟技术识别过程的示意图。图2的右下部与图1下部同为第1数码拍摄单元拍摄的图像，不同的是图1中的为击发瞬间的图像，图2中的为识别完成后经过加工的图像；关于识别过程的详细说明，见本说明书第七部分的“3识别过程”详述。

以下为对本发明所述对抗射击模拟技术相关的补充说明：

1本发明所述算法、配套光机电装置和目标识别原理可应用于打靶模式和对抗模式两种射击模式；同时，为适应和利用狙击步枪与其他枪械扳机使用方式的差异设置了狙击步枪模式和突击步枪模式两种枪械模式；并且上述两类模式均可以分别针对静止目标射击和运动目标射击。

本发明总共可以实现8种应用场景：

(1)狙击步枪打靶模式射击静止目标；

(2)狙击步枪打靶模式射击运动目标；

(3)狙击步枪对抗模式射击静止目标；

(4)狙击步枪对抗模式射击运动目标；

(5)突击步枪打靶模式射击静止目标；

(6)突击步枪打靶模式射击运动目标；

(7)突击步枪对抗模式射击静止目标；

(8)突击步枪对抗模式射击运动目标；

2针对所述的8种应用场景，为了节约成本和尽可能缩小产品外形及结构重量，本发明可依据具体使用场景有选择地转化为不同版本，以便制造不同用途的产品，其在功能和技术复杂度方面的区别表现在：

(1)打靶模式和对抗模式的区别：

打靶模式下，射手只关注是否击中目标，不需要辨认击中了谁，也无需鉴别毁伤效果；用于环靶时的读数需求不属于毁伤效果的鉴别，需要时增加环靶图像的识别算法即可实现；

对抗模式下，射手关注是否击中目标，并且关注击中了谁、毁伤效果怎样；

(2)狙击步枪模式和突击步枪模式的区别：

狙击步枪模式，扳机“两道火”，射击距离较远，弹道的曲线特征明显；

突击步枪模式，扳机“一道火”，射击距离较近，弹道平直，开火迅速；

(3)射击静止目标和射击运动目标的区别：

静止目标，瞄准时不需要考虑目标带领，只考虑距离补偿；

运动目标，瞄准时需同时考虑目标带领和距离补偿。

3射手临时调整瞄具对执行所述判定的影响

射手有时需要根据射击距离和大气环境临时调整瞄具，其不会对拍摄视角和弹着点的计算产生影响：

(1)对狙击步枪系统而言，临时调整瞄镜表现为瞄镜分化线位置的微调，分化线的位移不影响瞄镜光轴与所述装置数码拍摄单元的光轴平行，瞄镜与数码拍摄单元的视角仍能保持一致，第1数码拍摄单元的光学视野也设计为可以容纳这一调整范围；分划线调整对弹着点的计算也没有影响，不论是否调整瞄具，射手若要击中目标其枪口的指向是唯一的，所述装置与枪管轴线的相对位置也没有变化，因此不影响弹着点计算(调整分划线只是方便射手迅速确定枪口指向)；基于上述两方面，射击结果的判定也不受影响，因此微调瞄具时无需对所述装置进行调整；

(2)对突击步枪而言，在有效射程内同样适用(1)所述理论，即400米内的表尺调整通常无关紧要，但由于突击步枪归零距离一般较近，射击远距离目标时，调整表尺带来的枪口指向变化幅度较大，容易超出第1数码拍摄单元的光学视野，因此，在使用突击步枪大范围调整表尺射击远距离目标时，应将本发明所述装置切换到狙击步枪模式，此时所述装置中数码拍摄单元的光轴将调整到该模式下的预设位置(例如与500米表尺瞄准线平行)，回调表尺时，再将所述装置切换回突击步枪模式；

(3)为补偿风偏等其他修正量而对瞄具微调的情况也同样适用于(1)所述的理论；

(4)对改变归零距离或瞄镜装定角度的情况属于校枪过程，不属于所述临时调整，校枪过程需同时校定所述装置与瞄镜光轴或瞄准线平行。

七、具体实施方式

本发明以数码影像技术为基础，通过解算物镜像间的成像关系和量化数码图像推定射手主张，结合实际测定技术和弹道计算技术判断目标与弹丸的位置关系，实现对人、物资、车辆、建筑等多种目标实施模拟射击。其中：

所述数码影像技术是指：利用数码技术和计算机处理技术所进行的图像拍摄、图像的语义识别与分割、图像叠加、基于像素的图像编辑等硬件基础或软件方法；

所述射手主张是指：以射手选取的瞄准点为显式表示方式所表达的射手对射击带领量①、距离补偿量、风偏等修正量的判断；

所述位置关系是指：空间弹道曲线与目标正面投影所在平面的相交、不相交、延长线相交等情况；

本发明用于狙击步枪系统的射击模拟过程是本发明及所述算法、所述装置信息平台、所述识别和鉴别原理等的最佳实施例。下面以本发明用于狙击步枪系统远距离精确射击运动目标为例，结合附图1、附图 2阐述具体实施过程：

1目标确认

射击前，射手以瞄镜十字线中心对准目标，十字中心指示的目标区域作为瞄准参考点②，射手扣压扳机第一道火，所述装置随即开始以两套数码拍摄单元摄取目标在不同时刻的连续数码图像，所述算法通过像素位置的变化分离出目标的远景轮廓图像P₁和近景轮廓图像P₂，其中P₁图像中心作为目标的瞄准参考点，同时识别P₂中的信标符号；扣压扳机第一道火的同时，所述算法和装置还同时开始依据对目标的传感探测数据建立目标运动特征数据模型；

在得到满足条件的图像P₁、P₂以及分离出信标符号并转译为字符串后，所述装置的“目标确认指示灯”亮，代表射手可以随时扣压扳机第二道火完成击发过程。

2瞄准和开火过程

目标确认后，射手需在3秒(该时间可调)内完成瞄准和击发过程，即选定瞄准点并扣压扳机第二道火。击发后，所述装置拍摄击发时的图像，并在目标、镜组、成像平面间建立等效的光学成像关系和参考平面与CCD成像平面(图像)间的映射关系，以量化数码图像的方法分析射手瞄准点与目标的位置关系，分离射手主张量并去除环境修正量，进而推定射手判断的目标实际运动距离和射击距离，依此射击距离建立判定平面。具体过程是：

参照图1：

(1)将第1数码拍摄单元的摄影镜头等效为薄凸透镜，透镜光心视为射击点O，即可依据光学成像原理，在参考平面、光心O、CCD成像平面间建立物镜像间的成像关系，结合像与像距的三角函数关系，可将在参考平面内的计算数据映射到成像平面的图像P＇上，也可由P＇倒推参考平面内的数值；

(2)由目标运动特征数据、目标确认到击发经过的时间数据，计算射击点O与目标当前距离，标记为u；将所述装置测定的目标当前运动方位角标记为α；将获得的第1变焦透镜组当前等效焦距标记为f，由u、f根据透镜成像公式1/u+1/v＝1/f计算当前像距v；

(3)在距离射击点O距离D₁处假想一个计算参考平面，标记为P，该平面是目标初始位置的正面投影平面；瞄准线与参考平面P的交点A为射手的瞄准点在平面P的投影；以点A为原点建立平面直角坐标系；初始位置的目标轮廓在平面P内的正面投影由点集M{X,Y|…}描述；M与坐标系y轴的位置关系体现射手对射击带领量X(X代表M中任意一点的横坐标)的主张，X尚含有环境修正量在坐标系x轴的偏移量 m，需要进一步去除；(M与x轴的位置关系并不能表现射手对距离补偿量的主张，因为射击距离尚未确定，不一定为D₁，射手对距离补偿量的主张也无需单独验证，由弹丸空间飞行轨迹曲线予以表现)

在点集M中：瞄准参考点为点M₀，考虑到目标的长度，因而存在最接近和最远离坐标系y轴的点，分别标记为点M_max和点M_min，上述三个点分别对应了瞄准参考点射击带领量X₀、最大射击带领量X_max、最小射击带领量X_min；

(4)在击发瞬间，第1数码拍摄单元使用当前焦距(即：f)依瞄准线方向拍摄图像P＇，图像P＇的中心点A＇是瞄准点投影A在图像P＇中的映射；以点A＇为原点建立平面直角坐标系；点集M＇是投影点集M在图像P＇中的映射，图像P＇中的目标轮廓由点集M＇{X＇,Y＇|…}描述；相应的，X＇为带领量X 的映射，X₀＇、X_max＇、X_min＇分别对应于X₀、X_max、X_min；

(5)测量图像P＇，测得X₀＇的像素跨度，与已知的CCD传感器的像素密度值相除，得到X₀＇在成像平面的实际尺寸X_ccd；由第1数码拍摄单元等效透镜的像距v和X_ccd的三角函数关系可求得带领角θ；由角θ与测定的目标距离u(即：等效透镜的物距)便计算出参考平面P中的X₀。

将X₀去除由实际测定数据计算出的环境修正量在判定平面的x轴造成的偏移量m(忽略由D₂导致的m 在平面P_p与P上的差异)，得到实际射击带领量Real-X₀，Real-X₀是射手主张的目标实际运动距离在参考平面P的投影，目标的运动方向与P存在角α，因此，射手主张的目标实际运动距离S₀为：Real-X₀/Cos α，同理可由X_max＇、X_min＇计算Real-X_max、Real-X_min，并得到S_max、S_min；

(6)由于角α的存在，射手主张的射击距离D＝D₁+D₂，D₂由S₀与角α通过三角函数算得；判定是否击中目标是在射手主张的实际射击距离处的投影平面完成的：在距离射击点O距离D处建立参考平面P_p，标记为判定平面P_p，判定平面P_p是射手主张的目标最终位置的正面投影平面(当目标运动方向与瞄准线垂直时，α＝0，D₂＝0，判定平面P_p与参考平面P重合)，瞄准线与判定平面P_p的交点Real-A为射手的瞄准点；除了目标轮廓的位置和大小的区别以外，平面P_p与平面P视角一致、背景相同，因此平面P_p的图像可以使用图像P＇进行加工；

3识别过程

射击后，所述算法依射手判断的目标运动距离按照测定的目标运动特征计算目标到达判定平面的实际时间区间，以该时间区间在依瞄准线建立的空间弹道曲线中选取曲线段；以图像叠加技术合成射效图像，并以识别技术解读射效图像，判定射击结果，结合信标符号及其之间的关联关系鉴别毁伤效果。具体过程是：

参照图2：

(8)由S_max、S_min与测定的目标运动速度可计算目标轮廓运动到A的最大时间t_max和最小时间t_min：t＝射手主张的目标实际运动距离/测定的目标运动速度；

(9)依据射手的瞄准线(空间直线)，考虑风偏等修正量的影响，建立弹丸的空间飞行轨迹曲线，求得弹丸在时间t_min到t_max之间的空间曲线段B_min⌒B_max，若B_min⌒B_max与判定平面P_p的交点B处于判定平面内的目标轮廓范围内，即可判定命中，点B为实际弹着点，其在图像P＇中的映射为点B＇；(图2右下部展示了判定中弹的一种情况：所示弹着点处于y轴说明射击环境无风，弹着点与瞄准参考点的落差说明目标实际中弹距离远于射手估算，目标最终没有运动到达预定瞄准点说明目标运动α角更大，只不过由于目标运动速度也同时比射手预计更快，所以实际中弹距离更远，不过这些偏差都在可以判断击中目标的范围内。)

射手主张的实际射击带领量Real-X₀体现的是射手对目标运动速度和方向的判断，其影响目标运动的时间长度，按照射手的判断，瞄准参考点M₀运动到预计弹着点B₀的时间t₀＝S₀/射手判断的目标运动速度；

若射手主张的带领量过大，说明测定的目标实际运动速度小于射手判断的目标运动速度，瞄准参考点 M₀实际运动到B₀所用的时间t₀＇将大于t₀，由于二者是针对同一个判定平面的计算结果，射击距离相同， t₀＇导致的弹丸飞行时间会更长，在弹丸飞行速度属性不变的情况下，t_min、t_max的起始时间过晚，弹道曲线段B_min⌒B_max可能越过判定平面而与目标轮廓没有交点；

若射手主张的带领量过小，则t₀＇偏短，导致的弹丸飞行时间更短，t_min、t_max的起始时间均过早，曲线段B_min⌒B_max可能尚未到达判定平面而亦无交点；

关于射手临时调整瞄具对执行所述判定的影响参见本说明书“六附图及说明”部分的“3”所述。

(10)判定命中后，调整前述目标远景轮廓图像P₁与图像P＇同比例，以P₁替换P＇中的目标图像，并以P₁的目标瞄准参考点(即图像中心)位移至P＇图像中心(瞄准映射点S＇)；调取目标近景轮廓图像 P₂，调整至与P＇同比例(或依D₂等比缩小)，将P₂代入P＇，识别点B＇距离最近的信标符号，完成目标识别和毁伤效果鉴别；

(11)当弹着点映射B＇位于P₁范围内，但不在P₂范围内时，检索与P₂中的信标符号属于同一目标且位置关系符合B＇与P₂位置关系的信标符号并识别即可(对非人体目标也适用)。

4.说明

本发明所述的运动目标，指匀速直线运动的人体或车辆装备等，运动方向不限，但对于在瞄准过程中目标运动方向、速度发生变化的情况属于变速或曲、折线运动(实际上，击发到击中的弹丸飞行时间极短，目标运动特征在这么短的时间内发生改变的可能性很小)，在真实的狙击作战中狙击手通常会选择放弃对此类运动目标的射击，本发明未对该种情况加以分辨，对该类运动目标进行模拟射击时，可能会意外地被判定击中了目标。

5.包括最佳实施例在内，本发明可依用途转化成多种产品

本发明可转化为为军、警狙击手提供的一种体现狙击步枪系统弹道特点和弹道修正能力的对抗射击模拟装备，用于锻炼和检验狙击手在反击、干扰等环境中对弹道的判断和修正能力，有利于提高特种军事或警务行动预演的模拟效果和参考价值。

本发明可转化为为部队提供的一种具有动能弹药毁伤轨迹的对抗射击模拟装备，用于部队实兵对抗演习，有利于锻炼和检验参战部队的真实射击水平。

本发明也可转化为为个人或民间团体提供的一种科学合法的对抗射击模拟器械，用于需要严谨表现射击特点和技巧的运动娱乐，提升体验价值，刺激参与热度。

本发明还可转化为为射击游戏玩家提供的一种较为专业的电子/电脑/网络游戏软件，用于没有场地和器械条件下需要严谨表现射击特点和技巧的电子运动和娱乐，提升游戏的可玩性，获得玩家的青睐。

除单兵轻武器射击的模拟外，本发明通过技术改进和适应性调整，还可应用于大口径机枪、高射机枪、坦克炮等抛物线弹道的点杀伤武器系统的射击模拟，丰富实兵演习可投入的武器装备种类。

八.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理或最小功能、构造的组成，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.不发射动能弹丸但能以动能弹丸的飞行轨迹判定模拟射击的效果的算法，其特征在于：

执行所述判定时，所述算法依测得的目标运动特征建立并预测目标运动轨迹，依射手选择的瞄准方向建立空间弹道曲线，计算弹药的弹道特征数据，以弹道曲线与目标轮廓的最终位置是否存在空间交点为依据判定是否击中目标，识取捕获的或推算的信标符号，进而判定对目标造成的毁伤效果；

所述算法包括：为了得到所述判定的执行结果，施加于相关数据的运算步骤和运算规则，以及为获取原料数据所使用的测定方法和误差指标，和人机交互过程中客观数据的表现方式或主观数据的格式化方法；具体包括但不限于：

(1)描述和预测目标运动轨迹的处理过程；

(2)建立弹丸的空间飞行轨迹的处理过程；

(3)判断目标轮廓和弹道曲线是否存在交点的处理过程；

(4)选取弹着点最近的信标符号的处理过程

(5)鉴别毁伤效果的处理过程；

(6)对目标运动的连续测定过程；

(7)对环境因素的连续测定过程；

(8)对目标进行的拍摄或连续拍摄以及像素分析和识别的处理过程；

(9)对测定数据的校验过程；

(10)在瞄准点图像中叠加弹着点的处理过程；

(11)在瞄准点图像中叠加目标运动最终位置图像的处理过程；

(12)将扳机操作的机械信号转换为电信号，并确保与枪械系统的机械传动耗时相当的处理过程；

(13)根据射手的瞄准点分离出射手主张的处理过程。

2.与所述算法配套的装置和信息平台，其特征表现在：

所述装置为光机电一体化装置，其为所述算法的运行提供测定平台、运算资源、通信资源、人机交互接口等；用于军警用途时，所述装置挂载于制式武器使用，用于民用用途时可集成制造于射击运动器械内使用；所述信息平台为计算机软硬件集成系统，其为所述算法提供数据和网络支持，承载所述算法中不需要在所述装置本地完成部分的计算任务，本发明用于打靶射击时可不依赖信息平台；

2.1所述装置的基本构造

(1)含有2套数码拍摄单元，第1数码拍摄单元和第2数码拍摄单元，分别由变焦透镜组、CCD传感器、电动变焦机构、四方向光轴调节机构、快门机构等组成；在技术和成本条件可接受时，两套拍摄单元应优先采用共用光轴的技术方案实现；

(2)含有1张集成电路板，板载单片机系统，板载无线网络适配器，板载脉冲激光测距组件、电子罗盘、倾角传感器、GPS、温湿度传感器、电子气压计等传感元器件，集成有扳机指令输入接口、CCD数据接口、镜组变焦指令接口、CCD拍摄指令接口，以及视频输出、USB等接口；

(3)含有1套功能控制键及操作反馈指示灯(或数码显示管)，用于在不接驳电脑时对所述装置的简单调整，包括但不限于：设置键、射击模式切换键、枪械模式切换键、射击模式指示灯、枪械模式指示灯、目标确认指示灯等；

(4)含有1个扩展功能键，用于备用的人机交互输入；

(5)含有1套扳机响应开关，用于感知射手射击意图和枪械快慢机状态的机械信号，转换为电信号传送给单片机系统；

(6)包含1组可充电电池；

2.2所述装置的基本功能

(1)数码拍摄单元

第1数码拍摄单元具有较大视场，用于拍摄目标场景图像；第2数码拍摄单元具有超长焦距，用于拍摄目标细节图像和捕捉目标表面的信标符号；其变焦机构均具备迅速大范围调焦能力；第2数码拍摄单元具备滤光和像增强能力，以减小色散并改善图像的亮度；装置设计制造时，应考虑数码拍摄单元的光轴尽量接近瞄准镜光轴(或瞄准线)，以减小观察视角和拍摄视角的差别；投入使用之前，变焦透镜组的光轴需调节至平行于枪械瞄准镜光轴(或瞄准线)；采用共用光轴技术方案时，上述功能要求不变；

(2)综合传感器

脉冲激光测距组件：用于测定目标距离，使用900nm波段近红外脉冲激光器，实用量程满足最大射击距离的要求，脉冲频率不低于5Hz，具备单次和连续测定能力；

电子罗盘：用于测定目标方位，使用三维电子罗盘，具备倾斜补偿和温度漂移补偿能力；

倾角传感器：用于测量射击俯仰角和辅助测量目标方位，带有陀螺芯片(mems)，6轴，集成MCU、模数转换，可直接输出倾斜数据；

GPS：用于测量射手所在位置和海拔高度，定位误差3米内；

温湿度传感器：用于测量射击环境的空气温度和湿度，温度测量范围-30～40℃，精度±1度，湿度范围0-100％RH，精度5％RH；

(3)单片机系统：

单片机系统安装有固化的软件系统，并为射击控制、方位计算、弹道计算、图像处理等过程提供计算资源和存储资源；

(4)扳机响应开关

扳机响应开关的安装使用应不干扰射手正常操作枪械扳机、快慢机、保险等；且能对枪械快慢机、保险机构的状态变化实时响应；

(5)无线网络适配器：

用于所述装置与战场信息系统交换数据；

(6)按键和反馈指示灯

所述按键和反馈指示灯用来实现但不限于下列功能：射击模式切换、枪械模式切换、弹药切换、扩展键状态、扳机扣压指示等；

(7)USB接口

所述装置可通过USB接口连接计算机设备或为电池充电，连接并在计算机设备安装专用软件后，可在软件界面浏览数码拍摄单元的实时画面，同时可对所述装置进行设定，设定的内容包括但不限于：视频管理、传感器管理、扩展键设定、枪械选择与弹药匹配、供弹具管理、创建枪械或弹药等；

(8)电池

采用聚合物锂电池，具有充电保护电路，电池电量应满足所述装置执行一次战役级对抗训练的电量需求，并可以方便地更换；

2.3所述信息平台的基本构造

(1)含有服务器，包括服务器主机、操作系统、服务中间件；

(2)含有无线通信网络；

(3)含有数据库，包括数据库管理系统、数据存储设备、数据备份恢复机制；

(4)含有应用系统；

2.4所述信息平台的基本功能

(1)所述服务器，根据信息平台规模的大小以及节约成本的考虑，数据库服务、应用服务、存储服务、通信服务可分别部署于专用的服务器，也可使用虚拟主机技术集中部署，还可以采用接入云计算中心的方式有偿获得远程计算资源；

(2)所述无线网络用于所有参战装置与信息平台的无线连接，为保证通信质量和信息传输的实时性，以及考虑通信距离的不确定性，一般可采用TD-LTE技术标准实现无线连接(即为所述装置内置SIM卡，以无线方式连接移动基站，再转至有线广域网最后连接至信息平台)；可减少无线网络设备的投入并提高无线连接的稳定性和可靠性；信息平台只要接入广域网即可通过VPN方式与所有装置建立连接；本发明用于军用用途时，则依照军用通信标准接入军用专用网络；

(3)所述数据库的数据库管理系统安装部署于数据库服务器，数据存储设备用于提供数据存储空间，当数据规模较小时，可共享使用数据库服务器的硬盘空间作为数据存储空间，数据备份恢复机制用于数据的备份和恢复；

(4)所述应用系统是专门针对本发明所述算法开发的计算机软件，通常指战场信息系统，也可根据需要开发部署具有个性化功能的其他信息系统；战场信息系统安装部署于应用服务器并依托数据库运行；战场信息系统的基本功能包括但不限于下列项：

成员管理，人员、车辆、物资、建筑物等信息的分类管理和生命状态更新(可接驳成员所载反馈装置的远程控制功能，例如人员载有的发烟装置)等；

装置管理，包括所述装置与信标符号的关联关系的管理、装置状态更新及远程控制等；

信标管理，包括信标与人员、装置等的分配和关联；信标的回收再用管理等；

武器管理，用于统一管理和供所述装置下载武器及弹药的技术指标；包括武器管理、弹药管理、武器与弹药的匹配管理等；

毁伤效果鉴别管理，包括中弹判定、毁伤效果鉴别、射击效果图像的合成与管理等；

作为升级和补充，还可添加对抗结果管理、战场态势分析、指挥官视图等功能。

3.识别目标和鉴别多样毁伤效果的原理，其特征表现在：

3.1目标的识别

本发明所述对抗模拟射击技术可以将任何有固定形态的物体纳入识别范围并作为目标进行模拟射击和识别；

本发明用于对抗射击时，被射击方目标表面需印染或喷涂有信标符号，或覆盖有印染或喷涂了信标符号的被服，例如人员目标穿戴的服帽、物资目标覆盖的篷布或是车辆目标喷刷的涂装等；所述装置在射手扳机指令下拍摄目标图像，所述算法处理该图像，分离其中的信标符号，并转译为字符串通过无线网络传递给战场信息系统，战场信息系统解算字符串并检索数据库获得其指向的目标信息，在判定击中并鉴别毁伤效果后，战场信息系统对目标的生命状态、装备状态等立即更新；

本发明用于非对抗射击(通常属于打靶射击)时，目标表面不必须存在信标符号，由于非对抗射击不需要分辨击中了谁，所述装置只通过判断摄影图像中弹着点是否位于目标轮廓内即能判定是否击中；所述目标轮廓可以被识别的对象包括人体、车辆、装备、物资、环靶、胸靶等，识别范围能通过升级数据库扩充；若目标表面存在信标符号，所述算法亦可以辨认目标和鉴别毁伤效果，但需要网络、战场信息系统以及数据库的支持；

3.2多样毁伤效果的鉴别

本发明可模拟由于目标类型、弹药种类、击中部位的不同所导致的不同毁伤效果：

(1)目标种类是判定毁伤效果的基础因素，本发明通过分类使用信标符号实现目标种类的区分，如人体目标、车辆目标、物资目标等；战场信息系统预先针对目标种类设定毁伤效果，例如针对人员目标时，所述毁伤效果包括(但不限于)：轻伤、重伤、阵亡；针对物资目标时，则有损坏、击毁、引爆等效果；

(2)创伤种类是影响毁伤效果的重要因素。创伤种类取决于弹药种类和击中距离，判定击中目标时，参考射击方使用的弹药种类，依据射击距离、弹头形状、弹头结构等因素计算弹丸携载动能和创伤特性，确定对目标的创伤种类，例如贯穿伤、非贯穿伤等；

(3)击中部位也是影响毁伤效果的重要因素，同一目标被击中部位的区分依靠在不同部位使用不同信标符号来确定，例如：皮外、皮下、躯干、肢体、头部等；战场信息系统预先对信标符号的所在部位予以定义，这些信标符号之间还通过上下左右的方位关系相互关联，以确保发生“瞄头中脚”情况时依然能够判定击中和辨认毁伤效果；

(4)由击中部位、创伤种类即可对应目标种类而确定其创伤表现，例如对人体目标，击中部位+创伤种类有下列组合：皮外贯穿、皮下贯穿、躯干贯穿、肢体贯穿、肢体非贯穿、躯干非贯穿、头部非贯穿，对应的创伤表现为表皮擦伤、皮肉破损、脏器贯穿、肢体骨骼碎裂、肢体残缺、脏器碎裂、爆头等；

(5)对每种创伤表现赋予相应的毁伤值，计算目标是否还有承受再次被击中的生命值，从而判断毁伤效果，如对人体目标最终判定为轻伤、重伤、阵亡；

例如：人体目标首次被.224弹药在200米距离击中躯干，创伤种类为非贯穿伤，躯干+非贯穿，创伤效果为脏器碎裂，毁伤效果应判定为重伤；

(5)实际应用本发明时，为了准确模拟毁伤效果，要对上述创伤种类、击中部位、目标类型制定细致的分类分级和从属特性，以便精确量化毁伤效果；如上例，对躯干细分为心脏、肺脏等后，若击中部位为心脏，判定的毁伤效果则为阵亡；

3.3信标符号

所述信标符号利用二维码的视觉效果与数码迷彩相似的特点，将加工后的二维码作为迷彩图案的一部分印刷或涂覆到各类作战被服、装具表面；其色彩、色块尺寸等均需考虑与数码迷彩图案相融合并考虑光学系统的成像能力，以便利于捕获；加工所述信标符号的图案时，除添加用于本发明的标识信息外，其他方面遵循二维码编排规则；

所述信标符号由于采用涂覆的方法存在于目标表面而具有灵活布置的特点，恰好解决了要模拟击中不同部位就需要在各个部位布置信标符号的问题，例如在人体目标的四肢和躯干布置不同的信标符号即可分辨出击中了四肢还是躯干，从而实现毁伤效果的多样性；

实现多样毁伤效果需要大量的二维码资源，且需要采用数码印花技术制造被服，才可以实现任一被服具有唯一信标符号的要求；为了节约二维码资源，应用本发明用于对抗模拟射击时，应配置信标符号管理系统，统一管理信标符号的定义、分配和关联，并对报废被服、涂装的信标符号回收再用。

4.以数码影像技术为基础，通过解算光学成像关系和量化数码图像推定射手主张，结合实际测定技术和弹道计算技术判断目标与弹丸的位置关系，其特征在于：

所述数码影像技术是指：利用数码技术和计算机处理技术所进行的图像拍摄、图像的语义识别与分割、图像叠加、基于像素的图像编辑等硬件基础或软件方法；

所述射手主张是指：以射手选取的瞄准点为显式表示方式所表达的射手对射击带领量、距离补偿量、风偏等修正量的判断；

所述位置关系是指：空间弹道曲线与目标正面投影所在平面的相交、不相交、延长线相交等情况；

4.1目标确认

射击前，射手以瞄镜十字线中心对准目标，十字中心指示的目标区域作为瞄准参考点，射手扣压扳机第一道火，所述装置随即开始以两套数码拍摄单元摄取目标在不同时刻的连续数码图像，所述算法通过像素位置的变化分离出目标的远景轮廓图像P₁和近景轮廓图像P₂，其中P₁图像中心作为目标的瞄准参考点，同时识别P₂中的信标符号；扣压扳机第一道火的同时，所述算法和装置还同时开始依据对目标的传感探测数据建立目标运动特征数据模型；

在得到满足条件的图像P₁、P₂以及分离出信标符号并转译为字符串后，所述装置的“目标确认指示灯”亮，代表射手可以随时扣压扳机第二道火完成击发过程；

4.2瞄准和开火过程

目标确认后，射手需在3秒(该时间可调)内完成瞄准和击发过程，即选定瞄准点并扣压扳机第二道火。击发后，所述装置拍摄击发时的图像，并在目标、镜组、成像平面间建立等效的光学成像关系和参考平面与CCD成像平面(图像)间的映射关系，以量化数码图像的方法分析射手瞄准点与目标的位置关系，分离射手主张量并去除环境修正量，进而推定射手判断的目标实际运动距离和射击距离，依此射击距离建立判定平面；

4.3识别过程

射击后，所述算法依射手判断的目标运动距离按照测定的目标运动特征计算目标到达判定平面的实际时间区间，以该时间区间在依瞄准线建立的空间弹道曲线中选取曲线段；以图像叠加技术合成射效图像，并以识别技术解读射效图像，判定射击结果，结合信标符号及其之间的关联关系鉴别毁伤效果；

4.4本发明所述的运动目标，指匀速直线运动的人体或车辆装备等，运动方向不限，但对于在瞄准过程中目标运动方向、速度发生变化的情况属于变速或曲、折线运动，在真实的狙击作战中狙击手通常会选择放弃对此类运动目标的射击，本发明未对该种情况加以分辨，对该类运动目标进行模拟射击时，可能会意外地被判定击中了目标。

5.本发明优于不能表现弹道的光线直瞄技术，并在毁伤识别方面优化创新，可实现对任何有形物体实施模拟射击，可更逼真体现射击的特点并能获得更有价值的战场数据，其特征在于：

5.1.本发明优于不能表现弹道的光线直瞄技术，表现在：

本发明用于模拟射击时，不依靠激光、红外等辐射光线与目标建立直线传播的传感通道，仅以拍摄目标图像的方法，通过分析目标在不同时间不同方位的图像语义变化，借助必要的电子测量技术，利用等效的物镜像间三角函数关系建立目标与弹丸飞行轨迹的空间数学关系，计算和验证目标最终位置与弹着点在客观上是否能相交于射手主观判断的空间位置；由于不依靠直线传感通道，可以方便地在摄影图像中表现射击带领量、弹道落差和环境影响，如实表现目标位移和弹道；例如：

5.2.本发明还在击中后的识别方面优于现有装备，表现在：

(1)本发明所述对抗射击模拟技术，可实现对任何有形物体实施模拟射击并产生效果，例如人员、车辆、物资、建筑等，无需物体载有传感器，只要物体表面可以印刷或涂覆信标符号即可参与对抗；

(2)本发明使用可以灵活布置的信标符号，在判定击中目标时，由于信标符号可以存在于目标表面的任何部位，因而能够精确辨认目标“中弹”部位；

(3)本发明所述对抗射击模拟技术，能分辨对目标造成的毁伤效果，可实现更丰富、更真实的对抗战斗形势和场景；例如，被判定为“重伤”的人员目标，可保留规定时间范围内(例如5秒)、一定次数(例如2次)的扣压武器扳机的能力，但同时降低其瞄准能力，从而模拟重伤人员低能效的反击；

5.3.本发明还具有下列优点：

本发明所述对抗射击模拟技术，能使指挥员通过演习掌握战斗部队的真实战斗力，并获得可信赖的指挥依据。

6.可依用途转化成为多种产品，尤其适用于制式狙击步枪系统的射击模拟，也适用于其他枪械或抛物线弹道的点杀伤武器，还可依法用于民用射击类运动或娱乐等，其特征在于：

6.1本发明可依用途转化成多种产品

本发明可转化为为军、警狙击手提供的一种体现狙击步枪系统弹道特点和弹道修正能力的对抗射击模拟装备，用于锻炼和检验狙击手在反击、干扰等环境中对弹道的判断和修正能力，有利于提高特种军事或警务行动预演的模拟效果和参考价值；

本发明可转化为为部队提供的一种具有动能弹药毁伤轨迹的对抗射击模拟装备，用于部队实兵对抗演习，有利于锻炼和检验参战部队的真实射击水平；

本发明也可转化为为个人或民间团体提供的一种科学合法的对抗射击模拟器械，用于需要严谨表现射击特点和技巧的运动娱乐，提升体验价值，刺激参与热度；

本发明还可转化为为射击游戏玩家提供的一种较为专业的电子/电脑/网络游戏软件，用于没有场地和器械条件下需要严谨表现射击特点和技巧的电子运动和娱乐，提升游戏的可玩性，获得玩家的青睐；

除单兵轻武器射击的模拟外，本发明通过技术改进和适应性调整，还可应用于大口径机枪、高射机枪、坦克炮等抛物线弹道的点杀伤武器系统的射击模拟，丰富实兵演习可投入的武器装备种类；

6.2本发明所述算法、配套光机电装置和目标识别原理可应用于打靶模式和对抗模式两种射击模式；同时，为适应和利用狙击步枪与其他枪械扳机使用方式的差异设置了狙击步枪模式和突击步枪模式两种枪械模式；并且上述两类模式均可以分别针对静止目标射击和运动目标射击；

本发明总共可以实现8种应用场景：

(1)狙击步枪打靶模式射击静止目标；

(2)狙击步枪打靶模式射击运动目标；

(3)狙击步枪对抗模式射击静止目标；

(4)狙击步枪对抗模式射击运动目标；

(5)突击步枪打靶模式射击静止目标；

(6)突击步枪打靶模式射击运动目标；

(7)突击步枪对抗模式射击静止目标；

(8)突击步枪对抗模式射击运动目标；

6.3针对所述的8种应用场景，为了节约成本和尽可能缩小产品外形及结构重量，本发明可依据具体使用场景有选择地转化为不同版本，以便制造不同用途的产品，其在功能和技术复杂度方面的区别表现在：

(1)打靶模式和对抗模式的区别：

打靶模式下，射手只关注是否击中目标，不需要辨认击中了谁，也无需鉴别毁伤效果；用于环靶时的读数需求不属于毁伤效果的鉴别，需要时增加环靶图像的识别算法即可实现；

对抗模式下，射手关注是否击中目标，并且关注击中了谁、毁伤效果怎样；

(2)狙击步枪模式和突击步枪模式的区别：

狙击步枪模式，扳机“两道火”，射击距离较远，弹道的曲线特征明显；

突击步枪模式，扳机“一道火”，射击距离较近，弹道平直，开火迅速；

(3)射击静止目标和射击运动目标的区别：

静止目标，瞄准时不需要考虑目标带领，只考虑距离补偿；

运动目标，瞄准时需同时考虑目标带领和距离补偿。

7.应用本发明进行模拟射击时，射手对瞄具的临时调整，不影响弹着点的计算和射击结果的判定，其特征在于：

7.1对狙击步枪系统而言，临时调整瞄镜表现为瞄镜分化线位置的微调，分化线的位移不影响瞄镜光轴与所述装置数码拍摄单元的光轴平行，瞄镜与数码拍摄单元的视角仍能保持一致，第1数码拍摄单元的光学视野也设计为可以容纳这一调整范围；分划线调整对弹着点的计算也没有影响，不论是否调整瞄具，射手若要击中目标其枪口的指向是唯一的，所述装置与枪管轴线的相对位置也没有变化，因此不影响弹着点计算(调整分划线只是方便射手迅速确定枪口指向)；基于上述两方面，射击结果的判定也不受影响，因此微调瞄具时无需对所述装置进行调整；

7.2对突击步枪而言，在有效射程内同样适用7.1所述理论，即400米内的表尺调整通常无关紧要，但由于突击步枪归零距离一般较近，射击远距离目标时，调整表尺带来的枪口指向变化幅度较大，容易超出第1数码拍摄单元的光学视野，因此，在使用突击步枪大范围调整表尺射击远距离目标时，应将本发明所述装置切换到狙击步枪模式，此时所述装置中数码拍摄单元的光轴将调整到该模式下的预设位置(例如与500米表尺瞄准线平行)，回调表尺时，再将所述装置切换回突击步枪模式；

7.3为补偿风偏等其他修正量而对瞄具微调的情况也同样适用于7.1所述的理论；

7.4对改变归零距离或瞄镜装定角度的情况属于校枪过程，不属于所述临时调整，校枪过程需同时校定所述装置与瞄镜光轴或瞄准线平行。