CN110081917B - 子弹消耗量的自动统计设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种子弹消耗量的自动统计设备,所述自动统计设备包括:测量麦克风、音频采集器以及微处理器;所述测量麦克风用于检测子弹射击时产生的声音信号,并将所述声音信号转化为模拟电信号;所述音频采集器用于将所述模拟电信号进行数字化采样,以得到数字电信号;所述微处理器用于接收所述数字电信号,并将所述数字电信号转化为参考时频图,所述参考时频图包括所述子弹射击时的多个声音能量带;所述微处理器用于统计幅值大于所述预设门限值的所述声音能量带的数量,以得到子弹消耗量。本发明中的所述自动统计设备搬移方便、操作简单、环境适应能力强,能够全天候的进行子弹消耗量的实时计数,具有较好的推广性。
Description
技术领域
本发明涉及自动化测试的技术领域,尤其涉及一种子弹消耗量的自动统计设备。
背景技术
实弹打靶是提高射击水平的必要环节,也是易出现子弹丢失等安全事故的敏感环节,可靠、有效、实时获得实弹打靶时的子弹消耗量对于安全管理、子弹流控等具有重要意义。
现有技术中有不少针对实弹打靶所消耗子弹数量的计数设备,例如:基于电磁信号、红外信号和速度探测的子弹技术方法,该类方法主要是检测子弹尾焰的相关参数,需要对枪支进行改造、在枪支上加装设备,对使用环境的要求较高;基于声学探测的方法主要是采用时域和倒谱域的方法进行突变点的检测,该类方法当出现较大的干扰和背景噪声时,对其性能会有较大的影响。现有技术中的技术设备通常存在如下问题:(1)同一靶场内需要配套多台计数设备,系统组成复杂;(2)全天候的适应能力较弱,目前越来越多的单位开始进行夜间射击训练;(3)随着社会的不断发展和城市的扩大,靶场周围的噪声干扰越来越大,如人声、机械声、鞭炮声等,对自动计数装置无法适应噪声干扰大的环境;(4)无法准确实时地统计枪支中的弹药消耗量,统计结果有很大误差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中无法准确实时的对子弹消耗量进行统计的缺陷,提供一种子弹消耗量的自动统计设备。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题:
一种子弹消耗量的自动统计设备,所述自动统计设备包括:测量麦克风、音频采集器以及微处理器;
所述测量麦克风用于检测子弹射击时产生的声音信号,并将所述声音信号转化为模拟电信号;
所述音频采集器用于将所述模拟电信号进行数字化采样,以得到数字电信号;
所述微处理器用于接收所述数字电信号,并将所述数字电信号转化为参考时频图,所述参考时频图包括所述子弹射击时的多个声音能量带;所述微处理器还用于将多个所述声音能量带的幅值分别与预设门限值进行比较,统计所述幅值大于所述预设门限值的所述声音能量带的数量,以得到所述子弹消耗量。
较佳地,所述微处理器用于从所述数字信号中提取出预设帧长的处理后数字信号,并将所述处理后数字信号转化为所述参考时频图。
较佳地,所述自动统计设备还包括音频放大器,所述音频放大器的输入端连接所述测量麦克风,所述音频放大器的输出端连接所述音频采集器;
所述音频放大器用于对所述模拟电信号的频带和/或动态范围进行调节,以得到调节后模拟电信号,所述音频放大器还用于将所述调节后模拟电信号传送至所述音频采集器,所述音频采集器用于对所述调节后模拟电信号进行数字化采样,以得到所述数字电信号。
较佳地,所述自动统计设备还包括无线通信装置,所述无线通信装置用于接收所述微处理器统计的所述子弹消耗量,并将所述子弹消耗量发送至预先绑定的用户终端。
较佳地,所述微处理器还用于接收所述用户终端传送的配置参数,并根据所述配置参数调控所述测量麦克风和/或音频采集器的工作状态,其中,所述配置参数包括室内场景状态、室外场景状态、靶场面积、子弹类型以及射击人员数目的一种或多种。
较佳地,所述自动统计设备还包括聚合物锂电池,所述聚合物锂电池作为所述自动统计设备的供电电源。
较佳地,所述自动统计设备的安装方式为固定式、便携式或车载式。
在符合本领域常识的基础上,上述各优选条件,可任意组合,即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于:本发明提供的子弹消耗量的自动统计设备利用测量麦克风、音频采集器以及微处理器的相互配合,通过采集靶场内射击的音频信号,检测音频信号时频图中的高能量带,从而进行子弹消耗量的实时统计,所述自动统计设备搬移方便、对场地要求低、操作简单、环境适应能力强,能够全天候的进行子弹消耗量的实时计数,具有较好的推广性。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单介绍,显而易见地,下面描述的附图仅仅是本发明的部分实施例的附图,并不对本发明的技术方案做出限制。
图1为本发明实施例1的一种子弹消耗量的自动统计设备的结构示意图。
图2为本发明实施例1的测量麦克风实际采集的声音信号的波形图。
图3为本发明实施例1的一种非限制性具体实施方式的结构示意图。
图4为本发明实施例1的参考时频图。
图5为本发明实施例2的一种子弹消耗量的自动统计设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种子弹消耗量的自动统计设备,如图1所示,一种子弹消耗量的自动统计设备,所述自动统计设备1可以包括:测量麦克风11、音频采集器12以及微处理器13;
所述测量麦克风11用于检测子弹射击时产生的声音信号,并将所述声音信号转化为模拟电信号;
所述音频采集器12用于将所述模拟电信号进行数字化采样,以得到数字电信号;
所述微处理器13用于接收所述数字电信号,并将所述数字电信号转化为参考时频图,所述参考时频图包括所述子弹射击时的多个声音能量带;所述微处理器13还用于将多个所述声音能量带的幅值分别与预设门限值进行比较,统计所述幅值大于所述预设门限值的所述声音能量带的数量,以得到所述子弹消耗量。
本实施例中,所述自动统计设备1可以用于轻武器实弹射击靶场中使用,对于不同面积的靶场,可以适应性的在靶场的不同位置设置自动统计设备1,所述自动统计设备1的安装方式可以为固定式、便携式或车载式。
优选地,所述的测量麦克风11的内部可以采用电容传声器作为传声元件,使用无指向性自由场测量麦克风,在20kH的频段内频率响应平坦,具有高稳定性、低失真和低噪声等特点。其极其平直的频率响应曲线非常适合后端的声学检测识别算法使用。该测量麦克风11可以将武器实弹射击时产生的声音信号转换为模拟电信号。
请参考图2,图2中示出所述测量麦克风11实际采集的声音信号的波形图,由附图2可以看出,由测量麦克风11直接采集的声音信号存在一定的干扰噪声,所述干扰噪声来自于话音、金属敲击声或烟花爆竹声等,信号特性较差。
为了保证输入给所述音频采集器12的所述模拟电信号具有较好的信号特性,还可以对所述测量麦克风11输出的模拟电信号进行处理,以优化声音信号。
具体地,如图3所示,所述自动统计设备1还可以包括音频放大器16,所述音频放大器16的输入端连接所述测量麦克风11,所述音频放大器16的输出端连接所述音频采集器12;
所述音频放大器16用于对所述模拟电信号的频带和/或动态范围进行调节,以得到调节后模拟电信号,所述音频放大器16还用于将所述调节后模拟电信号传送至所述音频采集器12,所述音频采集器12用于对所述调节后模拟电信号进行数字化采样,以得到所述数字电信号。
本实施例中,所述的音频放大器16可以完成对所述测量麦克风11转换后模拟电信号的基本处理,设计过程中优先关注频带范围和动态范围两个指标,保证在50kHz以下频率响应基本平坦,满足整个设备对频带宽度的要求。由于枪声声强很大,考虑到自动统计设备1在不同放置位置接收声强的差异,可以设计了专门的自动增益控制电路来保证该音频放大器具有更大的动态范围,使距离射击位很近位置上的声音信号也不会导致采样饱和。
接下来,所述音频采集器12可以对经过所述音频放大器16调节后的模拟电信号进行数字化采样,以得到所述数字电信号,所述数字电信号包括多个数据帧,所述数据帧可以具有用于识别的帧号。具体地,可以采用24bit(比特)位宽、支持192kSPS(千次每秒)采样率的AD(模数转换)芯片完成。
进一步地,经过音频采集器12后,外界的声音信号可以转换为二进制的数据文件,所述数据文件可以临时存放在微处理器13内的缓冲区。
接下来,所述微处理器13可以接收所述数字电信号,并将所述数字电信号转化为参考时频图,所述参考时频图包括所述子弹射击时的多个声音能量带(即数字频带);所述微处理器13还用于将多个所述声音能量带的幅值分别与预设门限值进行比较,统计所述幅值大于所述预设门限值的所述声音能量带的数量,以得到所述子弹消耗量。优选地,所述微处理器13可以从所述数字信号中提取出预设帧长的处理后数字信号,并将所述处理后数字信号转化为所述参考时频图。
请参考图4,图4示出了所述参考时频图,由附图4可以看出,利用本发明的方法所得到的参考视频图中具有明显的能量带,能够非常清晰表明枪声的个数以及每一次枪声的出现时间。
本实施例中,所述微处理器13具有存储、计算和接口协调能力,可选择工控机、FPGA(现场可编程门阵列)或DSP(数字信号处理器)作为微处理器13,所述微处理器13一方面可以控制声音采集过程,另一方面可以运行实现声音检测识别算法。
所述声音检测识别算法在工控机平台上可以通过C#语言(一种面向对象的程序设计语言)开发,在FPGA平台上可以用VHDL语言(一种用于电路设计的高级语言)开发,在DSP平台上可以用C语言(一门面向过程、抽象化的通用程序设计语言)开发。经过大量测试验证,本发明中的算法在1000发子弹消耗量统计中误差不大于1发。
具体地,利用所述声音检测识别算法,通过对时频图高能量带进行检测以实现子弹消耗量计数的过程如下:
(1)给定每次处理的音频信号(即所述的数字电信号)的长度Tbuffer、帧长Tlength以及帧移Tshift,确定出每次枪声检测时的第一时频图大小;
(2)对各帧信号进行加窗处理,即加窗后第n帧信号为)x(i)(n)=x(i)(n)gW(n),其中,g表示Hadamard乘积,即向量对应元素相乘,W(n)为窗函数,窗长为Llength;
(8)得到前述的tr时刻所在帧的幅值AMAX(tr)(即能量带中的最高点的值),判断所述幅值AMAX(tr)是否大于给定的门限值,如果是,则将tr加入枪声集合O且令r=r+1,也就是对子弹消耗量进行一次累加统计,其中,r代表子弹消耗量;
(9)重复步骤2)到步骤8)直到停止射击,并完成对子弹消耗量的全部统计。
可以理解的是,本领域技术人员可以根据具体应用场合的需求而适应性的选择合适的门限值,本发明实施例对此不作具体限制。
进一步地,所述自动统计设备还可以包括前端设备壳体15,所述音频放大器16、音频采集器12、微处理器13可以设置于所前端设备壳体15内,所述测量麦克风11可以设置于前端设备壳体15外,以便于采集子弹发射时的声音信号。另外,所述自动统计设备1的供电可以采用蓄电池供电或者通过插头连接外部电源的方式供电。
优选地,所述自动统计设备1可以包括聚合物锂电池14,所述聚合物锂电池14可以作为所述自动统计设备1的供电电源。具体地,所述聚合物锂电池14可以安装于自动统计设备1的内部,也可以安装于自动统计设备1的外部,当所述聚合物锂电池14安装于自动统计设备1外部时,可以在所述聚合物锂电池14的外部设置保护罩,以实现聚合物锂电池14的防尘、防水、防晒,并且还可以方便对聚合物锂电池14进行更换。
进一步地,所述的聚合物锂电池14中设置有保护电路和电量指示电路,从而可以及时对聚合物锂电池14的电量进行检测并对电池进行保护,所述微处理器13可以接收所述电量指示电路的电量提示信息,从而提高了整个自动统计设备1的工作稳定性。
需要说明的是,本领域技术人员可以根据具体应用场合的需求而适应性的选择合适聚合物锂电池14的放置位置,本发明实施例对此不作具体限制。
在一个具体应用场景中,例如:在室外10靶位的靶场,共进行了6批次总计1000发子弹的实弹测试,在10靶位自由单发射击的情况下,采用本发明提供的1套自动统计设备对子弹消耗量进行计数,计数准确率为100%,在多靶位自由单发和连发混合情况下,计数准确率不低于99.5%。
本实施例中提供的子弹消耗量的自动统计设备计数结果合理、设计巧妙,有效解决了大范围多人次实弹射击靶场的全天候子弹消耗量统计的难题,非常适合在实弹射击靶场使用,为实弹射击过程中的安全管理提供了有效的技术支持手段。
实施例2
本实施例提供了一种子弹消耗量的自动统计设备,如图5所示,本实施例中的自动统计设备是在实施例1基础上的进一步改进。
本实施例2中的自动统计设备除了包括实施例1中描述的各种装置外,还可以包括无线通信装置17,所述无线通信装置17用于接收所述微处理器13统计的所述子弹消耗量,并将所述子弹消耗量发送至预先绑定的用户终端2。
具体地,所述用户终端2可以为任意型号的PC端(个人电脑)或移动终端(例如:手机,ipad(平板电脑))等,本实施例对此不作具体限制。
所述的无线通信装置17可以为前端声音采集处理设备(测量麦克风)与远程的所述用户终端2提供通信链路。
优选地,所述无线通信装置17可以采用具有AP(无线接入点)的Wi-Fi(热点)芯片实现,有效通信距离大于100米,增加高增益天线后通信距离可达500m。
本实施例中,所述微处理器13还可以接收所述用户终端2传送的配置参数,并根据所述配置参数调控所述测量麦克风11和/或音频采集器12的工作状态,其中,所述配置参数包括室内场景状态、室外场景状态、靶场面积、子弹类型以及射击人员数目的一种或多种。
另外,当聚合物锂电池内14的电量指示电路显示电量不足时,用户可以接收到微处理器13通过所述无线通信装置17传送过来的电量不足的信号,以便于用户及时对所述聚合物锂电池内14进行充电。
本实施例中的子弹消耗量的自动统计设备可以实现远程用户与设备本身的信息交互,可以满足用户对子弹消耗量进行实时掌控的需求。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这仅是举例说明,本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式做出多种变更或修改,但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种子弹消耗量的自动统计设备,其特征在于,所述自动统计设备包括:测量麦克风、音频采集器以及微处理器;
所述测量麦克风用于检测子弹射击时产生的声音信号,并将所述声音信号转化为模拟电信号;
所述音频采集器用于将所述模拟电信号进行数字化采样,以得到数字电信号;所述微处理器用于接收所述数字电信号,并将所述数字电信号转化为参考时频图,所述参考时频图包括所述子弹射击时的多个声音能量带;
所述微处理器还用于将多个所述声音能量带的幅值分别与预设门限值进行比较,统计所述幅值大于所述预设门限值的所述声音能量带的数量,以得到所述子弹消耗量;
所述微处理器具有存储、计算和接口协调能力,选自工控机或FPGA 或 DSP,所述微处理器运行实现声音检测识别算法;
用所述声音检测识别算法,通过对参考时频图高能量带进行检测以实现子弹消耗量计数的过程如下:
(1)给定每次处理的音频信号即所述的数字电信号的长度Tbuffer、帧长Tlength以及帧移Tshift,确定出每次枪声检测时的第一时频图大小;
(2)对各帧信号进行加窗处理,即加窗后第 n 帧信号为x(i)(n)=x(i)(n)gW(n),其中,g表示 Hadamard 乘积,即向量对应元素相乘,W(n)为窗函数,窗长为 Llength;
(3)对加窗后的各帧信号进行NDFT 点的离散傅里叶变换(DFT)并取模,得到第一时频图接着对所述第一时频图执行归一化操作,得到参考时频图;
(4)对所述参考时频图进行边缘检测,得到检测后图像 I (i);
(5)检测并记录所述检测后图像I(i)中的垂直谱线集合 Hline={h1,h2,……},以及这些垂直谱线对应的帧号集合 Fline={f1,f2, ……}、起始频带集合和终止频带集合;
(6)统计所述检测后图像 I (i)中对应各帧的谱线频带最大值和谱线频带有效值;
(7)根据所述谱线频带最大值和所述谱线频带有效值检测是否存在枪响以及进行回声的去除,得到枪声对应的时刻tr;
(8)得到前述的时刻tr所在帧的幅值 AMAX(tr)即能量带中的最高点的值,判断所述幅值AMAX(tr)是否大于给定的门限值,如果是,则将 tr加入枪声集合 O 且令 r=r+1,也就是对子弹消耗量进行一次累加统计,其中,r代表子弹消耗量;
(9)重复步骤 2)到步骤 8)直到停止射击,并完成对子弹消耗量的全部统计。
2.如权利要求 1 所述的子弹消耗量的自动统计设备,其特征在于,所述微处理器用于从所述数字电信号中提取出预设帧长的处理后数字电 信号,并将所述处理后数字电信号转化为所述参考时频图。
3.如权利要求 1 所述的子弹消耗量的自动统计设备,其特征在于,所述自动统计设备还包括音频放大器,所述音频放大器的输入端连接所述测量麦克风,所述音频放大器的输出端连接所述音频采集器;所述音频放大器用于对所述模拟电信号的频带和/或动态范围进行调节,以得到调节后模拟电信号,所述音频放大器还用于将所述调节后模拟电信号传送至所述音频采集器,所述音频采集器用于对所述调节后模拟电信号进行数字化采样,以得到所述数字电信号。
4.如权利要求 1 所述的子弹消耗量的自动统计设备,其特征在于,所述自动统计设备还包括无线通信装置,所述无线通信装置用于接收所述微处理器统计的所述子弹消耗量,并将所述子弹消耗量发送至预先绑定的用户终端。
5.如权利要求 4 所述的子弹消耗量的自动统计设备,其特征在于,所述微处理器还用于接收所述用户终端传送的配置参数,并根据所述配置参数调控所述测量麦克风和/或音频采集器的工作状态,其中,所述配置参数包括室内场景状态、室外场景状态、靶场面积、子弹类型以及射击人员数目的一种或多种。
6.如权利要求 1-5 任一项所述的子弹消耗量的自动统计设备,其特征在于,所述自动统计设备还包括聚合物锂电池,所述聚合物锂电池作为所述自动统计设备的供电电源。
7.如权利要求 1-5 任一项所述的子弹消耗量的自动统计设备,其特征在于,所述自动统计设备的安装方式为固定式、便携式或车载式。
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