CN110470178B - 基于模拟后座力的无实弹瞄靶训练系统及训练方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模拟后座力的无实弹瞄靶训练系统及训练方法，该系统包括触发器、图像采集单元、后座力发生单元、枪声发生器、语音报靶器和控制单元；本发明采用动态铁芯技术，将原本固定的螺线管铁芯改变为运动的铁芯撞针，运用限位部件对移动铁芯进行约束，第一固定螺线管和第二固定螺线管的双螺线管设置，增加了对移动铁芯撞针的作用力，使得移动铁芯撞针加速度增加，后座力增大，模拟后座力效果更真实；通过摄像头采集经望远镜放大的靶标图片，通过特征识别和弹道校正，获取命中环数，并经语音报靶器播放。结合枪声发生器和后座力发生器，全要素模拟真实射击场景，给瞄靶训练增加真实感，提高训练效果。

Description

基于模拟后座力的无实弹瞄靶训练系统及训练方法

技术领域

本发明属于辅助瞄靶训练技术领域，具体涉及一种基于模拟后座力的无实弹瞄靶训练系统及训练方法。

背景技术

在部队入伍新兵及军事院校学员的打靶射击训练中，大多采用空瞄准、空射击、反复动作训练，收不到训练反馈，不清楚训练效果，更无法及时纠正错误。训练过程枯燥乏味，很难取得理想的训练效果。为使战士在训练的空瞄准中得到反馈、提高训练效果，设计无实弹瞄靶报靶装置。在空瞄靶射击的时候，由于枪支未安装子弹，不会产生后座力，使得射击真实感大大降低。现有的后座力发生领域，多采用“电磁炮”式的撞击方式和弹簧回弹的复位方式。由于采用“电磁炮”式撞击方式，装置中存在大电容，需要一段时间进行充能，因此，无法满足连续射击要求。装置中的弹簧始终作用于撞针，因此会在撞击过程中起到一定的缓冲作用，减小后座力，与实弹射击的后座力相差较大。

此外，现有的无实弹瞄靶报靶领域，多采用激光瞄准式对强制瞄准的位置进行处理，获得命中环数信息，而在此基础上的弹道校正难度大，且与真实射击训练效果差别较大。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种基于模拟后座力的无实弹瞄靶训练系统及训练方法，本发明通过后座力发生装置，为训练者提供瞄靶报靶训练过程中的真实后座力体验，逼近真实射击训练效果。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。

(一)基于模拟后座力的无实弹瞄靶训练系统，包括：触发器、图像采集单元、后座力发生单元、枪声发生器、语音报靶器和控制单元；

所述触发器设置于枪支的扳机处；

所述图像采集单元由沿枪口向枪膛内依次设置的望远镜和摄像头组成，所述望远镜、摄像头和枪膛共轴设置，且所述摄像头的纵向平面与枪支处于射击状态时的纵向平面重合；所述望远镜用于放大远处的靶标，所述摄像头用于采集对经过望远镜放大后的靶标图像；

所述后座力发生单元安装于枪管内，位于所述视频采集单元后方，包含移动铁芯撞针、第一固定螺线管、挡板、第二固定螺线管、电源和电流换向器，其中，所述第一固定螺线管与挡板沿枪膛前后设置，且分别固定于枪支内壁上，所述第一固定螺线管内设置有移动铁芯撞针，所述移动铁芯撞针靠近挡板的一端设置有限位部件，用于约束移动铁芯撞针的位置；所述第二固定螺线管固定于枪支内壁上，所述挡板设置于第二固定螺线管靠近移动铁芯撞针的一侧，所述挡板上还设置有振动传感器；所述电源分别与第一固定螺线管和电流换向器电连接，所述电流换向器与第二固定螺线管电连接；

所述控制单元用于接收触发器的触发信号，并将该触发信号传输给枪声发生器，使枪声发生器产生枪声；

所述控制单元用于接收振动传感器的振动电信号，并将该信号经转换后传输给电流换向器使其进行电流换向；

所述控制单元还用于对摄像头采集的靶标图片进行处理和识别，得到命中环数信息，并将该信息传输给语音报靶器，语音报靶器播报本次射击结果。

进一步地，所述挡板的中心与移动铁芯撞针的轴线共线。

进一步地，所述第二固定螺线管为圆柱体自带铁芯的螺线管。

进一步地，所述限位部件由限位板和电动推杆组成，所述限位板与电动推杆固定连接，使限位板上下移动。

(二)基于模拟后座力的无实弹瞄靶训练方法，包括以下步骤：

步骤1，训练人员扣动扳机，触发触发器，使枪声发生器产生枪声；同时限位部件解除对移动铁芯撞针的约束，磁化后的移动铁芯撞针在第二固定螺线管产生的强大磁场的吸引作用下，加速撞击至挡板上并瞬间停止，产生后座力；振动传感器将感应到的振动电信号传至控制单元，控制单元控制电流换向器改变第二固定螺线管的电流方向，使其对移动铁芯撞针产生斥力，推动移动铁芯撞针复位；

步骤2，摄像头采集经望远镜放大的靶标图片，控制单元对靶标图片进行特征识别和弹道校正，获取命中环数，并经语音报靶器播放。

进一步地，所述特征识别为对靶标图片进行滤波，对滤波后图像进行图像校正，得到校正后的靶标图片，并识别靶标上的靶标中心和各环的位置。

进一步地，所述弹道校正具体为：

首先，以靶标中心为原点，所述靶标中心的水平向右的方向为X轴的正向，所述靶标中心的垂直向上的方向为Y轴正向，建立笛卡尔坐标系；

其次，将校正后的靶标图片置于笛卡尔坐标系，校正后的靶标图片的中心即为瞄靶过程中枪支膛线的延长线在靶标上的映射点，读取该映射点的坐标；

最后，根据枪支膛线、瞄准基线和实际弹道的相互关系，对枪支进行弹道校正，获取弹道校正值，并据此计算实际弹着点的位置坐标，进而得到命中环数。

进一步地，所述枪支膛线、瞄准基线和实际弹道的相互关系为：枪支膛线为校正后的靶标图片的中心，瞄准基线与实际弹道在靶标处重合。

进一步地，所述获取弹道校正值，并据此计算实际弹着点的位置坐标，其具体为：

首先，根据瞄准基线的方程，求解出瞄准基线与靶标的交点位置坐标，该交点位置坐标即为对应的弹道校正值；

然后，根据枪支膛线与弹道校正值，即可得到实际弹着点的位置坐标。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的后座力发生单元采用动态铁芯技术，将原本固定的螺线管铁芯改变为运动的铁芯撞针，运用限位部件对移动铁芯进行约束，第一固定螺线管和第二固定螺线管的双螺线管设置，增加了对移动铁芯撞针的作用力，使得移动铁芯撞针加速度增加，后座力增大，模拟后座力效果更真实。

(2)本发明采用电流换向器改变第二固定螺线管的电流方向，使移动铁芯撞针复位，实现移动铁芯撞针的自动复位；避免传统的复位弹簧带来的//后座力的损失。

(3)本发明限位部件能够起到移动铁芯撞针的位置约束和自动复位作用，从而实现后座力的连续发生，使射击训练者能够进行连续射击训练。

(4)本发明的枪声发生器和后座力发生器结合，全要素模拟真实射击场景，给瞄靶训练增加真实感，提高训练效果。

(5)本发明采用望远镜和摄像头相结合，避免了传统激光器的使用；同时通过望远镜、摄像头和枪支膛线的共轴安装方式，使摄像头纵向平面和枪支处于射击状态时的纵向平面重合，保证了弹道校正时的装置基础。

(6)本发明采用基点法进行弹道校正，与激光瞄准式相比，弹道校正简单便捷，难度大大降低。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1本发明的基于模拟后座力的无实弹瞄靶训练系统的连接示意图；

图2为本发明的图像采集单元安装位置示意图；

图3为本发明的后座力发生单元的结构示意图；

图4为本发明实施例中的枪支膛线、瞄准基线和实际弹道的相互关系图。

以上图中，1触发器；2望远镜；3摄像头；4枪声发生器；5语音报靶器；6后座力发生单元；601移动铁芯撞针；602第一固定螺线管；603挡板；604第二固定螺线管；605限位部件；606电源；607电流换向器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例及效果作进一步详细描述。

参考图1-3，本发明实施例提供一种基于模拟后座力的无实弹瞄靶训练系统，包括：触发器1、图像采集单元、后座力发生单元6、枪声发生器4、语音报靶器5和控制单元；触发器1设置于枪支的扳机处；图像采集单元沿枪口向枪膛内依次设置的望远镜2和摄像头3组成，望远镜2、摄像头3和枪膛共轴设置，且摄像头3的纵向平面与枪支处于射击状态时的纵向平面重合；望远镜2用于放大远处的靶标，摄像头3用于采集对经过望远镜2放大后的靶标图像。

后座力发生单元6安装于枪管内，位于视频采集单元后方，包含移动铁芯撞针601、第一固定螺线管602、挡板603、第二固定螺线管604、电源606和电流换向器607，其中，第一固定螺线管602与挡板603沿枪膛前后设置，且分别固定于枪支内壁上，第一固定螺线管602内设置有移动铁芯撞针601，移动铁芯撞针601靠近挡板603的一端设置有限位部件605，用于约束移动铁芯撞针601的位置；第二固定螺线管604固定于枪支内壁上，挡板603设置于第二固定螺线管604靠近移动铁芯撞针601的一侧，挡板603上还设置有振动传感器；电源606分别与第一固定螺线管602和电流换向器607电连接，电流换向器607与第二固定螺线管604电连接。

控制单元用于接收触发器1的触发信号，并将该触发信号传输给枪声发生器4，使枪声发生器4产生枪声；控制单元用于接收振动传感器的振动电信号，并将该信号经转换后传输给电流换向器607使其进行电流换向；控制单元还用于对摄像头3采集的靶标图片进行处理和识别，得到命中环数信息，并将该信息传输给语音报靶器5，语音报靶器5播报本次射击结果。

以上实施例中，训练人员进行瞄靶训练时，训练人员瞄准靶标之后，扣动扳机的瞬间，触发安装在扳机处的触发器1，触发器1将触发电信号传输给控制单元如中央处理器CPU，控制单元产生并发送电信号给枪声发生器4，枪声发生器4产生枪声，与此同时，摄像头3对望远镜2观察到的远处靶标进行拍照，控制单元对获取的靶标图像进行处理后计算出本次瞄靶命中环数，并将其传输给语音报靶器5进行语音播放。

触发器1触发前，在后座力发生单元6内，电源606为第一固定螺线管602和第二固定螺线管604供电，第一固定螺线管602将其内部的移动铁芯撞针601磁化，磁化后的移动铁芯撞针601和第二固定螺线管604的铁芯之间产生相互吸引力，但由于移动铁芯撞针601处于限位部件605的约束下，保持在初始位置不动。

待触发器1触发后，控制单元输送给限位装置解除信号，限位装置解除对移动铁芯撞针601的约束，移动铁芯撞针601在与挡板603一侧的铁芯的吸引力的作用下，迅速做加速运动，撞击挡板603上并瞬间停止运动产生后座力，实现了射击过程中后座力的真实模拟。挡板603上的振动传感器感应撞击过程中产生的振动，并将该信号传输给控制单元，控制单元发送电信号至电流换向器607，使第二固定螺线管604上的电流反向，从而使移动铁芯撞针601和第二固定螺线管604内的铁芯之间产生斥力，推动移动铁芯撞针601复位，限位部件605再次约束移动铁芯撞针601的运动。完成一次后座力的产生。重复上述动作，可实现连续后座力的产生，适用于连续的射击训练过程。本发明的枪声发生器4和后座力发生器结合，全要素模拟真实射击场景，给瞄靶训练增加真实感，提高训练效果。

参考图2，根据本发明的一个实施例，挡板603的中心与移动铁芯撞针601的轴线共线。

以上实施例中，挡板603的中心与移动铁芯撞针601的轴线共线，使挡板603被撞击过程中，保证稳定性。

参考图2，根据本发明的一个实施例，第二固定螺线管604为圆柱体自带铁芯的螺线管。

以上实施例中，第二固定螺线管604为圆柱体自带铁芯的螺线管，便于产生强大磁场。

参考图2，根据本发明的一个实施例，限位部件605由限位板和电动推杆组成，限位板与电动推杆固定连接，使限位板上下移动。

以上实施例中，限位板设置于移动铁芯撞针601靠近挡板603一端，限位板与电动推杆固定连接，扣动扳机后，电动推杆向下运动使限位板下移，解除对移动铁芯撞针601的位置约束；待移动铁芯撞针601在斥力作用下移动至第一固定线圈内后，电动推杆向上运动，使限位板上移，恢复对移动铁芯撞针601的位置约束。

本发明的一个实施例：

基于模拟后座力的无实弹瞄靶训练方法，包括以下步骤：

步骤1，训练人员扣动扳机，触发触发器，使枪声发生器产生枪声；同时限位部件解除对移动铁芯撞针的约束，磁化后的移动铁芯撞针在第二固定螺线管产生的强大磁场的吸引作用下，加速撞击至挡板上并瞬间停止，产生后座力；振动传感器将感应到的振动电信号传至控制单元，控制单元控制电流换向器改变第二固定螺线管的电流方向，使其对移动铁芯撞针产生斥力，推动移动铁芯撞针复位；

步骤2，摄像头采集经望远镜放大的靶标图片，控制单元对靶标图片进行特征识别和弹道校正，获取命中环数，并经语音报靶器播放。

示例性地，特征识别为对靶标图片进行滤波，对滤波后图像进行图像校正，得到校正后的靶标图片，并识别靶标上的靶标中心和各环的位置。

示例性地，弹道校正具体为：

首先，以靶标中心为原点，靶标中心的水平向右的方向为X轴的正向，靶标中心的垂直向上的方向为Y轴正向，建立笛卡尔坐标系；

其次，将校正后的靶标图片置于笛卡尔坐标系，校正后的靶标图片的中心即为瞄靶过程中枪支膛线的延长线在靶标上的映射点，读取该映射点的坐标；

最后，根据枪支膛线、瞄准基线和实际弹道的相互关系，对枪支进行弹道校正，获取弹道校正值，并据此计算实际弹着点的位置坐标，进而得到命中环数。

示例性地，设定瞄靶训练在室内进行，即子弹飞行过程中只存在竖直方向上的重力作用，不存在水平方向的外力。枪支膛线、瞄准基线和实际弹道的相互关系如图4所示，枪支膛线的坐标，瞄准基线方程已知，根据瞄准基线方程即可求出其在靶标处的坐标，两者对应坐标差值即为弹道校正值，一般射击训练的瞄准基线与实际弹道在靶标处是重合的，因此，瞄准基线在靶标处的坐标即为实际弹着点，再将该实际弹着点与靶环比对，即可得到命中环数。

本发明由于望远镜、摄像机与枪支膛线共轴安装，所以弹道校正值为竖直向上的一段线段，即为图中的AB线段长度。

此外，不论瞄准基线与实际弹道在靶标处是否重合，根据实际弹道方程均可求解出实际弹着点。

以最简单的子弹只受重力作用为例说明，射击水平距离s和子弹初速度v₀已知，子弹飞行时间为t＝s/v₀；在飞行时间内的下落距离为h＝1/2gt²，g为重力加速度。也就得到了弹道校正值和实际弹着点。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.基于模拟后座力的无实弹瞄靶训练系统，其特征在于，包括：触发器(1)、图像采集单元、后座力发生单元(6)、枪声发生器(4)、语音报靶器(5)和控制单元；

所述触发器(1)设置于枪支的扳机处；

所述图像采集单元由沿枪口向枪膛内依次设置的望远镜(2)和摄像头(3)组成，所述望远镜(2)、摄像头(3)和枪膛共轴设置，且所述摄像头(3)的纵向平面与枪支处于射击状态时的纵向平面重合；所述望远镜(2)用于放大远处的靶标，所述摄像头(3)用于采集对经过望远镜(2)放大后的靶标图像；

所述后座力发生单元(6)安装于枪管内，位于所述图像采集单元后方，包含移动铁芯撞针(601)、第一固定螺线管(602)、挡板(603)、第二固定螺线管(604)、电源(606)和电流换向器(607)，其中，所述第一固定螺线管(602)与挡板(603)沿枪膛前后设置，且分别固定于枪支内壁上，所述第一固定螺线管(602)内设置有移动铁芯撞针(601)，所述移动铁芯撞针(601)靠近挡板(603)的一端设置有限位部件(605)，用于约束移动铁芯撞针(601)的位置；所述第二固定螺线管(604)固定于枪支内壁上，所述挡板(603)设置于第二固定螺线管(604)靠近移动铁芯撞针(601)的一侧，所述挡板(603)上还设置有振动传感器；所述电源(606)分别与第一固定螺线管(602)和电流换向器(607)电连接，所述电流换向器(607)与第二固定螺线管(604)电连接；

所述控制单元用于接收触发器(1)的触发信号，并将该触发信号传输给枪声发生器(4)，使枪声发生器(4)产生枪声；

所述控制单元用于接收振动传感器的振动电信号，并将该信号经转换后传输给电流换向器(607)使其进行电流换向；

所述控制单元还用于对摄像头(3)采集的靶标图片进行处理和识别，得到命中环数信息，并将该信息传输给语音报靶器(5)，语音报靶器(5)播报本次射击结果；

上述基于模拟后座力的无实弹瞄靶训练系统的训练方法，包括以下步骤：

步骤1，训练人员扣动扳机，触发触发器，使枪声发生器产生枪声；同时限位部件解除对移动铁芯撞针的约束，磁化后的移动铁芯撞针在第二固定螺线管产生的强大磁场的吸引作用下，加速撞击至挡板上并瞬间停止，产生后座力；振动传感器将感应到的振动电信号传至控制单元，控制单元控制电流换向器改变第二固定螺线管的电流方向，使其对移动铁芯撞针产生斥力，推动移动铁芯撞针复位；

步骤2，摄像头采集经望远镜放大的靶标图片，控制单元对靶标图片进行特征识别和弹道校正，获取命中环数，并经语音报靶器播放。

2.根据权利要求1所述的基于模拟后座力的无实弹瞄靶训练系统，其特征在于，所述挡板(603)的中心与移动铁芯撞针(601)的轴线共线。

3.根据权利要求1所述的基于模拟后座力的无实弹瞄靶训练系统，其特征在于，所述第二固定螺线管(604)为圆柱体自带铁芯的螺线管。

4.根据权利要求1所述的基于模拟后座力的无实弹瞄靶训练系统，其特征在于，所述限位部件(605)由限位板和电动推杆组成，所述限位板与电动推杆固定连接，使限位板上下移动。

5.根据权利要求1所述的基于模拟后座力的无实弹瞄靶训练系统，其特征在于，步骤2中，所述特征识别为对靶标图片进行滤波，对滤波后图像进行图像校正，得到校正后的靶标图片，并识别靶标上的靶标中心和各环的位置。

6.根据权利要求1所述的基于模拟后座力的无实弹瞄靶训练系统，其特征在于，步骤2中，所述弹道校正具体为：

首先，以靶标中心为原点，所述靶标中心的水平向右的方向为X轴的正向，所述靶标中心的垂直向上的方向为Y轴正向，建立笛卡尔坐标系；

其次，将校正后的靶标图片置于笛卡尔坐标系，校正后的靶标图片的中心即为瞄靶过程中枪支膛线的延长线在靶标上的映射点，读取该映射点的坐标；

最后，根据枪支膛线、瞄准基线和实际弹道的相互关系，对枪支进行弹道校正，获取弹道校正值，并据此计算实际弹着点的位置坐标，进而得到命中环数。

7.根据权利要求6所述的基于模拟后座力的无实弹瞄靶训练系统，其特征在于，所述枪支膛线、瞄准基线和实际弹道的相互关系为：枪支膛线为校正后的靶标图片的中心，瞄准基线与实际弹道在靶标处重合。

8.根据权利要求6所述的基于模拟后座力的无实弹瞄靶训练系统，其特征在于，所述获取弹道校正值，并据此计算实际弹着点的位置坐标，其具体为：

首先，根据瞄准基线的方程，求解出瞄准基线与靶标的交点位置坐标，该交点位置坐标即为对应的弹道校正值；

然后，根据枪支膛线在靶标上的映射点坐标与弹道校正值，即可得到实际弹着点的位置坐标。

Images