CN110579138B - 一种高射炮实弹射击报靶方法、系统及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高射炮实弹射击报靶方法，包括测量激光实时跟踪靶标的距离、进入靶标附近激光区域内飞弹的距离和角度信息；计算飞弹与靶标的距离；根据最近距离评定是否命中。同时公开了相应的系统和装置。本发明采用光学跟踪靶标，激光覆盖或高速扫描靶标，实时测量靶标到激光发射点的距离、飞弹到激光发射点之间的距离及角度，计算靶标和飞弹的距离，取最近距离进行成绩评判，报靶精度高，客观性强，保障简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种高射炮实弹射击报靶方法、系统及装置，属于高射炮射击报靶技术领域。
背景技术
高射炮主要用于攻击飞机、直升机和导弹等空中目标。高射炮实弹射击报靶一直是部队训练中的一个难题。目前，主要以观察镜目测或在靶标上安装电磁装置感应附近飞弹，但是这些方式报靶准确性都不高。近两年在大型的训练活动中，把航天发射中的红外跟踪遥感技术用于高射炮实弹射击报靶，但价格极其昂贵，且保障复杂。
发明内容
本发明提供了一种高射炮实弹射击报靶方法、系统及装置，解决了现有报靶方式存在的上述问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种高射炮实弹射击报靶方法，包括，
对实时跟踪的靶标进行激光测距；
对进入靶标附近激光区域内的飞弹进行激光测距；
计算靶标和激光发射点之间连线与飞弹和激光发射点之间连线的夹角；
计算飞弹与靶标的距离；
根据最近距离评定是否命中。
对照预设的评判标准，判定飞弹是否命中。
还包括，
根据不同时刻飞弹的距离和角度信息，获取飞弹的飞行轨迹；
根据飞行轨迹，获取飞弹的发射位置；
根据发射位置，获取发射该飞弹的高射炮标号。
一种高射炮实弹射击报靶系统，包括，
靶标测量模块：对实时跟踪的靶标进行激光测距；
飞弹测量模块：对进入靶标附近激光区域内的飞弹进行激光测距；
夹角测量模块：计算靶标和激光发射点之间连线与飞弹和激光发射点之间连线的夹角；
距离计算模块：计算飞弹与靶标的距离；
成绩评定模块：根据最近距离评定是否命中。
成绩评定模块将最近距离与预设的评判标准对照，判定飞弹是否命中
还包括，
飞行轨迹获取模块：根据不同时刻飞弹的距离和角度信息，获取飞弹的飞行轨迹；
发射位置获取模块：根据飞行轨迹，获取飞弹的发射位置；
高射炮标号获取模块：根据发射位置，获取发射该飞弹的高射炮标号。
一种高射炮实弹射击报靶装置，包括扫描机构、光束接收机构、激光发射器、激光接收器、转台、处理器和电源。
激光发射器的信号输入端连接处理器，激光发射器发出的光束通过扫描机构射出；
激光接收器的信号输出端连接处理器，激光接收器通过光束接收机构接受反射光束；
处理器控制转台动作，实现对靶标的跟踪；控制扫描机构动作，实现扫描方式切换；控制光束接收机构动作，实现光学聚焦；执行高射炮实弹射击报靶方法的指令；
电源为各用电部件供电。
激光接收器采用阵列型光电传感器接收光束。
还包括与控制器连接的远程通信模块，通过远程通信模块将报靶结果发送给远端，通过远程通信模块接收远端的控制指令。
电源含有异步开关，实现能量储备和激光发送异步。
本发明所达到的有益效果：本发明采用光学跟踪靶标，激光覆盖或高速扫描靶标，测量靶标到激光发射点的距离、飞弹到激光发射点之间的距离、靶标和激光发射点之间连线与飞弹和激光发射点之间连线的夹角，计算靶标和飞弹的距离，取最近距离进行成绩评判，报靶精度高，客观性强，保障简单。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为飞弹与靶标相对位置关系测量示意图；
图3为测量θM的示意图；
图4为拟合靶标飞行轨迹的测量示意图；
图5为本发明装置的组成框图；
图6为用阵列型光电传感器增大目标捕获范围的示意图；
图7为用阵列型光电传感器提高角度测量精确度的示意图；
图8为旋转扫描方式示意图；
图9为平面扫描方式示意图；
图10为激光脉冲调制示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种高射炮实弹射击报靶方法，包括以下步骤：
步骤1，对实时跟踪的靶标进行激光测距。
对飞行的靶标进行实时跟踪，用激光覆盖或快速扫描靶标，由于激光覆盖的功率要求较高，因此这里采用激光扫描靶标，采用激光测量算法(即采集激光发射和接收的时间差)进行测距。
激光测量算法为本领域的公知算法，这里不详细描述了。初始时，基于激光测量算法计算实时跟踪靶标中心P到激光发射点O的距离，拟合得到距离与时间的关联方程。探测到飞弹进入靶标附近激光区域时刻t，再通过关联方程d0(t)＝0能够求出此时靶标中心P与激光发射点O之间距离为OP＝d0，见图2。
步骤2，对进入靶标附近激光区域内的飞弹进行激光测距。
对飞弹进行测距同样采用激光测量算法，靶标全部位于激光扫描区域内，飞弹发射一段时间后一部分会进入激光扫描区域。以一个飞弹M为例，飞弹M进入激光扫描区域，可测得多个点的距离d1、d2、d3、……dn，d1为飞弹M第一次被扫描获得的距离，此时飞弹刚进入激光扫描区域，dn为飞弹M最后一次被扫描获得的距离，此时飞弹将飞出激光扫描区域，t时刻的距离为dt.
步骤3，计算连线OP与OM之间的夹角θM；其中OP为靶标中心与激光发射点之间的连线，OM为飞弹与激光发射点之间的连线。
如图3所示，定义OP连线位于横向扫描面和纵向扫描面的交界线上，通过角度传感器和光电传感器阵列，可以测量得到飞弹M分别在横向扫描面和纵向扫描面的投影角度θH、θV，则
步骤4，计算飞弹与靶标的距离，根据最近距离评定射击成绩。
其中，MP为飞弹到靶心的距离，dt为OM的长度，d0为OP的长度。
作为本技术的另一个实现方案是利用靶标中心P飞行轨迹(沿直线飞行)和飞弹M距离信息，进行命中评估。具体方法参考附图4，一定时段内的两时刻t1和t2，t1时刻靶标中心P1的水平(即横向)扫描角度、纵向扫描角度及距离分别为θH1、θV1和d01，t2时刻靶标中心P2的水平扫描角度、纵向扫描角度及距离分别为θH2、θV2和d02；t时刻，探测到飞弹的水平扫描角θHt、纵向扫描角度θVt、以及到飞弹M的距离d。
得到炮弹与移动靶标中心P的距离MP公式为：
其中，
A1P1＝d01sinθV1，为P1到横向水平扫描面的距离；d01为P1到O点的距离；
A2P2＝d02sinθV2，为P2到横向水平扫描面的距离；d02为P2到O点的距离；
A1A2 2＝d01 2cos2θV1+d02 2cos2θV2-2d01d02cosθV1cosθV2cos(θH2-θH1)，为P1在横向水平扫描面上的投影点到P2在横向水平扫描面上的投影点之间的距离；
NA1 2＝d01 2cos2θV1+d2cos2θVt-2d01dcosθV1cosθVtcos(θHt-θH1)，为飞弹M在横向水平扫描面上的投影点到P1在横向水平扫描面上的投影点之间的距离；
NA2 2＝d02 2cos2θV2+d2cos2θVt-2d01dcosθV2cosθVtcos(θHt-θH2)，为飞弹M在横向水平扫描面上的投影点到P2在横向水平扫描面上的投影点之间的距离。
取数个MP中的最小值，照预设的评判标准，判定飞弹是否命中。
各种高射炮靶标外形可能各不相同，但模拟的都是以靶标中心为球心，半径为R的球体，R与飞行物的类型相关，一般由训练大纲明确，当MP的距离小于R时即判定为命中
步骤5，根据不同时刻飞弹的距离和角度信息(这里的角度信息，即步骤3中的θH、θV)，获取飞弹的飞行轨迹，根据飞行轨迹，获取飞弹的发射位置，根据发射位置，获取发射该飞弹的高射炮标号。
根据上述一系列的距离d1、d2、d3、……dn和相应的飞弹角度，可推算出该飞弹的抛物线飞行轨迹(该推算过程为简单的数学计算，这里不详细描述了)，根据抛物线飞行轨迹即可找出飞弹的发射点，以及在该点的相应高射炮，从而可以获得每个高射炮的成绩。
上述方法通过探测飞行靶标中心P和飞弹M的相对位置关系来进行命中评判。由于采用靶标自动跟踪，所以靶标和激光发射点之间的位置关系在很短时间内具有相对稳定性，能够满足测量精度要求，并且可以跟踪探测，不断进行相对位置关系的修正，从而达到炮弹命中判定变为炮弹与靶标相对位置关系的评估。
上述方法采用光学跟踪、激光扫描靶标，测量靶标距离、飞弹距离及夹角θM，计算靶标和飞弹的距离，取飞弹与靶标的最近距离评定射击成绩，同时可获得各成绩对应的高射炮，报靶精度高，报靶信息详细，客观性强。
一种高射炮实弹射击报靶系统，包括：
靶标测量模块：对实时跟踪的靶标进行激光测距。
飞弹测量模块：对进入靶标附近激光区域内的飞弹进行激光测距。
夹角测量模块：计算靶标和激光发射点之间连线与飞弹和激光发射点之间连线的夹角。
距离计算模块：计算飞弹与靶标的距离。
成绩评定模块：根据最近距离评定是否命中。
飞行轨迹获取模块：根据不同时刻飞弹的距离和角度信息，获取飞弹的飞行轨迹。
发射位置获取模块：根据飞行轨迹，获取飞弹的发射位置。
高射炮标号获取模块：根据发射位置，获取发射该飞弹的高射炮标号。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行高射炮实弹射击报靶系统。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行高射炮实弹射击报靶方法的指令。
如图5所示，一种高射炮实弹射击报靶装置，包括扫描机构、光束接收机构、激光发射器、激光接收器、转台、处理器、人机交互设备、远程通信模块和电源。
反射激光强度与发送激光强度成正比，所以提高探测距离和探测精度采用发送脉冲激光是最有效的手段，因此这里的激光发射器采用脉冲激光发射技术，激光发射器的信号输入端连接处理器，输入信号(电信号)依次经过调制和脉冲变换输入激光组件，激光组件输出激光光束，发出的光束通过扫描机构射出。
激光接收器的信号输出端连接处理器，激光接收器通过光束接收机构接受反射光束，采用阵列型光电传感器接收光束，提高激光接收灵敏度并降低对硬件的要求，阵列型光电传感器配备独立的信号放大和处理电路，在确保信噪比满足测量要求的前提下，进行光信号合理整合，减少放大器等硬件数量，其优势在于减少空间、提高EMC(电磁兼容性)性能、提高测量速度、减轻算法难度、降低算法对硬件的要求并降低成本，在发射功率、频率许可的条件下，可此案有面阵型。
如图6和7所示，设目标运行速度为v，激光扫描周期为T1，则在扫描周期T1内目标移动距离L＝v×T1。如果单个敏感点的光电传感器激光覆盖范围小于L，即使目标被激光照射到，也会捕获失败。所以要不出现丢失目标，只能加快扫描速度，减小T1，而扫描速度一味地加快将会造成扫描镜驱动机构难以工作。采用阵列型光电传感器可以解决这个矛盾，即使单个光敏点覆盖不了L，但是多个光敏点足以覆盖L甚至远超过L。
在扫描方向上同样存在扫描速度和捕获目标之间的矛盾，扫描速度越快丢失目标可能性越高，与目标运行方向规律恰恰相反。其原因是激光发射不是连续的，而且间隔很大，转速越快就导致两次激光之间距离越大，从而导致目标从间隙中溜过去。采用阵列型光电传感器能较好地解决这个问题，多个光敏点能很好对应并补充探测由两次激光间隔跨过的区域。
处理器采用MCU、FPGA、CPLD、PAL、GAL当中的一种，其内部存储有高射炮实弹射击报靶方法的指令。
处理器控制转台动作，更具体的是控制转台的伺服系统，由方位角和俯仰角两个伺服子系统组成，实现对靶标的跟踪，防止激光脱靶；为降低成本，也可采用人手动跟踪。
处理器控制扫描机构动作，更具体的是控制扫描机构驱动机构，即扫描伺服系统，实现扫描方式切换。根据不同的探测要求，可采用锥体激光、锥面激光或扇形激光，实现如图8所示的旋转扫描或如图9所示的平动扫描。
处理器控制光束接收机构动作，更具体的是控制变焦伺服系统，实现光学变焦，其原理与相机的变焦一样。采用视场角伺服调焦技术，实现激光能量的集聚。报靶装置到靶标的距离不同，会直接影响到激光覆盖会的大小，如果光学视场保持不变，势必导致近距离满足测量时，远处靶标位置激光功率密度不足，使反射光减弱而使探测失败，即使远处能够探测到炮弹，也会导致飞弹与靶标相对角度测量精度下降。采用视场角伺服调焦技术能够较好解决这个矛盾，还能降低对激光功率的要求和提高信噪比。
远程通信模块与处理器连接，远程通信模块为有线通信模块或无线通信模块，通过远程通信模块将报靶结果发送给远端，通过远程通信模块接收远端的控制指令；通过远程通信模块提高部署的灵活性和保证人员安全。
人机交互设备是硬件和软件组合而成的平台，借助最少的硬件搭建最大的平台，有利于降低成本、减少故障率、技术升级便捷快速、人机互动性强、适应环境能力强。人机交互设备可采用电脑。
电源为各用电部件供电，含有异步开关，具体如图10所示，包括连接的异步开关和储能电路，异步开关与激光器电源连接，接受脉冲变换后的调制信号控制，储能电路输出端连接激光发射器的激光组件，通过异步开关实现能量储备和激光发送异步，能够最大限度地提高激光调制信号频率和功率，并且提高能量利用率和充分保护激光器。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种高射炮实弹射击报靶方法，其特征在于：包括，
对实时跟踪的靶标进行激光测距；
对进入靶标附近激光区域内的飞弹进行激光测距；
计算靶标和激光发射点之间连线与飞弹和激光发射点之间连线的夹角；
计算飞弹与靶标的距离；
根据最近距离评定是否命中。
2.根据权利要求1所述的一种高射炮实弹射击报靶方法，其特征在于：对照预设的评判标准，判定飞弹是否命中。
3.根据权利要求1所述的一种高射炮实弹射击报靶方法，其特征在于：还包括，
根据不同时刻飞弹的距离和角度信息，获取飞弹的飞行轨迹；
根据飞行轨迹，获取飞弹的发射位置；
根据发射位置，获取发射该飞弹的高射炮标号。
4.一种高射炮实弹射击报靶系统，其特征在于：包括，
靶标测量模块：对实时跟踪的靶标进行激光测距；
飞弹测量模块：对进入靶标附近激光区域内的飞弹进行激光测距；
夹角测量模块：计算靶标和激光发射点之间连线与飞弹和激光发射点之间连线的夹角；
距离计算模块：计算飞弹与靶标的距离；
成绩评定模块：根据最近距离评定是否命中。
5.根据权利要求4所述的一种高射炮实弹射击报靶系统，其特征在于：成绩评定模块将最近距离与预设的评判标准对照，判定飞弹是否命中。
6.根据权利要求4所述的一种高射炮实弹射击报靶系统，其特征在于：还包括，
飞行轨迹获取模块：根据不同时刻飞弹的距离和角度信息，获取飞弹的飞行轨迹；
发射位置获取模块：根据飞行轨迹，获取飞弹的发射位置；
高射炮标号获取模块：根据发射位置，获取发射该飞弹的高射炮标号。
7.一种高射炮实弹射击报靶装置，其特征在于：包括扫描机构、光束接收机构、激光发射器、激光接收器、转台、处理器和电源；
激光发射器的信号输入端连接处理器，激光发射器发出的光束通过扫描机构射出；
激光接收器的信号输出端连接处理器，激光接收器通过光束接收机构接受反射光束；
处理器控制转台动作，实现对靶标的跟踪；控制扫描机构动作，实现扫描方式切换；控制光束接收机构动作，实现光学聚焦；执行根据权利要求1至3所述方法中的任一方法指令；
电源为各用电部件供电。
8.根据权利要求7所述的一种高射炮实弹射击报靶装置，其特征在于：激光接收器采用阵列型光电传感器接收光束。
9.根据权利要求7所述的一种高射炮实弹射击报靶装置，其特征在于：还包括与控制器连接的远程通信模块，通过远程通信模块将报靶结果发送给远端，通过远程通信模块接收远端的控制指令。
10.根据权利要求7所述的一种高射炮实弹射击报靶装置，其特征在于：电源含有异步开关，实现能量储备和激光发送异步。
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