CN111174644A - T形四点布阵超声波自动报靶系统 - Google Patents

T形四点布阵超声波自动报靶系统 Download PDF

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徐嘉
陈乐阳
缪子恒
巫卓然
於航
侯莉梅
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    • F41J—TARGETS; TARGET RANGES; BULLET CATCHERS
    • F41J5/00—Target indicating systems; Target-hit or score detecting systems
    • F41J5/06—Acoustic hit-indicating systems, i.e. detecting of shock waves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
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Abstract

本发明是一种T形四点布阵超声波自动报靶系统，包括报靶器框架和四个传感器组件，每个传感器组件安装在报靶器框架上，传感器组件包括超声波传感器和传感器安装座，超声波传感器通过传感器安装座安装在报靶器框架上，在报靶器框架上设置有信号采集计算中心，超声波传感器通过信号线缆输出至信号采集计算中心，信号采集计算中心通过数据线缆或无线传输设备与显控电脑相连。该系统在市场上现有的超声报靶系统基础上，解决了必须使用特制靶面的问题，并弥补了温度采集的误差，提升了报靶精度的同时，有效改善了原报靶系列产品的漏报、误报等问题。

Description

T形四点布阵超声波自动报靶系统
技术领域
本发明涉及自动报靶设备领域，具体的说是涉及一种T形四点布阵超声波自动报靶系统。
背景技术
自动报靶技术在20世纪80年代初开始出现，当时为导电橡胶自动报靶器和金属膜面自动报靶器，其工作原理都是靠子弹在穿透靶面时，形成短路来进行自动报靶，其局限性在于只能实现区域报靶，不能精确报靶，且靶面射击次数多时，误报会大大增加。超声自动报靶器在80年代后开始面世，目前市场上的超声自动报靶系统，以封闭式报靶器为主，其主要缺陷是要求使用特制的腔形靶面，其受弹后不可修复，需更换新的靶面，使用成本较高，不适用于连续高强度射击的情况，且该类设备普遍采用传感器测温来计算超声声速，未考虑测量本身的误差，及气压等其它因素对声速的影响，因此精度无法提高。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种T形四点布阵超声波自动报靶系统，该系统通过一种特定的布阵方式和解算方法，精确报出子弹坐标。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明是一种T形四点布阵超声波自动报靶系统，包括报靶器框架和四个传感器组件，每个传感器组件安装在报靶器框架上，传感器组件包括超声波传感器和传感器安装座，超声波传感器通过传感器安装座安装在报靶器框架上，在报靶器框架上设置有信号采集计算中心，超声波传感器通过信号线缆输出至信号采集计算中心，信号采集计算中心通过数据线缆或无线传输设备与显控电脑相连。
本发明的进一步改进在于：报靶器框架为T形，超声波传感器为T形布阵，其中后排三个超声波传感器分布在一直线上，前面一个超声波传感器位于后排中间超声波传感器的正前方，每个超声波传感器通过橡胶隔声垫圈安装于传感器安装座上。
本发明的进一步改进在于：信号采集计算中心包括匹配滤波电路、信号放大器、带通滤波器、门限比较器、时差计数器、坐标计算器和串行口数据转换器，所述匹配滤波电路与超声波传感器直接连接，超声波传感器接收到超声波信号后，传至信号放大器，信号放大器将滤波后的小信号进行放大到特定的幅度，传至带通滤波器，将放大后的干扰去除，再送至门限比较器，门限比较器与时差计数器连接，信号放大器采用TL074类高速运算放大器，串行口采用TTL、RS232、TCP/IP等协议。
本发明的进一步改进在于：所述时差计数器由FPGA门逻辑计数电路与高精度晶振组成。
本发明的进一步改进在于：所述坐标计算器采用微处理器，时差计数器将时差数据采集送至坐标计算器，坐标计算器将时差数据与温度数据经过特定算法将子弹X、Y坐标进行实时解算，再通过串行口数据转换器将坐标数据至显控电脑，显控电脑上有显控软件，将子弹坐标实现显示，软件可统计射击成绩，并可查询和打印历史成绩。
本发明的进一步改进在于：特定算法通过T形布阵的四个传感器采集时差，联立关于时差、声速、弹速、入射角度和弹点坐标的空间方程组，并进行解算得到弹点坐标。
本发明的有益效果：本发明的报靶系统解决原有报靶器必须使用特制靶面才能精度报靶的问题，通过探测开放空间内的弹丸特征信号，及特殊的T形布阵，建立特定方程，实现无靶面精度报靶功能，并将声速、弹速作为未知量求解，避免了声速、弹速测量中的误差，提高了报靶精度，同时有效改善了原报靶系列产品的漏报、误报等问题。
本发明结构简单、设计合理新颖，能精确的爆出子弹的坐标。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的坐标解算示意图。
图3是本发明的电气原理框图。
图4 是本发明带通滤波器的电路图。
图5 是本发明门限比较器的电路图。
图6 是本发明信号放大器的电路图。
图7 是本发明传感器安装座3处的部分放大图。
其中：1-报靶器框架，2-超声波传感器，3-传感器安装座，4-橡胶隔声垫圈，5-信号采集计算中心，6-显控电脑。
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
如图1-7所示，本发明是一种T形四点布阵超声波自动报靶系统，包括报靶器框架1和四个传感器组件，每个所述传感器组件安装在报靶器框架1上，所述传感器组件包括超声波传感器2和传感器安装座3，也就是说，超声波传感器2和传感器安装座3的数量都是四个，所述超声波传感器2通过所述传感器安装座3安装在所述报靶器框架1上，在所述报靶器框架1上设置有信号采集计算中心5，所述超声波传感器2通过信号线缆输出至信号采集计算中心5，所述信号采集计算中心5通过数据线缆或无线传输设备与显控电脑6相连，所述报靶器框架1为T形，所述超声波传感器2为T形布阵，其中后排三个超声波传感器2分布在一直线上，前面一个超声波传感器2位于后排中间超声波传感器2的正前方，每个所述超声波传感器23通过橡胶隔声垫圈4安装于传感器安装座3上，所述信号采集计算中心5包括匹配滤波电路、信号放大器、带通滤波器、门限比较器、时差计数器、坐标计算器和串行口数据转换器，所述匹配滤波电路与超声波传感器2直接连接，超声波传感器2接收到超声波信号后，传至信号放大器，信号放大器将滤波后的小信号进行放大到特定的幅度，传至带通滤波器，将放大后的干扰去除，再送至门限比较器，门限比较器与时差计数器连接，所述时差计数器由FPGA门逻辑计数电路与高精度晶振组成，所述坐标计算器采用微处理器，时差计数器将时差数据采集送至坐标计算器，坐标计算器将时差数据与温度数据经过特定算法将子弹X、Y坐标进行实时解算，再通过串行口数据转换器将坐标数据至显控电脑，其中超声波传感器型号为UK180T，信号采集计算中心5的型号为MW-QY13-MC100，串行口数据转换器为MAX3232CSE，时差计数器、坐标计算器为STM32F103RCT。
所述特定算法通过T形布阵的四个传感器采集时差，联立关于时差、声速、弹速、入射角度和弹点坐标的空间方程组，并进行解算得到弹点坐标。
所述特定算法为：如图2所示， B1、B2、B3、B4为超声波传感器，其中，B1位于B3的正前方，B2、B4到B3距离为D，B1到B3到距离为L，以B2、B3、B4的中心水平方向为x轴，以中心点B3的竖直方向为y轴，设子弹坐标点为P点，其坐标为（x，y），B1的坐标点为(0,0,L)，B2的坐标点为(-D,0,0)，B3的坐标点为(0,0,0)，B4的坐标点为(D,0,0)，子弹所产生的超声波到达B1的时间为T1，到达B2的时间为T2，到达B3的时间为T3，到达B4的时间为T4，B1与B3的时间差为ΔT1=T1-T3，B2与B3的时间差为ΔT2=T2-T3，B3与B4的时间差为ΔT3=T3-T4，PB2的距离为L2=T2×V，PB3的距离为L3=T3×V，PB4的距离为L4=T4×V。
可得方程：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
可解出x、y的值。
解算出来的x、y的值再通过串行口数据转换器将坐标数据至显控电脑，显控电脑上有显控软件，将子弹坐标实现显示，软件可统计射击成绩，并可查询和打印历史成绩。
本发明T形四点布阵超声波自动报靶系统，适用于直瞄武器的自动报靶，该系统能探测弹丸在开放空气中飞行时产生的特征信号，系统将信号处理后提取各通道的时差数据，并通过数学方程解算出弹着点坐标，报靶坐标通过通信系统，可实时上传至显控终端，该系统在市场上现有的超声报靶系统基础上，解决了必须使用特制靶面的问题，并弥补了温度采集的误差，提升了报靶精度的同时，有效改善了原报靶系列产品的漏报、误报等问题。
以上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种T形四点布阵超声波自动报靶系统，包括报靶器框架（1）和四个传感器组件，每个所述传感器组件安装在报靶器框架（1）上，其特征在于：所述传感器组件包括超声波传感器（2）和传感器安装座（3），所述超声波传感器（2）通过所述传感器安装座（3）安装在所述报靶器框架（1）上，在所述报靶器框架（1）上设置有信号采集计算中心（5），所述超声波传感器（3）通过信号线缆输出至信号采集计算中心（5），所述信号采集计算中心（5）通过数据线缆或无线传输设备与显控电脑（6）相连。
2.根据权利要求1所述T形四点布阵超声波自动报靶系统，其特征在于：所述报靶器框架（1）为T形，所述超声波传感器（2）为T形布阵，其中后排三个超声波传感器（2）分布在一直线上，前面一个超声波传感器（2）位于后排中间超声波传感器（2）的正前方，每个所述超声波传感器（2）通过橡胶隔声垫圈（4）安装于传感器安装座（3）上。
3.根据权利要求1所述T形四点布阵超声波自动报靶系统，其特征在于：所述信号采集计算中心（5）包括匹配滤波电路、信号放大器、带通滤波器、门限比较器、时差计数器、坐标计算器和串行口数据转换器，所述匹配滤波电路与超声波传感器（2）直接连接，超声波传感器（2）接收到超声波信号后，传至信号放大器，信号放大器将滤波后的小信号进行放大到特定的幅度，传至带通滤波器，将放大后的干扰去除，再送至门限比较器，门限比较器与时差计数器连接。
4.根据权利要求3所述T形四点布阵超声波自动报靶系统，其特征在于：所述时差计数器由FPGA门逻辑计数电路与高精度晶振组成。
5.根据权利要求3所述T形四点布阵超声波自动报靶系统，其特征在于：所述坐标计算器采用微处理器，时差计数器将时差数据采集送至坐标计算器，坐标计算器将时差数据与温度数据经过特定算法将子弹X、Y坐标进行实时解算，再通过串行口数据转换器将坐标数据至显控电脑。
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