CN111609760B - 一种智能瞄准镜射击时机判定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能瞄准镜射击时机判定方法，所述方法包括：测距机、环境传感器、运动传感器分别测量目标距离参量、气象诸元参量、枪械姿态及运动参量；所述弹道计算模块进行弹道计算，形成瞄准点数据；图像传感器获取目标图像参量；所述图像处理模块形成锁定框实时跟踪目标；所述射击决策模块实时判定瞄准点与目标锁定点之间的位置关系，形成射击指令；所述射击控制模块控制枪械进行射击。本发明的射击时机判定方法可有效降低瞄准点及目标相对运动、射击指令响应滞后等因素所带来的判定误差，可显著提高智能瞄准镜射击时机判定精度。

Description

一种智能瞄准镜射击时机判定方法及系统

技术领域

本发明属于枪械瞄准镜技术领域，特别涉及一种智能瞄准镜射击时机判定方法及系统。

背景技术

枪械属于单兵装备，是单兵遂行近距离作战任务的主要火力，在装备体系中占据着主要地位。经过近百年的发展，枪械自身的性能已接近极限，特别是有效射程及射击精度难以有效提升，满足不了日益增长的要求。

智能瞄准镜是提高枪械射击精度的有效途径，其中，射击时机判定是智能瞄准镜实现自动射击控制的首要条件。常规射击时机判定方法仅判断当前时间瞄准点与目标图像锁定点之间的距离是否小于设定值，如果小于则发出射击指令。但该方法没有考虑瞄准点及目标之间的相对运动、射击指令响应滞后时间等因素，影响了最终的射击精度。

因此，如何提高智能瞄准镜射击时机判定精度成为亟需解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种智能瞄准镜射击时机判定方法，所述方法包括：

测距机、环境传感器、运动传感器分别测量目标距离参量、气象诸元参量、枪械姿态及运动参量，并发送给弹道计算模块；

所述弹道计算模块根据接收的目标距离参量、气象诸元参量、枪械姿态及运动参量进行弹道计算，形成瞄准点数据，并发送给射击决策模块；

图像传感器获取目标图像参量，并发送给图像处理模块；

所述图像处理模块根据接收的目标图像参量进行处理，形成锁定框数据实时跟踪目标，并发送给射击决策模块；

所述射击决策模块根据接收的瞄准点数据和锁定框数据，实时判定瞄准点与目标锁定点之间的位置关系，形成射击指令，并发送给射击控制模块；

所述射击控制模块根据接收的射击指令控制枪械进行射击。

进一步地，

所述测距机包括激光测距机；

所述环境传感器包括温度传感器、气压传感器、湿度传感器；

所述运动传感器包括倾角传感器、陀螺传感器、地磁传感器。

进一步地，

所述锁定点为所述锁定框的中心。

进一步地，

所述实时判定瞄准点与目标锁定点之间的位置关系，形成射击指令的具体步骤为：

步骤一：以当前判定时刻瞄准点与锁定点距离和上一判定时刻瞄准点与锁定点距离计算指令响应滞后时间T₂后预测瞄准点与锁定点距离；

步骤二：判断预测瞄准点与锁定点的距离R_x是否小于设定值R，根据判断结果执行处理步骤，所述处理步骤包括：

若R_x＜R，则形成射击指令；

若R_x≥R，则将下一时刻瞄准点及锁定点数据更新为当前时刻数据，返回步骤一。

进一步地，

所述计算指令响应滞后时间T₂后预测瞄准点与锁定点距离的公式如下所示：

其中，

式中：

T₂为指令响应滞后时间；

R_x为指令响应滞后时间T₂后预测瞄准点与锁定点距离；

R_i为当前判定时刻瞄准点与锁定点距离；

R_i-1为上一判定时刻瞄准点与锁定点距离；

T₁为判定计算周期；

x_ai、y_ai为当前时刻瞄准点横坐标、纵坐标；

x_mi、y_mi为当前时刻锁定点横坐标、纵坐标；

x_ai-1、y_ai-1为上一时刻瞄准点横坐标、纵坐标；

x_mi-1、y_mi-1为上一时刻锁定点横坐标、纵坐标。

一种智能瞄准镜射击时机判定系统，所述系统包括测距机、环境传感器、运动传感器、图像传感器、弹道计算模块、图像处理模块、射击决策模块、射击控制模块，其中，

所述测距机、所述环境传感器、所述运动传感器，分别用于测量目标距离参量、气象诸元参量、枪械姿态及运动参量，并发送给所述弹道计算模块；

所述弹道计算模块，用于根据接收的目标距离参量、气象诸元参量、枪械姿态及运动参量进行弹道计算，形成瞄准点数据，并发送给所述射击决策模块；

所述图像传感器，用于获取目标图像参量，并发送给所述图像处理模块；

所述图像处理模块，用于根据接收的目标图像参量进行处理，形成锁定框数据实时跟踪目标，并发送给所述射击决策模块；

所述射击决策模块，用于根据接收的瞄准点数据和锁定框数据，实时判定瞄准点与目标锁定点之间的位置关系，形成射击指令，并发送给所述射击控制模块；

所述射击控制模块，用于根据接收的射击指令控制枪械进行射击。

进一步地，

所述测距机包括激光测距机；

所述环境传感器包括温度传感器、气压传感器、湿度传感器；

所述运动传感器包括倾角传感器、陀螺传感器、地磁传感器。

进一步地，

所述锁定点为所述锁定框的中心。

进一步地，

所述实时判定瞄准点与目标锁定点之间的位置关系，形成射击指令的具体步骤为：

步骤一：以当前判定时刻瞄准点与锁定点距离和上一判定时刻瞄准点与锁定点距离计算指令响应滞后时间T₂后预测瞄准点与锁定点距离；

步骤二：判断预测瞄准点与锁定点的距离R_x是否小于设定值R，根据判断结果执行处理步骤，所述处理步骤包括：

若R_x＜R，则形成射击指令；

若R_x≥R，则将下一时刻瞄准点及锁定点数据更新为当前时刻数据，返回步骤一。

进一步地，

所述计算指令响应滞后时间T₂后预测瞄准点与锁定点距离的公式如下所示：

其中，

式中：

T₂为指令响应滞后时间；

R_x为指令响应滞后时间T₂后预测瞄准点与锁定点距离；

R_i为当前判定时刻瞄准点与锁定点距离；

R_i-1为上一判定时刻瞄准点与锁定点距离；

T₁为判定计算周期；

x_ai、y_ai为当前时刻瞄准点横坐标、纵坐标；

x_mi、y_mi为当前时刻锁定点横坐标、纵坐标；

x_ai-1、y_ai-1为上一时刻瞄准点横坐标、纵坐标；

x_mi-1、y_mi-1为上一时刻锁定点横坐标、纵坐标。

本发明的射击时机判定方法可有效降低瞄准点及目标相对运动、射击指令响应滞后等因素所带来的判定误差，可显著提高智能瞄准镜射击时机判定精度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例的智能瞄准镜射击时机判定方法的流程示意图；

图2示出了本发明实施例的射击指令形成过程的流程示意图；

图3示出了本发明实施例的目标运动角速率测量原理示意图；

图4示出了本发明实施例的射击判定的原理图；

图5示出了本发明实施例的智能瞄准镜射击时机判定系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种智能瞄准镜射击时机判定方法，示例性的，图1示出了本发明实施例的智能瞄准镜射击时机判定方法的流程示意图，如图1所示，所述方法包括：

测距机、环境传感器、运动传感器分别测量目标距离参量、气象诸元参量、枪械姿态及运动参量，并发送给弹道计算模块；

本实施例中，所述测距机采用激光测距机，所述环境传感器采用温度传感器、气压传感器、湿度传感器，所述运动传感器采用倾角传感器、陀螺传感器、地磁传感器，但均不限于此，可根据实际需要更换、增加或减少相关设备。

所述弹道计算模块根据接收的目标距离参量、气象诸元参量、枪械姿态及运动参量进行弹道计算，形成瞄准点数据，并发送给射击决策模块；

图像传感器获取目标图像参量，并发送给图像处理模块；

所述图像处理模块根据接收的目标图像参量进行处理，形成锁定框数据实时跟踪目标，并发送给射击决策模块；

所述射击决策模块根据接收的瞄准点数据和锁定框数据，实时判定瞄准点与目标锁定点之间的位置关系，形成射击指令，并发送给射击控制模块，其中，所述锁定点为所述锁定框的中心；具体的，所述实时判定瞄准点与目标锁定点之间的位置关系，形成射击指令的过程如图2所示，具体步骤为：

步骤一：以当前判定时刻瞄准点与锁定点距离和上一判定时刻瞄准点与锁定点距离计算指令响应滞后时间T₂后预测瞄准点与锁定点距离，计算公式如下：

其中，

式中：

T₂为指令响应滞后时间；

R_x为指令响应滞后时间T₂后预测瞄准点与锁定点距离；

R_i为当前判定时刻瞄准点与锁定点距离；

R_i-1为上一判定时刻瞄准点与锁定点距离；

T₁为判定计算周期；

x_ai、y_ai为当前时刻瞄准点横坐标、纵坐标；

x_mi、y_mi为当前时刻锁定点横坐标、纵坐标；

x_ai-1、y_ai-1为上一时刻瞄准点横坐标、纵坐标；

x_mi-1、y_mi-1为上一时刻锁定点横坐标、纵坐标。

步骤二：判断预测瞄准点与锁定点的距离R_x是否小于设定值R，根据判断结果执行处理步骤，所述处理步骤包括：

若R_x＜R，则形成射击指令；

若R_x≥R，则将下一时刻瞄准点及锁定点数据更新为当前时刻数据，返回步骤一。

所述射击控制模块根据接收的射击指令控制枪械进行射击。

示例性的，本实施例的瞄准点生成步骤如下：

1、先将智能瞄准镜开机。

2、射手手动输入风速W、风向θ_w数据。

3、射手将智能瞄准镜的光轴瞄准目标，其中智能瞄准镜的光轴为瞄准镜的十字线中心，然后发出测距/锁定指令。

4、智能瞄准镜启动测距机测量目标距离X，图像处理模块通过图像传感器锁定目标，形成锁定框，并转入目标跟踪状态。

5、弹道计算模块进行基本弹道计算，具体为：根据倾角传感器测量的枪械仰角θ_T、目标距离X数据，通过查询具体弹种基本射表，计算基本瞄准角(θ_1y0,θ_1z0)及飞行时间T。

6、弹道计算模块根据当前射向，将输入的风速W、风向θ_w数据分解为纵风W_x和横风W_z。

7、弹道计算模块进行弹道修正量计算，具体为：根据环境传感器(温度传感器、气压传感器)实际测量的温度τ₀、气压P₀、纵风W_x、横风W_z数据，通过查询具体弹种修正射表，计算高低及横向修正量(Q_τ、Q_p、Q_wx、Q_wz)。

8、弹道计算模块根据弹道基本量(θ_1y0,θ_1z0)和修正量(Q_τ、Q_p、Q_wx、Q_wz)计算出高低瞄准角θ_2y0和方向瞄准角θ_2z0，其中，

θ_2y0＝θ_1y0+Q_τ+Q_p+Q_wx

θ_2z0＝θ_1z0+Q_wz

9、弹道计算模块根据陀螺传感器测量的枪身运动角速率ω_g和图像处理模块跟踪目标角速率ω_p融合计算出目标运动角速率ω_t。

10、弹道计算模块根据目标角速率ω_t和飞行时间T计算高低及方向提前角(θ_fy，θ_fz)，其中，

θ_fy＝T*ω_ty

θ_fz＝T*ω_tz

式中：ω_ty为ω_t高低分量，ω_tz为ω_t方向分量。

11、弹道计算模块根据高低及方向瞄准角(θ_2y0，θ_2z0)与高低及方向提前角(θ_fy，θ_fz)，计算运动补偿后的高低及方向瞄准角(θ_y0，θ_z0)，其中，

θ_y0＝θ_2y0+θ_fy

θ_z0＝θ_2z0+θ_fz

12、弹道计算模块根据运动补偿后的高低及方向瞄准角(θ_y0，θ_z0)计算相对于瞄准基准线的瞄准点高低及方向像素坐标(Z₀，Y₀)，其中，

Z₀＝θ_y0/θ_pix+Z_q

Y₀＝θ_y0/θ_pix+Y_q

式中：θ_pix为像素张角，Z_q为瞄准线归零后方向修正量，Y_q为瞄准线归零后高低修正量。

13、图像处理模块根据坐标(Z₀，Y₀)生成瞄准点。

图3示出了本发明实施例的目标运动角速率测量原理示意图，如图3所示，目标运动角速率ω_t的测量方法如下：

1、判断目标距离X是否大于设定值X₁；

2、如果X>X₁，

ω_t＝(V_tpix-V_bpix)*θ_pix

式中：ω_t为目标运动角速率(单位为角度或弧度/像素)，V_tpix为目标图像在视场中像素速度(单位为像素/秒)，V_bpix为背景图像在视场中像素速度(单位为像素/秒)，θ_pix为像素张角(即每个像素在瞄准镜视场中的张角，单位为角度或弧度/像素)。

3、如果X≤X₁，

ω_t＝V_tpix*θ_pix-ω_g

式中：ω_g为陀螺传感器测量的枪械运动角速率(单位为角度或弧度/像素)。

示例性的，在瞄准过程中，可以得到瞄准点在视场中相对于目标锁定点的运动轨迹，如图4所示，轨迹204为瞄准点相对于目标锁定点的运动轨迹，其中，瞄准点202为当前判定时刻瞄准点，瞄准点201为上一判定时刻瞄准点，瞄准点203为预测瞄准点。结合当前判定时刻瞄准点202和上一判定时刻瞄准点201的位置预测在射击指令响应滞后时间T₂后的预测瞄准点203的位置，然后判断预测瞄准点203是否位于射击区域206内，如果是则形成射击指令。其中，射击区域206是以锁定框205中心为圆心，以预设值R为半径的区域；锁定框205实时跟踪目标207。

具体的，射击判断流程如下：

1、以瞄准点202与锁定点距离和瞄准点201与锁定点距离计算指令响应滞后时间T₂后瞄准点203与锁定点距离，计算公式如下：

其中，

式中：

T₂为指令响应滞后时间；

R_x为指令响应滞后时间T₂后瞄准点203与锁定点距离；

R_i为瞄准点202与锁定点距离；

R_i-1为瞄准点201与锁定点距离；

T₁为判定计算周期；

x_ai、y_ai为瞄准点202横坐标、纵坐标；

x_mi、y_mi为当前时刻锁定点横坐标、纵坐标；

x_ai-1、y_ai-1为瞄准点201横坐标、纵坐标；

x_mi-1、y_mi-1为上一时刻锁定点横坐标、纵坐标。

2、判断瞄准点203与锁定点的距离R_x是否小于设定值R：

若R_x＜R，则形成射击指令；

若R_x≥R，则将下一时刻瞄准点及锁定点数据更新为当前时刻数据，返回步骤1。

为了实现本发明的智能瞄准镜射击时机判定方法，还提供了一种智能瞄准镜射击时机判定系统，图5示出了本发明实施例的智能瞄准镜射击时机判定系统的结构示意图，如图5所示，所述系统包括测距机104、环境传感器108、运动传感器107、图像传感器105、弹道计算模块101、图像处理模块103、射击决策模块102、射击控制模块106。其中，所述测距机104包括激光测距机；所述环境传感器108包括温度传感器108a、气压传感器108b、湿度传感器108c；所述运动传感器107包括倾角传感器107a、陀螺传感器107b、地磁传感器107c。

图5中，所述测距机104、所述环境传感器108、所述运动传感器107，分别用于测量目标距离参量、气象诸元参量、枪械姿态及运动参量，并发送给所述弹道计算模块101；所述弹道计算模块101根据接收的目标距离参量、气象诸元参量、枪械姿态及运动参量进行弹道计算，形成瞄准点数据，并发送给所述射击决策模块102；所述图像传感器105将获取的目标图像参量发送给所述图像处理模块103；所述图像处理模块103根据接收的目标图像参量进行处理，形成锁定框实时跟踪目标，并发送给所述射击决策模块102；所述射击决策模块102根据接收的瞄准点数据和锁定框数据，实时判定瞄准点与目标锁定点之间的位置关系，形成射击指令，并发送给所述射击控制模块106，其中所述锁定点为所述锁定框的中心；所述射击控制模块106根据接收的射击指令控制枪械进行射击。

本发明的射击时机判定方法及系统可有效降低瞄准点及目标相对运动、射击指令响应滞后等因素所带来的判定误差，可显著提高智能瞄准镜射击时机判定精度。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种智能瞄准镜射击时机判定方法，其特征在于，所述方法包括：

测距机、环境传感器、运动传感器分别测量目标距离参量、气象诸元参量、枪械姿态及运动参量，并发送给弹道计算模块；

所述弹道计算模块根据接收的目标距离参量、气象诸元参量、枪械姿态及运动参量进行弹道计算，形成瞄准点数据，并发送给射击决策模块；

图像传感器获取目标图像参量，并发送给图像处理模块；

所述图像处理模块根据接收的目标图像参量进行处理，形成锁定框数据实时跟踪目标，并发送给射击决策模块；

所述射击决策模块根据接收的瞄准点数据和锁定框数据，实时判定瞄准点与目标锁定点之间的位置关系，形成射击指令，并发送给射击控制模块；

所述射击控制模块根据接收的射击指令控制枪械进行射击；

所述实时判定瞄准点与目标锁定点之间的位置关系，形成射击指令的具体步骤为：

步骤一：以当前判定时刻瞄准点与锁定点距离和上一判定时刻瞄准点与锁定点距离计算指令响应滞后时间T₂后预测瞄准点与锁定点距离；

步骤二：判断预测瞄准点与锁定点的距离R_x是否小于设定值R，根据判断结果执行处理步骤，所述处理步骤包括：

若R_x＜R，则形成射击指令；

若R_x≥R，则将下一时刻瞄准点及锁定点数据更新为当前时刻数据，返回步骤一；

所述计算指令响应滞后时间T₂后预测瞄准点与锁定点距离的公式如下所示：

其中，

式中：

T₂为指令响应滞后时间；

R_x为指令响应滞后时间T₂后预测瞄准点与锁定点距离；

R_i为当前判定时刻瞄准点与锁定点距离；

R_i-1为上一判定时刻瞄准点与锁定点距离；

T₁为判定计算周期；

x_ai、y_ai为当前时刻瞄准点横坐标、纵坐标；

x_mi、y_mi为当前时刻锁定点横坐标、纵坐标；

x_ai-1、y_ai-1为上一时刻瞄准点横坐标、纵坐标；

x_mi-1、y_mi-1为上一时刻锁定点横坐标、纵坐标。

2.根据权利要求1所述的智能瞄准镜射击时机判定方法，其特征在于，

所述测距机包括激光测距机；

所述环境传感器包括温度传感器、气压传感器、湿度传感器；

所述运动传感器包括倾角传感器、陀螺传感器、地磁传感器。

3.根据权利要求1所述的智能瞄准镜射击时机判定方法，其特征在于，

所述锁定点为所述锁定框的中心。

4.一种智能瞄准镜射击时机判定系统，其特征在于，所述系统包括测距机、环境传感器、运动传感器、图像传感器、弹道计算模块、图像处理模块、射击决策模块、射击控制模块，其中，

所述测距机、所述环境传感器、所述运动传感器，分别用于测量目标距离参量、气象诸元参量、枪械姿态及运动参量，并发送给所述弹道计算模块；

所述弹道计算模块，用于根据接收的目标距离参量、气象诸元参量、枪械姿态及运动参量进行弹道计算，形成瞄准点数据，并发送给所述射击决策模块；

所述图像传感器，用于获取目标图像参量，并发送给所述图像处理模块；

所述图像处理模块，用于根据接收的目标图像参量进行处理，形成锁定框数据实时跟踪目标，并发送给所述射击决策模块；

所述射击决策模块，用于根据接收的瞄准点数据和锁定框数据，实时判定瞄准点与目标锁定点之间的位置关系，形成射击指令，并发送给所述射击控制模块；

所述射击控制模块，用于根据接收的射击指令控制枪械进行射击；

所述实时判定瞄准点与目标锁定点之间的位置关系，形成射击指令的具体步骤为：

步骤一：以当前判定时刻瞄准点与锁定点距离和上一判定时刻瞄准点与锁定点距离计算指令响应滞后时间T₂后预测瞄准点与锁定点距离；

步骤二：判断预测瞄准点与锁定点的距离R_x是否小于设定值R，根据判断结果执行处理步骤，所述处理步骤包括：

若R_x＜R，则形成射击指令；

若R_x≥R，则将下一时刻瞄准点及锁定点数据更新为当前时刻数据，返回步骤一；

所述计算指令响应滞后时间T₂后预测瞄准点与锁定点距离的公式如下所示：

其中，

式中：

T₂为指令响应滞后时间；

R_x为指令响应滞后时间T₂后预测瞄准点与锁定点距离；

R_i为当前判定时刻瞄准点与锁定点距离；

R_i-1为上一判定时刻瞄准点与锁定点距离；

T₁为判定计算周期；

x_ai、y_ai为当前时刻瞄准点横坐标、纵坐标；

x_mi、y_mi为当前时刻锁定点横坐标、纵坐标；

x_ai-1、y_ai-1为上一时刻瞄准点横坐标、纵坐标；

x_mi-1、y_mi-1为上一时刻锁定点横坐标、纵坐标。

5.根据权利要求4所述的智能瞄准镜射击时机判定系统，其特征在于，

所述测距机包括激光测距机；

所述环境传感器包括温度传感器、气压传感器、湿度传感器；

所述运动传感器包括倾角传感器、陀螺传感器、地磁传感器。

6.根据权利要求4所述的智能瞄准镜射击时机判定系统，其特征在于，

所述锁定点为所述锁定框的中心。

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