CN111707140A - 狙击步枪瞄准点自动校正方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种狙击步枪瞄准点自动校正方法及系统，通过分析子弹在空气中受力情况得到弹道轨迹方程，通过弹道轨迹方程计算出子弹的初始偏移量，以初始偏移量为输入参数反向求解枪支的初始调整射角，进一步解算初始调整射角在射击距离下的弹着点坐标，并与目标位置进行对比，以获取初始偏移量，若初始偏移量不在设定偏差值范围内，则通过最小二乘法对射角进行调整，直至调整后射角对应的校正偏移量位于设定偏差值范围内时，确定最终射角，并直接在瞄准镜上投影校正后的瞄准点，从而利用该方法及系统能够快速实现瞄准点的精确校准，且校正速度远快于人工校正速度，还能适应多种复杂环境，为新一代狙击步枪瞄准设备的研究提供了方向。

Description

狙击步枪瞄准点自动校正方法及系统
技术领域
本发明属于轻武器射击技术领域，具体涉及狙击步枪对固定目标射击时瞄准点自动校正的方法及系统。
背景技术
狙击步枪子弹的运动轨迹有一套弹道轨迹计算方程，弹道轨迹受气温、气压、风向、风速、空气湿度、射角、子弹速度和重力等多方面因素的影响，其轨迹是一条偏移的弧线。各国军方配置的狙击步枪都附带有弹道表，是狙击手对远距离目标射击时的主要参考依据。
狙击手对远距离目标射击时需要借助瞄准器材，射击时射手需要充分考虑外界因素和目标距离对弹道的影响，结合自身经验和弹道表对瞄准点进行修正，射击场无风情况时，主要考虑射击距离和枪口射角对弹道轨迹的影响；射击场有风情况时，还需考虑风速、风向对弹道的影响。当前世界上现役的几款狙击步枪如中国10式狙击步枪、美国巴雷特M82、俄罗斯OSV96、奥地利斯太尔SSG69、英国北极战马格努姆等均需要通过人工对瞄准点进行修正，采取调整瞄准镜上下、左右旋钮或采用偏差瞄准的方式实现精准射击。
射击精度和对战场环境的适应能力是狙击步枪设计和研究的重要考察指标，当前狙击步枪采用人工校正时存在三点不足：一是当外界环境因素复杂时，狙击手可能出现对环境因素判断不准确，造成对弹道轨迹计算错误；二是因心理紧张或其他因素，校正瞄准镜高低、左右旋钮时调整错误；三是多次调整瞄准镜旋钮后找不到初始位置，造成后续校正全部有误差。
因此到目前为止，缺乏有效的方法及系统来自动分析环境因素，自动校正瞄准点，从而提高狙击步枪的射击精度和对战争环境的适应能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种狙击步枪瞄准点自动校正方法及系统，通过分析子弹在空气中受力情况得到弹道轨迹方程，利用弹道轨迹方程和最小二乘法校正射角，以确定满足射击精度的最终射角，进而直接在瞄准镜上投影校正后的瞄准点，从而利用该方法和系统能够快速实现瞄准点的精确校准，且校正速度远快于人工校正速度，能适应多种复杂环境，为新一代狙击步枪瞄准设备的研究提供了方向。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
狙击步枪瞄准点自动校正方法，包括以下步骤：
获取影响子弹弹道轨迹的影响参数；所述影响参数包括风速、风向、环境温度、空气湿度、大气压力、目标的垂直角度、水平角度和距离；
以所述影响参数作为输入参数，利用弹道轨迹方程进行计算，确定子弹的弹道轨迹以及子弹弹着点相对于目标位置的初始偏移量；
根据所述初始偏移量和密位计算公式计算密位，并根据密位与射角的关系确定初始调整射角；
以所述初始调整射角以及所述影响参数作为输入参数，根据所述弹道轨迹方程确定子弹弹着点相对于目标位置的初始校正偏移量；
判断所述初始校正偏移量是否位于设定偏差值范围内，若是，则校正结束，并以所述初始调整射角作为最终射角；
若否，则通过最小二乘法对所述初始调整射角进行调整，获取调整后射角；以所述调整后射角和所述影响参数作为输入参数，根据所述弹道轨迹方程确定子弹弹着点相对于目标位置的校正偏移量，并判断所述校正偏移量是否位于所述设定偏差值范围内，若是，则校正结束；若否，则通过所述最小二乘法继续对所述调整后射角进行调整，直至所述校正偏移量位于所述设定偏差值范围内时，校正结束，并以当前所述调整后射角作为最终射角；
以所述最终射角作为输入参数，根据瞄准镜的结构由几何关系计算出瞄准镜上瞄准点的位置，并将瞄准点通过光电技术以十字架或红点的形式投影到瞄准镜上。
狙击步枪瞄准点自动校正系统，采用上述狙击步枪瞄准点自动校正方法进行工作，包括探测模块、弹道解算模块以及自动校正模块；
所述探测模块用于获取影响子弹弹道轨迹的影响参数；所述影响参数包括风速、风向、环境温度、空气湿度、大气压力、目标的垂直角度、水平角度和距离；
所述弹道解算模块用于以所述影响参数作为输入参数，利用弹道轨迹方程进行计算，确定子弹的弹道轨迹以及子弹弹着点相对于目标位置的初始偏移量；
所述自动校正模块包括初始校正单元，最终射角确定单元，瞄准点投影单元；
所述初始校正单元用于根据所述初始偏移量和密位计算公式计算密位，并根据密位与射角的关系确定初始调整射角；以所述初始调整射角以及所述影响参数作为输入参数，根据所述弹道轨迹方程确定子弹弹着点相对于目标位置的初始校正偏移量；
所述最终射角确定单元用于判断所述初始校正偏移量是否位于设定偏差值范围内，若是，则校正结束，并以所述初始调整射角作为最终射角；若否，则通过最小二乘法对所述初始调整射角进行调整，获取调整后射角；以所述调整后射角和所述影响参数作为输入参数，根据所述弹道轨迹方程确定子弹弹着点相对于目标位置的校正偏移量，并判断所述校正偏移量是否位于所述设定偏差值范围内，若是，则校正结束；若否，则通过所述最小二乘法继续对所述调整后射角进行调整，直至所述校正偏移量位于所述设定偏差值范围内时，校正结束，并以当前所述调整后射角作为最终射角；
所述瞄准点投影单元用于以所述最终射角作为输入参数，根据瞄准镜的结构由几何关系计算出瞄准镜上瞄准点的位置，并将瞄准点通过光电技术以十字架或红点的形式投影到瞄准镜上。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
1、本发明提供的狙击步枪瞄准点自动校正方法及系统，通过分析子弹在空气中受力情况得到弹道轨迹方程，通过弹道轨迹方程计算出子弹的初始偏移量，以初始偏移量为输入参数反向求解枪支的初始调整射角，进一步解算初始调整射角在射击距离下所对应的弹着点坐标，并与目标位置进行对比，以获取初始偏移量，若初始偏移量不在设定偏差值范围内，则通过最小二乘法对射角进行调整，直至调整后射角对应的校正偏移量位于设定偏差值范围内时，确定最终射角，并直接在瞄准镜上投影校正后的瞄准点，即自动对瞄准点进行校正，省去了狙击手分析环境因素和靠经验计算的环节，减少了人工分析的误差和时间，从而利用该方法及系统能够快速实现瞄准点的精确校准，且校正速度远快于人工校正速度，还能适应多种复杂环境，为新一代狙击步枪瞄准设备的研究提供了方向。
2、本发明提供的狙击步枪瞄准点自动校正方法及系统，在确定最终射角后，在瞄准镜上直接投影出校正后的瞄准点，则瞄准镜的瞄准基线始终与枪身保持相对固定的位置，避免了反复调整瞄准镜高低、左右旋钮后找不到初始位置的情况，提高了瞄准点校正的可靠性。配置该系统的狙击步枪智能化程度大幅提高，训练一名合格狙击手的周期也将大幅缩短。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例1提供的狙击步枪瞄准点自动校正方法的方法流程图。
图2是本发明实施例1提供的所建立的三维坐标系的示意图。
图3为本发明实施例1提供的阻力系数与子弹运动速度的关系图。
图4为本发明实施例1提供的在所建立坐标系内子弹初始位置的示意图。
图5为本发明实施例1提供的经弹道轨迹方程计算得到的子弹轨迹与弹道表对应的子弹轨迹的对比图。
图6为本发明实施例1提供的校正后的瞄准点在瞄准镜上的示意图。
具体实施方式
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、完整地描述，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。
本发明的目的是提供一种狙击步枪瞄准点自动校正方法及系统，通过分析子弹在空气中受力情况得到弹道轨迹方程，利用弹道轨迹方程和最小二乘法校正射角，以确定满足射击精度的最终射角，进而直接在瞄准镜上投影校正后的瞄准点，从而利用该方法和系统能够快速实现瞄准点的精确校准，且校正速度远快于人工校正速度，能适应多种复杂环境，为新一代狙击步枪瞄准设备的研究提供了方向。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
本实施例用于提供一种狙击步枪瞄准点自动校正方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤一：获取影响子弹弹道轨迹的影响参数；所述影响参数包括风速、风向、环境温度、空气湿度、大气压力、目标的垂直角度、水平角度和距离；
具体的，通过安装于瞄准镜或狙击步枪枪身上的探测模块获取影响参数。所述探测模块包括风速风向测量仪、激光测距机、角度测量仪、温度探测器、空气湿度测量仪、空气压力测量仪。风速风向测量仪用于测量风速、风向，激光测距机用于测量目标距离，角度测量仪用于测量目标的垂直角度和水平角度，温度探测器用于测量环境温度，空气湿度测量仪用于测量空气湿度，空气压力测量仪用于大气压力。
由于通过探测系统测定影响参数，而探测系统只能测量狙击步枪周围的情况，故本实施例对影响参数作如下设定。
1、由物理学可知重力加速度与目标到地球质心的距离成反比。狙击步枪的有效射程相对于地球弧长极小，射程高差相对于地球半径极小，可以推出在狙击步枪的有效射程内，重力加速度基本相同，故设定在子弹有效射程内重力加速度为同一数值。
2、高精度的狙击步枪设计时为保持子弹平稳飞行都会使章动角最小化，子弹在有效射程内能保持平稳的飞行，考虑金属的钢性特征，子弹在空气中飞行时磨损极小，形状基本不变，故设定在子弹有效射程内子弹迎风面最大横截面面积为定值。
3、狙击步枪是高精度武器装备，同一款狙击步枪枪管长度、内径、膛线等结构参数基本一样，子弹重量、火药份量基本相同，故设定子弹击发后子弹获得的初始速度大小相同，子弹本身质量相同，子弹的最大横截面面积为固定值。
4、环境温度、空气湿度、大气压力对弹道轨迹有一定的影响，考虑到地球空气环境是一个相对稳定的状态，狙击步枪的有效射程相对于地球表面弧线长度极小，故设定在子弹有效射程内环境温度、空气湿度、大气压力与枪口处测量的数据相同。
5、自然界的风是空气流动引起的一种自然现象，它具有一定的流速和方向，风速和风向对弹道轨迹有一定的影响，在一定时间和范围内，风速和风向相对稳定，考虑到狙击步枪从击发到命中目标只需要数秒的时间，且校正瞄准点的时间也极短，故设定在子弹有效射程内风速和风向保持不变。
步骤二，以所述影响参数作为输入参数，利用弹道轨迹方程进行计算，确定子弹的弹道轨迹以及子弹弹着点相对于目标位置的初始偏移量；
如图2所示，本实施例中将瞄准镜目镜中心设置为坐标原点，初始位置时，狙击手使用瞄准镜直接瞄向目标M，设瞄向目标M的射线在水平面的投影方向为X轴，水平面垂直于X轴的坐标轴为Z轴，重力反方向对应Y轴，进而完成三维坐标系的建立。
在本实施例中，确定弹道轨迹方程的步骤具体可以包括：
对运动的子弹进行受力分析，确定子弹的综合受力，所述综合受力为子弹所受的空气阻力、重力以及风力的矢量和。
具体而言，狙击步枪子弹在火药推力作用下产生一定动能和初始速度，子弹在空气的运动过程中主要受空气阻力、重力、风力、自旋阻力、升力、倾覆力、马格努斯力和地球自转引起的Coriolis加速度的影响。但狙击步枪设计生产时充分考虑了子弹飞行的平稳性，膛线赋予子弹高速旋转，进而自旋阻力、升力、倾覆力和马格努斯力相对影响很小，Coriolis加速度相对于重力加速度极小，故本实施例中只考虑空气阻力、重力和风力对子弹运动轨迹的影响，则子弹综合受力的表达式为：
F＝Fk+Ff+mg (1)
式中，F为子弹的综合受力，Fk为子弹所受的空气阻力，Ff为子弹所受的风力，m为子弹质量，g为重力加速度。
其中，空气阻力与子弹的前进方向相反，包括摩擦阻力、涡流阻力和波动阻力。根据空气密度、子弹迎风面的横截面积、子弹运动速度、阻力系数、风速以及风向确定子弹所受的空气阻力。空气阻力的表达式为：
Figure BDA0002604957160000071
式中,Fk为子弹所受的空气阻力，ρ为空气密度，S为子弹迎风面最大横截面面积，CD为阻力系数，
Figure BDA0002604957160000072
为子弹的速度矢量，
Figure BDA0002604957160000073
为风的速度矢量，
Figure BDA0002604957160000074
为子弹相对于风的速度矢量。
根据环境温度、空气湿度和大气压力确定空气密度，空气密度的表达式为：
Figure BDA0002604957160000075
式中，ρ为空气密度，P为大气压力，α为空气湿度，T为环境温度，Rq为空气常数。
43年阻力定律给出了阻力系数与子弹飞行速度之间的关系，如图3所示。阻力系数的变化主要分为4个阶段，第Ⅰ阶段为亚音速阶段，M<0.8，阻力系数CD几乎为固定常数；第Ⅱ阶段为跨音速阶段，0.8<M<1.2，阻力系数CD快速上升到最大值；第Ⅲ阶段为超音速阶段，1.2<M<2.8，阻力系数CD开始逐步减小至平稳；第Ⅳ阶段为数倍超高音速阶段，M>2.8，阻力系数CD趋于平稳值。其中，M为音速的倍数。由于本实施例研究的狙击步枪有效射程内子弹的移动速度为420米每秒到840米每秒，基本在第Ⅲ阶段，故本实施例采用第Ⅲ阶段阻力系数和子弹飞行速度的关系式，进而根据子弹飞行速度确定阻力系数CD。
根据子弹质量以及重力加速度确定子弹所受的重力。子弹飞行过程中始终受到重力影响，重力与子弹质量和重力加速度有关，方向垂直向下，其表达式为mg。
根据空气密度、子弹迎风面的横截面积、子弹运动速度、阻力系数、风速以及风向确定子弹所受的风力。对子弹运动轨迹产生影响的风包括横风、逆风和顺风，其中横风能使子弹的运动轨迹产生偏移，逆风和顺风分别阻碍和助力子弹向前运动，通常风相对于子弹前进方向角度为90°时称为全值风，60°时称为半值风。风力的表达式为：
Figure BDA0002604957160000076
式中，Ff为子弹所受的空气阻力，ρ为空气密度，S为子弹迎风面最大横截面面积，CD为阻力系数，
Figure BDA0002604957160000081
为子弹的速度矢量，
Figure BDA0002604957160000082
为风的速度矢量，
Figure BDA0002604957160000083
为子弹相对于风的速度矢量。
对依据上述公式计算得到的子弹所受的空气阻力，重力以及风力进行矢量求和，进而获得子弹的综合受力。
根据所述综合受力，利用牛顿第二定律确定子弹的加速度，根据基础物理学可获取子弹的运动速度、加速度与运动时间之间的公式表达式，以及子弹的运动轨迹、运动速度和运动时间之间的公式表达式，进而获取子弹的弹道轨迹方程。
具体而言，结合牛顿第二定律，子弹的运动轨迹方程为：
Figure BDA0002604957160000084
子弹移动速度向量和风速向量在坐标轴上分量的表达式为：
Figure BDA0002604957160000085
式中，Vx，Vy，Vz分别为子弹在X轴、Y轴、Z轴方向上的速度，
Figure BDA0002604957160000086
Figure BDA0002604957160000087
分别为X轴、Y轴、Z轴方向的单位矢量，Wx，Wy，Wz分别为风在X轴、Y轴、Z轴方向上的速度。
Figure BDA0002604957160000088
结合公式(5)、(6)和(7)，得出子弹在X轴、Y轴、Z轴三个方向运动的表达式如下：
Figure BDA0002604957160000091
实际使用风速风向测量仪测量地球表面的风速风向时，垂直于地表的分量比平行于地面的分量小很多，故垂直于地表的风量可以被忽略，进而风速向量可以简化为：
Figure BDA0002604957160000092
风的矢量方向是风与子弹运动方向的夹角，设定初始位置时风速为W0，风与子弹运动方向的夹角为θ1，Wx为X轴方向的风速，Wz为Z轴方向的风速，其计算公式为：
Figure BDA0002604957160000093
在忽略垂直地表风量的基础上，子弹的弹道轨迹方程如下：
Figure BDA0002604957160000094
式中，X、Y、Z分别为子弹在X轴、Y轴和Z轴方向上的坐标值，其初始值为子弹的初始位置坐标，Vx，Vy，Vz分别为子弹在X轴、Y轴和Z轴方向上的速度，其初始值为子弹的初始速度坐标分量。
在依据上述方法获取子弹的弹道轨迹方程后，步骤二具体包括：
根据目标的垂直角度、水平角度和距离，确定目标位置坐标，并以目标位置的X轴坐标作为射击距离。具体而言，如图2所示，狙击手通过瞄准镜上激光测距机直接指向目标，设通过激光测距机测得的坐标原点与目标的距离为L，通过角度测量仪测得的目标的水平角度为θs1，垂直角度为θc1，水平角度0°线对应图2中XOZ平面内的虚线。设目标位置坐标为(X0,Y0,Z0)，目标位置坐标的计算公式为：
Figure BDA0002604957160000101
使瞄准镜直接瞄准目标，根据瞄准镜目镜中心与枪口的位置关系确定枪口的位置坐标，即子弹初始位置坐标。具体而言，根据枪支的结构，设枪口与瞄准镜目镜中心的垂直距离为h，枪管方向与目镜中心的水平距离为s。当瞄准镜瞄向X轴方向时，此时枪口坐标为(s，h，0)，如图4中实心圆点N'所示。由于本实施例研究的是子弹的外弹道，子弹外弹道的起点位于狙击步枪枪口处。当瞄准镜初始瞄向目标时，设子弹的初始位置坐标为(X1,Y1,Z1)，如图4中实心圆点N所示，此时射线ON与X轴的夹角为枪支的初始射角。由几何关系可以得出子弹初始位置坐标的计算公式为：
Figure BDA0002604957160000102
根据所述子弹初始位置坐标以及子弹初始速度确定子弹初始速度坐标分量。具体而言，高精度狙击步枪枪管的构造、材质，子弹的形状、质量、火药质量等基本一样，在一定温度下，子弹从枪口射出后获得的初始速度V0的大小基本相同。设Vx0、Vy0、Vz0分别为初始位置时子弹在X轴、Y轴、Z轴方向上的分量速度。其计算公式为：
Figure BDA0002604957160000111
根据所述子弹初始位置坐标和所述子弹初始速度坐标分量，利用弹道轨迹方程进行计算，确定子弹的弹道轨迹。具体而言，以子弹初始位置坐标和子弹初始速度坐标分量作为弹道轨迹方程的初始值，不断对时间进行迭代后，获得子弹在各个时间点的位置坐标，进而获取子弹的弹道轨迹。
根据子弹的弹道轨迹以及所述射击距离确定子弹弹着点，将所述子弹弹着点与目标位置坐标进行比对后，确定初始偏移量。具体而言，获得子弹的弹道轨迹后，当子弹的X轴坐标等于射击距离时，以当前子弹的位置坐标作为弹着点，设此时弹着点的坐标为(Lcosθc1,Lsinθc1+h1,h2)，将弹着点与目标位置坐标(Lcosθc1,Lsinθc1,0)进行比对后，确定出初始偏移量，此时h1为Y轴上偏移量，h2为Z轴上偏移量。
步骤三，根据所述初始偏移量和密位计算公式计算密位，并根据密位与射角的关系确定初始调整射角；
具体的，密位计算公式为：
Figure BDA0002604957160000112
式中，M为密位，h为偏移量，L为激光测距机测量得到的坐标原点与目标之间的距离，Lcosθc1为射击距离；
密位与射角的关系为：
Figure BDA0002604957160000113
进而利用公式(15)和公式(16)，根据Y轴偏移量h1计算得到垂直初始调整射角，根据Z轴偏移量h2计算获得水平初始调整射角。
作为一种可选的实施方式，将初始调整射角对应的初始位置速度向量和初始位置风速向量代入子弹的弹道轨迹方程中，通过matlab进行微积分计算，此时子弹弹着点的坐标为初始值和输入参数，通过迭代计算输出枪支的初始调整射角。
步骤四，以所述初始调整射角以及所述影响参数作为输入参数，根据所述弹道轨迹方程确定子弹弹着点相对于目标位置的初始校正偏移量；
具体的，根据所述初始调整射角以及瞄准镜目镜中心与枪口的位置关系，确定子弹初始位置坐标；根据所述子弹初始位置坐标以及子弹初始速度确定子弹初始速度坐标分量；根据所述子弹初始位置坐标和所述子弹初始速度坐标分量，利用弹道轨迹方程进行计算，确定子弹的弹道轨迹；根据子弹的弹道轨迹以及所述射击距离确定子弹弹着点，将所述子弹弹着点与目标位置坐标进行比对后，确定初始校正偏移量。
对狙击步枪校正后，子弹的初始速度大小、子弹质量、子弹最大横截面积保持不变，风速大小、目标距离、重力加速度等影响弹道轨迹的参数与校正前数据一样，但因狙击步枪射角的调整，狙击手采用校正后的瞄准点射击时，子弹初始位置的速度向量和风速向量发生变化。
校正后枪支调整的角度可由角度测量仪测量，设调整射击角度后角度测量仪测得的水平角度为θs2，垂直角度为θc2。设校正后子弹的初始位置速度为
Figure BDA0002604957160000121
在X轴、Y轴、Z轴方向上的速度分量分别为Vx1，Vy1和Vz1，其计算公式为：
Figure BDA0002604957160000122
校正后，子弹风速的调整角度为θs2-θs1。设校正后初始位置的风速为
Figure BDA0002604957160000124
在X轴、Z轴方向上的风速分量分别为Wx1和Wz1，其计算公式为：
Figure BDA0002604957160000123
作为一种可选的实施方式，以初始调整射角作为θs2和θc2，进而对子弹初始位置坐标以及子弹初始速度坐标分量进行调整，并利用公式(18)对弹道轨迹方程内的风速向量进行调整。利用调整后的弹道轨迹方程进行计算，确定子弹的弹道轨迹。根据子弹的弹道轨迹，直至子弹的X轴坐标等于射击距离时，确定此时子弹的位置即为子弹弹着点，将子弹弹着点与目标位置坐标进行比对后，确定初始校正偏移量。
步骤五，判断所述初始校正偏移量是否位于设定偏差值范围内，若是，则校正结束，并以所述初始调整射角作为最终射角；
其中，根据狙击步枪射击精度确定校正后子弹偏移量允许的偏差值Θ，则设定偏差值范围为(-Θ，Θ)，当|h1|＜Θ且|h2|＜Θ时，校正结束。
步骤六，若否，则通过最小二乘法对所述初始调整射角进行调整，获取调整后射角；以所述调整后射角和所述影响参数作为输入参数，根据所述弹道轨迹方程确定子弹弹着点相对于目标位置的校正偏移量，并判断所述校正偏移量是否位于所述设定偏差值范围内，若是，则校正结束；若否，则通过所述最小二乘法继续对所述调整后射角进行调整，直至所述校正偏移量位于所述设定偏差值范围内时，校正结束，并以当前所述调整后射角作为最终射角；
具体的，所述通过最小二乘法对所述初始调整射角进行调整，获取调整后射角具体包括：
根据所述初始调整射角和初始射角确定校正角度，校正角度为初始调整射角与初始射角的角度差。
当所述初始校正偏移量大于所述设定偏差值范围的最大值时，此时所述初始调整射角过大，将所述初始调整射角向下调整所述校正角度的一半，得到调整后射角；
当所述初始校正偏移量小于所述设定偏差值范围的最小值时，此时所述初始调整射角不够，将所述初始调整射角向上调整所述校正角度的一半，得到调整后射角。
以所述调整后射角和所述影响参数作为输入参数，根据所述弹道轨迹方程确定子弹弹着点相对于目标位置的校正偏移量这一过程与步骤四中计算初始校正偏移量的过程一致，其区别仅在于校正后具体的射角角度值不同。具体而言，以调整后射角作为θs2和θc2，进而对子弹初始位置坐标以及子弹初始速度坐标分量进行调整，并利用公式(18)对弹道轨迹方程内的风速向量进行调整。利用调整后的弹道轨迹方程进行计算，确定子弹的弹道轨迹。根据子弹的弹道轨迹，直至子弹的X轴坐标等于射击距离时，确定此时子弹的位置即为子弹弹着点，将子弹弹着点与目标位置坐标进行比对后，确定校正偏移量。
通过所述最小二乘法继续对所述调整后射角进行调整的这一过程与上述对初始调整射角进行调整的过程一致。具体而言，根据所述调整后射角和初始射角确定校正角度，校正角度为调整后射角与初始射角的角度差。当所述校正偏移量大于所述设定偏差值范围的最大值时，此时所述调整后射角过大，将所述调整后射角向下调整所述校正角度的一半，得到新的调整后射角；当所述校正偏移量小于所述设定偏差值范围的最小值时，此时所述调整后射角不够，将所述调整后射角向上调整所述校正角度的一半，得到新的调整后射角。
需要说明的是，对Y轴偏移量的校正和对Z轴偏移量的校正过程相同。
步骤七，以所述最终射角作为输入参数，根据瞄准镜的结构由几何关系计算出瞄准镜上瞄准点的位置，并将瞄准点通过光电技术以十字架或红点的形式投影到瞄准镜上。
具体而言，确定狙击步枪需要调整的最终射角后，根据瞄准镜的结构由几何关系计算出瞄准镜上瞄准点的位置，具体过程为将调整的垂直射角和水平射角转化为密位，在瞄准镜分化板上由密位的移动直接投影，将瞄准点通过光电技术以十字架或红点的形式投影到瞄准镜上，这样狙击手通过校正后的瞄准点直接瞄准目标即可完成射击动作。
本实施例以某型狙击步枪为例进行仿真研究，设定空气温度为20℃，子弹离开枪口的初始速度为825米每秒，子弹质量为45.8克，风速为2.5米每秒，风向为90度，枪口与瞄准镜目镜中心水平距离为0.8米，垂直距离为0.06米。在同等射击条件下，对经弹道轨迹方程计算得出的弹道轨迹和狙击步枪弹道表确定的弹道轨迹进行比对，对比情况如图5所示。由图5可知，经弹道轨迹方程计算得出的弹道轨迹与弹道表给出的弹道轨迹基本一样，在1000米距离上水平偏移量相差约0.3厘米，竖直偏移量相差约1厘米。
为验证本实施例所提供的瞄准点自动校正方法的正确性，以某型狙击步枪为例，对800米射击距离弹着点偏高40厘米进行瞄准点的校正，通过输入800米射击距离40厘米偏差量计算瞄准点，校正后结果显示枪支垂直射角需向下调整0.03度，水平射角需向右调整0.04度，瞄准点校正后以十字光点形式在瞄准镜上投影，十字光点向上移动0.5个密位，向左移动0.66个密位，放大后其校正后瞄准点的投影图如图6所示。
狙击手靠人工计算需要调整瞄准镜上下、左右旋钮。通过查看狙击枪气象和弹道变化的修正量对比表中数据，确定800米距离5米每秒横风时弹道需修正1.32密位，2.5米每秒时需修正0.66密位。按照偏上向上调的原理，瞄准镜上下旋钮需向上调整0.5个密位，左右旋钮需向左调整0.66个密位，校正后枪支垂直射角需向下调整0.03度，水平射角需向右调整0.04度，与使用自动校正方法校正得到的待调整枪支射角结果相同。
实施例2
本实施例用于提供一种狙击步枪瞄准点自动校正系统，采用实施例1中的狙击步枪瞄准点自动校正方法进行工作，包括探测模块、弹道解算模块以及自动校正模块；
所述探测模块用于获取影响子弹弹道轨迹的影响参数；所述影响参数包括风速、风向、环境温度、空气湿度、大气压力、目标的垂直角度、水平角度和距离；
所述探测模块集成安装于瞄准镜或狙击步枪枪身上；所述探测模块包括风速风向测量仪、激光测距机、角度测量仪、温度探测器、空气湿度测量仪、空气压力测量仪；所述风速风向测量仪用于测量风速、风向；所述激光测距机用于测量目标距离；所述角度测量仪用于测量目标的垂直角度和水平角度；所述温度探测器用于测量环境温度；所述空气湿度测量仪用于测量空气湿度；所述空气压力测量仪用于大气压力。
所述弹道解算模块用于以所述影响参数作为输入参数，利用弹道轨迹方程进行计算，确定子弹的弹道轨迹以及子弹弹着点相对于目标位置的初始偏移量；
所述自动校正模块包括初始校正单元，最终射角确定单元，瞄准点投影单元；
所述初始校正单元用于根据所述初始偏移量和密位计算公式计算密位，并根据密位与射角的关系确定初始调整射角；以所述初始调整射角以及所述影响参数作为输入参数，根据所述弹道轨迹方程确定子弹弹着点相对于目标位置的初始校正偏移量；
所述最终射角确定单元用于判断所述初始校正偏移量是否位于设定偏差值范围内，若是，则校正结束，并以所述初始调整射角作为最终射角；若否，则通过最小二乘法对所述初始调整射角进行调整，获取调整后射角；以所述调整后射角和所述影响参数作为输入参数，根据所述弹道轨迹方程确定子弹弹着点相对于目标位置的校正偏移量，并判断所述校正偏移量是否位于所述设定偏差值范围内，若是，则校正结束；若否，则通过所述最小二乘法继续对所述调整后射角进行调整，直至所述校正偏移量位于所述设定偏差值范围内时，校正结束，并以当前所述调整后射角作为最终射角；
所述瞄准点投影单元用于以所述最终射角作为输入参数，根据瞄准镜的结构由几何关系计算出瞄准镜上瞄准点的位置，并将瞄准点通过光电技术以十字架或红点的形式投影到瞄准镜上。
所述弹道解算模块和所述自动校正模块均设置于瞄准镜内。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.狙击步枪瞄准点自动校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取影响子弹弹道轨迹的影响参数；所述影响参数包括风速、风向、环境温度、空气湿度、大气压力、目标的垂直角度、水平角度和距离；
以所述影响参数作为输入参数，利用弹道轨迹方程进行计算，确定子弹的弹道轨迹以及子弹弹着点相对于目标位置的初始偏移量；
根据所述初始偏移量和密位计算公式计算密位，并根据密位与射角的关系确定初始调整射角；
以所述初始调整射角以及所述影响参数作为输入参数，根据所述弹道轨迹方程确定子弹弹着点相对于目标位置的初始校正偏移量；
判断所述初始校正偏移量是否位于设定偏差值范围内，若是，则校正结束，并以所述初始调整射角作为最终射角；
若否，则通过最小二乘法对所述初始调整射角进行调整，获取调整后射角；以所述调整后射角和所述影响参数作为输入参数，根据所述弹道轨迹方程确定子弹弹着点相对于目标位置的校正偏移量，并判断所述校正偏移量是否位于所述设定偏差值范围内，若是，则校正结束；若否，则通过所述最小二乘法继续对所述调整后射角进行调整，直至所述校正偏移量位于所述设定偏差值范围内时，校正结束，并以当前所述调整后射角作为最终射角；
以所述最终射角作为输入参数，根据瞄准镜的结构由几何关系计算出瞄准镜上瞄准点的位置，并将瞄准点通过光电技术以十字架或红点的形式投影到瞄准镜上。
2.如权利要求1所述的狙击步枪瞄准点自动校正方法，其特征在于，确定弹道轨迹方程的步骤具体包括：
对运动的子弹进行受力分析，确定子弹的综合受力；所述综合受力为子弹所受的空气阻力、重力以及风力的矢量和；
根据所述综合受力，利用牛顿第二定律确定子弹的加速度，根据基础物理学可获取子弹的运动速度、加速度与运动时间之间的公式表达式，以及子弹的运动轨迹、运动速度和运动时间之间的公式表达式，进而获取子弹的弹道轨迹方程。
3.如权利要求2所述的狙击步枪瞄准点自动校正方法，其特征在于，所述确定子弹的综合受力具体包括：
根据所述环境温度、所述空气湿度、所述大气压力确定空气密度；
根据所述空气密度、子弹迎风面的横截面积、子弹运动速度、阻力系数、风速以及风向确定子弹所受的空气阻力；
根据子弹质量以及重力加速度确定子弹所受的重力；
根据所述空气密度、子弹迎风面的横截面积、子弹运动速度、阻力系数、风速以及风向确定子弹所受的风力；
对所述空气阻力、所述重力以及所述风力进行矢量求和，获得子弹的综合受力。
4.如权利要求3所述的狙击步枪瞄准点自动校正方法，其特征在于，所述以所述影响参数作为输入参数，利用弹道轨迹方程进行计算，确定子弹的弹道轨迹以及子弹弹着点相对于目标位置的初始偏移量具体包括：
以瞄准镜目镜中心为坐标原点建立三维坐标系，根据目标的垂直角度、水平角度和距离，确定目标位置坐标，并以目标位置的X轴坐标作为射击距离；
使瞄准镜直接瞄准目标，根据瞄准镜目镜中心与枪口的位置关系确定枪口的位置坐标，即子弹初始位置坐标；
根据所述子弹初始位置坐标以及子弹初始速度确定子弹初始速度坐标分量；
根据所述子弹初始位置坐标和所述子弹初始速度坐标分量，利用弹道轨迹方程进行计算，确定子弹的弹道轨迹；
根据子弹的弹道轨迹以及所述射击距离确定子弹弹着点，将所述子弹弹着点与目标位置坐标进行比对后，确定初始偏移量。
5.如权利要求4所述的狙击步枪瞄准点自动校正方法，其特征在于，所述以所述初始调整射角以及所述影响参数作为输入参数，根据所述弹道轨迹方程确定子弹弹着点相对于目标位置的初始校正偏移量具体包括：
根据所述初始调整射角以及瞄准镜目镜中心与枪口的位置关系，确定子弹初始位置坐标；根据所述子弹初始位置坐标以及子弹初始速度确定子弹初始速度坐标分量；
根据所述子弹初始位置坐标和所述子弹初始速度坐标分量，利用弹道轨迹方程进行计算，确定子弹的弹道轨迹；根据子弹的弹道轨迹以及所述射击距离确定子弹弹着点，将所述子弹弹着点与目标位置坐标进行比对后，确定初始校正偏移量。
6.如权利要求1所述的狙击步枪瞄准点自动校正方法，其特征在于，所述通过最小二乘法对所述初始调整射角进行调整，获取调整后射角具体包括：
根据所述初始调整射角和初始射角确定校正角度；
当所述初始校正偏移量大于所述设定偏差值范围的最大值时，此时所述初始调整射角过大，将所述初始调整射角向下调整所述校正角度的一半，得到调整后射角；
当所述初始校正偏移量小于所述设定偏差值范围的最小值时，此时所述初始调整射角不够，将所述初始调整射角向上调整所述校正角度的一半，得到调整后射角。
7.如权利要求1所述的狙击步枪瞄准点自动校正方法，其特征在于，所述以所述最终射角作为输入参数，根据瞄准镜的结构由几何关系计算出瞄准镜上瞄准点的位置具体包括：
根据最终射角以及密位与射角的关系，确定密位，在瞄准镜分化板上由密位的移动确定瞄准镜上瞄准点的位置。
8.狙击步枪瞄准点自动校正系统，采用如权利要求1-7任一项所述的狙击步枪瞄准点自动校正方法进行工作，其特征在于，包括探测模块、弹道解算模块以及自动校正模块；
所述探测模块用于获取影响子弹弹道轨迹的影响参数；所述影响参数包括风速、风向、环境温度、空气湿度、大气压力、目标的垂直角度、水平角度和距离；
所述弹道解算模块用于以所述影响参数作为输入参数，利用弹道轨迹方程进行计算，确定子弹的弹道轨迹以及子弹弹着点相对于目标位置的初始偏移量；
所述自动校正模块包括初始校正单元，最终射角确定单元，瞄准点投影单元；
所述初始校正单元用于根据所述初始偏移量和密位计算公式计算密位，并根据密位与射角的关系确定初始调整射角；以所述初始调整射角以及所述影响参数作为输入参数，根据所述弹道轨迹方程确定子弹弹着点相对于目标位置的初始校正偏移量；
所述最终射角确定单元用于判断所述初始校正偏移量是否位于设定偏差值范围内，若是，则校正结束，并以所述初始调整射角作为最终射角；若否，则通过最小二乘法对所述初始调整射角进行调整，获取调整后射角；以所述调整后射角和所述影响参数作为输入参数，根据所述弹道轨迹方程确定子弹弹着点相对于目标位置的校正偏移量，并判断所述校正偏移量是否位于所述设定偏差值范围内，若是，则校正结束；若否，则通过所述最小二乘法继续对所述调整后射角进行调整，直至所述校正偏移量位于所述设定偏差值范围内时，校正结束，并以当前所述调整后射角作为最终射角；
所述瞄准点投影单元用于以所述最终射角作为输入参数，根据瞄准镜的结构由几何关系计算出瞄准镜上瞄准点的位置，并将瞄准点通过光电技术以十字架或红点的形式投影到瞄准镜上。
9.如权利要求8所述的狙击步枪瞄准点自动校正系统，其特征在于，所述探测模块集成安装于瞄准镜或狙击步枪枪身上；
所述探测模块包括风速风向测量仪、激光测距机、角度测量仪、温度探测器、空气湿度测量仪、空气压力测量仪；
所述风速风向测量仪用于测量风速、风向；
所述激光测距机用于测量目标距离；所述角度测量仪用于测量目标的垂直角度和水平角度；
所述温度探测器用于测量环境温度；所述空气湿度测量仪用于测量空气湿度；所述空气压力测量仪用于大气压力。
10.如权利要求8所述的狙击步枪瞄准点自动校正系统，其特征在于，所述弹道解算模块和所述自动校正模块均设置于瞄准镜内。
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