CN112113462A - 直瞄武器射击效果检测方法、系统及虚拟靶标射击系统 - Google Patents

直瞄武器射击效果检测方法、系统及虚拟靶标射击系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直瞄武器射击效果检测方法，包括计算出膛射弹的实时坐标，获取与射弹实时坐标对应的地形高程；计算目标所有凸出拐角点实时坐标，获取凸出拐角点所构成的各向弹面；实时比对射弹高度与对应的地形高程，拟合射弹实时坐标与各向弹面的关系；响应于某一时刻射弹实时坐标位于一向弹面上，且该时刻之前的射弹高度均大于对应的地形高程，则判定射弹命中目标，获取弹着点坐标及对应部位、射弹入射角；获取毁伤效果。同时公开了相应的系统。本发明检测更加准确，能够实现对实弹和模拟两种射击方式的射击效果检测，能够显示对虚拟目标射击和模拟射击时的情景和射击效果，增强实战氛围。

Description

直瞄武器射击效果检测方法、系统及虚拟靶标射击系统
技术领域
本发明涉及一种直瞄武器射击效果检测方法、系统及虚拟靶标射击系统， 属于武器装备领域。
背景技术
直瞄武器射击效果检测主要应用于对抗演练、射击训练。在实兵实装对抗 中，目前采用的激光发射与接收技术，激光发射光路与实际射弹飞行轨迹不一 致，光斑大小与距离成正比，造成距离越远越容易命中，距离越近反而不易命 中，与实装射击效果正好相反，只能判定命中与否，不能作进一步的毁伤分析， 不能客观反应武器装备的性能。实弹射击多采用实体靶标，保障复杂、消耗大。
发明内容
本发明提供了一种直瞄武器射击效果检测方法、系统及虚拟靶标射击系统， 解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种直瞄武器射击效果检测方法，包括，
计算出膛射弹的实时坐标，获取与射弹实时坐标对应的地形高程；
根据采集的目标定位点实时坐标、目标方向、目标倾斜角和目标外形参数， 计算目标所有凸出拐角点实时坐标，获取凸出拐角点所构成的各向弹面；
实时比对射弹高度与对应的地形高程，拟合射弹实时坐标与各向弹面的关 系；
响应于某一时刻射弹实时坐标位于一向弹面上，且该时刻之前的射弹高度 均大于对应的地形高程，则判定射弹命中目标，获取弹着点坐标及对应部位、 射弹入射角；
效果判断模块：根据目标性质、弹种、直射距离、有效射程、命中目标部 位、射弹入射角和预设毁伤规则，获取毁伤效果。
射弹实时坐标的公式为，
Figure BSA0000207648520000021
其中，xt、yt、zt分别为t时刻射弹在X、Y、Z轴上的实时坐标，x0、y0、z0为射弹发射时炮/枪/筒口在X、Y、Z轴上的坐标，Vx为射击直瞄武器在X轴方 向的运动速度、炮/枪/筒口在X轴方向上的转动线速度以及射弹在X轴方向的 速度之和，Vy为射击直瞄武器在Y轴方向的运动速度、炮/枪/筒口在Y轴方向 上的转动线速度以及射弹在Y轴方向的速度之和，Vz为射击直瞄武器在Z轴方 向的运动速度、炮/枪/筒口在Z轴方向上的转动线速度以及射弹在Z轴方向的速 度之和，g为重力加速度。
根据向弹面中凸出拐角点实时坐标，构建各向弹面，拟合射弹实时坐标与 各向弹面的关系，判断某一时刻射弹实时坐标是否位于一向弹面上。
一种直瞄武器射击效果检测系统，包括，
射弹数据获取模块：计算出膛射弹的实时坐标；
地形数据获取模块：获取与射弹实时坐标对应的地形高程；
目标数据获取模块：根据采集的目标定位点实时坐标、目标方向、目标倾 斜角和目标外形参数，计算目标所有凸出拐角点实时坐标，获取凸出拐角点所 构成的各向弹面；
比对拟合模块：实时比对射弹高度与对应的地形高程，拟合射弹实时坐标 与各向弹面的关系；
命中判定模块：响应于某一时刻射弹实时坐标位于一向弹面上，且该时刻 之前的射弹高度均大于对应的地形高程，则判定射弹命中目标，获取弹着点坐 标及对应部位、射弹入射角；
效果判断模块：根据目标性质、弹种、直射距离、有效射程、命中目标部 位、射弹入射角和预设毁伤规则，获取毁伤效果。
射弹数据获取模块计算射弹实时坐标采用的公式为，
Figure BSA0000207648520000031
其中，xt、yt、zt分别为t时刻射弹在X、Y、Z轴上的实时坐标，x0、y0、z0为射弹发射时炮/枪/筒口在X、Y、Z轴上的坐标，Vx为射击直瞄武器在X轴方 向的运动速度、炮/枪/筒口在X轴方向上的转动线速度以及射弹在X轴方向的 速度之和，Vy为射击直瞄武器在Y轴方向的运动速度、炮/枪/筒口在Y轴方向 上的转动线速度以及射弹在Y轴方向的速度之和，Vz为射击直瞄武器在Z轴方 向的运动速度、炮/枪/筒口在Z轴方向上的转动线速度以及射弹在Z轴方向的速 度之和，g为重力加速度。
所述直瞄武器射击效果检测系统装载在射击直瞄武器侧、目标侧或者控制 中心侧。
一种虚拟靶标射击系统，装在射击直瞄武器侧，包括观察瞄准景况采集装 置、显示屏和处理器，观察瞄准采集装置和显示屏均与处理器连接；
观察瞄准采集装置：安装在瞄准镜目镜端，将瞄准镜内的景况转变成视频 信息；
处理器：将虚拟目标及其运动轨迹、射击情景和射击效果合成到视频信息 中；
响应于对虚拟目标进行射击，根据直瞄武器射击效果检测方法，获得射击 效果；
显示屏：显示合成后的视频信息。
本发明所达到的有益效果：1、本发明实时比对射弹高度与对应的地形高程， 拟合射弹与各向弹面的关系，基于比对和拟合结果，判断射弹是否命中以及命 中后的毁伤效果，相较于传统的激光检测，检测更加准确，能客观反应武器装 备的性能；2、本发明能够实现对实弹和模拟两种射击方式的射击效果检测；3、 本发明能够通过视景合成和仿真技术，显示对虚拟目标射击和模拟射击时的情 景和射击效果，增强实战氛围，能够有效提高直瞄武器射击训练和实兵对抗训 练质量。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为坦克射击示意图；
图3为坦克射击简化图；
图4为炮塔简化图；
图5为P点位置判断的坐标图；
图6为夹角计算的示意图。
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，一种直瞄武器射击效果检测方法，包括以下步骤：
步骤1，根据检测的发射时炮/枪/筒口(即炮口、枪口或火箭筒口，具体根 据直瞄武器类型而定)坐标、射击武器运动速度、炮/枪/筒口转动线速度和射弹 速度，计算出膛射弹的实时坐标，获取与射弹实时坐标对应的地形高程。
射弹飞行未考虑气温、气压、风向、湿度等条件的影响，为真空状态下， 射弹在t时刻的实时坐标公式如下：
Figure BSA0000207648520000051
其中，xt、yt、zt分别为t时刻射弹在X、Y、Z轴上的实时坐标，x0、y0、z0为射弹发射时炮/枪/筒口在X、Y、Z轴上的坐标，Vx为射击直瞄武器在X轴方 向的运动速度、炮/枪/筒口在X轴方向上的转动线速度以及射弹在X轴方向的 速度之和，Vy为射击直瞄武器在Y轴方向的运动速度、炮/枪/筒口在Y轴方向 上的转动线速度以及射弹在Y轴方向的速度之和，Vz为射击直瞄武器在Z轴方 向的运动速度、炮/枪/筒口在Z轴方向上的转动线速度以及射弹在Z轴方向的速 度之和，g为重力加速度。
射弹飞行路线(即射弹飞行轨迹投影到地面上的直线)上各点对应的地形 高程，即为射弹坐标对应的地形高程，该高程从数字地图上读取。
步骤2，根据采集的目标定位点实时坐标、目标方向、目标倾斜角和目标外 形参数，计算目标所有凸出拐角点实时坐标，获取凸出拐角点所构成的各向弹 面；其中，目标外形参数主要为目标几何外形、尺寸。
目标定位点主要有以下几种：1、若目标上安装有定位装置，该定位装置固 定且随目标一起移动，那么目标定位点即为定位装置的固定点；2、若目标内没 有安装定位装置，可认为设定一个定位点，一般将该定位点设定为目标的中心 点。
直瞄武器和目标均以坦克为例，如图2所示，凸出拐角点包括车体边缘的8 个凸出拐角点(A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、H1)以及炮塔边缘的8个凸 出拐角点(A、B、C、D、E、F、G、H)，定位点确定后，通过目标几何外形、 尺寸，计算凸出拐角点到的目标定位点的距离、角度，从而可获得凸出拐角点 实时坐标，4个凸出拐角实时坐标可确定所在的各向弹面。
步骤3，实时比对射弹高度与对应的地形高程，拟合射弹与各向弹面的关系。
比对过程为：适时比对弹道高与射弹飞行路线上各点的高程。
拟合过程为：根据向弹面中凸出拐角点实时坐标，构建各向弹面，拟合射 弹实时坐标与各向弹面的关系，判断在整个射弹飞行过程中，是否存在某一时 刻射弹实时坐标位于一向弹面上。
步骤4，响应于某一时刻射弹实时坐标位于一向弹面上，且该时刻之前的射 弹高度均大于对应的地形高程，则判定射弹命中目标，获取弹着点坐标及对应 部位、射弹入射角。
若射弹高度小于等于对应的地形高程，则说明在该时刻，射弹被地形挡住； 若射弹高度大于对应的地形高程，则说明在该时刻，射弹越过地形。
如图3和4，直瞄武器和目标均以坦克为例，目标坦克在任一时刻炮塔和车 体均只有3个面是面对射击方的，即这6个面为当前的向弹面。以炮塔向弹面 中的面1为例，若面1被击中，需满足两个条件(设射弹所处位置为P，即射弹 命中位置)：
条件1：P在A、B、C、D四个点构成的无限大平面上，即在面1所在无限 大平面上；
条件2：P在A、B、C、D四个点构成的多边形内。
验证是否满足条件1：
设A、B、D三点坐标分别为(xA，yA，zA)、(xB，yB，zB)和(xD，yD，zD)， 则向量
Figure BSA0000207648520000071
和
Figure BSA0000207648520000072
分别为：
Figure BSA0000207648520000073
Figure BSA0000207648520000074
设
Figure BSA0000207648520000075
为平面ABCD的法向量，则有：
Figure BSA0000207648520000076
故平面ABCD的方程为：
nx(x-xA)+ny(y-yA)+nz(z-zA)＝0
将P点坐标xt、yt、zt带入平面ABCD方程，若方程成立，则条件1成立。
在满足条件1的前提下，验证是否满足条件2：
如图5所示，如果点P在ABCD内部，那么从ABCD的任一顶点出发，逆 时针走过所有的边的过程中，点P始终都在走过的边的左侧，判断一点是否在 一有向边的左侧，可以通过向量积的方式。
设各顶点与点P所连向量，与各边的向量积为：
Figure BSA0000207648520000081
Figure BSA0000207648520000082
Figure BSA0000207648520000083
Figure BSA0000207648520000084
因ABCD为炮塔向弹面中的左面，若点P在ABCD内部，则
Figure BSA0000207648520000085
均应在X轴的正方向有分量(如图5)， 故应有
a1＞0、a2＞0、a3＞0、a4＞0。
以a1＞0为例：
Figure BSA0000207648520000086
若要求a1＞0，则可得(yt-yA)(zB-zA)-(yB-yA)(zt-zA)＞0，即P点 坐标满足上述公式即可。
步骤5，根据目标性质、弹种、直射距离、有效射程、命中目标部位(通过 弹着点坐标、目标外形参数等，可获得命中目标部位)、射弹入射角和预设毁伤 规则，获取毁伤效果；其中，目标性质为坦克、装甲车、运输车、指挥车、人 员等，如是坦克还要进一步细分为什么型号的坦克。
图6以射弹命中面ABCD为例，计算射弹与目标表面所成角度，即射弹入 射角如下：
在t时刻，射弹的方向向量为
Figure BSA0000207648520000087
故射弹与目标表面所成 夹角α为：
Figure RE-GDA0002767171850000091
Figure RE-GDA0002767171850000092
其中，α为入射角的余角，那么入射角为90°-α。
上述方法实时比对射弹高度与对应的地形高程，拟合射弹与各向弹面的关 系，基于比对和拟合结果，判断射弹是否命中以及命中后的毁伤效果，相较于 传统的激光检测，检测更加准确。
一种直瞄武器射击效果检测系统，包括，
射弹数据获取模块：计算出膛射弹的实时坐标。
射弹数据获取模块计算射弹实时坐标采用的公式为，
Figure BSA0000207648520000092
其中，xt、yt、zt分别为t时刻射弹在X、Y、Z轴上的实时坐标，x0、y0、z0为射弹发射时炮/枪/筒口在X、Y、Z轴上的坐标，Vx为射击直瞄武器在X轴方 向的运动速度、炮/枪/筒口在X轴方向上的转动线速度以及射弹在X轴方向的 速度之和，Vy为射击直瞄武器在Y轴方向的运动速度、炮/枪/筒口在Y轴方向 上的转动线速度以及射弹在Y轴方向的速度之和，Vz为射击直瞄武器在Z轴方 向的运动速度、炮/枪/筒口在Z轴方向上的转动线速度以及射弹在Z轴方向的速 度之和，g为重力加速度。
地形数据获取模块：从数字地图中获取与射弹实时坐标对应的地形高程。
目标数据获取模块：根据采集的目标定位点实时坐标、目标方向、目标倾 斜角和目标外形参数，计算目标所有凸出拐角点实时坐标，获取凸出拐角点所 构成的各向弹面。
比对拟合模块：实时比对射弹高度与对应的地形高程，拟合射弹实时坐标 与各向弹面的关系。
命中判定模块：响应于某一时刻射弹实时坐标位于一向弹面上，且该时刻 之前的射弹高度均大于对应的地形高程，则判定射弹命中目标，获取弹着点坐 标及对应部位、射弹入射角；
效果判断模块：根据目标性质、弹种、直射距离、有效射程、命中目标部 位、射弹入射角和预设毁伤规则，获取毁伤效果。
上述直瞄武器射击效果检测系统可根据实际情况进行装载，可装载在射击 直瞄武器侧、目标侧或者控制中心侧。装载在射击直瞄武器侧时，接收目标侧 的信息，由射击端判定是否命中及毁伤效果，同时将结果返回给目标侧；装载 在目标侧时，接收射击直瞄武器侧的信息，由目标侧判定是否命中及毁伤效果， 同时将结果返回给射击直瞄武器侧；装载在控制中心侧时，目标侧和射击直瞄 武器侧信息统一发送到控制中心，由控制中心判定是否命中及毁伤效果，再将 结果返回射击直瞄武器侧和目标侧。
一种虚拟靶标射击系统，该系统装在射击直瞄武器侧，包括观察瞄准景况 采集装置、显示屏和处理器，观察瞄准采集装置和显示屏均与处理器连接。
观察瞄准采集装置：安装在瞄准镜目镜端，将瞄准镜内的景况转变成视频 信息；
处理器包括以下两点功能：1、将虚拟目标及其运动轨迹、射击情景(火光、 烟尘)和射击效果合成到视频信息中；在初始时，处理器将将虚拟目标及其运 动轨迹合成到视频信息中，在显示屏显示，射击检测过程中，将虚拟目标及其 运动轨迹、射击情景和射击效果合成到视频信息中，在显示屏显示。2、响应于 对虚拟目标进行射击，根据直瞄武器射击效果检测方法，获得射击效果。
显示屏：显示合成后的视频信息。
上述系统能够实现对实弹和模拟两种射击方式的射击效果检测，通过视景 合成和仿真技术，显示对虚拟目标射击和模拟射击时的情景和射击效果，增强 实战氛围，能够有效提高直瞄武器射击训练和实兵对抗训练质量，降低了保障 复杂、消耗小。
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直瞄武器射击 检测方法。
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直瞄武器射击检测方法的指令。
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 (7)

1.一种直瞄武器射击效果检测方法，其特征在于：包括，
计算出膛射弹的实时坐标，获取与射弹实时坐标对应的地形高程；
根据采集的目标定位点实时坐标、目标方向、目标倾斜角和目标外形参数，计算目标所有凸出拐角点实时坐标，获取凸出拐角点所构成的各向弹面；
实时比对射弹高度与对应的地形高程，拟合射弹实时坐标与各向弹面的关系；
响应于某一时刻射弹实时坐标位于一向弹面上，且该时刻之前的射弹高度均大于对应的地形高程，则判定射弹命中目标，获取弹着点坐标及对应部位、射弹入射角；
根据目标性质、弹种、直射距离、有效射程、命中目标部位、射弹入射角和预设毁伤规则，获取毁伤效果。
2.根据权利要求1所述的一种直瞄武器射击效果检测方法，其特征在于：射弹实时坐标的公式为，
Figure FSA0000207648510000011
其中，xt、yt、zt分别为t时刻射弹在X、Y、Z轴上的实时坐标，x0、y0、z0为射弹发射时炮/枪/筒口在X、Y、Z轴上的坐标，Vx为射击直瞄武器在X轴方向的运动速度、炮/枪/筒口在X轴方向上的转动线速度以及射弹在X轴方向的速度之和，Vy为射击直瞄武器在Y轴方向的运动速度、炮/枪/筒口在Y轴方向上的转动线速度以及射弹在Y轴方向的速度之和，Vz为射击直瞄武器在Z轴方向的运动速度、炮/枪/筒口在Z轴方向上的转动线速度以及射弹在Z轴方向的速度之和，g为重力加速度。
3.根据权利要求1所述的一种直瞄武器射击效果检测方法，其特征在于：根据向弹面中凸出拐角点实时坐标，构建各向弹面，拟合射弹实时坐标与各向弹面的关系，判断某一时刻射弹实时坐标是否位于一向弹面上。
4.一种直瞄武器射击效果检测系统，其特征在于：包括，
射弹数据获取模块：计算出膛射弹的实时坐标；
地形数据获取模块：获取与射弹实时坐标对应的地形高程；
目标数据获取模块：根据采集的目标定位点实时坐标、目标方向、目标倾斜角和目标外形参数，计算目标所有凸出拐角点实时坐标，获取凸出拐角点所构成的各向弹面；
比对拟合模块：实时比对射弹高度与对应的地形高程，拟合射弹实时坐标与各向弹面的关系；
命中判定模块：响应于某一时刻射弹实时坐标位于一向弹面上，且该时刻之前的射弹高度均大于对应的地形高程，则判定射弹命中目标，获取弹着点坐标及对应部位、射弹入射角；
效果判断模块：根据目标性质、弹种、直射距离、有效射程、命中目标部位、射弹入射角和预设毁伤规则，获取毁伤效果。
5.根据权利要求4所述的一种直瞄武器射击效果检测系统，其特征在于：射弹数据获取模块计算射弹实时坐标采用的公式为，
Figure FSA0000207648510000031
其中，xt、yt、zt分别为t时刻射弹在X、Y、Z轴上的实时坐标，x0、y0、z0为射弹发射时炮/枪/筒口在X、Y、Z轴上的坐标，Vx为射击直瞄武器在X轴方向的运动速度、炮/枪/筒口在X轴方向上的转动线速度以及射弹在X轴方向的速度之和，Vy为射击直瞄武器在Y轴方向的运动速度、炮/枪/筒口在Y轴方向上的转动线速度以及射弹在Y轴方向的速度之和，Vz为射击直瞄武器在Z轴方向的运动速度、炮/枪/筒口在Z轴方向上的转动线速度以及射弹在Z轴方向的速度之和，g为重力加速度。
6.根据权利要求4所述的一种直瞄武器射击效果检测系统，其特征在于：所述直瞄武器射击效果检测系统装载在射击直瞄武器侧、目标侧或者控制中心侧。
7.一种虚拟靶标射击系统，其特征在于：装在射击直瞄武器侧，包括观察瞄准景况采集装置、显示屏和处理器，观察瞄准采集装置和显示屏均与处理器连接；
观察瞄准采集装置：安装在瞄准镜目镜端，将瞄准镜内的景况转变成视频信息；
处理器：将虚拟目标及其运动轨迹、射击情景和射击效果合成到视频信息中；
响应于对虚拟目标进行射击，根据权利要求1～3任意一项所述的直瞄武器射击效果检测方法，获得射击效果；
显示屏：显示合成后的视频信息。
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