CN113110151A - 一种单兵移动靶控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单兵移动靶控制系统，包括：数据分析单元、靶车控制单元、动力驱动单元、通信单元和打靶数据管理平台；所述数据分析单元用于采集打靶信息和控制靶车动作，所述数据分析单元包括靶车信息上传模块、智能控制模块、靶车控制指令下发模块；所述靶车控制单元用于控制靶车的运动；所述动力驱动单元用于提供靶车的运动动力，所述动力驱动单元根据所述靶车控制单元发送的控制指令驱动靶车按照指令设定的运行速度进行移动；所述通信单元用于远程组网通信；所述打靶数据管理平台用于对打靶数据进行远程集中管理，本发明可实现精确的报靶，且可适应多种训练模式，更好地提高射击水平，且布局简捷，适应性较好。

Description

一种单兵移动靶控制系统
技术领域
本发明涉及射击打靶训练技术领域，尤其涉及到一种单兵移动靶控制系统。
背景技术
随着科技水平的发展，在军事射击训练中，需要增加更多的单兵作战训练方式以适应现代化的作战环境，移动靶训练是射手用轻武器向移动的模拟靶进行射击，以命中靶上记分环的环数计算成绩，相比于固定靶其更能模仿实战环境。移动目标靶速度可根据实际需求任意设定，移动靶可匹配靶标包括头靶、胸靶和身靶等，并可实现靶标目标的隐显，现有的移动靶大多只能在固定轨道有规律的移动，限制了射击训练的多样性，且部分由于射击弹孔检测算法的精确性不足导致报靶误差大，或者识别精确但导致运算效率较低，且缺乏对数据进行综合管理和分析，不方便对射手的射击技巧进行综合分析进而达到较好的训练效果，如何精准的实现报靶和射击训练分析，在移动靶控制系统领域十分值得研究。
综上所述，提供一种可实现精确的报靶，且可适应多种训练模式，更好地提高射击水平，且布局简捷，适应性较好的单兵移动靶控制系统，是本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本方案针对上文提到的问题和需求，提出一种单兵移动靶控制系统，其由于采取了如下技术方案而能够解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种单兵移动靶控制系统，包括：数据分析单元、靶车控制单元、动力驱动单元、通信单元和打靶数据管理平台；
所述数据分析单元用于采集打靶信息和控制靶车动作，所述数据分析单元包括靶车信息上传模块、智能控制模块、靶车控制指令下发模块，所述靶车信息上传模块用于靶车在接收组网命令后上传连机机号并根据采集到射弹数据上传命中信息，所述靶车控制指令下发模块用于根据所述智能控制模块的控制信号将控制靶车动作的指令发送至所述靶车控制单元；
所述靶车控制单元用于控制靶车的运动，所述靶车控制单元包括电源模块、夜间控制模块、定位模块和单兵激光对抗装置，所述夜间控制模块用于控制射击照明灯的照明状态，所述定位模块用于自动获取位置信息，所述单兵激光对抗装置用于根据控制信号进行反向攻击；
所述动力驱动单元用于提供靶车的运动动力，所述动力驱动单元根据所述靶车控制单元发送的控制指令驱动靶车按照指令设定的运行速度进行移动，所述动力驱动单元包括直流电机和靶车上的驱动轮，所述电机驱动所述驱动轮转动进而控制靶车运行速度；
所述通信单元用于远程组网通信，所述通信单元与打靶数据管理平台通过所述智能控制模块相连接远程控制靶车的运行；
所述打靶数据管理平台用于对打靶数据进行远程集中管理，所述打靶数据管理平台包括定时数据接收模块、击中事件记录模块、数据库存储模块和管理员模块，所述定时数据接收模块用于按照预设的时间间隔定时接收检测的状态信息，所述击中事件记录模块用于根据命中弹序号和命中时间进行事件记录，所述管理员模块用于设置靶车运行参数并通过组网网络发送给所述智能控制模块。
进一步地，所述智能控制模块包括打靶状态反馈模块、信息分析模块和打靶成绩输出模块；所述打靶状态反馈模块用于显示身份标识码、着弹环数和靶标的受弹次数和进行语音提醒，所述打靶状态反馈模块包括靶标形状模拟模块、打靶数据映射模块、智能液晶显示模块和阵列语音播放模块，所述靶标形状模拟模块用于根据实际靶标形状绘制二维靶标图形，所述打靶数据映射模块用于将打靶数据按照对应比例映射到所述二维靶标图形上再通过所述智能液晶显示模块进行显示，所述阵列语音播放模块采用三个播放器组成环形播放阵列增加传播范围；所述信息分析模块用于根据靶标的受弹次数和着弹环数分析打靶成绩和分析靶车的控制参数并输出控制信号；所述打靶成绩输出模块通过微型打印机将打靶成绩打印输出。
进一步地，所述夜间控制模块可在显靶时自动点亮夜间射击照明灯，倒靶时自动熄灭，管理员可通过管理员模块发送远程指令调节照明亮度和闪烁频率，所述照明灯内置于靶标本体内部。
进一步地，所述状态信息包括被命中总数，身份标识码、命中位置、显/隐状态、供电电量和通信信号强度。
进一步地，所述靶车上还设置有靶标、防撞传感器和温湿度传感器，所述靶标上设置有用于检测射弹数据的射弹数据检测模块，所述防撞传感器和所述温湿度传感器均与所述靶车信息上传模块相连接。
更进一步地，所述射弹数据检测模块采用高清红外摄像机采集靶标上的靶纸图像并对其进行特征提取分析得到射弹数据，射弹数据检测过程具体包括：首先采集图像数据并进行初始化，所述初始化包括对所述图像进行灰度变换和二值化处理，根据二值化处理结果进行图像分割对靶位进行粗提取，对粗提取后图像进行形态学开闭操作得到靶位识别结果，并采用基于参考点的校正法对靶图像进行几何校正，得到校正后的图像并采用最小二乘法曲线拟合的方法来获得靶心坐标以及中心圆半径进而对靶心位置进行识别，根据环数固定半径提取环线位置；然后通过帧间差处理计算差值图像的灰度值进而检测当前帧是否有新弹孔，对当前帧进行二值化和形态学滤波处理并对疑似弹孔区域进行连通域标记，再计算各个连通域的特征值，根据特征值将弹孔和干扰区域区分开获得报靶结果；并将识别结果传递给打靶状态反馈模块，继续读取下一帧图像重复以上步骤。
进一步地，所述靶车控制单元包括发射效果模拟模块，所述发射效果模拟模块可在显靶时自动控制武器发射模拟器实现轻武器发射声光效果模拟。
进一步地，电源模块用于为靶车提供所需电压源，所述电源模块采用内置胶体电池供电，所述电源模块独立设置，所述电源模块还包括剩余电量动态计算模块；所述剩余电量动态计算模块采用基于模糊神经网络的剩余电量计算方法计算电池的剩余电量值，并将所述剩余电量值与设定的报警限制值进行比较判断，当低于或等于所述报警限制值时，自动发送报警信息至所述智能控制模块，由所述智能控制模块进行剩余电量提醒并控制靶车退出靶场。
进一步地，所述靶车控制单元还包括路线调整模块，所述路线调整模块用于快速规划靶车的移动路线，实现直线和曲线多向运动模式，所述路线调整模块包括训练场铺设的引导线、图像传感器和路线规划模块，所述路线规划模块通过所述图像传感器动态提取引导线的位置来循迹判别靶车的运行姿态并采用PID控制算法控制电机的转速；在目标点设置有辅助横向线条；所述路线规划模块接收所述靶车控制指令下发模块的控制命令，并校正电机转动的基础速度控制靶车移动，移动过程中不断检测中断信号，根据中断信号判断是否到达目标点，当到达目标点时停止，否则继续移动并对路径信息进行采集，同时对采集的图像进行二值化、图像滤波和畸变校正并提取路径信息，所述路径信息为靶车位置偏差，根据公式：F(k)＝Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]对靶车位置偏差进行处理后，根据处理结果控制电机转速，其中，Kp、Ki、Kd为比例参数，e(k)表示本次移动偏差，并设置输出上下限值防止控制量溢出或小于零。
从上述的技术方案可以看出，本发明的有益效果是：本发明可实现精确的报靶，且可适应多种训练模式，更好地提高射击水平，且布局简捷，适应性较好，抗干扰能力更强。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，下文中将结合附图对实施本发明的最优实施例进行更详尽的描述，以便能容易地理解本发明的特征和优点。
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，下文将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。
图1为本发明一种单兵移动靶控制系统的组成结构示意图。
图2为本发明中靶车控制单元的组成结构示意图。
图3为本实施例中射弹数据检测过程的步骤示意图。
图4为本实施例中靶车路线规划过程的步骤示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
单兵移动靶主要用于模拟单兵目标的移动和隐显动作，协助移动目标射击训练的完成，本发明提供了一种可实现精确的报靶，且可适应多种训练模式，布局简捷，适应性较好，抗干扰能力更强的单兵移动靶控制系统。如图1至图4所示，该系统包括：数据分析单元、靶车控制单元、动力驱动单元、通信单元和打靶数据管理平台，所述数据分析单元用于采集打靶信息和控制靶车动作，所述数据分析单元包括靶车信息上传模块、智能控制模块、靶车控制指令下发模块，所述靶车信息上传模块用于靶车在接收组网命令后上传连机机号即对应靶车的编号，并根据采集到射弹数据上传命中信息，所述靶车控制指令下发模块用于根据所述智能控制模块的控制信号将控制靶车动作的指令发送至所述靶车控制单元。
所述智能控制模块包括打靶状态反馈模块、信息分析模块和打靶成绩输出模块；所述打靶状态反馈模块用于显示身份标识码、着弹环数和靶标的受弹次数和进行语音提醒，所述打靶状态反馈模块包括靶标形状模拟模块、打靶数据映射模块、智能液晶显示模块和阵列语音播放模块，所述靶标形状模拟模块用于根据实际靶标形状绘制二维靶标图形，所述打靶数据映射模块用于将打靶数据按照对应比例映射到所述二维靶标图形上再通过所述智能液晶显示模块进行显示，所述阵列语音播放模块采用三个播放器组成环形播放阵列增加传播范围；所述信息分析模块用于根据靶标的受弹次数和着弹环数分析打靶成绩和分析靶车的控制参数并输出控制信号；所述打靶成绩输出模块通过微型打印机将打靶成绩打印输出。
在本系统中，所述靶车控制单元用于控制靶车的运动，所述靶车控制单元包括电源模块、夜间控制模块、定位模块和单兵激光对抗装置，所述夜间控制模块用于控制射击照明灯的照明状态，所述定位模块用于自动获取位置信息，所述单兵激光对抗装置用于根据控制信号进行反向攻击，其中，所述夜间控制模块可在显靶时自动点亮夜间射击照明灯，倒靶时自动熄灭，管理员可通过管理员模块发送远程指令调节照明亮度和闪烁频率，所述照明灯内置于靶标本体内部。
所述动力驱动单元用于提供靶车的运动动力，所述动力驱动单元根据所述靶车控制单元发送的控制指令驱动靶车按照指令设定的运行速度进行移动，所述动力驱动单元包括直流电机和靶车上的驱动轮，所述电机驱动所述驱动轮转动进而控制靶车运行速度。所述靶车上还设置有靶标、防撞传感器和温湿度传感器，所述靶标上设置有用于检测射弹数据的射弹数据检测模块，所述防撞传感器和所述温湿度传感器均与所述靶车信息上传模块相连接。防撞传感器可以检测到靶车是否存在相撞行为，温湿度传感器可以检测靶场的环境以便更好的分析环境因素对射击的影响。
如图3所示，所述射弹数据检测模块采用高清红外摄像机采集靶标上的靶纸图像并对其进行特征提取分析得到射弹数据，射弹数据检测过程具体包括：a.首先采集图像数据并进行初始化，所述初始化包括对所述图像进行灰度变换和二值化处理；b.根据二值化处理结果进行图像分割对靶位进行粗提取，对粗提取后图像进行形态学开闭操作得到靶位识别结果，并采用基于参考点的校正法对靶图像进行几何校正；c.得到校正后的图像并采用最小二乘法曲线拟合的方法来获得靶心坐标以及中心圆半径进而对靶心位置进行识别，根据环数固定半径提取环线位置,因为一般的靶环是按照固定半径制定的；d.然后通过帧间差处理计算差值图像的灰度值进而检测当前帧是否有新弹孔，对当前帧进行二值化和形态学滤波处理并对疑似弹孔区域进行连通域标记；e.再计算各个连通域的特征值，根据特征值将弹孔和干扰区域区分开获得报靶结果,并将识别结果传递给打靶状态反馈模块，继续读取下一帧图像重复以上步骤,直到停止图像采集动作。本实施例中采用帧间差分的方法检测弹孔是因为射击前后的相邻两帧图像的主要差异区域位于新增弹孔所在的区域，其他区域几乎相同，因此将前后捕获到的两幅靶图像对应坐标的像素灰度值相减，得到的各点灰度差值组成新的结果图像，而像素点灰度值发生变化的区域就包含有弹孔所在的区域。
所述通信单元用于远程组网通信，所述通信单元与打靶数据管理平台通过所述智能控制模块相连接远程控制靶车的运行。在本实施例中，所述通信单元包括外置天线和4GTD-LTE,还包括NB-LOT。
所述打靶数据管理平台用于对打靶数据进行远程集中管理，所述打靶数据管理平台包括定时数据接收模块、击中事件记录模块、数据库存储模块和管理员模块，所述定时数据接收模块用于按照预设的时间间隔定时接收检测的状态信息，所述击中事件记录模块用于根据命中弹序号和命中时间进行事件记录，所述管理员模块用于设置靶车运行参数并通过组网网络发送给所述智能控制模块。所述状态信息包括被命中总数，身份标识码、命中位置、显/隐状态、供电电量和通信信号强度。
所述靶车控制单元还包括发射效果模拟模块，所述发射效果模拟模块可在显靶时自动控制武器发射模拟器实现轻武器发射声光效果模拟，这样可以增加训练场景的真实度。所述靶车控制单元还包括路线调整模块，所述路线调整模块用于快速规划靶车的移动路线，实现直线和曲线多向运动模式，所述路线调整模块包括训练场铺设的引导线、图像传感器和路线规划模块，所述路线规划模块通过所述图像传感器动态提取引导线的位置来循迹判别靶车的运行姿态并采用PID控制算法控制电机的转速；在目标点设置有辅助横向线条；如图4所示，靶车路线规划过程如下：a.所述路线规划模块接收所述靶车控制指令下发模块的控制命令，并校正电机转动的基础速度控制靶车移动；b.移动过程中不断检测中断信号，根据中断信号判断是否到达目标点，当到达目标点时停止，否则继续移动并对路径信息进行采集；c.同时对采集的图像进行二值化、图像滤波和畸变校正并提取路径信息，所述路径信息为靶车位置偏差，根据公式：F(k)＝Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]对靶车位置偏差进行处理后；d.根据处理结果控制电机转速，进而带动驱动轮进行调整，其中，Kp、Ki、Kd为比例参数，e(k)表示本次移动偏差，并设置输出上下限值防止控制量溢出或小于零.
本系统中，电源模块用于为靶车提供所需电压源，所述电源模块采用内置胶体电池供电，所述电源模块独立设置，所述电源模块还包括剩余电量动态计算模块；所述剩余电量动态计算模块采用基于模糊神经网络的剩余电量计算方法计算电池的剩余电量值，并将所述剩余电量值与设定的报警限制值进行比较判断，当低于或等于所述报警限制值时，自动发送报警信息至所述智能控制模块，由所述智能控制模块进行剩余电量提醒并控制靶车退出靶场。
应当说明的是，本发明所述的实施方式仅仅是实现本发明的优选方式，对属于本发明整体构思，而仅仅是显而易见的改动，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种单兵移动靶控制系统，其特征在于，包括：数据分析单元、靶车控制单元、动力驱动单元、通信单元和打靶数据管理平台；
所述数据分析单元用于采集打靶信息和控制靶车动作，所述数据分析单元包括靶车信息上传模块、智能控制模块、靶车控制指令下发模块，所述靶车信息上传模块用于靶车在接收组网命令后上传连机机号并根据采集到射弹数据上传命中信息，所述靶车控制指令下发模块用于根据所述智能控制模块的控制信号将控制靶车动作的指令发送至所述靶车控制单元；
所述靶车控制单元用于控制靶车的运动，所述靶车控制单元包括电源模块、夜间控制模块、定位模块和单兵激光对抗装置，所述夜间控制模块用于控制射击照明灯的照明状态，所述定位模块用于自动获取位置信息，所述单兵激光对抗装置用于根据控制信号进行反向攻击；
所述动力驱动单元用于提供靶车的运动动力，所述动力驱动单元根据所述靶车控制单元发送的控制指令驱动靶车按照指令设定的运行速度进行移动，所述动力驱动单元包括直流电机和靶车上的驱动轮，所述电机驱动所述驱动轮转动进而控制靶车运行速度；
所述通信单元用于远程组网通信，所述通信单元与打靶数据管理平台通过所述智能控制模块相连接远程控制靶车的运行；
所述打靶数据管理平台用于对打靶数据进行远程集中管理，所述打靶数据管理平台包括定时数据接收模块、击中事件记录模块、数据库存储模块和管理员模块，所述定时数据接收模块用于按照预设的时间间隔定时接收检测的状态信息，所述击中事件记录模块用于根据命中弹序号和命中时间进行事件记录，所述管理员模块用于设置靶车运行参数并通过组网网络发送给所述智能控制模块。
2.如权利要求1所述的单兵移动靶控制系统，其特征在于，所述智能控制模块包括打靶状态反馈模块、信息分析模块和打靶成绩输出模块；
所述打靶状态反馈模块用于显示身份标识码、着弹环数和靶标的受弹次数和进行语音提醒，所述打靶状态反馈模块包括靶标形状模拟模块、打靶数据映射模块、智能液晶显示模块和阵列语音播放模块，所述靶标形状模拟模块用于根据实际靶标形状绘制二维靶标图形，所述打靶数据映射模块用于将打靶数据按照对应比例映射到所述二维靶标图形上再通过所述智能液晶显示模块进行显示，所述阵列语音播放模块采用三个播放器组成环形播放阵列增加传播范围；
所述信息分析模块用于根据靶标的受弹次数和着弹环数分析打靶成绩和分析靶车的控制参数并输出控制信号；
所述打靶成绩输出模块通过微型打印机将打靶成绩打印输出。
3.如权利要求1所述的单兵移动靶控制系统，其特征在于，所述夜间控制模块可在显靶时自动点亮夜间射击照明灯，倒靶时自动熄灭，管理员可通过管理员模块发送远程指令调节照明亮度和闪烁频率，所述照明灯内置于靶标本体内部。
4.如权利要求1所述的单兵移动靶控制系统，其特征在于，所述状态信息包括被命中总数，身份标识码、命中位置、显/隐状态、供电电量和通信信号强度。
5.如权利要求1所述的单兵移动靶控制系统，其特征在于，所述靶车上还设置有靶标、防撞传感器和温湿度传感器，所述靶标上设置有用于检测射弹数据的射弹数据检测模块，所述防撞传感器和所述温湿度传感器均与所述靶车信息上传模块相连接。
6.如权利要求5所述的单兵移动靶控制系统，其特征在于，所述射弹数据检测模块采用高清红外摄像机采集靶标上的靶纸图像并对其进行特征提取分析得到射弹数据，射弹数据检测过程具体包括：首先采集图像数据并进行初始化，所述初始化包括对所述图像进行灰度变换和二值化处理，根据二值化处理结果进行图像分割对靶位进行粗提取，对粗提取后图像进行形态学开闭操作得到靶位识别结果，并采用基于参考点的校正法对靶图像进行几何校正，得到校正后的图像并采用最小二乘法曲线拟合的方法来获得靶心坐标以及中心圆半径进而对靶心位置进行识别，根据环数固定半径提取环线位置；然后通过帧间差处理计算差值图像的灰度值进而检测当前帧是否有新弹孔，对当前帧进行二值化和形态学滤波处理并对疑似弹孔区域进行连通域标记，再计算各个连通域的特征值，根据特征值将弹孔和干扰区域区分开获得报靶结果；并将识别结果传递给打靶状态反馈模块，继续读取下一帧图像重复以上步骤。
7.如权利要求1所述的单兵移动靶控制系统，其特征在于，所述靶车控制单元还包括发射效果模拟模块，所述发射效果模拟模块可在显靶时自动控制武器发射模拟器实现轻武器发射声光效果模拟。
8.如权利要求1所述的单兵移动靶控制系统，其特征在于，电源模块用于为靶车提供所需电压源，所述电源模块采用内置胶体电池供电，所述电源模块独立设置，所述电源模块还包括剩余电量动态计算模块；
所述剩余电量动态计算模块采用基于模糊神经网络的剩余电量计算方法计算电池的剩余电量值，并将所述剩余电量值与设定的报警限制值进行比较判断，当低于或等于所述报警限制值时，自动发送报警信息至所述智能控制模块，由所述智能控制模块进行剩余电量提醒并控制靶车退出靶场。
9.如权利要求1所述的单兵移动靶控制系统，其特征在于，所述靶车控制单元还包括路线调整模块，所述路线调整模块用于快速规划靶车的移动路线，实现直线和曲线多向运动模式，所述路线调整模块包括训练场铺设的引导线、图像传感器和路线规划模块，所述路线规划模块通过所述图像传感器动态提取引导线的位置来循迹判别靶车的运行姿态并采用PID控制算法控制电机的转速；
在目标点设置有辅助横向线条；
所述路线规划模块接收所述靶车控制指令下发模块的控制命令，并校正电机转动的基础速度控制靶车移动，移动过程中不断检测中断信号，根据中断信号判断是否到达目标点，当到达目标点时停止，否则继续移动并对路径信息进行采集，同时对采集的图像进行二值化、图像滤波和畸变校正并提取路径信息，所述路径信息为靶车位置偏差，根据公式：F(k)＝Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]对靶车位置偏差进行处理后，根据处理结果控制电机转速，其中，Kp、Ki、Kd为比例参数，e(k)表示本次移动偏差，并设置输出上下限值防止控制量溢出或小于零。
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