CN114234713B - 具有反击对抗能力的智能对抗靶标机器人及射击训练系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种具有反击对抗能力的智能对抗靶标机器人及射击训练系统，该智能靶标机器人是一种不依赖于固定轨道的可实弹射击的自主行驶训练设备，能够通过卫星定位的方式自动感知射手的精确位置，并通过图像与三维激光雷达相结合的方式捕获、锁定和跟踪目标射手，具有激光发射装置，结合射手身上的激光接收装置，能够对射手进行战术反击；而且设计了具有中弹受伤程度的判别策略、中弹显示策略、对抗强度策略、作战方式策略、攻击策略、路线选择策略、自主躲避策略、射击方式策略等多种对抗策略，并能通过策略分支组合使用的方式提供丰富的对战场景。

Description

具有反击对抗能力的智能对抗靶标机器人及射击训练系统

技术领域

本发明涉及智能机器人控制领域，具体为一种具有反击对抗能力的智能对抗靶标机器人及射击训练系统。

背景技术

目前，实弹射击训练多采用固定靶、轨道靶为主，近年来智能靶标机器人也逐步走向成熟，开始出现在了射击训练场上。但无论是传统的固定靶、轨道靶，还是新兴的智能靶标机器人，都只能被动受弹，缺少反击环节。这就意味着在射击训练过程中缺少敌方火力压制，在射击训练中射手完全没有躲避敌方射击的压力，即使射手采用移动射击的训练方式，也难以还原真实的躲弹动作，尤其是实战环境下的突然性与难以预测性，与实战环境还有不小的差距。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种具有反击对抗能力的智能对抗靶标机器人，并基于该机器人，提出一种训练系统，改变目前射击训练过程中单方向攻击，没有对抗压力的训练模式，使射击训练更加逼近实战，提升训练效果。

本发明的技术方案为：

所述靶标机器人由运动底盘、人形靶标、车载计算机、激光对抗发射器、车载卫星定位系统、激光雷达、图像采集系统、车载无线通信系统组成。

所述运动底盘是所述靶标机器人的运动载体，其余功能部件均安装在运动底盘上。所述运动底盘根据车载计算机的控制指令，进行旋转和移动，实现靶标机器人在智能对抗过程中的运动要求；

通过所述车载无线通信系统能够获取单兵位置，并提供给车载计算机；所述车载卫星定位系统能够将靶标机器人自身位置信息提供给车载计算机；所述激光雷达以及所述图像采集系统采集单兵目标信息，并提供给车载计算机；所述激光对抗发射器根据车载计算机指令发射激光，对单兵目标实施模拟打击；

所述车载计算机能够根据获取的单兵位置以及自身位置，控制运动底盘向单兵目标移动并转向，使激光对抗发射器大致对准单兵目标；所述车载计算机能够根据所述激光雷达以及所述图像采集系统采集的单兵目标信息，提取符合人体特征的区域，控制激光对抗发射器对准目标，完成目标的捕获与锁定；并随目标移动而控制转向，保持目标锁定状态；在目标锁定后，所述车载计算机能够控制所述激光对抗发射器发射激光，对单兵目标实施模拟打击。

进一步的，所述车载无线通信系统能够通过对抗的单兵目标进行无线通信，获取单兵位置。

进一步的，所述车载计算机还能够控制所述激光对抗发射器向包含单兵目标的扇形进行激光扫射射击。

进一步的，所述车载计算机能够进行对抗策略选择；所述对抗策略包括中弹受伤程度的判别策略、中弹显示策略、对抗强度策略、作战方式策略、攻击策略、路线选择策略、自主躲避策略以及射击方式策略。

进一步的，所述人形靶标能够采集被击中部位信息和被击中数量信息，并提供给车载计算机；所述车载计算机能够根据获取的被击中部位信息和被击中数量信息，执行中弹受伤程度的判别策略：

人形靶标能够检测的中弹部位包括头部、左胸、右胸、左腹、右腹与其他躯干部位，其中致命伤部位为头部和左胸，其余部位为非致命伤部位；根据人形靶标不同部位的击中情况与击中数量，人形靶标中弹受伤又分为四个等级：未受伤、轻伤、重伤、死亡，具体判别标准如下：

未受伤：靶标机器人未被子弹击中；

轻伤：靶标机器人被击中非致命部位小于N枪；

重伤：靶标机器人被击中非致命部位大于等于N枪且小于M枪；

死亡：靶标机器人被击中致命部位大于等于1枪或被击中非致命部位大于等于M枪。

进一步的，所述中弹显示策略为：人形靶标通过起倒状态指示靶标中弹状态，具体行为如下：

靶标机器人在未受伤情况下，人形靶标保持立起状态；

靶标机器人在中弹轻伤时，人形靶标在每次中弹后向后方倾倒一次，t1秒后再立起并保持立起状态；

靶标机器人在中弹重伤时，人形靶标在每次中弹后向后方倾倒一次，t2秒后再立起并保持立起状态；

靶标机器人中弹死亡后，人形靶标保持向后方倾倒状态不再立起。

进一步的，所述对抗强度策略指车载计算机根据人形靶标中弹受伤程度的不同，自动调节行驶速度与射击频率，具体行为如下：

靶标机器人在未受伤情况下，行进速度等于预设最大速度，射击频率等于预设频率；

靶标机器人在轻伤情况下，行进速度等于预设最大速度的二分之一，射击频率等于预设频率的二分之一；

靶标机器人在重伤情况下，行进速度等于预设最大速度的四分之一，射击频率等于预设频率的四分之一；

靶标机器人在死亡情况下，停止行进与射击。

进一步的，所述作战方式策略指靶标机器人具有冲锋、阵地战、巡逻与撤退四种作战策略，具体行为如下：

冲锋：靶标机器人向目标射手方向冲锋，边冲锋边向目标射手射击；

阵地战：靶标机器人在设定的战壕区域按照既定动作自动行驶，在行驶过程中向射手射击；

巡逻模式：靶标机器人在设定区域内按照既定路线循环往复自动行驶，在巡逻过程中是否射击，如何射击取决于射击策略的选择；

撤退模式：在撤退模式下，靶标机器人朝向撤退方向自动行驶，在撤退过程中是否射击，如何射击取决于射击策略的选择；

所述攻击策略指靶标机器人具有主动攻击、被动还击、不射击三种模式，具体行为如下：

主动攻击：训练开始后，靶标机器人主动向目标射手射击；

被动还击：射手未开枪前，靶标机器人不向射手主动射击；射手开枪后，靶标机器人开始向射手反击；

不反击：无论射手是否开枪，都不向射手射击；

所述路线选择策略指靶标机器人具有自动选择最短路线、按规划路线、随机路线三种路线选择方式；

所述自主躲避策略指在具有掩体的场地内，在对抗过程中，选择开启或关闭躲避策略：

躲避策略开启时，靶标机器人会自动选择行驶路线上最近的掩体进行躲避，躲避数秒钟后再出掩体行驶；整个运动过程为行驶和躲避交替进行；

躲避策略关闭时，靶标机器人的行驶过程不会找掩体进行躲避；

所述射击方式策略指靶标机器人具有点射和扫射两种射击方式，具体行为如下：

点射：靶标机器人锁定目标射手后，以点射的方式向目标射手射击；

扫射：靶标机器人向训练场内所有射手所在的扇形进行扫射射击。

一种射击训练系统，由上述靶标机器人以及单兵对抗系统组成；所述单兵对抗系统包括单兵无线通信系统、单兵卫星定位模块和激光接收器；通过单兵卫星定位模块能够获得射手的位置信息；所述激光接收器能够获取射手是否被击中、击中的部位与数量信息；单兵无线通信系统能够将射手的位置信息以及射手是否被击中、击中的部位与数量信息对外传输。

有益效果

本发明提出的具有反击对抗能力的智能靶标机器人是一种不依赖于固定轨道的可实弹射击的自主行驶训练设备，能够通过卫星定位的方式自动感知射手的精确位置，并通过图像与三维激光雷达相结合的方式捕获、锁定和跟踪目标射手，具有激光发射装置，结合射手身上的激光接收装置，能够对射手进行战术反击；而且设计了具有中弹受伤程度的判别策略、中弹显示策略、对抗强度策略、作战方式策略、攻击策略、路线选择策略、自主躲避策略、射击方式策略等多种对抗策略，并能通过策略分支组合使用的方式提供丰富的对战场景。

相应的训练系统为射击训练过程增加了反击对抗，使射手在射击过程中增加了躲避敌方射击的训练动作，使射击训练更加贴近实战场景。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：射击训练系统组成示意图。

具体实施方式

本实施例提出一种具有反击对抗能力的智能对抗靶标机器人，并基于该机器人，提出一种训练系统，改变目前射击训练过程中单方向攻击，没有对抗压力的训练模式，使射击训练更加逼近实战，提升训练效果。

区别于以往的靶标机器人，本实施例提出的智能对抗靶标机器人不仅能够自主行驶、自动检测命中部位、模拟人体中弹状态，还能够感知射手的精确位置，并携带有激光对抗反击装置，在训练过程中，对目标射手实施反向攻击。智能对抗靶标机器人具有多种反击策略，既能够主动攻击目标射手，也可以在射手开枪后进行被动反击；还可以模拟被击中致命部位后失去反击能力而停止攻击。在射击过程中，既可以模拟进攻状态下的边射击边向目标射手逼近，也可模拟边打边退的战术动作。

具体如图1所示，所述靶标机器人由运动底盘、人形靶标、车载计算机、激光对抗发射器、车载卫星定位系统、激光雷达、图像采集系统、车载无线通信系统组成。

所述运动底盘是所述靶标机器人的运动载体，其余功能部件均安装在运动底盘上。所述运动底盘根据车载计算机的控制指令，进行旋转和移动，实现靶标机器人在智能对抗过程中的运动要求；

通过所述车载无线通信系统能够获取单兵位置，并提供给车载计算机；所述车载卫星定位系统能够将靶标机器人自身位置信息提供给车载计算机；所述激光雷达以及所述图像采集系统采集单兵目标信息，并提供给车载计算机；所述激光对抗发射器根据车载计算机指令发射激光，对单兵目标实施模拟打击；

所述车载计算机能够根据获取的单兵位置以及自身位置，控制运动底盘向单兵目标移动并转向，使激光对抗发射器大致对准单兵目标；所述车载计算机能够根据所述激光雷达以及所述图像采集系统采集的单兵目标信息，提取符合人体特征的区域，控制激光对抗发射器对准目标，完成目标的捕获与锁定；并随目标移动而控制转向，保持目标锁定状态；在目标锁定后，所述车载计算机能够控制所述激光对抗发射器发射激光，对单兵目标实施模拟打击。

本实施例通过车载和单兵卫星定位系统来采集靶标机器人与射手的位置信息，并汇总到车载计算机上进行解算，获取目标射手的相对角度与相对距离。再将三维激光雷达采集的目标点云信息与摄像机采集的图像信息进行综合处理，实现目标的捕获、锁定与跟踪，并控制激光发射器对目标射手进行射击。

本实施例为了最大限度模拟真实对战场景，提出了多种对抗策略，以应对不同场景下的训练要求，包括：中弹受伤程度的判别策略、中弹显示策略、对抗强度策略、作战方式策略、攻击策略、路线选择策略、自主躲避策略、射击方式策略等。每种策略又包含了若干分支，不同种类策略分支可组合使用，可提供丰富的对抗策略组合以最大限度还原战场真是情况。

具体靶标机器人工作流程为：

定位：智能对抗靶标机器人与目标射手都携带有卫星定位与无线通信装置，智能对抗靶标机器人能够实时获取目标射手精确位置，结合自身位置，建立坐标系，并解算出目标射手相对与智能对抗靶标机器人的角度与距离，然后智能对抗靶标机器人实施转向动作，使激光发射装置大致对准目标射手。判断目标是否进入攻击距离，如果未进入，向目标迫近。

捕获与锁定：捕获与定位采用三维激光雷达与图像传感器相结合的方式，激光发射装置、图像传感器、激光雷达在安装时应进行精确的光轴校准。经过定位环节后，目标射手会进入到三维激光雷达与图像传感器的视野内。激光雷达与图像传感器会将当前视野内的信息进行特征分析，提取出符合人体特征的区域，计算出角度偏差，实施转向动作，将激光发射装置对准目标，完成目标的捕获与锁定。

跟踪：锁定目标后，如果目标发生移动，图像传感器、激光雷达会重新计算目标偏移角度，激光发射装置会根据角度偏移量实施转向，跟踪目标运动，保持目标锁定状态。

射击：锁定目标后，激光发射装置可以根据指令或是自主发射激光，对目标射手实施模拟打击，目标射手穿戴战术背心，具有激光接收功能，能够实时检测是否被激光击中，同时系统通过无线通信能够获取射手是否被击中、击中的部位与数量，对射手训练成绩进行评定。

靶标机器人对抗策略：

中弹受伤程度的判别策略：靶标机器人可检测中弹部位包括头部、左胸(心脏)、右胸、左腹、右腹与其他躯干部位，其中致命伤部位为头部和左胸，其余部位为非致命伤部位。根据靶标不同部位命中情况与命中数量，靶标中弹受伤又可分为四个等级：未受伤、轻伤、重伤、死亡。具体判别标准如下：

1)未受伤：靶标机器人未被子弹击中。

2)轻伤：靶标机器人被击中非致命部位小于3枪。

3)重伤：靶标机器人被击中非致命部位大于等于3枪且小于6枪。

4)死亡：靶标机器人被击中致命部位大于等于1枪或被击中非致命部位大于等于6枪。

中弹显示策略：靶标机器人能够通过靶标的起倒状态向射手、指挥人员指示靶标中弹状态，具体行为如下：

1)靶标机器人在未受伤情况下，靶标保持立起状态；

2)靶标机器人在中弹轻伤时，靶标在每次中弹后向后方倾倒一次，约1秒左右再立起并保持立起状态；

3)靶标机器人在中弹重伤时，靶标在每次中弹后向后方倾倒一次，约6秒左右再立起并保持立起状态；

4)靶标机器人中弹死亡后，靶标保持向后方倾倒状态不再立起。

对抗强度策略：靶标机器人可根据受伤程度的不同，自动调节行驶速度与射击频率，具体行为如下：

1)靶标机器人在未受伤情况下，行进速度等于预设最大速度，射击频率等于预设频率；

2)靶标机器人在轻伤情况下，行进速度等于预设最大速度的二分之一，射击频率等于预设频率的二分之一；

3)靶标机器人在重伤情况下，行进速度等于预设最大速度的四分之一，射击频率等于预设频率的四分之一；

4)靶标机器人在死亡情况下，停止行进与射击。

作战方式策略：靶标机器人具有冲锋、阵地战、巡逻与撤退四种作战策略，具体行为如下：

1)冲锋：靶标机器人向目标射手方向冲锋，边冲锋边向目标射手射击；

2)阵地战：靶标机器人在设定的战壕区域按照既定动作自动行驶，在行驶过程中向射手射击；

3)巡逻模式：靶标机器人在设定区域内按照既定路线循环往复自动行驶，在巡逻过程中是否射击，如何射击取决于射击策略的选择；

4)撤退模式：在撤退模式下，靶标机器人朝向撤退方向自动行驶，在撤退过程中是否射击，如何射击取决于射击策略的选择。

攻击策略：靶标机器人具有主动攻击、被动还击、不射击三种模式，具体行为如下：

1)主动攻击：训练开始后，靶标机器人主动向目标射手射击；

2)被动还击：射手未开枪前，靶标机器人不向射手主动射击；射手开枪后，靶标机器人开始向射手反击；

3)不反击：无论射手是否开枪，都不向射手射击。

路线选择策略：靶标机器人具有自动选择最短路线、按规划路线、随机路线三种路线选择策略。

自主躲避策略：在具有掩体的场地内，在对抗过程中，可以选择开启或关闭躲避策略。

1)躲避策略开启时，靶标机器人会自动选择行驶路线上最近的掩体进行躲避，躲避数秒钟后再出掩体行驶。整个运动过程为行驶和躲避交替进行；

2)躲避策略关闭时，靶标机器人的行驶过程不会找掩体进行躲避。

射击方式策略：靶标机器人具有点射和扫射两种射击方式策略，具体行为如下：

1)点射：靶标机器人锁定目标射手后，以点射的方式向目标射手射击；

2)扫射：靶标机器人向训练场内所有射手所在的扇形进行扫射射击。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种具有反击对抗能力的智能对抗靶标机器人，其特征在于：包括运动底盘、人形靶标、车载计算机、激光对抗发射器、车载卫星定位系统、激光雷达、图像采集系统、车载无线通信系统；

所述运动底盘是所述靶标机器人的运动载体，其余功能部件均安装在运动底盘上；所述运动底盘根据车载计算机的控制指令，进行旋转和移动，实现靶标机器人在智能对抗过程中的运动要求；

通过所述车载无线通信系统能够获取单兵位置，并提供给车载计算机；所述车载卫星定位系统能够将靶标机器人自身位置信息提供给车载计算机；所述激光雷达以及所述图像采集系统采集单兵目标信息，并提供给车载计算机；所述激光对抗发射器根据车载计算机指令发射激光，对单兵目标实施模拟打击；

所述车载计算机能够根据获取的单兵位置以及自身位置，控制运动底盘向单兵目标移动并转向，使激光对抗发射器大致对准单兵目标；所述车载计算机能够根据所述激光雷达以及所述图像采集系统采集的单兵目标信息，提取符合人体特征的区域，控制激光对抗发射器对准目标，完成目标的捕获与锁定；并随目标移动而控制转向，保持目标锁定状态；在目标锁定后，所述车载计算机能够控制所述激光对抗发射器发射激光，对单兵目标实施模拟打击；

所述车载计算机能够进行对抗策略选择；所述对抗策略包括中弹受伤程度的判别策略、中弹显示策略、对抗强度策略、作战方式策略、攻击策略、路线选择策略、自主躲避策略以及射击方式策略；

所述作战方式策略指靶标机器人具有冲锋、阵地战、巡逻与撤退四种作战策略，具体行为如下：

冲锋：靶标机器人向目标射手方向冲锋，边冲锋边向目标射手射击；

阵地战：靶标机器人在设定的战壕区域按照既定动作自动行驶，在行驶过程中向射手射击；

巡逻模式：靶标机器人在设定区域内按照既定路线循环往复自动行驶，在巡逻过程中是否射击，如何射击取决于射击策略的选择；

撤退模式：在撤退模式下，靶标机器人朝向撤退方向自动行驶，在撤退过程中是否射击，如何射击取决于射击策略的选择；

所述攻击策略指靶标机器人具有主动攻击、被动还击、不射击三种模式，具体行为如下：

主动攻击：训练开始后，靶标机器人主动向目标射手射击；

被动还击：射手未开枪前，靶标机器人不向射手主动射击；射手开枪后，靶标机器人开始向射手反击；

不反击：无论射手是否开枪，都不向射手射击；

所述路线选择策略指靶标机器人具有自动选择最短路线、按规划路线、随机路线三种路线选择方式；

所述自主躲避策略指在具有掩体的场地内，在对抗过程中，选择开启或关闭躲避策略：

躲避策略开启时，靶标机器人会自动选择行驶路线上最近的掩体进行躲避，躲避数秒钟后再出掩体行驶；整个运动过程为行驶和躲避交替进行；

躲避策略关闭时，靶标机器人的行驶过程不会找掩体进行躲避；

所述射击方式策略指靶标机器人具有点射和扫射两种射击方式，具体行为如下：点射：靶标机器人锁定目标射手后，以点射的方式向目标射手射击；

扫射：靶标机器人向训练场内所有射手所在的扇形进行扫射射击。

2.根据权利要求1所述一种具有反击对抗能力的智能对抗靶标机器人，其特征在于：所述车载无线通信系统能够通过对抗的单兵目标进行无线通信，获取单兵位置。

3.根据权利要求1所述一种具有反击对抗能力的智能对抗靶标机器人，其特征在于：所述车载计算机能够控制所述激光对抗发射器向包含单兵目标的扇形进行激光扫射射击。

4.根据权利要求1所述一种具有反击对抗能力的智能对抗靶标机器人，其特征在于：所述人形靶标能够采集被击中部位信息和被击中数量信息，并提供给车载计算机；所述车载计算机能够根据获取的被击中部位信息和被击中数量信息，执行中弹受伤程度的判别策略：

人形靶标能够检测的中弹部位包括头部、左胸、右胸、左腹、右腹与其他躯干部位，其中致命伤部位为头部和左胸，其余部位为非致命伤部位；根据人形靶标不同部位的击中情况与击中数量，人形靶标中弹受伤又分为四个等级：未受伤、轻伤、重伤、死亡，具体判别标准如下：

未受伤：靶标机器人未被子弹击中；

轻伤：靶标机器人被击中非致命部位小于N枪；

重伤：靶标机器人被击中非致命部位大于等于N枪且小于M枪；

死亡：靶标机器人被击中致命部位大于等于1枪或被击中非致命部位大于等于M枪。

5.根据权利要求1所述一种具有反击对抗能力的智能对抗靶标机器人，其特征在于：所述中弹显示策略为：人形靶标通过起倒状态指示靶标中弹状态，具体行为如下：靶标机器人在未受伤情况下，人形靶标保持立起状态；

靶标机器人在中弹轻伤时，人形靶标在每次中弹后向后方倾倒一次，t1秒后再立起并保持立起状态；

靶标机器人在中弹重伤时，人形靶标在每次中弹后向后方倾倒一次，t2秒后再立起并保持立起状态；

靶标机器人中弹死亡后，人形靶标保持向后方倾倒状态不再立起。

6.根据权利要求1所述一种具有反击对抗能力的智能对抗靶标机器人，其特征在于：所述对抗强度策略指车载计算机根据人形靶标中弹受伤程度的不同，自动调节行驶速度与射击频率，具体行为如下：

靶标机器人在未受伤情况下，行进速度等于预设最大速度，射击频率等于预设频率；

靶标机器人在轻伤情况下，行进速度等于预设最大速度的二分之一，射击频率等于预设频率的二分之一；

靶标机器人在重伤情况下，行进速度等于预设最大速度的四分之一，射击频率等于预设频率的四分之一；

靶标机器人在死亡情况下，停止行进与射击。

7.一种射击训练系统，其特征在于：由权利要求1～6任一所述靶标机器人以及单兵对抗系统组成；所述单兵对抗系统包括单兵无线通信系统、单兵卫星定位模块和激光接收器；通过单兵卫星定位模块能够获得射手的位置信息；所述激光接收器能够获取射手是否被击中、击中的部位与数量信息；单兵无线通信系统能够将射手的位置信息以及射手是否被击中、击中的部位与数量信息对外传输。