CN1560555A - 水平式布阵超声自动报靶系统 - Google Patents

Abstract

本发明水平式布阵超声自动报靶系统涉及的是一种室内及室外靶场的直瞄武器射击的自动报靶设备。系统包括密闭式声学腔、三只水平式布阵声学传感器和环境温度补偿传感器、安装底座、信号采集及处理器、计算显示器、网络接线器、总控计算机、打印机；在密闭式声学腔内下方装有三只水平式布阵声学传感器和环境温度补偿传感器，声学传感器和温度传感器的输出端通过信号电缆与信号采集处理器相连，信号采集处理器通过串行总线和后端计算显示器相连，计算显示器通过网络接线器与总控计算机相连，计算显示器将计算结果送至总控计算机，总控计算机处理后通过打印机输出射击成绩。

Description

水平式布阵超声自动报靶系统

技术领域

本发明水平式布阵超声自动报靶系统涉及的是一种室内及室外靶场的直瞄武器射击的自动报靶设备。特别是涉及精度射击的自动报靶设备，能实时有效地显示出弹着点的位置，并自动进行射击成绩的管理和统计，有效地提高射击训练效果。

背景技术

自动报靶器早在20世纪80年初就开始出现，当时是导电橡胶自动报靶器和铝膜面自动报靶器。他们的工作原理都是靠子弹在穿透靶面时，形成短接来实现自动报靶的。其特点是只能分区进行报靶，不能准确地报靶且在子弹多次穿透靶面后会使其误报增加，可靠性下降。超声自动报靶则在80年代后期出现。其特点是检测声波穿透靶面时弹头所产生的声波来实现自动报靶，大大提高了报靶的准确性，且靶面使用寿命长。国内目前已有的超声报靶系统的传感器布阵一般为L型，其不足之处是结构复杂，不便于设备的防弹且报靶实时性较差。

发明内容

本发明目的是针对上述不足之处，提供一种水平式布阵超声自动报靶系统，系统采用线性水平一字分布的声学传感器布阵的方法来实现定位，其特点是线性布阵可以减少其防弹面积，减轻自动报靶器的重量，另外使报靶器结构紧凑，报靶实时性好，便于批量生产且同样能保证其达到相同的定位精度。

水平式布阵超声自动报靶系统是采取以下方案实现的：水平式布阵超声自动报靶系统包括密闭式声学腔、三只水平式布阵声学传感器和一只环境温度补偿传感器、安装底座、信号采集及处理器、计算显示器、网络接线器、总控计算机、打印机；在密闭式声学腔内下方装有三只水平式布阵声学传感器和一只环境温度补偿传感器，声学传感器和温度传感器的输出端通过信号电缆与信号采集处理器相连，声学传感器和温度传感器的输出送至信号采集处理器，信号采集处理器通过串行总线和后端计算显示器相连，信号采集处理器将实时采集的两个时间差数据和温度补偿数据送至后端计算显示器，计算显示器通过网络接线器与总控计算机相连，计算显示器将计算结果送至总控计算机，总控计算机处理后通过打印机输出射击成绩。

密闭式声学腔具有边框，边框前后装置有靶板，靶板之间形成声学空腔，在声学空腔低部设置有安装低座，安装低座上装置三只声学传感器，三只声学传感器的几何中心点在一条水平线上，温度传感器装置在安装底座上。声学传感器底部装置有传感器底座，传感器底座与传感器之间安装有橡皮减振器。

信号处理器包括传感器前置放大电路、信号滤波电路、主放大电路、电压比较电路、时差测量仪、温度采集测量及转换电路、信号的长距离传输电路、电源变换器；前置放大电路与滤波电路相连，前置放大电路主要是把超声传感器所接收到的信号进行放大到一定的幅度后送到滤波电路，滤波电路与主放大电路相连，滤波电路有效地滤除其干扰信号和噪声信号后送至主放大电路，主放大电路与电压比较器电路相连，主放大电路使信号达到一定的输出幅度后送至电压比较器进行判别，电压比较器与时差测量仪相连，时差测量仪由脉冲计数电路和单片机组成。温度采集测量及转换电路与时差测量仪的单片机数据总线相连，实时采集环境温度值，并将采集到的温度值转换成数字信号，时间测量电路将三路超声信号的时间差精确地测量出来后和环境温度值数字信号一起，通过长线传输送至计算显示器。电源变换器为各部分提供有效工作的电源。

计算显示器包括通信接收部分、计算主板、网络驱动、显示驱动部分。其中通信接收部分与信号采集处理器通过信号电缆相连，通信接收部分用以接收信号采集处理器送来的数据，通讯接受部分与计算主板通过工业计算机底板相连，计算主板在接到数据后根据数学模型计算出其X、Y坐标，然后根据靶形判断环数、方位等信息，并通过网络驱动器送至总控计算机进行集中处理、成绩打印等。

网络接线器能有效地把若干台计算显示器的数据信号送至一台总控计算机上。该总控计算机上有集中控制和成绩统计的软件，能有效地管理各个射击位的成绩等，并可通过打印机打印成绩单。

工作原理：

本发明是测量子弹在空气中飞行时产生的激波来进行自动报靶的，本发明的关键点在子弹飞行的下方水平放置三个超声传感器，如图3所示。S₁、S₂、S₃为三只超声传感器其间距为L，以S₁、S₂、S₃三只传感器的中心点所在的连线为x轴，x轴的正向为如图3所示。与x轴垂直且通过S₂中心为y轴。设子弹从p点飞过，其坐标在该坐标系中为x、y，所产生的声波到达S₁的时间为T₁，到达S₂的时间为T₂，到达S₃的时间为T₃。则S₁、S₂的时间差为ΔT₁＝T₁-T₂。则S₂、S₃的时间差为ΔT₂＝T₂-T₃，PS₁的距离l₁＝T₁×V，PS₂的距离l₂＝T₂×V，PS₃的距离l₃＝T₃×V。

则ΔS₁＝l₁-l₂＝(T₁-T₂)·V＝ΔT₁·V

  ΔS₂＝l₂-l₃＝(T₂-T₃)·V＝ΔT₂·V

以S₁、S₂焦点、M点应满足以下关系： $\frac{x^2}{{a_1}^2}-\frac{y^2}{{b_1}^2}=1$

以S₂、S₃为焦点、M点应满足以下关系： $\frac{x^2}{{a_2}^2}-\frac{y^2}{{b_2}^2}=1$

则可求出x、y的坐标值。

为了能正确地测量出x、y的坐标，系统中应首先采用一封闭式声学腔体，其作用是隔离外界的干扰声波，使超声传感器接收来自声学腔体的声波，第二是给射击者提供一个有效瞄准的目标，封闭式声学腔体内部采用聚乙烯发泡材料。其一是有效隔离外界声波，其二是子弹穿透后有效地闭合，提高使用效率，达到延长使用寿命。

传感器在接收到超声信号后，首先进行前置放大，其放大的带宽通常应大于100KHZ、增益应大于40dB，输入阻抗应大于1MΩ，经前置放大后的信号送至带通滤波器以滤除干扰信号。带通滤波器的带宽为20KHZ～90KHZ以滤除高频干扰信号，然后送至主放大器，主放大器的目的是有效地把信号的幅度放大，一般增益应大于30dB，带宽应大于100KHZ，信号放大到一定的幅度后送至电压比较器以鉴别出有效信号来送至计时控制电路，计时控制电路接收来自三只超声传感器的信号正确地测量出时间差，另外是封闭式声学腔内的传感器按装管上还装有一只温度补偿传感器，实时有效地测量其腔体内部的温度送至数据采集单片机，单片机采集到数据后进行打包，通过长线驱动送至计算控制部分，信号传输采用RS-485平衡方式。

计算控制部分在接收到以上数据信号后进行分解将多组数据分别代入数学求解方程中，运算求出其x、y坐标来。并实时地将其显示在屏幕上，并通过网络驱动器将结果送至总控计算机，网络采用10M、ISA总线方式，在计算显示器上可以设置各种参数和选择各种射击靶型，通过触摸屏方式输入，也可通过鼠标方式输入或通过键盘方式输入。

总控计算机上装有一套集中控制和统计软件，能实时地控制和了解各个射击位的情况并进行成绩的管理、存档、查询等。

水平式布阵超声自动报靶系统由于声学传感器采用了水平方式布阵，使得在保证测量精度的情况下，结构紧凑，便于小型化，可以减少报靶器的防弹面积、减轻报靶器的重量，报靶实时性好，显示方式清晰、直观，便于计算机管理、统计。水平式布阵超声自动报靶系统是一种室内及室外靶场的直瞄武器射击的自动报靶设备。适用于公安、武警、部队及人武部门的射击训练及比赛靶场。

附图说明

以下将结合附图对本发明进一步说明。

图1是水平式布阵超声自动报靶系统示意图。

图2是水平式布阵超声自动报靶系统的密封式声学腔结构示意图。

图3是水平式布阵超声自动报靶系统的声学测试结构图。

图4是水平式布阵超声自动报靶系统的电气原理框图。

具体实施方式

参照附图1～4，水平式布阵超声自动报靶系统包括包括密闭式声学腔、三只水平式布阵声学传感器和一只环境温度补偿传感器、安装底座、信号采集及处理器、计算显示器、网络接线器、总控计算机、打印机；在密闭式声学腔内下方装有三只水平式布阵声学传感器和一只环境温度补偿传感器，声学传感器和温度传感器的输出端通过信号电缆与信号采集处理器相连，声学传感器和温度传感器的输出送至信号采集处理器，信号采集处理器通过串行总线和后端计算显示器相连，信号采集处理器将实时采集的两个时间差数据和温度补偿数据送至后端计算显示器，计算显示器通过网络接线器与总控计算机相连，计算显示器将计算结果送至总控计算机，总控计算机处理后通过打印机输出射击成绩。

密闭式声学腔具有边框1，边框1前后装置有靶板2，靶板2之间形成声学空腔4，在声学空腔4低部设置有安装底座8，安装底座8上装置三只声学传感器5-1、5-2、5-3，三只声学传感器的几何中心点在一条水平线上，温度传感器9装置在安装底座8上，温度传感器9实时地检测封闭式声学腔内的温度值，以修正声波在其中的传播速度。四根引线入方管中引出送至信号处理器。声学传感器5-1、5-2、5-3底部装置有传感器底座7，传感器底座与传感器之间安装有橡皮减振器6，以减少振动传入传感器。密闭式声学腔的靶板2采用白色聚乙烯发泡材料，厚度为2cm，发泡倍率为8倍，前后两块，边框1用木质材料，用强力粘接剂粘接成如图2所示，中间为声学空腔4便于声波传输。

参照附图4，水平式布阵超声自动报靶系统设置有信号处理器，信号处理器包含三路传感器前置放大电路、信号滤波电路、主放大电路、电压比较电路，并设置有时差测量仪、温度采集测量及转换电路、信号的长距离传输电路、电源变换器；前置放大电路与滤波电路相连，前置放大电路主要是把超声传感器所接收到的信号进行放大到一定的幅度后送到滤波电路，滤波电路与主放大电路相连，滤波电路有效地滤除其干扰信号和噪声信号后送至主放大电路，主放大电路与电压比较器电路相连，主放大电路使信号达到一定的输出幅度后送至电压比较器进行判别，电压比较器与时差测量仪相连，时差测量仪由脉冲计数电路和单片机组成。温度采集测量及转换电路与时差测量仪的单片机数据总线相连，实时采集环境温度值，并将采集到的温度值转换成数字电信号，时间测量电路将三路超声信号的时间差精确地测量出来后和环境温度值数字电信号一起，通过长线传输送至计算显示器。电源变换器为各部分提供有效工作的电源。前置放大电路、滤波电路、主放大电路采用高速运算放大器如LM318、LF347等，电压比较器采用高速比较器LM319，CUP采用Intel89C5x系列，信号长距离传输采用MAX488。

计算显示器包括通信接收部分、计算主板、网络驱动、显示驱动部分。其中通信接收部分与信号采集处理器通过信号电缆相连，通信接收部分用以接收信号采集处理器送来的数据，通讯接受部分与计算主板通过工业计算机底板相连，计算主板在接到数据后根据数学模型计算出其X、Y坐标，然后根据靶形判断环数、方位等信息，并通过网络驱动器送至总控计算机进行集中处理、成绩打印等。

网络接线器能有效地把若干台计算显示器的数据信号送至一台总控计算机上。该总控计算机上有集中控制和成绩统计的软件，能有效地管理各个射击位的成绩等，并可通过打印机打印成绩单。

Claims (6)

1.一种水平式布阵超声自动报靶系统，其特征在于系统包括密闭式声学腔、三只水平式布阵声学传感器和环境温度补偿传感器、安装底座、信号采集及处理器、计算显示器、网络接线器、总控计算机、打印机；在密闭式声学腔内下方装有三只水平式布阵声学传感器和环境温度补偿传感器，声学传感器和温度传感器的输出端通过信号电缆与信号采集处理器相连，声学传感器和温度传感器的输出送至信号采集处理器，信号采集处理器通过串行总线和后端计算显示器相连，信号采集处理器将实时采集的两个时间差数据和温度补偿数据送至后端计算显示器，计算显示器通过网络接线器与总控计算机相连，计算显示器将计算结果送至总控计算机，总控计算机处理后通过打印机输出射击成绩。

2.根据权利要求1所述的水平式布阵超声自动报靶系统，其特征在于密闭式声学腔具有边框，边框前后装置有靶板，靶板之间形成声学空腔，在声学空腔低部设置有安装到底座，安装底座上装置三只声学传感器，三只声学传感器的几何中心点在一条水平线上，温度传感器装置在安装底座上。

3.根据权利要求1或2所述的水平式布阵超声自动报靶系统，其特征在于声学传感器底部装置有传感器底座，传感器底座与传感器之间安装有橡皮减振器。

4.根据权利要求1所述的水平式布阵超声自动报靶系统，其特征在于信号处理器包括传感器前置放大电路、信号滤波电路、主放大电路、电压比较电路、时差测量仪、温度采集测量及转换电路、信号的长距离传输电路、电源变换器；前置放大电路与滤波电路相连，前置放大电路主要是把超声传感器所接收到的信号进行放大到一定的幅度后送到滤波电路，滤波电路与主放大电路相连，滤波电路有效地滤除其干扰信号和噪声信号后送至主放大电路，主放大电路与电压比较器电路相连，主放大电路使信号达到一定的输出幅度后送至电压比较器进行判别，电压比较器与时差测量仪相连，时差测量仪由脉冲计数电路和单片机组成，温度采集测量及转换电路与时差测量仪的单片机数据总线相连，实时采集环境温度值，并将采集到的温度值转换成数字信号，时间测量电路将三路超声信号的时间差精确地测量出来后和环境温度值数字信号一起，通过长线传输送至计算显示器，电源变换器为各部分提供有效工作的电源。

5.根据权利要求1所述的水平式布阵超声自动报靶系统，其特征在于计算显示器包括通信接收部分、计算主板、网络驱动、显示驱动部分，其中通信接收部分与信号采集处理器通过信号电缆相连，通信接收部分用以接收信号采集处理器送来的数据，通讯接收部分与计算主板通过工业计算机底板相连，计算主板在接到数据后根据数学模型计算出其X、Y坐标，然后根据靶形判断环数、方位信息，并通过网络驱动器送至总控计算机进行集中处理、成绩打印。

6.根据权利要求1所述的水平式布阵超声自动报靶系统，其特征在于网络接线器能有效地把若干台计算显示器的数据信号送至一台总控计算机上，该总控计算机上有集中控制和成绩统计的软件，能有效地管理各个射击位的成绩，并可通过打印机打印成绩单。