CN202582378U - 一种结构简单的激光精度靶 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及着靶位置测试设施技术领域，具体涉及一种结构简单的激光精度靶。现有技术存在不能得出枪弹的着靶坐标和测试精度差的缺点。为克服现有技术存在的问题，本实用新型采用的技术方案为：一种交汇式激光精度靶，包括靶框、激光器、光敏器件阵列和处理电路，靶框内侧壁上开有狭缝光阑，所述光敏器件阵列设置为“L”形，激光器和光敏器件阵列分别设置有两组，每组与对应的狭缝光阑位于同一平面内，所形成的两个平行的第一探测光幕面和第二探测光幕面在弹道方向上具有一定的距离，且第一探测光幕面和第二探测光幕面的光轴在垂直平面内的投影相互交汇。本实用新型能得出枪弹的着靶坐标并且测试精度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及枪、弹的密集度测试、实弹射击训练及体育射击比赛中着靶位置测试设施技术领域，具体涉及一种结构简单的激光精度靶。
背景技术
由于靶场测量设备是武器及其弹药现代化的重要环节，所以近年来世界各国都非常重视常规靶场测量设备的研制和更新。其中武器系统射击精度是现代武器系统性能优劣的一项重要指标，衡量其好坏的标准既是武器系统发射弹丸的着靶坐标密集度，该项指标直接标志着武器在有效射程内命中目标概率的高低，因此各国在靶场测试技术中对弹丸精度和密集度的测量都相当重视。近些年来，随着对防恐/反恐武器和非致命武器等课题研究的深入，对弹丸着靶坐标密集度的关注也越来越高，因此该项技术取得了不断的更新和发展，从最初的利用纸靶、网靶、木板靶等设备接触式测量，到如今已发展为利用各类光电器件形成的如四光幕光幕靶、六光幕光幕靶、六光幕天幕靶、CCD交汇式精度靶，以及声学精度靶等多种手段的非接触测量。
接触式测量相对于非接触式测量，一般被认为是传统的测试方法。该法在测量时先要在预定的弹道上放置一个垂直于预定弹道的靶板，射击时瞄准中心标记射击一定次数之后人工测量射击精度，再计算出其他的相关数据。此方法对靶材耗费严重，人工判读时的误差无法消除，无法解决重孔和脱靶的问题，在测试中需要更换靶面时给靶场安全带来隐患。
对于非接触式测量，现有的设备如声学精度靶，通过声传感器器件测试超音速弹丸在飞行中产生基波信号，根据各个传感器接收的信号时间差既可以确定弹丸的着靶坐标，此设备使用方便，但原理上无法完成飞行速度低于声速的弹丸测试，很多场合无法使用，如现在警用手枪弹速一般为320米/秒，声学精度靶就无法对其测试；六光幕天幕靶是用天幕靶设备在空间形成交汇光幕阵列，记录弹丸依次穿过各个光幕的时刻并结合布阵的几何关系得出弹丸着靶坐标，此法从设备上对明亮的天空背景产生依赖，无法在阴天或夜晚测试；四光幕光幕靶和六光幕光幕靶，用天幕靶代替光幕靶，通过空间布阵（四个或六个光幕）使弹丸依次穿过各个光幕，记录时刻点后结合布阵的几何关系计算着靶坐标，该法弥补了天幕靶对明亮天空的依赖，但设备结构比天幕靶稍显复杂，不但在使用时需要靶面的对正，且在组合光幕阵列的搭建过程也会带来误差，影响结果精度；CCD交汇式精度靶虽然性能较好但其昂贵的造价不宜在我国普及。
在申请号为“200710103685.2”，名称为“多层扇形光幕枪弹投影定位靶面”的文件中，给出了这样的方案，靶框采用中空的金属结构，靶框内侧开有出射光窗口（狭缝光阑），靶框内安装有多组半导体激光线光源（激光器）和光敏管排（光敏器件阵列）。每组的半导体激光线光源与光敏管排组成单个扇形光幕面，多个扇形光幕面位于不同的层面内，各自独立工作。当枪弹穿过各层扇形光幕时，在光敏管排上形成阴影段，根据阴影段的长短和位置计算枪弹的着靶坐标。以类似的方式增加光幕坐标系的层数，进一步提高测试可靠性和精度。但是，该方法存在这样的致命问题：1）从测试原理上来看，枪弹在光敏管上形成的阴影段位置和长短在弹径未知的情况下不存在唯一对应关系，故不能得出枪弹的着靶坐标；2）即使单层扇形光幕得出枪弹着靶坐标，但由于测试误差是离散随机分布，增加扇形光幕的层数不能提高测试精度；3）光敏管排由于单个元件的尺寸限制，不能精确得出枪弹在光敏管排上投影的精确长度。
实用新型内容
本实用新型要提供一种结构简单的激光精度靶，以克服现有技术存在的不能得出枪弹的着靶坐标和测试精度差的缺点。
为克服现有技术存在的问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种结构简单的激光精度靶，包括靶框、激光器、光敏器件阵列和处理电路，靶框内侧壁上开有狭缝光阑，其特征在于：所述激光器为一字线形激光器，所述光敏器件阵列设置为“L”形，激光器和光敏器件阵列分别设置有两组，每组与对应的狭缝光阑位于同一平面内，所形成的两个平行的第一探测光幕面和第二探测光幕面在弹道方向上具有一定的距离，且第一探测光幕面和第二探测光幕面的光轴在垂直平面内的投影相互交汇；
所述光敏器件阵列包括光敏探测单元和可编程逻辑器件 ，所述光敏探测单元由一个限流电阻与一个光敏三极管串联组成，n个光敏探测单元的输出信号并行连接到可编程逻辑器件的IO管脚上，可编程逻辑器件内部核心逻辑为并行输入串行移位输出，n个可编程逻辑器件级联，最终的输出信号连接到处理电路上。
本实用新型相对于现有技术，具有如下优点和效果：
使用本实用新型的激光精度靶能得出枪弹的着靶坐标，因此测试精度高。
附图说明
图1是本实用新型的组成示意图；
图2是本实用新型的XYZ坐标系内几何示意图；
图3是本实用新型的XOY坐标系内几何示意图；
图4是本实用新型的电路结构示意图；
其中：1-靶框、2-第一一字线形激光器、3-第二一字线形激光器、4-第一L形光敏器件阵列、5-第二L形光敏器件阵列、6-第一狭缝光阑、7-第二狭缝光阑、8-弹丸、9-处理电路、10-第一点、11-第二点、12-第三点、13-第四点、14-第一角平分线、15-第二角平分线、16-限流电阻、17-光敏三极管、18-可编程逻辑器件。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型的实施进行详细说明。
本实用新型提供的一种结构简单的激光精度靶，包括靶框1、激光器、光敏器件阵列和处理电路9，靶框1内侧壁上开有狭缝光阑。所述激光器为一字线形激光器，所述光敏器件阵列设置为“L”形，激光器和光敏器件阵列分别设置有两组，每组与对应的狭缝光阑位于同一平面内，所形成的两个平行的第一探测光幕面和第二探测光幕面在弹道方向上具有一定的距离，且第一探测光幕面和第二探测光幕面的光轴在垂直平面内的投影相互交汇；
所述光敏器件阵列包括光敏探测单元和可编程逻辑器件18，所述光敏探测单元由一个限流电阻16与一个光敏三极管17串联组成，n个光敏探测单元的输出信号并行连接到可编程逻辑器件18的IO管脚上，可编程逻辑器件内部核心逻辑为并行输入串行移位输出，n个可编程逻辑器件18级联，最终的输出信号连接到处理电路9上。
上述可编程逻辑器件是CPLD(或FPGA)器件。
具体结构如图1所示。本实用新型由靶框1、第一L形光敏器件阵列4、第二L形光敏器件阵列5、第一一字线形激光器2、第二一字线形激光器3、处理电路9组成。其中，靶框1的内侧具有第一狭缝光阑6和第二狭缝光阑7，第一一字线形激光器2发射的激光光幕与第二狭缝光阑7和第二L形光敏器件阵列5处于同一平面内并构成一个探测光幕，第二一字线形激光器3发射的激光光幕与第一狭缝光阑6与第一L形光敏器件阵列4处于同一平面并构成一个探测光幕，两个探测光幕是平行的且沿Z轴方向具有一定距离。第一一字线形激光器2发射的激光光幕能够穿过第二狭缝光阑7照射到全部的第二L形光幕器件阵列5上，第二一字线形激光器3发射的激光光幕能够穿过第一狭缝光阑6照射到全部的第一L形光幕器件阵列4上。第一一字线形激光器2的光轴与第二一字线形激光器3的光轴在XOY平面内的投影是交汇的。当弹丸8穿过靶框1中的靶面时，依次在第一L形光敏器件阵列4上的第一点10和第二点11处产生信号变化点，在第二L形光敏器件阵列5上的第三点12和第四点13处产生信号变化点，则第一点10、第二点11分别与激光器3构成两条直线，可计算出这两条直线构成夹角的第一角平分线14，同理第三点12和第四点13分别与激光器2构成两条直线，可计算出这两条直线构成夹角的第二角平分线15，第一角平分线14与第二角平分线15在XOY平面内的投影是交汇的，计算出第一角平分线14与第二角平分线15在XOY平面内投影的交点即为弹丸的着靶位置。
本实用新型提供的一种结构简单的激光精度靶的测试方法，包括下述步骤：当弹丸穿过靶框中的两个探测光幕面时，依次在两个光敏器件阵列上分别产生两个信号变化点，处理电路计算出每组的两个信号变化点分别与其对应的激光器构成两条直线，即可计算出每组两条直线构成夹角的角平分线，计算出两条角平分线在XOY平面内投影的交点即为弹丸的着靶位置；
所述信号变化点的产生过程如下：处理电路串行采集每个光敏三极管的输出信号，当每个探测光幕中光敏三极管输出信号由低电平变为高电平时产生一个点，光敏三极管输出信号由高电平变为低电平时产生另一个点。
具体步骤如图2所示。图1中的激光器2与L形光敏器件阵列5构成XOY坐标系中平面ABCO，激光器2位于O点，弹丸8穿过平面ABCO时生成圆d，则由于弹丸的遮光效应，在XOY平面内存在两条直线L1和L2，L1与BC的交点对应图1中的12，L2与BC的交点对应图1中的13。图1中的激光器3与L形光敏器件阵列4构成X＇O＇Y＇坐标系中平面A＇B＇C＇O＇，激光器3于O＇点，弹丸8穿过平面A＇B＇C＇O＇时生成圆d＇，则由于弹丸的遮光效应，在X＇O＇Y＇平面内存在两条直线K1和K2，K1与B＇C＇的交点对应图1中的10，K2与B＇C＇的交点对应图1中的11。
参见图3。图2中的X＇O＇Y＇坐标系投影在XOY坐标系上，平面A＇B＇C＇O＇与平面ABCO重合，圆d＇与圆d重合，直线K1的投影为直线L3，直线K2的投影为直线L4。弹丸着靶位置统一在XOY坐标系内计算，具体计算时按照以下步骤：
第一步：计算L1和L2的直线方程；
第二步：计算L3和L4的直线方程；
第三步：计算直线L1与直线L2夹角的角平分线LA的直线方程，计算直线L3与直线L4夹角的角平分线LB的直线方程；
第四步：计算直线LA与直线LB的交点，该点即为弹丸的着靶位置。
参见图4，整体电路由限流电阻R、光敏三极管Q、可编程逻辑器件组成。其中，一个限流电阻与一个光敏三极管串联组成光敏探测单元，n个光敏探测单元的输出信号并行连接到可编程逻辑器件的IO管脚上，可编程逻辑器件内部核心逻辑为并行输入串行移位输出，n个可编程逻辑器件级联，最终的输出信号Signal_out连接到处理电路上。信号Signal_out的移位输出受处理电路Carry_clk的控制，即当处理电路的Carry_clk发送一个脉冲，Signal_out移位输出一个信号。处理电路发送n×n个Carry_clk脉冲后，得到所有光敏探测单元的状态，然后通过算法计算出弹丸的着靶坐标。处理电路上设计有通讯接口，可以方便地与计算机通讯，便于数据的进一步处理。
Claims (1)
1.一种结构简单的激光精度靶，包括靶框（1）、激光器、光敏器件阵列和处理电路（9），靶框（1）内侧壁上开有狭缝光阑，其特征在于：所述激光器为一字线形激光器，所述光敏器件阵列设置为“L”形，激光器和光敏器件阵列分别设置有两组，每组与对应的狭缝光阑位于同一平面内，所形成的两个平行的第一探测光幕面和第二探测光幕面在弹道方向上具有一定的距离，且第一探测光幕面和第二探测光幕面的光轴在垂直平面内的投影相互交汇；
所述光敏器件阵列包括光敏探测单元和可编程逻辑器件（18），所述光敏探测单元由一个限流电阻（16）与一个光敏三极管（17）串联组成，n个光敏探测单元的输出信号并行连接到可编程逻辑器件（18）的IO管脚上，可编程逻辑器件（18）内部核心逻辑为并行输入串行移位输出，n个可编程逻辑器件（18）级联，最终的输出信号连接到处理电路（9）上。
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