一种实现长距离及高精度测距的电子瞄准器的制造方法与工艺

本发明属于瞄准镜技术领域，具体涉及一种实现长距离高精度测距的电子瞄准器。

背景技术：
通常传统意义上的瞄准器分为机械瞄准器和光学瞄准器，其中所述机械瞄准器泛指在机械上通过金属瞄准具，如表尺，准星和照门来实现瞄准；所述光学瞄准器是通过使用光学透镜成像，将目标影像和瞄准线重叠在同一个聚焦平面上，即可实现瞄准。现阶段更多的电子瞄准器或光电一体瞄准镜被应用在枪支上，电子瞄准器集成测距装置、及其他功能性元器件或多种传感器组件，其目的为了提供更多信息，以便于提高射击的准度。电子瞄准器因被与枪支结合使用，电子瞄准器的重量及体积均受到严格的限制，若电子瞄准器的体积过大、或重量过大均增加其与枪支结合的难度，及结合后使用的难度，而且目前长距离的测距仪体积过大，质量过大，很难集成到瞄准镜上，因此限制了电子瞄准器的测距范围，使得电子瞄准器仅能应用在短距离射击上。

技术实现要素：
为了有效解决上述问题，本发明提供一种实现长距离及高精度测距的电子瞄准器。一种实现长距离及高精度测距的电子瞄准器，所述电子瞄准器包括：一视场获取单元，采集射击视场内的图像信息；一显示单元，显示分划及视场获取单元所采集的图像信息，所述显示单元设置有一检测显示单元位移的位移检测单元；一激光测距单元，应用穿透能力强的波长激光做为激光源对目标物进行测距；一瞄准电路单元，用于将视场获取单元的图像信息传送至显示单元。进一步地，所述激光测距单元采用1540nm波长的激光作为激光源。进一步地，所述位移检测单元检测显示单元位移数据具体包括如下步骤：A)在显示单元所显示的图像信息中，确定目标物；B)根据目标物确定目标物的形心点；C)将形心点作为中心基点O，创建一显示单元上的二维坐标系，其中所述二维坐标系以中心基点O的竖直方向为O-Y轴，以中心基点O垂直O-Y轴的方向为O-X轴；D)应用电子瞄准器进行测距，所述位移检测单元采集获得显示单元X轴及Y轴方向的位移X1及Y1，获得坐标为(X1、Y1)的距离值并记录。进一步地，所述激光测距单元包括一激光发射端及一激光接收端，所述激光发射端及激光接收端均设置在壳体前端，并对称分布在视场获取单元上侧。进一步地，所述激光测距单元与视场获取单元整体构成等边倒三角形，或等腰倒三角形；所述激光发射端及激光接收端均凸出于所述壳体前端，并所述激光发射端、激光接收端与所述视场获取单元的镜头存在的一定高度差。进一步地，所述激光测距单元还包括门控电路单元、计数单元及激光测距控制单元，所述激光发射端包括一驱动发射脉冲激光的驱动电路，所述激光接收端包括光电探测器、光电转换单元、整形放大电路。进一步地，所述激光测距控制单元连接所述驱动电路，所述光电探测器、光电转换电路及整形放大电路依次连接，并所述整形放大电路通过门控电路单元连接计数单元，所述激光测距控制单元同时与所述门控电路单元及驱动电路连接，所述计数单元包括计数器及参考时钟，所述计数器与所述门控电路单元连接，所述计数器输出测距结果，并将测距结果发送至电子瞄准器的瞄准电路单元。进一步地，所述视场获取单元为一体化摄像机，所述显示单元为LCD触摸显示屏。进一步地，所述瞄准电路单元包括接口板及核心板，所述接口板与所述核心板相对设置并连接，所述视场获取单元及激光测距单元均通过接口板连接到核心板上。进一步地，所述位移检测单元包括一三轴加速度传感器及一三轴磁场传感器，所述三轴加速度传感器采集O-Y轴方向的位移，所述三轴磁场传感器采集O-X轴方向的位移。本发明的有益效果：本发明采用波长为1540nm的激光，此波长下的激光穿透能力强，在空气中产生色散情况轻微，保证了激光信号能够稳定的返回，可实现长距离测距，本发明可确定图像信息内目标物及目标物以外的其他单位的距离值，可以判断目标物周边是否有干扰射击的影响量，并且枪支抖动出现其他距离值时，可根据显示单元的偏移的坐标值来确定为该距离值下单位并非为目标物，则可判断距离值的准确性，实现精准测距。附图说明图1为本发明实施例的外观结构示意图；图2为本发明电子瞄准器的前端结构示意图；图3为本发明电子瞄准器应用外弹道六自由度刚度模型对两种弹丸进行的弹道模拟对比示意图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。如图1所示，本发明所提供一种实现长距离高精度测距的电子瞄准器，所述该电子瞄准器包括一壳体1，所述壳体1定义了一容纳空间，所述容纳空间内容纳了一视场获取单元3、一显示单元2、一瞄准电路单元及一激光测距单元4，所述视场获取单元3及激光测距单元4均设置在壳体前端，所述显示单元2设置在壳体后端，所述瞄准电路单元设置在壳体内部，所述视场获取单元3、显示单元2及激光测距单元4均连接在瞄准电路单元上；所述视场获取单元3为一体化摄像机，所述显示单元2为一LCD触摸显示屏。所述显示单元2底部设置有一位移检测单元，所述位移检测单元包括一三轴加速度传感器及一三轴磁场传感器。所述瞄准电路单元包括接口板及核心板，所述接口板与所述核心板相对设置并连接，所述视场获取单元3及激光测距单元2均通过接口板连接到核心板上，并经由核心板将拍摄的视频发送至显示单元进行显示，所述核心板上还集成有多种传感器，同时有部分传感器外置，通过接线板连接核心板。所述多个传感器，具体可为加速度传感器、风速风向传感器、地磁传感器、温度传感器、气压传感器、湿度传感器中的几个或全部(可根据选择的弹道方程来获取不同的传感器数据)，在一实施例中，其中加速度传感器和地磁传感器集成在瞄准电路单元的核心板上，所述加速度传感器为集成陀螺仪和加速度计的芯片MPU-6050，所述地磁传感器为三轴磁力计MAG3110，所述风速风向传感器外设于光电瞄准系统，并连接在接口板上，其他所述温度传感器、气压传感器及湿度传感器可集成在CPU核心板上或通过接口板连接于所述CPU核心板上，上述传感器均采用IIC(或者写为I2C、I2C)接口。在远距离的测距中，均因为测量距离过长，激光在空气中产生色散情况较严重，导致无法接收反馈的激光信息，或接收到反馈的激光信息色散情况严重，无法识别，因此如何对受到大气环境影响后展宽的脉冲激光进行有效的识别或色散补偿，是本发明所针对解决的问题，本发明采用波长为1540nm的激光，此波长下的激光穿透能力强，在空气中产生色散情况轻微，保证了激光信号能够稳定的返回。如图2所示，所述该激光测距单元包括一激光发射端41及一激光接收端42，所述激光发射端41及激光接收端42均设置在壳体1前端，并对称分布在视场获取单元3上侧，整体构成等边倒三角形，或等腰倒三角形；所述激光发射端41及激光接收端42均凸出于所述壳体1前端，并所述激光发射端41、激光接收端42与所述视场获取单元3的镜头存在的一定高度差，所述本发明应用将激光发射端41、及激光接收端42凸出于所述壳体1前端，缩小了激光测距单元4所占用的壳体内部空间，将所述激光发射端41、及激光接收端42过长的部分凸出于壳体2前端外部，实现了壳体内部空间的高度集成，使得电子瞄准器更加小型化，使得电子瞄准器更加灵活、轻便；所述激光测距单元4还可能包括门控电路单元、计数单元及激光测距控制单元，所述激光发射端41包括一驱动发射脉冲激光的驱动电路，所述激光接收端42包括光电探测器、光电转换单元、整形放大电路；所述激光测距控制单元连接所述驱动电路，所述光电探测器、光电转换电路及整形放大电路依次连接，并所述整形放大电路还通过门控电路单元连接计数单元，所述激光测距控制单元同时与所述门控电路单元及驱动电路连接，所述计数单元包括计数器及参考时钟，所述计数器与所述门控电路单元连接，所述计数器输出测距结果，并将测距结果发送至电子瞄准器的控制设备。本发明上述实施例的激光测距单元的工作具体为：所述驱动电路驱动激光发射端41中的激光源发射脉冲激光信号，脉冲激光信号的极小部分通过反射镜进行取样后，被传到电子瞄准器的接收部分，作为瞄准器的参考信号，参考信号的光能量用光电探测器来接收，并使之转化为电信号，再经过一系列的放大整形后，开启门控电路，使计数器开始对参考信号的时钟脉冲进行计数，其余的光能量发射到被测物体，经过被测物体的反射后被激光测距单元的接收端接收，依次经由光电探测器接收、放大整形成为电信号后，关闭门控电路，计数器完成一次计数任务。可以得出待测目标物的距离为：所述f0为参考时钟的脉冲频率，N为计数脉冲的个数；通过上式可实现稳定测距。本发明实施例的激光测距单元，采用工作波长为1540纳米的半导体激光，首先避免了激光对人体的伤害，同时光电探测器能够准确地判断出激光脉冲的起止点及准确地测量出激光的飞行时间，通过控制参考时钟脉冲的频率在1.5GHz以上，实现了减小误差。本发明还提出其他实施例，所述其他实施例用于解决以下问题，当用户在准备测定一个特定目标的距离时，人体自身的振动会引起枪支的振动，进而使得改变激光光束的瞄准点与指定目标产生偏移，因此，激光测距单元所采集的是距离信息的目标物产生变化，变为目标物周边的距离信息，具体为激光接收端接收到的为目标物周边其他物体反馈的激光信号，因此会产生在视场内不同物体的多个距离数值，距离数据的反馈过盛，或不停的获取距离数据及反馈距离数据，会提高处理设备的运算量，增加负担，同时产生测距不准确的情况，在本发明的一个实施例中，电子瞄准器对激光源射出的激光光束对应具有一个显示单元的坐标值，所述坐标值为一二维坐标系上的X，Y轴坐标值，所述二维坐标系的创建方法包括以下步骤：A)在显示单元所显示的图像信息中，确定目标物；B)根据目标物确定目标物的形心点；C)将形心点作为中心基点O，创建一二维坐标系，其中所述二维坐标系以中心基点O的竖直方向为O-Y轴，以中心基点O垂直O-Y轴的方向为O-X轴；所述三轴加速度传感器采集O-Y轴方向的位移，所述三轴磁场传感器采集O-X轴方向的位移；D)应用电子瞄准器进行测距，所述位移检测单元采集获得显示单元X轴及Y轴方向的位移X1及Y1，获得坐标为(X1、Y1)的距离值。因此在显示单元上所显示的图像信息中，显示单元的每一个坐标值均具有相对应的距离信息，在具有坐标值的基础上，其该坐标值的距离值已被准确确定，将不需要再对此坐标值进行测距，避免了激光测距单元不停的获取距离数据，并反馈距离数据，同时坐标值及距离值可以被记录储存至电子瞄准器的储存卡中；所述被瞄准物的图像的形心点的获取方法为：将不规则的目标物图形拆分为多个简单基本的图形，其中曲折的边界分隔后，近似于直线，根据每一个基本图形的形心位置与面积，利用以下计算公式求出被瞄准物的图像的目标点。所述公式为：其中所述Ai为每一个基本图形的面积，xi、yi分别每一个基本图形形心的x方向及y方向坐标，xc、yc是被瞄准物的图像的形心点，即认定为本发明中所创建的二维坐标的中心坐标点。在上述电子瞄准器的结构基础上，其瞄准电路的核心板还连接一内存卡，所述内存卡内设置有子弹信息数据库、及两个弹道计算模型系统；用户可根据传感器的设置选择这两种弹道模型中的一种，所述弹道模型分别为外弹道六自由度刚度模型或低伸弹道模型，通过两种弹道模型实现电子瞄准器精准定位。为准确预测弹着点的位置，根据各个传感器所采集的数据，以及存储器中存储的子弹数据，采用外弹道六自由度刚体模型对弹着点进行预测。弹丸在空中飞行时，作用于弹丸的力和力矩主要是地球的作用力和空气动力，通常可以将弹丸的运动分解为质心运动和围绕质心运动(绕心运动)两部分，分别由动量定律和动量矩定律描述。所述的六自由度刚体弹道模型，空间运动的弹丸被看成是刚体，考虑弹丸质心的三个自由度以及绕质心转动的三个自由度，考虑全部的作用在弹丸上的力和力矩。在上述模型中，需要输入的参数的量包括1)大气条件：风速风向、气温、气压、湿度；2)射击位置：射击点的经纬度和高程坐标；3)射击条件：子弹出口的初始速度大小和方向，其中方向用枪管的高低角和方位角表示；3)弹目距离：通过激光测距仪获得；4)子弹的数据(存储在数据库中)：弹丸的质量，弹丸的截面积，弹丸质量偏心(或转动惯量)，阻力系数等。图3是分别对M16233Rem，55g，PSP弹丸和AK47(7.62×39mm)，125g，PSP弹丸进行仿真计算，仿真仅进行垂向，暂时忽略侧向。环境假设条件：弹目距离200m，射高0.001m，高度500m，温度50华氏度。从图中可以看出，为命中同一距离目标，二者的初始射高不同，通过依据气象测量的约束条件，解算出所需的射高和射向，可以调整使其命中某一特定距离上的目标。六自由度模型考虑的因素的较全，在实际应用中，可以根据传感器的不同的组合对模型进行简化。在另一种情况下，如果风力风速不大时，横风的作用力很小，则考虑采用低伸弹道模型(低伸模型可以在不设置风速风力传感器时使用，气温、气压也可以不考虑或者以标准气象值计)。在低伸弹道模型中，可认为弹丸在空气中的运动主要受到重力和空气阻力的影响。其中空气阻力是有弹丸相对空气运动产生的，主要的影响因素有：空气特性(气温、密度、粘性等)，弹丸特性(形状、大小、重量等)，相对运动的特性(相对速度、弹轴方位等)。空气阻力R的一般表达式为：其中，R为空气阻力，ρ空气密度，单位kg·s2/m4为弹丸定心部横断面积，单位m2，d为弹径，单位mv为弹丸相对空气的速度，单位m/sa为音速，表示了空气的可压缩性，单位m/s为阻力系数，无量纲，它是马赫数的函数。在上式中Cx0表示弹轴与速度的方向夹角(称为攻角或章动角)为0。弹丸所受的阻力和重力那么弹丸受合力为：以时间t为自变量，建立弹丸的质心运动方程：X轴方向：Y轴方向为：且有：空气阻力加速度为J，初始条件：t＝0时满足，u＝u0＝v0cosθ0，w＝w0＝v0sinθ0，x＝y＝0，θ0为初始射击高低角。上述公式为直角坐标系下的方程，通过坐标转换，可以换算到其他坐标系下。在空气下的弹道位置(x，y，t)由弹道系数c、弹丸相对于空气的速度v、射击高低角θ确定：其中弹道系数c反应的是弹丸特征，H(y)反应空气特性与高度y之间的关系，F(v)，vG(v)反应相对运动特性对弹丸运动的影响。