一种具有弹道模拟功能的射击瞄准训练分析系统的制作方法

本发明属于武器射击训练产品的
技术领域：
，尤其涉及一种具有弹道模拟功能的射击瞄准训练分析系统。
背景技术：
：在武器的射击瞄准训练中，有多种方式，其中用激光来进行射击训练的较为常见。通常在枪上安装有激光发射机，将激光射向靶面，枪在晃动时，激光点也有相应移动，两者为同步关系，常见的激光发射机具有激光调节功能，通过两维调节机构，在水平和高低方向上将激光点调节到瞄准点上，也即激光点和瞄准点在靶面上重合。因此可以通过激光点的位置来推算瞄准点位置。用激光来进行瞄准训练的方式可以较快地达到初步的训练效果，让学员基本了解枪、瞄准点和靶子之间的相互关系，掌握瞄准的方法。常规应用激光来进行训练的设备中，靶子部分是需要配置如摄像头这样的图像采集装置，或是靶子本身是激光感应的装置。因此其使用架设较为复杂，且需要电源供电等设施，经常会出现如架设靶位没有电源、电池电量不足或信号数据发送到射手端不稳定等问题，给使用带来诸多麻烦。由于子弹不是按直线飞行，随着飞行距离的增加子弹不断变化高度，为一个曲线弹道。而激光则是按直线照射。因此用激光模拟射击训练中，激光点不能精确反映弹着点的位置，也即用激光来模拟的瞄准点(或用采集激光点转换显示出来的瞄准点)，和实际在该距离上该靶面上的真实子弹的命中点不同，有一定的偏差。因此若用激光来进行瞄准训练，按此瞄准方法在实弹射击时，子弹的弹着点可能偏离瞄准点产生误差，影响战士的射击成绩，甚至一场战斗的最终战果。技术实现要素：发明目的：本发明具体提供了一种具有弹道模拟功能的射击瞄准训练分析系统，可以在训练中准确反映弹着点的位置，通过本系统内置的武器弹道模型、枪支的表尺状态设置以及靶面的距离等信息，系统实时计算出弹着点相对瞄准点的偏离量并显示，实现射击瞄准训练中对瞄准点和弹着点的准确显示功能。所述系统包括激光发射机和处理显示终端，所述系统不需要在靶面端设置图像采集装置或激光感应装置，相应的接收感应功能在所述激光发射机内实现；所述激光发射机安装在枪上，射手持枪指向靶面，激光发射机向靶面发射激光，激光点和枪的瞄准点对应，枪指向靶面晃动时，即瞄准点晃动，此时的激光点也作同步晃动；所述激光发射机还具有接收功能，用于向靶面发射激光并接收靶面激光的信号，激光射到靶面后，在靶面上呈现为一个激光点，此带有激光点的靶面被激光发射机中的接收组件接收成像，靶面信息处理板识别该图像中激光点在靶面中的坐标位置，激光发射机同时还与处理显示终端进行无线数据传输；所述处理显示终端和激光发射机进行数据传输交互，对瞄准点位置显示、瞄准点轨迹显示，通过武器的弹道模型计算弹着点的位置，对一次和两次以上累计的射击瞄准训练进行分析评估。所述激光发射机包括发射机壳体、发射机安装夹板和夹紧螺钉，发射机壳体下方有一个凸起，中间部位为圆弧槽，和枪管的外圆相吻合，发射机壳体两侧有安装螺孔，发射机安装夹板两侧有相同间距的孔，通过两个夹紧螺钉，将枪管和激光发射机固定在一起。所述发射机壳体内部设置有激光发射镜筒、激光发射驱动板、内置电池、控制板、靶面信息处理板和激光接收组件；所述控制板为激光发射机的主控部件，用于控制激光的发射、接收和无线数据的传输以及击发触发；所述激光发射镜筒中包含有激光发射镜头和激光器，激光器被激光发射驱动板驱动而发光，发出的激光经激光发射镜头准直后，形成一束激光射向靶面，激光照射到靶面后，在靶面上形成一个亮点；所述激光接收组件包含激光接收传感器和激光接收镜头，靶面及靶面上的激光亮斑被激光接收镜头成像，像面和激光接收传感器重合，即靶面和激光照射状态被激光接收传感器所感应，靶面信息处理板对感应的数据进行处理识别，将激光照射位置信息发送至控制板，再通过无线传输至处理显示终端；所述控制板上集成有震动传感器和无线数据通信模块，当射手做发射动作时，扣压枪的扳机，枪体会有相应击发震动，此时，震动传感器就能感应到震动信号，并立即将震动信息发送给控制板，控制板再将所述震动信息经无线数据通信模块发送给处理显示终端，即告知系统已经处于击发的状态。系统进行射击瞄准训练分析的流程包括：步骤1，系统开机首先进行初始化，在处理显示终端中先将本次训练的靶面距离、表尺状态和武器类型进行输入或选定，系统将距离数据、表尺数据以及武器的类型进行保存；步骤2，系统进入瞄准训练状态，首先激光发射机向靶面发射激光，使得激光束照射到靶面，此时激光发射机中的激光接收组件就能接收到靶面的信息，即靶面的样式和照射的激光束，通过靶面信息处理板对靶面的信息进行识别，获得激光束照射的位置点，所述位置点对应了枪上的瞄准点，位置点数据由靶面信息处理板发给控制板，再由控制板上的无线数据通信模块通过无线信号发送给处理显示终端，在处理显示终端的界面上，按位置点数据显示瞄准点；步骤3，在射手瞄准时，激光发射机连续发射激光，并对靶面的激光照射情况实时采集识别瞄准点位置，系统获得了连续的瞄准点位置信息，将此一系列瞄准点按先后顺序显示描绘出来，从而绘制出射手在瞄准时的瞄准点轨迹；步骤4，激光发射机中控制板上的震动传感器，能够感受到射手扣压扳机进行击发时枪的震动信号，当射手击发时，震动信号在发射机内传给无线数据通信模块，用无线信号送出，处理显示终端能立即收到震动信号代表的击发信息，接收到震动信号后，系统保存此刻最新的瞄准点位置，作为击发时刻的瞄准点位置，在瞄准轨迹中将所述击发时刻的瞄准点位置作专门标记；步骤5，系统根据射击开始时的武器类型、靶面距离(射手到靶面的距离)和表尺状态，通过射表计算出所述靶面距离上弹着点相对瞄准点的弹道高值，即弹着点和瞄准点的偏差值，并按偏差值绘制显示瞄准点和弹着点；步骤6，当激光束照射到靶形外区域，靶形外区域的靶面也能被激光照亮，能够进行激光束和靶形的相互关系识别，同时计算得到瞄准点位置；步骤7，当系统完成一次射手瞄准、击发的过程数据采集和显示后，系统对此次操作进行瞄准稳定性、击发准确性指标评估。本发明核心创新点如下：1)在射击瞄准训练中，除了可以显示瞄准点，还可以显示弹着点的位置。2)在系统计算处理过程中，按弹道模型的数据给出不同距离上瞄准点所对应的精确弹着点。3)在系统中，先由武器类型和表尺状态，来选择相应的弹道数据。也即不同的表尺对应不同的弹道数据模型。4)激光发射机中包含了激光接收组件，可实时采集接收靶面的激光信号，通过信号处理识别，计算出与瞄准点相关的激光束位置。同时还可与处理显示终端进行无线数据传输。5)计算弹道高的弹道模型，通过射表或动力学飞行参数计算而得到。6)多系统可组合成为多靶道训练。7)系统可由软件进行瞄准点数值校准，无需硬件调节机构。有益效果：本发明系统的激光发射机中包含了激光接收处理功能，替代了常规产品中需在靶面处架设激光感应装置或激光图像采集处理设备，减少了系统的复杂度和架设工作量，免去了靶面部分的供电、系统运行故障等问题，也提高了系统的可靠性。本发明系统不仅能对射手进行常见的瞄准训练分析，还能将训练状态的理论弹孔位置进行显示，可以告知训练的射手，他所持枪的瞄准点，如果打出实弹，这发子弹将打在何处，可以看出瞄准点的位置关系。即提前预知按他所持枪的瞄准方法导致的射击结果，这是其他常见产品所不具有的功能。应用本发明系统，可以对射手进行弹道性能的教学，通过系统的实时显示瞄准点和弹着点，让射手直观理解弹道的表现效果，容易掌握相关知识，比一般空洞的理论教学更形象，更有效。对于有一定射击技能的射手，在需要进一步提升自身的射击水平，培养优秀射手时，本发明系统也适合此类训练。通过大量的瞄准射击训练数据的收集，可精细化的分析其射击效果，对实战化训练水平提高提供了技术手段和科学的数据支撑。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1是本发明系统总体图。图2是激光发射机夹持在枪管的示意图。图3是激光发射机内部构成示意图。图4是系统工作状态的瞄准点示意图。图5是瞄准点示意图。图6是瞄准点轨迹示意图。图7是水平弹道示意图。图8是瞄准线和弹道关系示意图。图9是各种表尺和相应弹道的关系示意图。图10是在实际距离上瞄准点和弹着点的关系示意图。图11是软件显示画面中瞄准点轨迹、瞄准点和弹着点示意图。图12是系统工作流程图。图13是多靶道组成示意图。具体实施方式如图1所示，本发明提供了一种具有弹道模拟功能的射击瞄准训练分析系统，本系统用于武器的射击瞄准训练，采集显示射手操枪时的瞄准点，对连续的瞄准点进行描绘形成轨迹，在射手扣压枪的扳机时，系统能采集到击发信号，即刻计算出此时瞄准点对应的弹着点，并实时显示所述弹着点。所述弹着点是指设定在相同的武器、表尺状态和靶面离开射手距离的条件下，用所述瞄准点射击一发子弹打在靶面上的命中点。系统通过对射手积累的训练数据进行分析，给出相应的瞄准射击技能评估。如图1所示，本系统包含枪、激光发射机、处理显示终端和靶面。图1中，1是枪，2是激光发射机，3是处理显示终端，4是靶面，a是瞄准线，c是采集感知区域，l是激光，激光发射机安装在枪上，射手持枪指向靶面，激光发射机向靶面发射激光，激光点和枪的瞄准点对应。枪指向靶面晃动时，即瞄准点晃动，此时的激光点也作同步晃动。激光点的移动和移动轨迹，实时反映了瞄准点的移动和移动轨迹。因此，系统通过对激光点的位置采集分析，即能获得相应瞄准点的位置数据。激光发射机不仅向靶面发射激光、还有接收靶面激光的信号的功能，同时还可与处理显示终端进行无线数据传输。处理显示终端与激光发射机之间通过无线数据通信模块进行数据传输。处理显示终端中包含了射击瞄准训练的软件，在软件中进行初始参数的设定，和激光发射机进行数据传输交互，对瞄准点位置显示、瞄准点轨迹显示，通过武器的弹道模型计算弹着点的位置，对一次和多次累计的射击瞄准训练进行分析评估。激光发射机安装在枪管上的结构如图2所示，2-1是发射机壳体，2-2是发射机安装夹板，2-3是夹紧螺钉，激光发射机壳体下方有一个凸起，中间部位为圆弧槽，和枪管的外圆相吻合，两侧有安装螺孔。发射机安装夹板两侧有相同间距的孔，通过两个夹紧螺钉，将枪管和激光发射机牢牢地固定在一起。如图3所示，激光发射机包含有激光发射镜筒、激光发射驱动板、内置电池、震动传感器、无线数据通信模块、控制板、靶面信息处理板和激光接收组件。2-4是激光发射镜筒，2-4-1是激光发射镜头，2-4-2是激光器，2-5是激光发射驱动板，2-6是内置电池，2-7是震动传感器，2-8是无线数据通信模块，2-9是控制板，2-10是靶面信息处理板，2-11是激光接收组件，2-11-1是激光接收传感器，2-11-2是激光接收镜头。控制板为激光发射机的主控部件，控制激光的发射、接收和无线数据的传输以及击发触发。激光发射镜筒中包含有激光发射镜头和激光器，激光器被激光发射驱动板驱动而发光，发出的激光经激光发射镜头准直后，形成一束激光射向靶面，激光照射到靶面后，在靶面上形成一个亮斑。激光接收组件包含激光接收传感器和激光接收镜头。靶面及靶面上的激光亮斑被激光接收镜头成像，像面和激光接收传感器重合，即靶面和激光照射状态被激光接收传感器所感应，靶面信息处理板对感应的数据进行处理识别，将激光斑点信息发送至控制板，再通过无线数据传输至处理显示终端。接收传感器可选用二维ccd或psd(位置灵敏探测器)等光电器件。控制板上集成有震动传感器和无线数据通信模块。当射手做发射动作时，扣压枪的扳机，枪体会有相应击发震动，此时，震动传感器就能感应到此震动信号，立即发送给控制板，控制板再将此信息经无线数据通信模块发送给处理显示终端，即告知软件系统已经处于击发的状态。无线数据通信模块采用标准的wifi、蓝牙或zigbee模块。处理显示终端采用具有无线通信功能的笔记本电脑、智能平板或智能手机等。内嵌本系统射击瞄准分析软件。在此终端上即能和激光发射机进行数据传输，也能在屏幕上显示射击瞄准过程的信息，在屏幕上可以看到射手信息、武器的类型、射击距离、表尺状态，以及靶面瞄准点位置、瞄准点轨迹、击发后的弹着点等图形信息。如附图4、图5所示，射手通常持枪瞄准时处于晃动状态，瞄准点可能不在靶心正中，在靶心附近来回晃动，水平高的人晃动量小一些。设定晃动的瞄准点如图中所示偏左上，此时激光点也将偏左上。靶面上有靶形轮廓表示有效的命中区域，图中显示的激光点在靶面上，并与靶形中心的偏离状态。类似于照相机，此景象被激光接收组件感应到，此光学特征经靶面信息处理板进行识别，即可获得激光点的位置信息。该激光点位置反映瞄准点位置，系统由此获得瞄准点的位置。图5是瞄准点示意图，ap是瞄准点。lp是激光点。当射手向靶面瞄准时，激光发射机持续向靶面发射激光，经过接收识别激光信息，可连续获得瞄准点位置，将这些先后连续的瞄准点同时显示出来，即可描绘出相应的瞄准轨迹。如图6所示。t是瞄准点轨迹。射在靶面的激光点，是由激光发射机发射的一束激光形成的，当激光束的汇聚程度高时，看起来是一个小点，通常该“点”是有一定大小尺寸的。在本系统中所述的激光点为激光束在靶面的中心点。激光接收传感器接收到的靶面景象，并进行处理识别，也是针对激光束的中心点进行识别处理。如图7当水平发射一枚子弹，子弹在向前飞行时，高度会不断下降，形成一个实际的曲线弹道b，而不是一条直线。图中当子弹飞行到距离d时，子弹下降高度为f。为了减小武器在不同距离上的射击误差，武器上都设置了若干的表尺状态，也即不同的瞄准准星和缺口高度组合。射手通过准星缺口向目标瞄准，缺口靠近观察的人眼，准星位于枪头。枪上的缺口都高于准星，当射手向目标瞄准时，即准星缺口组成的瞄准线和枪管轴线有一定的夹角，使枪管有一个预先向上的角度。如图8所示，在di的距离上，瞄准线和弹道相交重合，此时可以准确命中目标点而没有偏差。在距离di附近的位置也有较好的射击精度，当不在di位置时，用此表尺(该准星缺口组合)瞄准带来的误差变大。图8中弹道和瞄准线有两个交点，近处的交点离开枪口很近，一般不作考虑，主要研究远处的那个相交点。通常枪上有多个表尺状态，即不同高度的缺口，用在相应的射击距离目标瞄准。如图9所示。图中有三个表尺状态，分别对应100米、200米、300米使用情况，p1、p2、p3是三个不同的距离点，枪管轴线和准星缺口组成的瞄准线有三种夹角，分别为an1、an2、an3。当射击300米目标时，应使用表尺三准星缺口组合来瞄准目标，此时若射出的子弹将会落在瞄准点上。枪上的表尺状态有限，一般只有几个，不能满足所有距离的需要，因此在选用一种表尺后，在不是表尺对应的距离上进行射击，弹着点和瞄准点将有相应的偏离，如图10和图8所示。当目标远离表尺距离时，弹着点低于瞄准点，反之弹着点高于瞄准点。弹道曲线上的点到瞄准线a的距离f为弹道高，当弹道曲线点高于瞄准线时，弹道高为正值(+)，反之为负值(-)。弹道曲线由弹道模型确定，弹道模型通常可用射表模型和实时计算模型两种。通常可采用射表模型，即不同距离上的弹道高为射击距离的函数：f＝t(di)每个弹道曲线只对应于一个唯一的表尺状态，不同的表尺状态对应不同的弹道曲线。表示一个弹道曲线的射表由一系列不同距离上的弹道高数据(f)组成。如表1所示，某枪型表尺一射表：表1距离di(米)2030506580100125150弹道高f(厘米)8101315120-11-18常见各种武器都有其相应的射表数据，由武器生产厂家通过计算和试验确定并发布，提供给用户使用。本系统优先使用此种射表数据。当实际射击距离不在上表中时，采用曲线拟合的方法，通过计算获得相应的弹道高数据。如靶面在58米处(即瞄准射击距离为58米)，此时射表中没有正巧58米处的弹道高值，则通过拟合插值的方法计算该距离上的弹道高值：当射击距离d在射表中没有正巧的位置数据，可找到该距离前后已有数据的最靠近位置，即远点和近点，通过插值的方法计算该距离上的弹道高：式中：f为弹道高；d为射击距离；dj为近点距离；dy为远点距离；fj为近点弹道高；fy为远点弹道高。如在上表中，58米处的近点和远点分别为dj＝50米和dy＝65米，其对应的弹道高为fj＝13厘米和fy＝15厘米。按上计算公式则得到58米处弹道高为：通过上述算法和射表数据，即可计算出任意所需射击距离上的弹道高数值，进而为显示描绘弹着点提供数据值。不同的枪型(武器种类)的弹道曲线都不相同。本系统中将所需要训练的枪型的弹道曲线数据保存在数据库中，以供训练使用时调用。实时计算模型则根据武器类型、弹药类型、弹丸形状、枪管尺寸等前提条件，计算弹丸在枪管内由发射药爆炸推进、加速到枪口，获得出口初速后向空气中飞行。再根据空气动力学原理计算弹丸以初速、一定的发射角度向前飞行过程而形成的空间轨迹，即弹道曲线。由于有空气的阻力，会产生掉高，即在不同的距离上弹丸有相应不同的飞行高度。这种弹道曲线实时计算法适用于非常用武器、弹药情况，在无现有成熟的弹道曲线数据时则需采用。在本发明中，系统根据枪型(武器种类)、射击距离、表尺状态等参数，选定弹道模型，实时计算该距离上弹着点和瞄准点偏差的弹道高数据。由此弹道高数据显示对应瞄准点的精确弹着点。如图11所示。h是弹着点，hs是弹着点序号，as是瞄准点序号。在本系统中，射击瞄准训练分析系统的工作流程图如附图12所示，工作过程为：步骤1，系统开机首先进行初始化，在处理显示终端中先将本次训练的靶面距离、表尺状态和武器类型进行输入或选定确定，系统将距离数据、表尺数据以及武器的类型进行保存，以作后续数据计算处理的先决条件。步骤2，系统进入瞄准训练状态，首先激光发射机向靶面发射激光，使得激光束照射到靶面，此时激光发射机中的激光接收组件就能接收到靶面的信息，即靶面的样式和照射的激光束，通过靶面信息处理板对此靶面的信息进行识别，即可获得激光束照射的位置点。该位置点对应了枪上的瞄准点，若瞄准点向左，该位置点同步向左，若瞄准点向上，该位置点就则同步向上。该位置点数据由靶面信息处理板发给控制板，再由控制板上的无线数据通信模块通过无线信号发送给处理显示终端，在此终端的界面上，按该位置点数据显示瞄准点。至此，射手身边的处理显示终端的屏幕上，可以看到显示的靶形上增加了一个瞄准点，即形象化地表示出射手的瞄准效果。步骤3，在射手瞄准时，激光发射机连续发射激光，并对靶面的激光照射情况实时采集识别瞄准点位置，系统获得了连续的瞄准点位置信息，将此一系列瞄准点按先后顺序显示描绘出来，即可绘制出该射手在瞄准时的瞄准点轨迹。步骤4，激光发射机中控制板上的震动传感器，可以感受到射手扣压扳机进行击发时枪的震动信号。当射手击发时，此震动信号在发射机内传给无线数据通信模块，用无线信号送出，处理显示终端能立即收到此信号代表的击发信息。接收到击发信号后，系统保存此刻最新的瞄准点位置，作为击发时刻的瞄准点位置，在瞄准轨迹中将此点作专门标记，以示其特殊性。步骤5系统根据射击开始时确定的武器类型、靶面距离和表尺状态等初始保存数据条件，通过弹道射表模型计算出弹着点相对瞄准点的弹道高值，在显示的软件界面上按此偏差值绘制显示弹着点。如附图11所示，一个为瞄准点，在瞄准点轨迹上；另一个为弹着点，两个显示点的偏差即为弹道高。步骤6，在本系统的靶面上，包含有瞄准训练用的靶形，靶面尺寸大于靶形，当激光束照射到靶形外区域，该区域的靶面也能被激光照亮，可进行激光束和靶形的相互关系识别。步骤7，当系统完成一次射手瞄准、击发的过程数据采集和显示后，能对此次操作进行瞄准稳定性、击发准确性等指标评估。步骤8，当一人完成多次的训练过程后，系统可对该射手进行综合的射击瞄准技能水平进行评估。步骤9，当系统完成一个团队的人员训练后，可对该团队的整体技能水平进行全面的分析评估。以上的方案说明是在瞄准点和激光束中心完全重合的前提下进行的设计。在实际的工程制造中，当激光发射机装夹到枪上后，瞄准点和激光束中心点不可能一致重合。若激光发射机内再设计一套调节机构，调整激光束中心和瞄准点重合，则结构变得复杂，也会使系统可靠性降低。本系统在开始阶段时，还将做一项初始校准的工作，是在射手正式训练前预先完成：将激光发射机安装到枪上固定好，由教官用准星缺口正确瞄准靶心，此时系统发射一次激光，激光接收组件能接收到此刻的靶面激光信息，经处理识别，可计算出光束中心相对靶心的偏离值(x0，y0)，系统保存好此数据，即完成了瞄准点的校准工作。当训练中枪在任意瞄准时，光束中心和瞄准点始终有此偏离值，因此系统只要将采集处理所得的光束中心点坐标减去此偏离值，就能得到准确对应的瞄准点坐标。因此系统无需硬件调节机构，即可通过软件的操作，采集激光束和瞄准点偏离量，用数值记录的方式完成初始校准工作，即进行数值校准。在某些训练中，还需采集射手击发后的瞄准点轨迹，以评估击发后持枪的稳定性水平。当多个上述系统同时组合，并通过处理显示终端和集中控制终端的数据联网，形成多靶道系统，进行多人同时训练，如图13所示，5表示集中控制终端。并可在集中控制终端对各个靶道的人员、设备进行控制，对各人的数据进行汇总、保存、处理、分析评估。本发明提供了一种具有弹道模拟功能的射击瞄准训练分析系统，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。当前第1页12