一种反射式射击瞄准训练装置及训练方法与流程

本发明涉及一种射击训练方法，具体说是一种利用激光模拟射击瞄准训练装置的训练方法，属于武器射击训练领域，本发明同时亦公开了该方法使用的训练。

背景技术：

武器枪支的射击训练中，瞄准训练是最重要、最难开展的训练。当教员将射击方法教给学员后，如果不借助一定的装置、设备，学员把枪瞄到哪里教员无法知道，因此也很难开展有效的教学、训练。

因此，多种射击瞄准训练装置应运而生，在众多的射击瞄准训练装置中，应用激光、光学技术的方法较多。常见的多为将激光器安装在枪管上，将激光点和瞄准点调整重合，枪瞄到哪里，激光点照射到那里，检测激光点的方法常见两种：一种是在靶面上进行密集传感器布阵，激光点打中的传感器输出信号即报告瞄准位置；另一种是将打在靶面上的激光点用摄像头进行拍摄识别进行瞄准点报告。

上述第一种方法中，必须制作一个含大量探测器的靶子，进行高密度布阵，工艺繁复、制造成本高，当要求有较高精度时，必须布置大量度探测器，然而其密度也不能无限提高有一定的限制，因而难以提高很好的使用精度。

上述第二种方法中，由于在枪支上不能安装大功率激光器，靶面的激光点容易被阳光淹没，无法在室外正常使用。同时由于要增加摄像部件，需要制作专用的靶板，成本高，通用性差。在距离较远时，激光光斑变大，导致探测精度下降。

技术实现要素：

针对上述常见激光瞄准射击训练装置的不足，本发明设计了一种反射式射击瞄准训练方法，可以有效解决枪支射击瞄准训练中的安装使用简易、精度高等要求，实现射击瞄准训练记录和评估等功能，本发明同时公开了该方法配套使用的训练装置。

本发明通过如下技术手段实现：一种反射式射击瞄准训练装置的训练方法，所述装置包括激光收发射机、靶板、反射棱镜，所述激光收发射机设置在实装枪支上，反射棱镜设置在靶板上，包括如下步骤：

1）激光收发射机向靶面连续发射激光，所述激光靶面按规定的方向顺序扫描，形成一个大于靶形的矩形扫描光斑，扫描光斑将靶面予以覆盖；

2）当扫描光斑照射至反射棱镜后，反射棱镜将激光予以反射，所述激光收发射机接收到返回的激光信号后，以此信号计算扫描起点到反射棱镜的时间差，通过该时间差再进行换算，得到反射点在扫描区域中的位置，在指定反射棱镜的坐标位置的前提下通过换算获得瞄准点位置坐标；

3）激光收发射机将瞄准点位置坐标上传至上位系统，而后在上位系统内对数据进行汇总，并进行报靶。

步骤2中的瞄准点位置坐标通过以下步骤加以获得：

1）扫描光斑以瞄准点p为中心，从左上角的o点开始，以恒定的速度向右移动，当移动距离a后，即完成一行的扫描，激光点回到左侧端点，并向下移动距离d，再次向右移动，完成一行扫描后，向下重复各行的扫描。当完成高度方向b的扫描后，激光点回到起点o，重复进行光斑的扫描，如此往复，持续扫描，

其中激光扫描的行间距为d，a与b的数值大于靶板的直径；

设激光点移动速度为v，设反射棱镜所在点为s，设扫描时间t为激光点从左上角o点起始，经逐行扫描到s点所用的时间，则：

从起点至s点间所有激光扫过的总路程l为：

l=v*t

s点以上的整行数h为：

h=int（l/a）

=int（v*t/a）

其中，函数int（）为取括号内数值的整数。

s点到起点o的水平距离a为：

a=l-h*a

=v*t-int（v*t/a）*a（1）

垂直距离b为：

b=int（v*t/a）*d（2）；

3）系统收到射击激发信号后，以当前的瞄准点p作为原点，建立坐标系xpy，当瞄准点偏离靶心时，靶心上设置的的反射棱镜产生的反射光触发计时，计算出反射棱镜的位置相对光斑起点o为（a,b），因此靶心相对瞄准点p的坐标为：

x=a–a/2

y=b/2–b

将上述坐标进行相反的记录，即为瞄准点离开靶心的位置，也即通常射击训练中重点关注的瞄准点位置。

4）通过连续的瞄准点位置记录，即能获得完整的训练瞄准轨迹。

所述s位于反射棱镜的正中心。

一种反射式射击瞄准训练装置，包括控制电脑、实装枪支、激光收发射机、反射棱镜、靶板，激光收发射机安装在实装枪支的枪管上，激光收发射机与控制电脑电连接；

所述实装枪支的扳机连接触发开关，所述触发开关与激光收发射机相连接；

在靶板上安装有反射棱镜，所述反射棱镜的反射角与入射角相平行。

所述激光收发射机包括内置电池、激光器、激光发射镜筒、激光发射镜头、第一反射镜、第二反射镜、激光收发射机壳体、激光接收镜头、激光接收镜筒、光电传感器、枪管夹持块、枪管夹紧螺钉、枪管夹板、激光控制电路；

所述内置电池、激光器、激光发射镜筒、激光发射镜头、第一反射镜、第二反射镜、激光接收镜头、激光接收镜筒、光电传感器、激光控制电路设置在激光收发射机壳体内，激光收发射机壳体和枪管夹持块内部连接固定为整体，通过枪管夹板和枪管夹紧螺钉将枪管夹紧，在枪管夹持块和枪管夹板的对夹部位设置有与枪管圆形相吻合的长槽；

所述激光发射镜筒与激光接收镜筒在激光收发射机壳体内平行设置，所述激光发射镜筒设置在激光接收镜筒的上侧，所述激光发射镜筒内设置激光器，激光发射镜筒前端设置激光发射镜头，所述的第一反射镜设置在激光发射镜头前侧，所述第一反射镜与第二反射镜平行设置，在激光收发射机壳体上设置窗口，所述窗口对应设置在第二反射镜及激光接收镜筒的前侧，所述第一反射镜上设置光轴扫描机构；

激光接收镜筒内光电传感器，光电传感器与激光控制电路电连接，在激光接收镜筒的前端设置激光接收镜头；

所述光轴扫描机构包括反射镜底板、第一反射支架、高低压电推杆、水平压电推杆、拉簧，高低压电推杆和水平压电推杆的头部穿过第一反射支架并通过螺纹与第一反射支架相固定，在第一反射支架上还设置球头凸起，在反射镜底板的中心位置设置凹槽，在凹槽内固定连接一根拉簧；

反射镜底板顶面设置反射镜，底面设置球形凹坑、凸起和凹形长槽，在凸起上设置用于挂接拉簧的孔，所述凸起上的孔与反射镜底板上的凹槽相对设置。

凸起与球头凸起通过拉簧连接，其中球头凸起顶入球形凹坑中，高低压电推杆的头部顶入凹形长槽，水平压电推杆的头部和反射镜底部的背面平面接触。

所述装置内包含有震动传感器，所述震动传感器集成在激光控制电路中。

还包含无线通信模块，激光收发射机和控制电脑通过无线通信模块进行无线数据和指令的传输。

所述反射棱镜为角锥棱镜。

本发明的提出一种通过发射扫描光斑以及靶板上安装反射棱镜以获得瞄准轨迹的训练方法及相关的训练装置实现射击瞄准训练，其相比于现有技术而言，本方法无需设置额外的传感设备，制造成本大为降低，且使用棱镜反射的激光信号作为响应手段，其定位准确快速，受外界干扰小。

附图说明

图1实施总体示意图。

图2扫描光斑轴线和靶形的相对位置关系图。

图3扫描光斑形成及各参数定义示意图。

图4瞄准点位置的计算示意图。

图5激光收发射机内部构成示意图。

图6二维扫描镜组构成示意图。

图7第一反射支架构成示意图。

图8反射镜底板构成示意图。

图9二维扫描镜组产生激光束高低偏转示意图。

图10二维扫描镜组产生激光束水平偏转示意图。

图11瞄准点精确定位算法示意图。

图12圆形扫描光斑示意图。

其中：控制电脑1、枪支2、激光收发射机3、扫描激光束4、瞄准轴线5、扫描光斑6、反射棱镜7、靶板8、靶板支架9、内置电池301、激光器302、激光发射镜筒303、激光发射镜头304、第一反射镜305、第二反射镜306、激光收发射机壳体307、激光接收镜头308、激光接收镜筒309、光电传感器310、枪管夹持块311、枪管夹紧螺钉312、枪管夹板313、激光控制电路314、反射镜底板315、第一反射支架316、高低压电推杆317、水平压电推杆318、拉簧319。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的详细说明：

本实施例提供一种反射式激光射击瞄准训练装置,如图1所示，装置包括控制电脑1、枪支2、激光收发射机3、反射棱镜7、靶板8、靶板支架9等。其中，激光收发射机以瞄准点为中心，向靶面发射扫描光斑。反射棱镜安装在靶心。

反射棱镜安装在一个反射棱镜壳体里，反射棱镜壳体上有备用螺孔，另外也可安装插针、胶结磁钢。当使用常规的泡沫靶板时，只需使用插针便捷地将反射棱镜插在靶面上；当使用常规的木板等硬质靶面时，可以在木板上预先打一个孔，通过备用螺孔用螺钉将反射棱镜固定在靶面上；当靶面为铁皮等铁质材料时，可以用磁吸的方法更简单地将反射棱镜固定在靶面上。

当射手正确瞄准时，瞄准点正对靶心处的反射棱镜，此时扫描激光在靶心反射后产生一个触发信号，通过计算获得了靶心的坐标，作为基准坐标。

射手在射击瞄准时，通常都不可能正对靶心，都会有或多或少的偏离。如图2所示，当射手瞄准点在p处时，已经偏离了靶心c的位置。此时扫描光斑跟着瞄准点偏离了相同距离，当激光点扫描到靶心的反射棱镜时，其反射光触发信号就能计算出靶心的实时位置坐标，将此坐标和基准坐标进行相减求差，就能获得瞄准点相对靶心的位置。

如图3所示，扫描光斑以瞄准点p为中心，从左上角的o点开始，以恒定的速度向右移动，当移动距离a后，即完成一行的扫描，激光点回到左侧端点，并向下移动距离d，再次向右移动，完成一行扫描后，向下重复各行的扫描。当完成高度方向b的扫描后，激光点回到起点o，重复进行光斑的扫描。如此往复，持续扫描。

激光扫描的行间距为d，一般来说，d设为1mm-5mm。

设激光点移动速度为v，以下计算任意点s处坐标和扫描时间t的关系。扫描时间t为激光点从左上角o点起始，经逐行扫描到s点所用的时间。则：

从起点至s点间所有激光扫过的总路程为：

l=v*t

s点以上的整行数为：

h=int（l/a）

=int（v*t/a）

其中，函数int（）为取括号内数值的整数。

s点到起点o的水平距离为：

a=l-h*a

=v*t-int（v*t/a）*a（1）

垂直距离b：

b=int（v*t/a）*d（2）

通过上述（1）式和（2）式即能计算出从起点o开始，经历时长t后扫描到点s的位置。若在点s处有反射棱镜，反射光将触发激光收发射机内部的计时器，获得时长t，由此激光收发射机可计算出该点位置。

如图4所示，以扫描光斑中心（瞄准点）p为原点，建立坐标系xpy，当瞄准点偏离靶心c时，靶心的反射棱镜产生的反射光触发计时，计算出反射棱镜的位置相对光斑起点o为（a,b），因此靶心反射棱镜c相对瞄准点p的坐标为：

x=a–a/2

y=b/2–b

将上述坐标进行相反的记录，即为瞄准点离开靶心的位置，也即通常射击训练中重点关注的瞄准点（命中点）位置。

通过连续的瞄准点位置记录，即能获得瞄准轨迹。

以上介绍了扫描光斑和瞄准点之间的关系和计算方法。下面说明如何通过二维光学机构获得扫描的激光束。

如图5所示，激光收发射机包括内置电池301、激光器302、激光发射镜筒303、激光发射镜头304、第一反射镜305、第二反射镜306、激光收发射机壳体307、激光接收镜头308、激光接收镜筒309、光电传感器310、枪管夹持块311、枪管夹紧螺钉312、枪管夹板313、激光控制电路314等。

主要组成部件都安装在激光收发射机壳体307内，壳体和枪管夹持块311内部连接固定为整体，通过枪管夹板313和两个枪管夹紧螺钉312（此处图中只显示了一侧的一个螺钉）将枪管夹紧。枪管夹持块311和枪管夹板313对夹部位都加工有枪管圆形相吻合的长槽，便于安装操作。

在图5中，第二反射镜306主要起到光轴转折的作用，将激光发射镜筒303横置，减小壳体的总高度。第一反射镜305为光轴扫描的动作机构，其内部构成和功能在后续说明。激光束通过第二反射镜偏转后从壳体窗口射出。经过扫描后，某一时刻照射到反射棱镜后，激光束信号返回，射入激光接收镜筒309，光束经激光接收镜头308汇聚，照射到光电传感器310上，产生计时触发脉冲信号，发送给激光控制电路314。

图6为第一反射镜305的光轴扫描机构的详细构成示意，它包含第一反射镜305、反射镜底板315、第一反射支架316、高低压电推杆317、水平压电推杆318、拉簧319。

图7为第一反射支架316示意图。图中高低压电推杆317和水平压电推杆318通过螺纹固定在第一反射支架316上，两个压电推杆的头部细杆能在控制电路314的驱动下精确伸缩，推动反射镜底板315转动。第一反射支架316的斜面下方有一个凸起d，端面为球面；中心处设置凹槽，在凹槽内安装固定有拉簧319。

图8为反射镜底板315示意图，反射镜底板315向外一面胶结有反射镜，背面有三个加工形状，一个球形凹坑d1、凸起d2和凹形长槽d3。d1和d3同侧设置，d2在反射镜底板315的中心部位，正对拉簧319。凸起d2中有一个小孔，用于挂接拉簧319。

第一反射镜305胶结在反射镜底板315上，通过反面的带孔凸起d2挂上拉簧319，紧紧靠上第一反射支架316，由凸起d和两个压电推杆形成的三个点顶住支撑。其中球头凸起d顶入球形凹坑d1，高低压电推杆317的细端面顶入凹形长槽d3，水平压电推杆318和反射镜底部315的背面平面接触。通过这种配合方式，第一反射镜底板315能进行任意的调节姿态，又不会出现滑落或在支撑平面内转动等意外变化。

在图7中，高低压电推杆317、水平压电推杆318和凸起d为互相正交关系，即高低压电推杆317在凸起d的正上方，水平压电推杆318在凸起d的水平正左侧。因此当以凸起d为支点时，通过高低压电推杆317的伸缩，可以推动第一反射镜305作俯仰偏转；通过水平压电推杆318的伸缩，可以推动第一反射镜305作水平偏转。

图8为第一反射镜305作俯仰偏转的示意图，具体的说，在高低压电推杆317的推动下，反射镜底板315以凸起d为转动点进行上下晃动，从而令第一反射镜305随之晃动，第一反射镜305的晃动带动照射其上的发射激光的偏转角度发生改变，从而令最终的发射激光点作上下移动，第一反射镜305晃动的角度在±15°。

图9为第一反射镜305作水平偏转的示意图，具体的说，在水平压电推杆318的推动下，反射镜底板315以凸起d为转动点进行左右晃动，从而令第一反射镜305随之晃动，第一反射镜305的晃动带动照射其上的发射激光的偏转角度发生改变，使得发射激光点作水平移动，第一反射镜305晃动的角度在±10°。

要实现精确的激光反射点位置测量，首先要使得扫描间隔细密，通过减小激光光点尺寸的办法实现。同时提高扫描速度，使得每整幅扫描光斑的扫描频率尽可能快，确保实时显示输出的瞄准点位置没有滞后感觉。

由于反射棱镜的口径较大，不可能做到和激光点一样小，因此当激光点在扫描到进入反射棱镜时产生一个激光脉冲，若直接以此反射信号来计算位置，可能会产生较大误差。因为以此信号计算出来的实际是处于反射镜口径内靠边缘处的位置，而不是反射镜的中心位置。为了解决此问题，采用下述方法，即可提高采集解算精度。

如图10所示，图中大圆k为反射棱镜的口径，在此园内的激光都可以被反射。图中的小圆表示为细小激光点。当一个细小的激光点经过反射棱镜有效口径时，不只是产生一次窄脉冲，而可能是一段宽脉冲，或几段宽脉冲。需要将这些信息进行整合起来处理，才可得到比较精确的反射棱镜中心位置。

在图10中，激光点扫描进入反射棱镜首行为l1，再依次为l2、l3...为了便于计算，将各行中的持续宽脉冲进行换算，按激光点大小分解有若干个相邻的小激光点信号组成的，这些点分别为：

f11、f12、...

f21、f22、...

f31、...

各个小激光点分别生成一个坐标，由此产生一组或几组点的坐标：

（x11,y11）、(x12,y12)、...

（x21,y21）、(x22,y22)、...

（x31,y31)、...

通过统计，其小点总数为n。将所有这些点的坐标进行组合计算其重心，即可获得较为精确的反射棱镜的中心点坐标：

x=∑(x11、x12、...x21、x22、...x31、...）/n（3）

y=∑(y11、y12、...y21、y22、...y31、...）/n（4）

在激光收发射机3内部的激光控制电路314上，还包含了无线通信模块，使用蓝牙或wifi与控制电脑1进行无线连接，进行数据的双向传输。

当获得了瞄准点的坐标后，即可在控制电脑1的软件上进行显示瞄准点位置。当连续获得瞄准点位置后，将连续的位置按先后顺序全部显示出来，即可看到瞄准点的轨迹。

按通常的枪支的瞄准点和子弹的命中点的关系，不考虑弹道因素时，击发时的瞄准点位置即是子弹的命中点。在考虑弹道时，在不同的距离上将子弹的弹道掉高进行修正后，即通过修正瞄准点位置可计算子弹命中点的位置。

在激光收发射机3内部的激光控制电路314上，还包含了震动传感器，可以采集到扳机击发的震动信号。以此震动信号来记录此时瞄准点的位置，并计算出子弹的命中点。

通过软件的分析功能，将射手训练时单次、多次、不同时段的射击瞄准训练数据进行汇总分析，即可对该射手的射击技能水平、是否具有射击技能提升等多方面能力水平进行评估。

本发明所述的扫描光斑可以为其他形状，只要都是通过扫描计时的方式，实现反光点的二维坐标，都是本项装置的优选方案。

根据上述通过时间差采集分析进行空间定位的技术思路，可以将前述实施例中的矩形扫描光斑设计为圆形扫描光斑。如图11所示。

通过设计第一反射镜305中两个压电推杆在不同时刻的推进量，其组合效果使得反射光按照圆形轨迹进行扫描，在完成一圈扫描后，半径增加一个间距d，再在刚完成的扫描圆起点右侧作为起点进行新一圈的扫描...如此循环往复，直至完成一个完整的扫描光斑。

完成一个完整的扫描光斑后，激光点再回到圆心右侧间距为d的起点继续开始新的一幅扫描光斑。如此连续不断，持续进行扫描光斑。

在本实施例中，假设旋转角速度为固定值w，在完成一圈的所需时间为：

t0=2π/w

当扫描到点s时，通过反射光计时获知从中心起点开始后扫描的时间为t，其半径r和转角θ分别为：

r=（int（t/t0）+1）*d

θ=w*（t–t0*int（t/t0））

此时反光点s的二维坐标位置为：

x=r*cos(θ)

y=r*sin(θ)

计算出反射点s的二维坐标后，后续计算瞄准点位置的方法如前述的实施例。

本实施例中的同心圆式的圆形光斑成形方法易于理解，除此以外，还可以用阿基米德螺线的轨迹形成扫描圆光斑，其计算方法类似。用阿基米德螺线来控制扫描光斑的轨迹，具有光点行走平稳的优点，没有出现同心圆轨迹中每圈起点的跳变。

在前述的实施例中，二维扫描的执行机构是用两个压电推杆的动作产生的。除此以外，还可用其他多种二维扫描机构，如采用两个一维振镜组合，即第一反射镜305、第二反射镜306分别进行水平和垂直方向扫描，也同样达到形成扫描光斑的效果。

在前述的实施例中，反射棱镜都放置在靶心位置，对于计算来说都易于理解。在具体的实施中，还可以将发射反射棱镜放置在靶形的其他任意位置，但必须满足两个条件即可：第一是瞄准点在靶形的任意位置时，扫描光斑都能覆盖到反射棱镜；第二是在发射反射棱镜安装到一个指定位置后，应固定在那里不动，不能再变换位置。

在将反射棱镜移到靶形中心以外的位置，训练开始前先记录瞄准点在靶心时反射镜的参考坐标，在实时瞄准时再将实时反射镜坐标和参考坐标进行进行差值处理，即可获得准确的瞄准点位置。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。