專利名稱:水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)涉及的是一種室內(nèi)及室外靶場的直瞄武器射擊的自動報靶設備。特別是涉及精度射擊的自動報靶設備，能實時有效地顯示出彈著點的位置，并自動進行射擊成績的管理和統(tǒng)計，有效地提高射擊訓練效果。
背景技術：
自動報靶器早在20世紀80年初就開始出現(xiàn)，當時是導電橡膠自動報靶器和鋁膜面自動報靶器。他們的工作原理都是靠子彈在穿透靶面時，形成短接來實現(xiàn)自動報靶的。其特點是只能分區(qū)進行報靶，不能準確地報靶且在子彈多次穿透靶面后會使其誤報增加，可靠性下降。超聲自動報靶則在80年代后期出現(xiàn)。其特點是檢測聲波穿透靶面時彈頭所產(chǎn)生的聲波來實現(xiàn)自動報靶，大大提高了報靶的準確性，且靶面使用壽命長。國內(nèi)目前已有的超聲報靶系統(tǒng)的傳感器布陣一般為L型，其不足之處是結構復雜，不便于設備的防彈且報靶實時性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對上述不足之處，提供一種水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)，系統(tǒng)采用線性水平一字分布的聲學傳感器布陣的方法來實現(xiàn)定位，其特點是線性布陣可以減少其防彈面積，減輕自動報靶器的重量，另外使報靶器結構緊湊，報靶實時性好，便于批量生產(chǎn)且同樣能保證其達到相同的定位精度。
水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)是采取以下方案實現(xiàn)的水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)包括密閉式聲學腔、三只水平式布陣聲學傳感器和一只環(huán)境溫度補償傳感器、安裝底座、信號采集及處理器、計算顯示器、網(wǎng)絡接線器、總控計算機、打印機；在密閉式聲學腔內(nèi)下方裝有三只水平式布陣聲學傳感器和一只環(huán)境溫度補償傳感器，聲學傳感器和溫度傳感器的輸出端通過信號電纜與信號采集處理器相連，聲學傳感器和溫度傳感器的輸出送至信號采集處理器，信號采集處理器通過串行總線和后端計算顯示器相連，信號采集處理器將實時采集的兩個時間差數(shù)據(jù)和溫度補償數(shù)據(jù)送至后端計算顯示器，計算顯示器通過網(wǎng)絡接線器與總控計算機相連，計算顯示器將計算結果送至總控計算機，總控計算機處理后通過打印機輸出射擊成績。
密閉式聲學腔具有邊框，邊框前后裝置有靶板，靶板之間形成聲學空腔，在聲學空腔低部設置有安裝低座，安裝低座上裝置三只聲學傳感器，三只聲學傳感器的幾何中心點在一條水平線上，溫度傳感器裝置在安裝底座上。聲學傳感器底部裝置有傳感器底座，傳感器底座與傳感器之間安裝有橡皮減振器。
信號處理器包括傳感器前置放大電路、信號濾波電路、主放大電路、電壓比較電路、時差測量儀、溫度采集測量及轉(zhuǎn)換電路、信號的長距離傳輸電路、電源變換器；前置放大電路與濾波電路相連，前置放大電路主要是把超聲傳感器所接收到的信號進行放大到一定的幅度后送到濾波電路，濾波電路與主放大電路相連，濾波電路有效地濾除其干擾信號和噪聲信號后送至主放大電路，主放大電路與電壓比較器電路相連，主放大電路使信號達到一定的輸出幅度后送至電壓比較器進行判別，電壓比較器與時差測量儀相連，時差測量儀由脈沖計數(shù)電路和單片機組成。溫度采集測量及轉(zhuǎn)換電路與時差測量儀的單片機數(shù)據(jù)總線相連，實時采集環(huán)境溫度值，并將采集到的溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，時間測量電路將三路超聲信號的時間差精確地測量出來后和環(huán)境溫度值數(shù)字信號一起，通過長線傳輸送至計算顯示器。電源變換器為各部分提供有效工作的電源。
計算顯示器包括通信接收部分、計算主板、網(wǎng)絡驅(qū)動、顯示驅(qū)動部分。其中通信接收部分與信號采集處理器通過信號電纜相連，通信接收部分用以接收信號采集處理器送來的數(shù)據(jù)，通訊接受部分與計算主板通過工業(yè)計算機底板相連，計算主板在接到數(shù)據(jù)后根據(jù)數(shù)學模型計算出其X、Y坐標，然后根據(jù)靶形判斷環(huán)數(shù)、方位等信息，并通過網(wǎng)絡驅(qū)動器送至總控計算機進行集中處理、成績打印等。
網(wǎng)絡接線器能有效地把若干臺計算顯示器的數(shù)據(jù)信號送至一臺總控計算機上。該總控計算機上有集中控制和成績統(tǒng)計的軟件，能有效地管理各個射擊位的成績等，并可通過打印機打印成績單。
工作原理本發(fā)明是測量子彈在空氣中飛行時產(chǎn)生的激波來進行自動報靶的，本發(fā)明的關鍵點在子彈飛行的下方水平放置三個超聲傳感器，如圖3所示。S1、S2、S3為三只超聲傳感器其間距為L，以S1、S2、S3三只傳感器的中心點所在的連線為x軸，x軸的正向為如圖3所示。與x軸垂直且通過S2中心為y軸。設子彈從p點飛過，其坐標在該坐標系中為x、y，所產(chǎn)生的聲波到達S1的時間為T1，到達S2的時間為T2，到達S3的時間為T3。則S1、S2的時間差為ΔT1＝T1-T2。則S2、S3的時間差為ΔT2＝T2-T3，PS1的距離l1＝T1×V，PS2的距離l2＝T2×V，PS3的距離l3＝T3×V。
則ΔS1＝l1-l2＝(T1-T2)·V＝ΔT1·VΔS2＝l2-l3＝(T2-T3)·V＝ΔT2·V以S1、S2焦點、M點應滿足以下關系x2a12-y2b12=1]]>以S2、S3為焦點、M點應滿足以下關系x2a22-y2b22=1]]>則可求出x、y的坐標值。
為了能正確地測量出x、y的坐標，系統(tǒng)中應首先采用一封閉式聲學腔體，其作用是隔離外界的干擾聲波，使超聲傳感器接收來自聲學腔體的聲波，第二是給射擊者提供一個有效瞄準的目標，封閉式聲學腔體內(nèi)部采用聚乙烯發(fā)泡材料。其一是有效隔離外界聲波，其二是子彈穿透后有效地閉合，提高使用效率，達到延長使用壽命。
傳感器在接收到超聲信號后，首先進行前置放大，其放大的帶寬通常應大于100KHZ、增益應大于40dB，輸入阻抗應大于1MΩ，經(jīng)前置放大后的信號送至帶通濾波器以濾除干擾信號。帶通濾波器的帶寬為20KHZ～90KHZ以濾除高頻干擾信號，然后送至主放大器，主放大器的目的是有效地把信號的幅度放大，一般增益應大于30dB，帶寬應大于100KHZ，信號放大到一定的幅度后送至電壓比較器以鑒別出有效信號來送至計時控制電路，計時控制電路接收來自三只超聲傳感器的信號正確地測量出時間差，另外是封閉式聲學腔內(nèi)的傳感器按裝管上還裝有一只溫度補償傳感器，實時有效地測量其腔體內(nèi)部的溫度送至數(shù)據(jù)采集單片機，單片機采集到數(shù)據(jù)后進行打包，通過長線驅(qū)動送至計算控制部分，信號傳輸采用RS-485平衡方式。
計算控制部分在接收到以上數(shù)據(jù)信號后進行分解將多組數(shù)據(jù)分別代入數(shù)學求解方程中，運算求出其x、y坐標來。并實時地將其顯示在屏幕上，并通過網(wǎng)絡驅(qū)動器將結果送至總控計算機，網(wǎng)絡采用10M、ISA總線方式，在計算顯示器上可以設置各種參數(shù)和選擇各種射擊靶型，通過觸摸屏方式輸入，也可通過鼠標方式輸入或通過鍵盤方式輸入。
總控計算機上裝有一套集中控制和統(tǒng)計軟件，能實時地控制和了解各個射擊位的情況并進行成績的管理、存檔、查詢等。
水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)由于聲學傳感器采用了水平方式布陣，使得在保證測量精度的情況下，結構緊湊，便于小型化，可以減少報靶器的防彈面積、減輕報靶器的重量，報靶實時性好，顯示方式清晰、直觀，便于計算機管理、統(tǒng)計。水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)是一種室內(nèi)及室外靶場的直瞄武器射擊的自動報靶設備。適用于公安、武警、部隊及人武部門的射擊訓練及比賽靶場。



以下將結合附圖對本發(fā)明進一步說明。
圖1是水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)示意圖。
圖2是水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)的密封式聲學腔結構示意圖。
圖3是水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)的聲學測試結構圖。
圖4是水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)的電氣原理框圖。
具體實施方式
參照附圖1～4，水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)包括包括密閉式聲學腔、三只水平式布陣聲學傳感器和一只環(huán)境溫度補償傳感器、安裝底座、信號采集及處理器、計算顯示器、網(wǎng)絡接線器、總控計算機、打印機；在密閉式聲學腔內(nèi)下方裝有三只水平式布陣聲學傳感器和一只環(huán)境溫度補償傳感器，聲學傳感器和溫度傳感器的輸出端通過信號電纜與信號采集處理器相連，聲學傳感器和溫度傳感器的輸出送至信號采集處理器，信號采集處理器通過串行總線和后端計算顯示器相連，信號采集處理器將實時采集的兩個時間差數(shù)據(jù)和溫度補償數(shù)據(jù)送至后端計算顯示器，計算顯示器通過網(wǎng)絡接線器與總控計算機相連，計算顯示器將計算結果送至總控計算機，總控計算機處理后通過打印機輸出射擊成績。
密閉式聲學腔具有邊框1，邊框1前后裝置有靶板2，靶板2之間形成聲學空腔4，在聲學空腔4低部設置有安裝底座8，安裝底座8上裝置三只聲學傳感器5-1、5-2、5-3，三只聲學傳感器的幾何中心點在一條水平線上，溫度傳感器9裝置在安裝底座8上，溫度傳感器9實時地檢測封閉式聲學腔內(nèi)的溫度值，以修正聲波在其中的傳播速度。四根引線入方管中引出送至信號處理器。聲學傳感器5-1、5-2、5-3底部裝置有傳感器底座7，傳感器底座與傳感器之間安裝有橡皮減振器6，以減少振動傳入傳感器。密閉式聲學腔的靶板2采用白色聚乙烯發(fā)泡材料，厚度為2cm，發(fā)泡倍率為8倍，前后兩塊，邊框1用木質(zhì)材料，用強力粘接劑粘接成如圖2所示，中間為聲學空腔4便于聲波傳輸。
參照附圖4，水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)設置有信號處理器，信號處理器包含三路傳感器前置放大電路、信號濾波電路、主放大電路、電壓比較電路，并設置有時差測量儀、溫度采集測量及轉(zhuǎn)換電路、信號的長距離傳輸電路、電源變換器；前置放大電路與濾波電路相連，前置放大電路主要是把超聲傳感器所接收到的信號進行放大到一定的幅度后送到濾波電路，濾波電路與主放大電路相連，濾波電路有效地濾除其干擾信號和噪聲信號后送至主放大電路，主放大電路與電壓比較器電路相連，主放大電路使信號達到一定的輸出幅度后送至電壓比較器進行判別，電壓比較器與時差測量儀相連，時差測量儀由脈沖計數(shù)電路和單片機組成。溫度采集測量及轉(zhuǎn)換電路與時差測量儀的單片機數(shù)據(jù)總線相連，實時采集環(huán)境溫度值，并將采集到的溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號，時間測量電路將三路超聲信號的時間差精確地測量出來后和環(huán)境溫度值數(shù)字電信號一起，通過長線傳輸送至計算顯示器。電源變換器為各部分提供有效工作的電源。前置放大電路、濾波電路、主放大電路采用高速運算放大器如LM318、LF347等，電壓比較器采用高速比較器LM319，CUP采用Intel89C5x系列，信號長距離傳輸采用MAX488。
計算顯示器包括通信接收部分、計算主板、網(wǎng)絡驅(qū)動、顯示驅(qū)動部分。其中通信接收部分與信號采集處理器通過信號電纜相連，通信接收部分用以接收信號采集處理器送來的數(shù)據(jù)，通訊接受部分與計算主板通過工業(yè)計算機底板相連，計算主板在接到數(shù)據(jù)后根據(jù)數(shù)學模型計算出其X、Y坐標，然后根據(jù)靶形判斷環(huán)數(shù)、方位等信息，并通過網(wǎng)絡驅(qū)動器送至總控計算機進行集中處理、成績打印等。
網(wǎng)絡接線器能有效地把若干臺計算顯示器的數(shù)據(jù)信號送至一臺總控計算機上。該總控計算機上有集中控制和成績統(tǒng)計的軟件，能有效地管理各個射擊位的成績等，并可通過打印機打印成績單。
權利要求
1.一種水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)包括密閉式聲學腔、三只水平式布陣聲學傳感器和環(huán)境溫度補償傳感器、安裝底座、信號采集及處理器、計算顯示器、網(wǎng)絡接線器、總控計算機、打印機；在密閉式聲學腔內(nèi)下方裝有三只水平式布陣聲學傳感器和環(huán)境溫度補償傳感器，聲學傳感器和溫度傳感器的輸出端通過信號電纜與信號采集處理器相連，聲學傳感器和溫度傳感器的輸出送至信號采集處理器，信號采集處理器通過串行總線和后端計算顯示器相連，信號采集處理器將實時采集的兩個時間差數(shù)據(jù)和溫度補償數(shù)據(jù)送至后端計算顯示器，計算顯示器通過網(wǎng)絡接線器與總控計算機相連，計算顯示器將計算結果送至總控計算機，總控計算機處理后通過打印機輸出射擊成績。
2.根據(jù)權利要求
1所述的水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)，其特征在于密閉式聲學腔具有邊框，邊框前后裝置有靶板，靶板之間形成聲學空腔，在聲學空腔低部設置有安裝到底座，安裝底座上裝置三只聲學傳感器，三只聲學傳感器的幾何中心點在一條水平線上，溫度傳感器裝置在安裝底座上。
3.根據(jù)權利要求
1或2所述的水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)，其特征在于聲學傳感器底部裝置有傳感器底座，傳感器底座與傳感器之間安裝有橡皮減振器。
4.根據(jù)權利要求
1所述的水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)，其特征在于信號處理器包括傳感器前置放大電路、信號濾波電路、主放大電路、電壓比較電路、時差測量儀、溫度采集測量及轉(zhuǎn)換電路、信號的長距離傳輸電路、電源變換器；前置放大電路與濾波電路相連，前置放大電路主要是把超聲傳感器所接收到的信號進行放大到一定的幅度后送到濾波電路，濾波電路與主放大電路相連，濾波電路有效地濾除其干擾信號和噪聲信號后送至主放大電路，主放大電路與電壓比較器電路相連，主放大電路使信號達到一定的輸出幅度后送至電壓比較器進行判別，電壓比較器與時差測量儀相連，時差測量儀由脈沖計數(shù)電路和單片機組成，溫度采集測量及轉(zhuǎn)換電路與時差測量儀的單片機數(shù)據(jù)總線相連，實時采集環(huán)境溫度值，并將采集到的溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，時間測量電路將三路超聲信號的時間差精確地測量出來后和環(huán)境溫度值數(shù)字信號一起，通過長線傳輸送至計算顯示器，電源變換器為各部分提供有效工作的電源。
5.根據(jù)權利要求
1所述的水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)，其特征在于計算顯示器包括通信接收部分、計算主板、網(wǎng)絡驅(qū)動、顯示驅(qū)動部分，其中通信接收部分與信號采集處理器通過信號電纜相連，通信接收部分用以接收信號采集處理器送來的數(shù)據(jù)，通訊接收部分與計算主板通過工業(yè)計算機底板相連，計算主板在接到數(shù)據(jù)后根據(jù)數(shù)學模型計算出其X、Y坐標，然后根據(jù)靶形判斷環(huán)數(shù)、方位信息，并通過網(wǎng)絡驅(qū)動器送至總控計算機進行集中處理、成績打印。
6.根據(jù)權利要求
1所述的水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)，其特征在于網(wǎng)絡接線器能有效地把若干臺計算顯示器的數(shù)據(jù)信號送至一臺總控計算機上，該總控計算機上有集中控制和成績統(tǒng)計的軟件，能有效地管理各個射擊位的成績，并可通過打印機打印成績單。
專利摘要
本發(fā)明水平式布陣超聲自動報靶系統(tǒng)涉及的是一種室內(nèi)及室外靶場的直瞄武器射擊的自動報靶設備。系統(tǒng)包括密閉式聲學腔、三只水平式布陣聲學傳感器和環(huán)境溫度補償傳感器、安裝底座、信號采集及處理器、計算顯示器、網(wǎng)絡接線器、總控計算機、打印機；在密閉式聲學腔內(nèi)下方裝有三只水平式布陣聲學傳感器和環(huán)境溫度補償傳感器，聲學傳感器和溫度傳感器的輸出端通過信號電纜與信號采集處理器相連，信號采集處理器通過串行總線和后端計算顯示器相連，計算顯示器通過網(wǎng)絡接線器與總控計算機相連，計算顯示器將計算結果送至總控計算機，總控計算機處理后通過打印機輸出射擊成績。
文檔編號F41J5/06GKCN1560555SQ200410014100
公開日2005年1月5日 申請日期2004年2月19日
發(fā)明者黃克平, 吳高強, 蔣武根, 邵剛, 徐宏坤 申請人:中國人民解放軍總參謀部第六十研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan