阅读说明：本技术 半封闭式声电定位报靶系统 (Semi-closed acoustoelectric positioning target scoring system ) 是由 张劲松 朱英勋 于 2020-05-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了半封闭式声电定位报靶系统,由EVA靶面、塑料靶杆、激波传感器、传感器支架、温度传感器、半封闭激波罩、激波罩插槽、电源电气舱、靶机底座、通信电台、USB接口线和显示控制计算机组成；传感器支架上安装有水平布置的三个激波传感器和一个温度传感器,激波传感器的传感平面正对于靶面中心,且传感平面的中心位置在同一直线上；半封闭式激波罩由EVA材料粘接形成上部开口的半封闭罩,可阻挡弹道激波信号。本发明半封闭式声电报靶系统既具有开放式声电定位靶靶面耗材成本低的优点,又具备对手枪等低速弹丸进行精确报靶的能力,同时还具有整体重量轻,易更换靶面等优点,既可以用于精度射击训练,也可以用于应用射击训练。(The invention discloses a semi-closed acoustoelectric positioning target-reporting system, which consists of an EVA (ethylene vinyl acetate) target surface, a plastic target rod, a shock wave sensor, a sensor bracket, a temperature sensor, a semi-closed shock wave cover, a shock wave cover slot, a power supply electric cabin, a target drone base, a communication radio station, a USB (universal serial bus) interface line and a display control computer; three shock wave sensors and a temperature sensor which are horizontally arranged are arranged on the sensor bracket, the sensing plane of the shock wave sensor is right opposite to the center of the target surface, and the center positions of the sensing planes are on the same straight line; the semi-closed shock wave cover is formed by bonding EVA materials, and the semi-closed shock wave cover with an opening at the upper part can block ballistic shock wave signals. The semi-closed acousto-electric target scoring system has the advantages of low consumable material cost of the target surface of the open acousto-electric positioning target, the capability of accurately scoring low-speed pills such as pistols and the like, light overall weight, easiness in replacing the target surface and the like, and can be used for precision shooting training and application shooting training.)

半封闭式声电定位报靶系统

技术领域

本发明属于自动报靶系统技术领域，特别涉及一种半封闭式声电定位报靶系统。

背景技术

1)技术背景

精度报靶技术主要有基于激光收发阵列、图像识别技术和声电定位技术几大类，其中激光收发阵列技术成本高，使用环境要求较高，一般用于专业靶场的弹丸特性检测，不用于训练；图像识别技术主要用于室内恒定环境下使用，并且对于重复单孔无法识别；声电定位技术具有环境适应性强，精度较高，重孔可识别等优点，目前在实际部队训练中应用最多。声电定位报靶技术主要有开放式和封闭式两种。

2)开放式声电定位报靶技术

开放式声电报靶技术主要利用超音速弹丸运动时产生的激波到达声压传感器的时间和传感器几何分布之间的数值关系计算出弹着点位置。

传感器几何分布具有多种形式，比如“T”型^[1]，“双三角”型^[2]，“L”型^[3]等，目前国内常用的为“T”型。原理如图1所示：

M为弹道线上一点，N为靶面弹着点，B为传感器放置点，MN垂直于NB，NB长为d。当弹速V大于本地声速C时，存在一个A点，其产生的声波传到B点所需的时间最短。A点称为激波迸发点。迸发点距离靶面的距离：

“T”型布局开放式声电定位精度靶结构如图2：

数学模型为：

由该模型可解出弹着点位置。

3)封闭式声电定位报靶技术

封闭式声电定位精度靶结构如图3所示。在三个水平布阵传感器上，套有一个密闭的声学腔。声学腔的主要作用是隔绝弹道上弹丸在靶面外激发的激波，使得只有在弹丸进入腔体内部时发出的激波才能被传感器接收到。

三个水平布阵传感器的分布如图4所示。S₁，S₂，S₃为三个传感器安置位置，传感器间距为L，P(x，y)为弹着点位置，T₁，T₂，T₃分别为从P点发出的激波到达三个传感器的绝对时间。当ΔT₁＝T₂-T₁，ΔT₂＝T₃-T₂确定时，P点应当同时符合以S₂，S₂和以S₂，S₃为焦点的椭圆，两个椭圆在密封腔内的交叉点位置，即为弹着点位置。

开放式声电定位高精度靶采用多传感器空间定位算法同时计算弹着点坐标和速度、角度等信息，根据式(1)，当弹丸速度较小时，迸发点距离靶面x_min较大，因此从迸发点传播到传感器的激波信号相对较弱，再加上弹丸速度低，激波强度本身就不高，因此造成测量误差较大，实际应用中，很难适合***射击的自动报靶。

腔体式高精度声电定位靶采用声学腔对外界干扰进行隔离，3传感器平面定位算法，适用于各种口径的弹丸，但缺点是腔体较重，耗材成本较高，用作起倒精度靶使用时，对靶机起倒力矩要求非常高，因此市场上的产品靶面距离地面都较低，无法满足立姿射击需要。此外也无法满足应用射击对于靶面更换的需求。

发明内容

本发明解决目前精度报靶系统中存在的1)靶板等耗材成本高2)起倒精度靶起倒力矩大，靶面距地面高度低，3)***、运动步枪弹丸小、弹速低，报靶偏差大的问题。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：半封闭式声电定位报靶系统，由EVA靶面、塑料靶杆、激波传感器、传感器支架、温度传感器、半封闭激波罩、激波罩插槽、电源电气舱、靶机底座、通信电台、USB接口线和显示控制计算机组成；靶机底座用于承载靶杆、靶面、电源电气舱、激波罩插槽、传感器支架；激波罩插槽用于支撑传感器支架，插接激波罩，连接电源电气舱；传感器支架固定在激波罩插槽内部，支架上安装有水平布置的三个激波传感器和一个温度传感器，激波传感器的传感平面正对于靶面中心，且传感平面的中心位置在同一直线上；半封闭式激波罩由EVA材料粘接形成上部开口的半封闭罩，插接在激波罩插槽上，可阻挡弹道激波信号；电气电源舱安装激波罩插槽下方，其内部安装有信号处理器，通信模块和锂聚合物电池，激波传感器、温度传感器通过线缆与信号处理器相连接；信号处理器采集弹丸激波信号，通过信号处理、定位算法计算出弹丸着靶坐标，由通信模块将坐标信息通过无线链路传输到通信电台，并由通信电台的USB接口线传输到显示控制计算机；显示控制计算机上运行显控软件，可显示、语音提示、存储、统计、打印弹着点信息。

优选地，靶机底座由拉弧方钢焊接而成，激波罩插槽为不锈钢铁板折弯焊接而成。

优选地，电气电源舱为不锈钢板折弯焊接而成的密闭金属壳体.

优选地，所述半封闭激波罩位于靶面下方，靶面通过塑料靶杆支撑，可承受子弹贯穿。

优选地，半封闭激波罩采用EVA等弹性材料，弹丸击中后，弹孔可收缩。

本发明半封闭式声电报靶系统既具有开放式声电定位靶靶面耗材成本低的优点，又具备对***等低速弹丸进行精确报靶的能力，同时还具有整体重量轻，易更换靶面等优点，既可以用于精度射击训练，也可以用于应用射击训练。

附图说明

图1是开放式声电报靶技术弹道模型图。

图2是“T”型布局高精度声电定位精度靶结构图。

图3是封闭式声电定位精度靶结构图。

图4是密封式声电定位精度靶的传感器布局图。

图5是半封闭式声电定位报靶系统结构示意图。

图6是半封闭式声电定位报靶系统组成图。

图7是本发明弹道模型图。

图8是增加激波罩阻断迸发点激波信号图。

图9是半封闭式声电报靶系统报靶原理图。

图10是系统工作流程图。

图中：11-EVA靶面，12-激波传感器，13-温度传感器，14-激波罩插槽，15-靶机底座，16-电源电气舱，17-传感器支架，18-半封闭激波罩，19-塑料靶杆。

具体实施方式

一、系统组成及结构功能

如图5所示，半封闭式声电定位报靶系统主要用于室内外射击场直瞄轻武器射击训练，适用于弹径≤12.7mm、弹速≤1000m/s的各类***、自动步枪、狙击步枪、轻机枪等枪械。

系统由EVA靶面，塑料靶杆，激波传感器，传感器支架，温度传感器，半封闭激波罩，激波罩插槽，电源电气舱(内含信号处理器，通信模块和锂聚合物电池)，靶机底座，通信电台，USB接口线和显示控制计算机组成。靶机底座由拉弧方钢焊接而成，用于承载靶杆、靶面、电源电气舱、激波罩插槽、传感器支架。激波罩插槽为不锈钢铁板折弯焊接而成，用于支撑传感器支架，插接激波罩，连接电源电气舱。传感器支架固定在激波罩插槽内部，支架上安装有水平布置的三个激波传感器和一个温度传感器，激波传感器的传感平面正对于靶面中心，且传感平面的中心位置在同一直线上。半封闭式激波罩由EVA材料粘接形成上部开口的半封闭罩，插接在激波罩插槽上，可阻挡弹道激波信号。电气电源舱为不锈钢板折弯焊接而成的密闭金属壳体，通过螺丝安装激波罩插槽下方，其内部安装有信号处理器，通信模块和锂聚合物电池，激波传感器、温度传感器通过线缆与信号处理器相连接。信号处理器采集弹丸激波信号，通过信号处理、定位算法计算出弹丸着靶坐标，由通信模块将坐标信息通过无线链路传输到通信电台，并由通信电台的USB接口线传输到显示控制计算机。显示控制计算机上运行显控软件，可显示、语音提示、存储、统计、打印弹着点信息。

二、报靶原理说明

弹道线上的超音速弹丸在前进的过程中不断冲击并压缩空气产生激波，形成了一个以超声速运动的点声源。图7中，N为靶面弹着点，弹道线MN与靶面垂直，B是传感器放置点，位于靶面正下方且与靶面在同一平面内，距离靶面弹着点N的距离为d。根据弹道模型，弹道线上存在一点A，使得A点发出的激波最先到达传感器。A称为弹丸的迸发点，A点到达靶面的最小值为：

上式中，弹速V越慢，x_min越大，AB距离越大，进而使得从A点到达B点的激波信号衰减增大，造成传感器接收信号的质量下降，影响报靶精度。

为了增大激波传感器信号接收强度，将传感器用半封闭的罩子罩住，阻断弹道线上靶面正上方以外的激波传入传感器中，如图8所示。

根据上述原理，设计半开放式声电定位精度报靶系统如图9所示，将传感器支架用上面开口的激波罩罩住，使传感器只接收来自于传感器正上方的激波信号。假设传感器S₁、S₂、S₃水平一字排列，以S₂为原点，

为X轴正方向，垂直于向上为Y轴正方向，建立直角坐标系，S₁的坐标为(-L，0)，S₃的坐标为(L，0)，传感器正上方弹着点P的坐标为x，y，本地声速为C。从P发出的激波信号到达S₁、S₂、S₃的时间分别为T₁、T₂、T₃，则有

(x+L)²+y²＝(T₁C)²＝[T₂C+(T₁-T₂)C]²＝(T₂C+ΔT₁C)² (1)

x²+y²＝(T₂C)² (2)

(x-L)²+y²＝(T₃C)²＝[T₂C+(T₃-T₂)C]²＝(T₂C+ΔT₂C)² (3)

其中ΔT₁＝T₁-T₂，ΔT₂＝T₃-T₂，可由传感器测得。本地声速C根据温度值由经验公式计算得到。式(1)(2)(3)三个方程，x，y，T₂三个量为未知数，由此可计算出P点坐标x，y的值。

三、报靶工作流程

三个激波传感器接收到激波信号后，分别进入一级放大器放大，经过滤波器滤波后进入二级放大器再放大，再进入比较器后形成数字脉冲信号由FPGA信号处理器采集。FPGA信号处理器中对三路比较器输出的数字脉冲信号进行计时，得到ΔT1和ΔT2。信号处理器利用串行接口将ΔT1和ΔT2传输到控制器，控制器结合采集到的温度传感器数值进行运算，得到坐标值x和y，通过通信模块无线传输到主控端通信电台，通过主控计算机显示控制软件对弹着点信息进行存储、统计、显示、打印及语音报靶等。

半封闭式声电报靶系统即具有开放式声电定位靶靶面耗材成本低的优点，又具备对***等低速弹丸进行精确报靶的能力，同时还具有整体重量轻，易更换靶面等优点，即可以用于精度射击训练，也可以用于应用射击训练。

该报靶装置可安装于起倒、旋转、升降、轨道车、自寻的车等运动机构上，凡是安装于上述装置的报靶系统均属于保护范围内。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。