阅读说明：本技术 一种炮兵实弹射击自动报靶装置及方法 (Automatic target-reporting device and method for artillery live firing ) 是由 赵玉忠 卢士国 吴怀群 王兆松 陶姞歧 宋锡周 吴谢辉 于 2020-06-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种炮兵实弹射击自动报靶装置及方法,包括激光机构、测量机构、控制和数据处理模块、远程通信模块以及电源。通过激光机构发射激光束,并利用激光束形成激光幕覆盖靶标,实时测量通过扫描区域飞弹的距离及速度、角度等信息,并计算飞弹的空间坐标,拟合弹道方程并外推弹道,求取弹道与地面的交点坐标,根据其与靶标中心的位置关系评定成绩,报靶精度高,客观性强,同时通过震动探测模块探测炮弹爆炸产生的震动,并与激光探测的炮弹相比对,能够比较准确地探测出未爆弹的位置信息,无需人工在落弹区内拉网式寻找,作业效率高、安全风险低。(The invention discloses an automatic target-scoring device and method for artillery live firing, which comprises a laser mechanism, a measuring mechanism, a control and data processing module, a remote communication module and a power supply. The laser mechanism emits laser beams, the laser beams are utilized to form a laser screen covering target, information such as distance, speed and angle of a missile passing through a scanning area is measured in real time, space coordinates of the missile are calculated, a ballistic equation is fitted, a ballistic trajectory is extrapolated, intersection point coordinates of the ballistic trajectory and the ground are obtained, scores are evaluated according to the position relation between the intersection point coordinates and the target center, the target reporting precision is high, the objectivity is high, meanwhile, vibration generated by explosion of a shell is detected through the vibration detection module and is compared with the shell detected by the laser, the position information of the unexploded shell can be accurately detected, manual netting searching in a shell falling area is not needed, the operation efficiency is high, and the safety risk is low.)

一种炮兵实弹射击自动报靶装置及方法

技术领域

本发明涉及炮弹射击技术领域，具体为一种炮兵实弹射击自动报靶装置及方法。

背景技术

目前，部队炮兵实弹射击训练考核主要采取单观或双观交汇法测量落弹点，客观性不高，尤其在探测炮兵群射击的落弹点时，受烟尘影响，准确性大大折扣；现役的侦察与校射雷达探测精度达不到大纲规定的考核要求，而且搜排未爆弹是靠人工在落弹区内拉网式寻找，作业效率低、安全风险大，所以急需一种炮兵实弹射击自动报靶装置及方法来解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种炮兵实弹射击自动报靶装置及方法，可解决传统报靶方法准确性不高、客观性不高、保障复杂的问题；解决了靠人工搜排未爆弹难度大、风险高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种炮兵实弹射击自动报靶装置，包括激光机构、测量机构、控制和数据处理模块、远程通信模块以及电源；

所述激光机构包括扫描机构、激光发射模块和激光接收模块，所述激光发射模块的信号输入端连接控制和数据处理模块，所述激光发射模块发出的光束通过扫描机构射出，激光接收模块的信号输出端连接控制和数据处理模块，所述激光接收模块通过扫描机构接收反射光信息，其中，扫描机构的扫描方式为水平扫描；

所述测量机构包括定位定向模块、角度测量模块和震动探测模块，且定位定向模块、角度测量模块和震动探测模块的输出端连接控制和数据处理模块，所述定位定向模块赋予自动报靶装置位置坐标和初始探测方向，所述角度测量模块用于测量激光束中心轴线的高低角和方向角，所述震动探测模块探测炮弹***产生的震动信息；

所述控制和数据处理模块对接收到的激光信息进行处理计算，形成训练成绩数据，所述控制和数据处理模块与远程通信模块相连进行数据传输，通过远程通信模块将报靶结果发送给远端，并且通过远程通信模块接收远端的控制指令；

所述电源为各用电模块的供电。

一种炮兵实弹射击自动报靶装置的自动报靶方法，包括如下具体步骤；

S1、布设激光幕：激光发射模块通过扫描机构发射激光束，形成激光幕；

S2、测量：测量炮弹进入激光区域内飞弹的位置信息和距离；

S3、计算：通过测量的数据计算飞弹的坐标、速度和飞行方向；

S4、推算：通过计算的数据拟合弹道方程并外推弹道，求得弹道与地面的交点M。

S5、评判：通过落弹点与靶标中心点的位置对比分析评定成绩；

S6、探测未爆弹的位置：通过震动探测模块探测炮弹***产生的震动信息，并与激光探测的炮弹相对比，若激光束探测到炮弹，但震动装置未探测到相应信息，则可判定为未爆弹，并标记其坐标。

优选的，所述步骤S1中，激光发射模块通过扫描机构发射激光束，形成激光幕，其中，激光幕可由不同激光发射模块发射的多道激光幕组成，且激光幕的扫描区域大于靶标区域。

优选的，所述步骤S2中，飞弹的位置信息，通过定位定向模块测量激光发射光轴初始水平方向角度θ_h0，通过角度测量模块获取发射光轴初始的垂直方向角度θ_v0和扫描机构运行的实时的水平方向角度θ_h1，通过光电传感器阵列获取炮弹反射光线相对于激光束中心线的垂直方向角度θ_v1和水平方向的角度θ_h2，飞弹的位置：水平方向θ_h＝θ_h0+θ_h1+θ_h2，垂直方向θ_v＝θ_v0+θ_v1，飞弹的距离是指飞弹通过激光幕的交汇点到报靶装置的距离，距离等于光速乘以激光发射模块发射与激光接收模块接收的时间差。

优选的，所述步骤S3中，通过定位定向模块获取自动报靶装置的地理坐标(x₀、y₀、z₀)，并以该坐标为相对坐标，根据通过测出飞弹的坐标A(x_A、y_A、z_A)，x_A＝x₀+d_Acosθ_vcosθ_h，y_A＝y₀+d_Acosθ_vsinθ_h，z_A＝z₀+d_Asinθ_v，连续测量多个时刻的飞弹的具***置信息，并计算对应时刻的飞弹的具体坐标，从而通过时间和对应的具体坐标计算飞弹的速度和飞行方向。

优选的，所述步骤S4中，炮弹从A点落到靶面P点同一高度需要时间t，则进一步有：

得：

则飞弹落在P(x_P，y_P，z_P)点同一高度平面上M(x_M，y_M，z_M)，将以上数值代入下面公式即可得到M点的具体坐标：

优选的，所述步骤S5中，通过落弹点与靶标中心点的位置对比分析评定成绩，计算飞弹落点M与靶面P之间的距离测量地面标靶中心P和弹点M连线PM与纵向中心线夹角为α，当

同时满足时，判定命中，其中a、b分别为地面靶标长和宽。

优选的，所述a、b由炮种、***和射击方式因素确定的定值。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结构科学合理，使用安全方便，通过激光机构发射激光束，并利用激光束形成激光幕覆盖靶标，实时测量通过扫描区域飞弹的距离及速度、角度等信息，并计算飞弹的空间坐标，拟合弹道方程并外推弹道，求取弹道与地面的交点坐标，根据其与靶标中心的位置关系评定成绩，报靶精度高，客观性强，同时通过震动探测模块探测炮弹***产生的震动信息，并与激光探测的炮弹相对比，能够比较准确地探测出未爆弹的位置信息，无需人工在落弹区内拉网式寻找，作业效率高、安全风险低。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1是本发明自动报靶装置的组成框图；

图2是本发明自动报靶方法的流程图；

图3是本发明飞弹通过激光区域示意图；

图4是本发明飞弹坐标示意图；

图5是本发明阵列型光电传感器角度测量示意图；

图6是本发明落弹点与靶标位置关系图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：如图1所示，一种炮兵实弹射击自动报靶装置，包括激光机构、测量机构、控制和数据处理模块、远程通信模块以及电源；

控制和数据处理模块与远程通信模块相连进行数据传输，通过远程通信模块将报靶结果发送给远端，并且通过远程通信模块接收远端的控制指令；

激光机构包括扫描机构、激光发射模块和激光接收模块，激光发射模块的信号输入端连接控制和数据处理模块，接收控制和数据处理模块传输的指令，激光发射模块发出的光束并通过扫描机构射出，激光接收模块的信号输出端连接控制和数据处理模块，激光接收模块通过扫描机构接收反射光信息，并将接收信息传输给接收控制和数据处理模块，其中，扫描机构的扫描方式为水平扫描；

测量机构包括定位定向模块、角度测量模块和震动探测模块，且定位定向模块、角度测量模块和震动探测模块的输出端连接控制和数据处理模块，定位定向模块赋予自动报靶装置位置坐标和初始探测方向，角度测量模块用于测量激光束中心轴线的高低角和方向角，震动探测模块探测炮弹***产生的震动信息，定位定向模块、角度测量模块和震动探测模块分别将其检测的信息传递给控制和数据处理模块进行处理。

控制和数据处理模块对接收到的激光信息进行处理计算，形成训练成绩数据，并将数据通过远程通信模块将报靶结果发送给远端供使用者，其中，电源为各用电模块的供电。

如图2所示，一种炮兵实弹射击自动报靶装置的自动报靶方法，包括如下具体步骤；

S1、布设激光幕：激光发射模块通过扫描机构发射激光束，形成激光幕；

S2、测量：测量炮弹进入激光区域内飞弹的角度和距离信息；

S3、计算：通过测量的数据计算飞弹的坐标A、速度和飞行方向；

S4、推算：通过计算的数据拟合弹道方程并外推弹道，求得弹道与地面的交点M。

S5、评判：通过落弹点与靶标中心点的位置对比分析评定成绩；

S6、探测未爆弹的位置：通过震动探测模块探测炮弹***产生的震动信息，并与激光探测的炮弹相对比，若激光束探测到炮弹，但震动装置未探测到相应信息，则可判定为未爆弹，并标记其坐标，将坐标点传输给控制和数据处理模块，并通过远程通信模块将报靶结果发送给远端，方便使用者确认未爆弹的位置。

如图3所示，激光发射模块通过扫描机构发射激光束，形成激光幕，其中，激光幕可由不同激光发射模块发射的多道激光幕组成，且激光幕的扫描区域大于靶标，通过激光幕捕捉飞弹的飞向轨迹。为便于简化计算，提高探测精度，各道激光幕之间的角度不宜过大，且距地面较近。

如图4-5所示，通过定位定向模块测量激光发射光轴初始水平方向角度θ_h0，通过角度测量模块获取发射光轴初始的垂直方向角度θ_v0和扫描机构运行的实时的水平方向角度θ_h1，通过光电传感器阵列获取炮弹反射光线相对于激光束中心线的垂直方向角度θ_v1和水平方向的角度θ_h2，飞弹的位置：水平方向θ_h＝θ_h0+θ_h1+θ_h2，垂直方向θ_v＝θ_v0+θ_v1，飞弹的距离是指飞弹通过激光幕的交汇点到报靶装置的距离，距离等于光速乘以激光发射模块发射与激光接收模块接收的时间差。

如图6所示，通过定位定向模块获取自动报靶装置的地理坐标(x₀、y₀、z₀)，并以该坐标为相对坐标，根据通过测出飞弹的坐标A(x_A、y_A、z_A)，x_A＝x₀+d_Acosθ_vcosθ_h，y_A＝y₀+d_Acosθ_vsinθ_h，z_A＝z₀+d_Asinθ_v，连续测量多个时刻的飞弹的具***置信息，并计算对应时刻的飞弹的具体坐标，从而通过时间和对应的具体坐标计算飞弹的速度和飞行方向，其中，将探测炮弹的激光与地面靶标被控制在较小区域内，使得在这个区域内的炮弹做匀加速运动。

本实施例中，为了提高报靶的精确度和降低求解的难度，探测炮弹的激光与地面靶标被控制在较小区域内，其优势就是在这个区域内的炮弹飞行加速度可以认为是不变的。在三个时刻t₁、t₂和t₃探测得到炮弹位置坐标分别为A(x_A，y_A，z_A)、B(x_B，y_B，z_B)、C(x_C，y_C，z_C)，在上面区域约定情况下有些近似求解公式，B、C点的瞬时速度在x、y、z轴的分量为：

并且有三个方程组：

其中Δt₁＝t₂-t₁，Δt₂＝t₃-t₂，a_x，a_y，a_x分别为x、y、z三个方向加速度分量。飞弹的速度和飞向方向有：

如图6所示，炮弹从A点落到靶面P点同一高度需要时间t，则进一步有：

得：

则飞弹落在P(x_P，y_P，z_P)点同一高度平面上M(x_M，y_M，z_M)，将以上数值代入下面公式即可得到M点的具体坐标：

通过落弹点与靶标中心点的位置对比分析评定成绩，计算飞弹落点M与靶面P之间的距离测量地面标靶中心P和弹点M连线PM与纵向中心线夹角为α其中，火炮射击位置与目标中心点的连线为靶标中心线，当同时满足时，判定命中，其中a、b分别为地面靶标长和宽。

优选的，a、b由炮种、***和射击方式因素确定的定值，并由训练大纲明确，根据实际情况，调整a、b的具体值，从而代入上述公式中，根据实际的炮种、***和射击方式进行对应评判，提高装置的适用范围，操作简单，使用便捷可靠。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，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。