阅读说明：本技术 一种封闭式u型布阵超声自动报靶系统 (Closed U-shaped array ultrasonic automatic target scoring system ) 是由 王宇 刘志刚 王雷 沈琨 于 2020-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明为一种封闭式U型布阵超声自动报靶系统,采边框加前后受弹靶面组成密封靶腔,密闭靶腔具有隔绝报靶区域外的杂波干扰功能,在密闭靶腔内部形成相对稳定的超声波传播环境,当弹丸穿过前后靶面时,与靶面摩擦产生超声波；在密闭靶腔底部设置有弧形布置的超声波信号采集探头部件,用来采集弹丸与靶面摩擦产生超声波信号和密闭靶腔内的环境温度；5只超声传感器呈U型布阵方式,在传感器安装座上成同圆心同半径的弧线上均等布置,相邻传感器的轴线之间夹角为15°。5个超声传感器做两次运算再做平均值计算,取平均值为弹着点坐标值,有效解决了加工导致的报靶误差。(The invention relates to a closed U-shaped array ultrasonic automatic target scoring system.A sealed target cavity is formed by a frame and front and rear target receiving surfaces, the sealed target cavity has the function of isolating clutter interference outside a target scoring area, a relatively stable ultrasonic wave propagation environment is formed in the sealed target cavity, and when a projectile passes through the front and rear target surfaces, the projectile rubs against the target surfaces to generate ultrasonic waves; the bottom of the closed target cavity is provided with an ultrasonic signal acquisition probe part which is arranged in an arc shape and is used for acquiring ultrasonic signals generated by friction between the projectile and the target surface and the ambient temperature in the closed target cavity; the 5 ultrasonic sensors are in a U-shaped arrangement mode, are arranged on the sensor mounting seat in an equal way on arcs with the same circle center and the same radius, and the included angle between the axes of the adjacent sensors is 15 degrees. The 5 ultrasonic sensors perform twice operation and then perform average value calculation, and the average value is taken as the coordinate value of the impact point, so that the target-reporting error caused by processing is effectively solved.)

一种封闭式U型布阵超声自动报靶系统

技术领域

本发明涉及超声波技术领域，尤其涉及一种封闭式U型布阵超声自动报靶系 统。

背景技术

精度报靶是警察及部队军事化训练中射击训练经常使用的训练报靶手段，目 的是为射击训练、考核、竞赛提供客观准确的标准条件，有利于提高实弹射击的 准确性。现有起超声波报靶技术没有对超声探头的均衡性及机械结构件加工误差 的补偿算法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种封闭式U 型布阵超声自动报靶系统，包括靶标、通讯网络、总控系统，靶标上设有数据采 集组件，数据采集组件采集弹着点数据，并将弹着点数据通过通讯网络发送给总 控系统，总控系统给出射击成绩，其特征在于：所述靶标包括靶腔和靶架，靶腔 安装在靶架上，所述靶架上设有固定基座；所述数据采集组件包括超声传感器， 所述超声传感器呈U形布阵安装在固定基座上。

进一步的，所述数据采集组件包括5只超声传感器，5只超声传感器在固定 基座上呈同心圆同半径的弧线上均等布置，相邻传感器的轴线之间的夹角为 10-30°。

进一步的，5只超声传感器在同一纵向面上。

进一步的，所述数据采集组件还包括超声波信号采集及处理电路板，超声波 信号采集及处理电路板与超声传感器电信号连接；所述5只超声传感器从左到右 依次为1号超探头、2号超探头、3号超探头、4号超探头、5号超探头，其中1 号超探头、3号超声探头和5号超声探头为一组进行第一次超声波信号检测,通 过超声波信号采集及处理电路板解算出相应的坐标值(X1，Y1)；2号超探头、3 号超声探头和4号超声探头为一组进行第二次超声波信号检测，通过超声波信号 采集及处理电路板再次解算出相应的坐标值(X2，Y2)；超声波信号采集及处理 电路板将(X1，Y1)和(X2，Y2)进行平均值运算，将计算出来的(X1，Y1)和(X2，Y2)的平均值(X，Y)作为弹着点坐标值发送给总控系统。

进一步的，所述超声波信号采集及处理电路板包含有5路传感器信号采集电 路，并包含有传感器前置放大电路、信号滤波电路、主放大电路、电压跟随电路、 电压比较电路，并设置有时差测量仪、主控制芯片、无线通信模块、电源变换器；

所述5路传感器信号采集电路分别采集1号超探头、2号超探头、3号超探 头、4号超探头、5号超探头的超声波信号，并发送给前置放大电路；

所述前置放大电路与一级滤波电路相连，前置放大电路将超声传感器所接收 到的信号进行放大到一定的幅度后送至信号滤波电路；

所述信号滤波电路与主放大电路相连，信号滤波电路有效滤除干扰噪声信号 后将信号送至主放大电路，所述主放大电路用于增强信号强度；

所述电压跟随电路与主放大电路相连，用来增强信号的输出驱动能力；

所述电压比较电路与电压跟随电路相连，所述电压比较电路用于判读信号输 出强度，并将输出与时差测量仪相连，所述时差测量仪通过脉冲计数电路测出时 间差，将超声信号的时间差的精确测量结果通过地址总线和数据总线发送给主控 制芯片；

主控制芯片将5路超声信号的时间差通过无线通信模块传送至靶道总控计 算机；

还包括电路板及通信模块供电电池组，所述电路板及通信模块供电电池组为 超声波信号采集及处理电路板及通信模块各部分提供有效工作的电源。

进一步的，所述数据采集组件还包括温度传感器和温度采集电路，所述温度 传感器设置在密闭靶腔内部；所述温度采集电路通过单总线与主控制芯片相连接， 所述温度采集电路通过温度传感器采集环境温度值，并将采集到的温度数据通过 单总线发送给主控制芯片。

进一步的，所述靶腔包括边框和前后受弹靶面，所述边框包括左侧板、右侧 板，以及上顶板，其中左侧板、右侧板、上顶板和前受弹靶面、后受弹靶面共同 围成底部开口的靶腔，左侧板与上顶板、前、后受弹靶面的接缝处胶密封，右侧 板与上顶板、前、后受弹靶面的接缝处胶密封；

所述靶架包括超声探头安装座和支撑座，超声探头安装座固定在支撑座的上 部，超声探头安装座的尺寸小于靶腔底部开口的尺寸，超声探头安装座嵌入靶腔 内，靶腔底部的开口与支撑座之间的接缝处胶密封。

进一步的，所述5只弧形布置的超声传感器采用18K超声传感器，有效探测 距离不小于1m，探测边界夹角不小于120°。

本发明还提出一种封闭式U型布阵超声自动报靶系统，其包括密闭靶腔、五 只封闭式U型布阵超声传感器、温度传感器、传感器安装座、超声波信号采集及 处理电路板、通信模块、靶道分控计算机、网络交换机或Wifi无线路由器、靶 道总控计算机、观摩电视机、成绩输出打印机；在密闭靶腔内下方设置5只封闭 式U型布阵超声传感器和1只温度传感器，超声传感器和温度传感器的输出端通 过信号电缆与超声波信号采集及处理电路板相连，超声波信号采集及处理电路板 通过信号线缆与通信模块相连接；通信模块通过网络交换机或Wifi无线路由器 与靶道总控计算机进行有线或无线通信，将超声波信号采集及处理电路板计算结 果送至靶道总控计算机；总控计算机与靶道分控计算机和观摩电视机通过网络线 缆连接，将射击成绩下发到靶道分控计算机和或观摩电视机上显示；靶机总控计算机对靶道分控计算机开放分控控制操作功能；靶道总控计算机与打印机相连接， 可以随时将射击成绩进行纸质介质输出。

进一步的，靶道总控计算机根据数学模型在报靶软件中显示(X，Y)坐标值， 然后根据靶形判断环数、方位信息，并通过网络交换机将最终结果下发靶道分控 计算机和或观摩电视机；靶道总控计算机对靶道分控计算机开放分控控制功能， 靶道总控计算机外接打印机可进行射手射击成绩打印。

有益效果：本发明采边框加前后受弹靶面组成密封靶腔，密闭靶腔具有隔绝 报靶区域外的杂波干扰功能，在密闭靶腔内部形成相对稳定的超声波传播环境， 当弹丸穿过前后靶面时，与靶面摩擦产生超声波；在密闭靶腔底部设置有弧形布 置的超声波信号采集探头部件，用来采集弹丸与靶面摩擦产生超声波信号和密闭 靶腔内的环境温度；5只超声传感器呈U型布阵方式，在传感器安装座上成同圆 心同半径的弧线上均等布置，相邻传感器的轴线之间夹角为15°。5个超声传感 器做两次运算再做平均值计算，取平均值为弹着点坐标值，有效解决了加工导致 的报靶误差。

附图说明

图1为封闭式U型布阵超声自动报靶系统结构示意图；

图2为靶标结构示意图；

图3为封闭式U型布阵超声自动报靶系统传感器弧形布阵图；

图4为超声波信号采集及处理电路板电路示意图；

图5为固定基座结构示意图；

图6为超声波信号采集及处理电路板解算公式示例图；

图7为固定基座结构放大示意图。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，一种封闭式U型布阵超声自动报靶系统，包括靶标 100、通讯网络200、总控系统300。

如图2所示，靶标100上设有数据采集组件，数据采集组件采集弹着点数据， 并将弹着点数据通过通讯网络发送给总控系统，总控系统给出射击成绩。

所述靶标100包括靶腔101和靶架102，靶腔101安装在靶架102上，所述 靶架102上设有固定基座103；所述数据采集组件包括超声传感器104，所述超 声传感器104呈U形布阵安装在固定基座103上。进一步的，所述固定基座103 为弧形。

进一步的，所述数据采集组件包括5只超声传感器，5只超声传感器在固定 基座103上呈同心圆同半径的弧线上均等布置，相邻超声传感器104的轴线之间 的夹角为1-36°，较佳的，相邻超声传感器104的轴线之间的夹角为10-30°。

进一步的，5只超声传感器104在同一纵向面上。

进一步的，如图3所示，所述数据采集组件还包括超声波信号采集及处理电 路板，超声波信号采集及处理电路板与超声传感器电信号连接；所述5只超声传 感器从左到右依次为1号超探头、2号超探头、3号超探头、4号超探头、5号超 探头，本发明超探头指超声传感器，其中1号超探头、3号超声探头和5号超声 探头为一组进行第一次超声波信号检测,通过超声波信号采集及处理电路板解算 出相应的坐标值(X1，Y1)；

2号超探头、3号超声探头和4号超声探头为一组进行第二次超声波信号检 测，通过超声波信号采集及处理电路板再次解算出相应的坐标值(X2，Y2)；

超声波信号采集及处理电路板将(X1，Y1)和(X2，Y2)进行平均值运算， 将计算出来的(X1，Y1)和(X2，Y2)的平均值(X，Y)作为弹着点坐标值发送 给总控系统300。

为了便于理解运算法则，下面结合如图3、6做具体说明：

以5个超声传感器最中间的超声传感器所在的位置作为横向坐标和纵向坐 标的零点。

当弹丸穿过前后靶面时，与靶面摩擦产生超声波源，超声传感器捕捉到信号， 本实例为图6中的P点，以其中一组(1号探头、3号探头、5号探头)超声传感 器为例，图6中以A、O、B三个点的传感器为示例。

A点坐标值为(-a,b)；O点坐标值为(0,0)；B点坐标值为(-a,b)；

求P(X,Y)

A超声传感器采集到P点的超声波，PA的距离＝T1*V；

O超声传感器采集到P点的超声波，PO的距离＝T2*V；

B超声传感器采集到P点的超声波，PB的距离＝T2*V；

采用如下运算公式：

S1＝PA-PO＝(T1-T2)*V

S2＝PO-PB＝(T2-T3)*V

V＝声速，取1个标准大气压和15℃的条件下声速340米/秒。

采用如下公式：

sqrt((x+a)^2+(y-b)^2)-sqrt(x^2+y^2)＝S1

sqrt(x^2+y^2)-sqrt((x-a)^2+(y-b)^2)＝S2

接上述方程式可得到x、y值

计算原理如上述所示。

计算传感器1、3、5的x1、y1值，再计算传感器2、3、4的x2、y2值， 然后取平均值，作为P点的坐标值。

5个探头做两次运算再做平均值计算，取平均值为弹着点坐标值既解决了靶 标生产加工误差。

进一步的，所述5只弧形布置的超声传感器采用18K超声传感器，有效探测 距离不小于1m，探测边界夹角不小于120°。

进一步的，如图4所示，所述超声波信号采集及处理电路板包含有5路传感 器信号采集电路，并包含有传感器前置放大电路、信号滤波电路、主放大电路、 电压跟随电路、电压比较电路，并设置有时差测量仪、主控制芯片、无线通信模 块、电源变换器；

所述5路传感器信号采集电路分别采集1号超探头、2号超探头、3号超探 头、4号超探头、5号超探头的超声波信号，并发送给前置放大电路；

所述前置放大电路与一级滤波电路相连，前置放大电路将超声传感器所接收 到的信号进行放大到一定的幅度后送至信号滤波电路；

所述信号滤波电路与主放大电路相连，信号滤波电路有效滤除干扰噪声信号 后将信号送至主放大电路，所述主放大电路用于增强信号强度；

所述电压跟随电路与主放大电路相连，用来增强信号的输出驱动能力；

所述电压比较电路与电压跟随电路相连，所述电压比较电路用于判读信号输 出强度，并将输出与时差测量仪相连，所述时差测量仪通过脉冲计数电路测出时 间差，将超声信号的时间差的精确测量结果通过地址总线和数据总线发送给主控 制芯片；

主控制芯片将5路超声信号的时间差通过无线通信模块传送至靶道总控计 算机；

还包括电路板及通信模块供电电池组，所述电路板及通信模块供电电池组为 超声波信号采集及处理电路板及通信模块各部分提供有效工作的电源。

进一步的，所述数据采集组件还包括温度传感器和温度采集电路，所述温度 传感器设置在密闭靶腔内部；所述温度采集电路通过单总线与主控制芯片相连接， 所述温度采集电路通过温度传感器采集环境温度值，并将采集到的温度数据通过 单总线发送给主控制芯片。

进一步的，如图2所示，所述靶腔101包括边框和前后受弹靶面，所述边框 包括左侧板、右侧板，以及上顶板，其中左侧板、右侧板、上顶板和前受弹靶面、 后受弹靶面共同围成底部开口的靶腔，左侧板与上顶板、前、后受弹靶面的接缝 处胶密封，右侧板与上顶板、前、后受弹靶面的接缝处胶密封；

如图5所示，所述固定基座103包括超声探头安装座105和支撑座106，超 声探头安装座105固定在支撑座106的上部，超声探头安装座105的尺寸小于靶 腔底部开口的尺寸，超声探头安装座105嵌入靶腔内，靶腔底部的开口与支撑座 106之间的接缝处胶密封。由此靶腔形成一个密闭靶腔。密闭靶腔具有隔绝报靶 区域外的杂波干烧功能，采用边框加前后受弹靶面组成，作用是在密闭靶腔内部 形成相对稳定的超声波传播环境，当弹丸穿过前后靶面时，与靶面摩擦产生超声 波源；

进一步的，所述超声探头安装座105上设有5个超声探头安装槽107，5个 超声探头安装槽107在超声探头安装座105上呈同心圆同半径的弧线上均等布置， 相邻超声探头安装槽107的轴线之间的夹角为1-36°，较佳的，相邻超声探头 安装槽107的轴线之间的夹角为10-30°。超声探头即为超声传感器。超声探头 安装槽107与超声传感器大小向匹配。超声传感器位于超声探头安装槽107内。 进一步的，超声传感器与传感器安装槽之间加装绝缘橡胶减震垫。进一步的，在 超声探头安装座105上还设有温度传感器固定座108，温度传感器109安装在温 度传感器固定座108上固定，温度传感器与传感器安装座之间做绝缘处理。

实施例2：如图1、2、5所示，本发明还提出一种封闭式U型布阵超声自动 报靶系统，包括密闭靶腔101、5只封闭式U型布阵超声传感器104、温度传感 器109、传感器安装座105、超声波信号采集及处理电路板、通信模块、靶道分 控计算机、网络交换机或Wifi无线路由器、靶道总控计算机、观摩电视机、成 绩输出打印机；在密闭靶腔101内下方设置5只封闭式U型布阵超声传感器104 和1只温度传感器109，超声传感器104和温度传感器109的输出端通过信号电 缆与超声波信号采集及处理电路板相连，超声波信号采集及处理电路板通过信号 线缆与通信模块相连接；通信模块通过网络交换机或Wifi无线路由器与靶道总 控计算机进行有线或无线通信，将超声波信号采集及处理电路板计算结果送至靶 道总控计算机300；总控计算机300与靶道分控计算机和观摩电视机通过网络线 缆连接，将射击成绩下发到靶道分控计算机和或观摩电视机上显示；靶机总控计 算机对靶道分控计算机开放分控控制操作功能；靶道总控计算机与打印机相连接， 可以随时将射击成绩进行纸质介质输出。

进一步的，靶道总控计算机300根据数学模型在报靶软件中显示(X，Y)坐 标值，然后根据靶形判断环数、方位信息，并通过网络交换机将最终结果下发靶 道分控计算机和或观摩电视机；靶道总控计算机对靶道分控计算机开放分控控制 功能，靶道总控计算机外接打印机可进行射手射击成绩打印。

实施例3：如图1、2、5所示，一种封闭式U型布阵超声自动报靶系统，包 括密闭靶腔101、5只封闭式U型布阵超声传感器104、温度传感器109、传感器 安装座105、超声波信号采集及处理电路板、通信模块、靶道分控计算机、网络 交换机或Wifi无线路由器、靶道总控计算机、观摩电视机、成绩输出打印机； 在密闭式声学腔内下方装有五只封闭式U型布阵超声传感器104和一只温度传感 器109，超声传感器和温度传感器的输出端通过信号电缆与超声波信号采集及处 理电路板相连，超声波信号采集及处理电路板通过信号线缆与通信模块相连接； 通信模块通过网络交换机或Wifi无线路由器与靶道总控计算机进行有线或无线 通信，将超声波信号采集及处理电路板计算结果送至靶道总控计算机；总控计算 机与靶道分控计算机和观摩电视机通过网络线缆连接，将射击成绩下发到靶道分 控计算机和观摩电视机上显示；靶机总控计算机对靶道分控计算机开放分控控制 操作功能；靶道总控计算机与打印机相连接，可以随时将射击成绩进行纸质介质 输出。

优选地，所述密闭靶腔具有隔绝报靶区域外的杂波干烧功能，采用边框加前 后受弹靶面组成，作用是在密闭靶腔内部形成相对稳定的超声波传播环境，当弹 丸穿过前后靶面时，与靶面摩擦产生超声波源；

优选地，所述五只弧形布置超声传感器采用18K超声传感器，有效探测距离 不小于1m，探测边界夹角不小于120°，用来探测超声波源到传感器探测面的距 离。

优选地，所述温度传感器用于检测密闭靶腔内部环境温度数据。

优选地，所述传感器安装座用于安装超声器和温度传感的固定基座，超声传 感器与传感器安装座之间加装绝缘橡胶减震垫，温度传感器与传感器安装座之间 做绝缘处理。

优选地，所述超声波信号采集及处理电路板是超声波信号和环境温度信号的 接收、处理、解算及输出解算结果的核心部件。

优选地，所述通信模块是将超声波信号采集及处理电路板解算的弹着点坐标 的数值信息上传至靶道总控计算机的通信部件，通信方式为有线/无线兼容，采 用网络交换机或Wifi无线路由器实现。

优选地，靶道总控计算机可根据数学模型在报靶软件中显示(X，Y)坐标值， 然后根据靶形判断环数、方位信息，并通过网络交换机将最终结果下发靶道分控 计算机和观摩电视机；靶道总控计算机对靶道分控计算机开放分控控制功能，靶 道总控计算机外接打印机可进行射手射击成绩打印。

实施例4：一种封闭式U型布阵超声自动报靶系统，包括密闭靶腔、五只封 闭式U型布阵超声传感器、温度传感器、传感器安装座、超声波信号采集及处理 电路板、通信模块、电路板及通信模块供电电池组、靶道分控计算机、网络交换 机或Wifi无线路由器、靶道总控计算机、观摩电视机、成绩输出打印机；在密 闭靶腔内下方装有五只封闭式U型布阵超声传感器和一只温度传感器，超声传感 器和温度传感器的输出端通过信号电缆与超声波信号采集及处理电路板相连，超 声波信号采集及处理电路板通过信号线缆与通信模块相连接；通信模块通过网络 交换机或Wifi无线路由器与靶道总控计算机进行有线或无线通信，将超声波信 号采集及处理电路板计算结果送至靶道总控计算机；总控计算机与靶道分控计算 机和观摩电视机通过网络线缆连接，将射击成绩下发到靶道分控计算机和观摩电 视机上显示；靶机总控计算机对靶道分控计算机开放分控控制操作功能；靶道总 控计算机与打印机相连接，可以随时将射击成绩进行纸质介质输出。

密闭靶腔具有隔绝报靶区域外的杂波干扰功能，采用边框加前后受弹靶面组 成；在密闭靶腔内部形成相对稳定的超声波传播环境，当弹丸穿过前后靶面时， 与靶面摩擦产生超声波；在密闭靶腔底部设置有弧形布置的超声波信号采集探头 部件，用来采集弹丸与靶面摩擦产生超声波信号和密闭靶腔内的环境温度；五只 超声传感器在传感器安装座上成同圆心同半径的弧线上均等布置，相邻传感器的 轴线之间夹角为15°；温度传感器装置在传感器安装座上。

1号超探头、3号超声探头和5号超声探头为一组进行第一次超声波信号检 测,通过超声波信号采集及处理电路板解算出相应的坐标值(X1，Y1)；2号超探 头、3号超声探头和4号超声探头为一组进行第二次超声波信号检测，通过超声 波信号采集及处理电路板再次解算出相应的坐标值(X2，Y2)；将(X1，Y1)和 (X2，Y2)进行平均值运算，对超声探头的均衡性及机械结构件加工误差进行补 偿得到弹着点坐标值(X，Y)。

超声波信号采集及处理电路板包含有五路传感器信号采集电路，并设置有时 差测量仪、温度采集测量与转换电路、数据收发器、通信模块、电源变换器。

超声波信号采集及处理电路板主要包含有五路传感器前置放大电路、信号滤 波电路、主放大电路、电压跟随电路、电压比较电路并设置有时差测量仪、温度 采集电路、主控制芯片、无线通信模块、电源变换器；所述的前置放大电路与一 级滤波电路相连，前置放大电路将超声传感器所接收到的信号进行放大到一定的 幅度后送至信号滤波电路；所述的信号滤波电路与主放大电路相连，信号滤波电 路有效滤除干扰噪声信号后将信号送至主放大电路；所述的主放大电路用于增强 信号强度；所述的电压跟随电路与主放大电路相连，用来增强信号的输出驱动能 力；所述的电压比较电路用于判读信号输出强度，并将输出与时差测量仪相连； 所述的时差测量仪通过脉冲计数电路测出时间差，将五路超声信号的时间差的精 确测量结果通过地址总线和数据总线发送给主控制芯片；所述温度采集电路采集 环境温度值，并将采集到的温度数据通过单总线发送给主控制芯片；主控制芯片将五路超声信号的时间差和温度数据通过无线通信模块传送至靶道总控计算机。

所述电路板及通信模块供电电池组为超声波信号采集及处理电路板及通信 模块各部分提供有效工作的电源。

网络交换机或Wifi无线路由器能有效地把若干台靶标中采集的数据信号送 至一台靶道总控计算机上，该靶道总控计算机上有集中控制和成绩统计的软件， 能有效地管理各个射击位的成绩，并可通过打印机打印射击成绩单。

靶道总控计算机可根据数学模型在报靶软件中显示(X，Y)坐标值，然后根 据靶形判断环数、方位信息，并通过网络交换机将最终结果下发靶道分控计算机 和观摩电视机；靶道总控计算机对靶道分控计算机开放分控控制功能，靶道总控 计算机外接打印机可进行射手射击成绩打印。