基于压电原理的同步信号触发器及射击辅助训练系统 |
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| 申请号 | CN201510864495.7 | 申请日 | 2015-11-30 | 公开(公告)号 | CN105526826A | 公开(公告)日 | 2016-04-27 |
| 申请人 | 高文武; | 发明人 | 高文武; 许克强; 郭敏; 陈长军; 毛庆洲; 朱昌林; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于压电原理的同步 信号 触发器及射击辅助训练系统， 同步信号 触发器包括弹壳、尾套、击发底座、压电单元和压电单元支座，压电单元固定在压电单元支座上，枪支撞针带动击发底座撞击压电单元，产生触发信号。射击辅助训练系统的报靶单元将图像数据与标准的靶标图像数据进行比对解算，得到射击瞄准过程中的环数，并将触发信号产生时刻的环数在报靶单元上显示和语音报靶。本发明与实弹打靶过程相像和逼真，更容易被射击者接受，改变了其他模拟训练装置由于与实弹打靶差异较大导致的不良射击习惯的养成，达到“边训练、边检验、边矫正”的目的。 | ||||||
| 权利要求 | 1.基于压电原理的同步信号触发器，其特征在于：包括弹壳(1)、尾套(2)、击发底座(3)、压电单元(41)和压电单元支座(40)，所述的尾套(2)为内置台阶的空心结构，固定在弹壳(1)的尾部；所述的击发底座(3)为设置在弹壳(1)尾部的柱状体，并通过外凸结构嵌入在尾套(2)的内置台阶内；所述的压电单元支座(40)固定在弹壳(1)的内部，所述的压电单元(41)固定在压电单元支座(40)上，枪支撞针带动击发底座(3)撞击压电单元(41)，产生触发信号。 |
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| 说明书全文 | 基于压电原理的同步信号触发器及射击辅助训练系统技术领域背景技术[0002] 由于条件限制和安全因素，实弹射击训练困难重重，如缺少训练时间、训练费用高、训练场地小、都市安全因素等等。因此研发一种造价低廉、携带方便、操作简洁、坚固耐用的射击训练辅助系统具有很高的实际意义和应用价值。 [0003] 目前，国内外在射击辅助训练系统领域投入了大量精力和资金进行相关的研究，基于不同原理的射击辅助训练系统和发明专利相继问世，其采用的原理可以大致分为激光原理、超声波原理等，其中激光原理是目前比较成熟，需要对枪和靶进行改造，安装激光发射器和激光接收器，通过计算激光束的位置来确定射击成绩。这些系统存在的问题是系统复杂，售价贵，且必须有电脑作为支撑平台；同时必须使用特殊靶，或者在靶上加装合作目标,限制了一般训练人员的应用及大规模的推广。 [0004] 申请号为200910074863.2的中国专利“一种射击辅助训练系统及基于图像定位靶心方法”公开了一种基于图像处理原理的射击辅助训练系统，在枪支上安装摄像头和触发器，用摄像头中心瞄准靶标中心，获取上下左右对称的图像作为基准图像；当运动员持枪瞄准时，摄像头获取瞄准图像，并与基准图像进行比较，计算得到瞄准时的环数及瞄准点的形成轨迹，用于指导运动员的射击训练。其中无线触发器安装在枪支的扳机附近，当扣动扳机时，由无线触发接受装置接受信号并将此刻信号传送费计算机，获得当时的击发环数。 [0005] 该发明在应用于军事训练时存在的问题是触发时刻不精准。众所周知，枪支射击的环数取决于枪支撞针撞击子弹时刻的枪口和靶标之间的角度和位置，而该发明采用在扳机附近增加触发开关来实现，通过扣动扳机触发开关信号，作为图像处理的触发信号，显然该时刻不能代表真实的击发时刻，枪支可能会因为后续的延时而改变角度，如果要精确调节该延时时刻，则会存在较大的难题，尤其是对每一只枪都需要精确调整，势必影响了推广应用。此外由于该装置没有同步信号触发器，使得与实弹打靶差距较大，长期使用容易影响到射击习惯的养成。 发明内容[0006] 本发明提出了一种用于射击辅助训练系统的压电式同步信号触发器，一方面提供了准确的触发时刻，提高了瞄准精度，从而提高了训练质量，另外采用同步信号触发器使得模拟训练过程与实弹射击过程很类似，更容易被射击者接受。 [0007] 本发明的技术方案如下： [0008] 基于压电原理的同步信号触发器，包括弹壳、尾套、击发底座、压电单元和压电单元支座，所述的尾套为内置台阶的空心结构，固定在弹壳的尾部；所述的击发底座为设置在弹壳尾部的柱状体，并通过外凸结构嵌入在尾套的内置台阶内；所述的压电单元支座固定在弹壳的内部，所述的压电单元固定在压电单元支座上，枪支撞针带动击发底座撞击压电单元，产生触发信号。 [0009] 上述基于压电原理的同步信号触发器中，同步信号触发器内部还包括无线发射单元，用于将压电单元产生的信号发送至枪膛外部的瞄准器中。 [0010] 上述基于压电原理的同步信号触发器中，压电单元通过引线与信号处理单元相联。 [0011] 上述基于压电原理的同步信号触发器中，压电单元为压电陶瓷或压电晶体。 [0012] 上述基于压电原理的同步信号触发器中，同步信号触发器的尾套的外部为台阶状，尾套的尾部外径小于尾套中部的外径，且台阶通过锥面平滑过渡。 [0013] 基于压电原理的射击辅助训练系统，包括安装在枪支上的瞄准器、安装在枪膛内的同步信号触发器、安装在射击者身上或枪支上的报靶单元和在射击者远处设置的靶标； [0015] 报靶单元将图像数据与标准的靶标图像数据进行比对解算，得到射击瞄准过程中的环数，并将触发信号产生时刻的环数在报靶单元上显示和语音报靶。 [0016] 上述基于压电原理的射击辅助训练系统中，报靶单元将射击瞄准过程中的环数在报靶单元自带的显示屏上显示或者传输至其他终端上进行显示。 [0017] 上述基于压电原理的射击辅助训练系统中，瞄准器通过机构固定在枪管外部或者瞄准器的尾部通过涨紧机构固定在枪管内。 [0018] 上述基于压电原理的射击辅助训练系统中，图像传感器为摄像机。 [0019] 本发明具有的有益技术效果如下： [0020] 1、本发明采用嵌入式计算机技术与高精度成像技术的融合，获取同步信号触发器触发时刻的图像，与实弹打靶过程相像和逼真，更容易被射击者接受，改变了其他模拟训练装置由于与实弹打靶差异较大导致的不良射击习惯的养成，达到“边训练、边检验、边矫正”的目的。 [0021] 2、本发明采用图像传感器记录射击者的整个瞄准靶标过程，并与校枪时的基准图像比较，解算出整个瞄准过程的环数，并采用撞针撞击同步信号触发器的时刻作为触发时刻，获得射击时的环数，由于给出了全过程的环数，对于分析和纠正射击者的射击姿态具有重要的参考价值，从而确保了模拟训练质量。 [0022] 3、本发明的同步信号触发器尾部采用光滑结构的台阶状，去掉了退壳沟，避免了连续射击时同步信号触发器被枪机后部的拉壳钩勾出，影响到下一次的瞄准训练，并且整个瞄准过程包含上膛、瞄准、射击等标准动作，使得训练和模拟更加逼真。 [0023] 4、本发明在应用时通过校枪步骤获取基准图像，并将触发时刻的图像与基准图像进行比较，克服了瞄准器与枪之间安装精度对靶环测量结果的影响，同时符合日常射击训练的习惯。 [0024] 5、本发明的射击辅助训练系统在节约弹药和费用的同时，提高了训练的安全性和训练效率，并可获得和实弹射击同样的效果，而且可解决阴雨天难以展开的实弹射击、射击场地保障困难，以及射击结果的实时显示等问题。 [0025] 6、本发明的射击辅助训练系统采用撞针撞击同步信号触发器，导致子弹内的压电陶瓷或压电晶体产生压电信号，并为图像采集的触发信号，可精确记录射击时刻的靶标信号，以此来对射击效果进行评判，更具有逼真性。附图说明 [0026] 图1为本发明基于有线传输方式的射击辅助训练系统组成图； [0027] 图2为本发明基于无线传输方式的射击辅助训练系统组成图； [0028] 图3为传统子弹的结构示意图； [0029] 图4为本发明基于压电单元的有线传输式同步信号触发器结构示意图； [0030] 图5为本发明基于压电单元的无线传输式同步信号触发器结构示意图； [0031] 图6为本发明射击辅助训练系统采用缩小靶模拟训练原理示意图； [0032] 图7为本发明射击辅助训练系统靶标成像原理示意图； [0033] 图8为本发明射击辅助训练系统的图像处理和靶环计算流程图。 [0034] 附图标记如下：1—弹壳，2—尾套，3—击发底座，9—引线，15—无线发射单元，21—同步信号触发器，22—瞄准器，23—报靶单元，31—退壳沟，35—视场范围，36—靶标， 37—成像镜头，38—目标靶图像，39—图像传感器，40—压电单元支座，41—压电单元。 具体实施方式[0035] 如图1和图2所示，本发明高逼真度射击辅助训练系统包括安装在枪身上瞄准器22、安装在枪膛内的同步信号触发器21、安装在射击者或枪身上的报靶单元23和在远处设置的靶标36； [0036] 同步信号触发器21内置特殊的机构使得撞针撞击同步信号触发器21时，产生触发信号；瞄准器22包括成像镜头37、图像传感器39和信号处理单元，其中图像传感器39可以采用摄像机或其他图像记录设备，其通过成像镜头37瞄准远处设置的靶标36。瞄准器22可通过机构固定在枪管外部，也可以将瞄准器22做成长条状，尾部通过涨紧机构固定在枪管内。 [0037] 成像镜头37瞄准靶标36，图像传感器39记录整个瞄准过程中靶标的图像数据；信号处理单元将图像数据与标准的靶标图像数据进行比对解算，得到整个射击瞄准过程中的瞄准环数，并将触发信号产生时刻的瞄准环数作为射击环数；报靶单元23用于射击环数的图像报靶显示和语音报靶，更方便射击者使用。 [0038] 信号处理单元可记录整个瞄准过程中的图像数据，并将其传输至报靶单元23后得到整个瞄准过程中的环数，可以在自带的显示屏上显示，也可以通过数据传输模块将射击环数和瞄准环数数据传输至其他终端上进行显示分析。 [0039] 模拟射击时靶标36位于图像传感器视场范围内。首先，微型摄像机将射手击发时的图像存储下来,然后通过核心的图像匹配算法计算出靶标36中心在像方视场的初始坐标。最后通过特定数学模型消除风偏、弹道、抖动等因素的影响，获得靶标36的实际坐标。坐标变换后计算出弹着点位置，同时在报靶单元23的LCD上显示出来并给出语音提示。 [0040] 如图4和图5所示，触发信号产生单元为压电单元40，如压电陶瓷或压电晶体。同步信号触发器21包括弹壳1、尾套2，击发底座3、压电单元41和压电单元支座40，尾套2为内置台阶的空心结构，固定在弹壳1的尾部；击发底座3为设置在弹壳1尾部的柱状体，并通过外凸结构嵌入在尾套2的内置台阶内；压电单元支座40固定弹壳1的内部，压电单元41固定在压电单元支座40上，当枪支撞针带动击发底座3撞击压电单元41，产生触发信号。压电单元41的输出信号经过信号调理电路后提供触发信号，调理电路包括整形、限幅、滤波单元等，得到3.3V的单脉冲触发信号，根据不同的要求，信号调理电路可设置在无线发射单元15或外部的信号处理单元上。图4和图5的区别在于信号传输部分，其中图4为有线传输方式，图5为无线传输方式。 [0041] 同步信号触发器21与瞄准器22之间可以采用如图1、图4所示的有线传输方式，即线圈通过引线9与瞄准器22内的信号处理单元相联，由信号处理单元直接采集并获取触发信号，并与采集的图像相关联，也可以将线圈产生的触发信号进行数值化后，再传输至瞄准器内的信号处理单元。 [0042] 同步信号触发器21与瞄准器22之间也可以采用如图2、图5所示的无线传输方式，同步信号触发器21内部设置有无线发射单元15，用于发射线圈产生的触发信号，也可以将触发信号数字化后再发射。瞄准器22内设置有无线接收单元，所述的无线接收单元与信号处理单元相联，用于接收无线发射单元15发射的触发信号。无线发射单元可采用蓝牙传输等方式，满足近距离的信号传输和接收即可。同样瞄准器22和报靶单元23之间也可以采用无线和有线传输的方式。 [0043] 进一步的，本发明同步信号触发器的尾套2外部为台阶状，尾套2的尾部外径小于尾套中部的外径，且台阶通过锥面平滑过渡，其与图3所示的真实子弹外形的区别在于同步信号触发器省掉了退壳沟31结构。传统的枪支在射击时，炸药的后坐力(对于手动枪支则通过人的手拉回枪栓)使得枪机返回，这时枪机后部的拉壳钩就会通过图3中的退壳沟31将弹壳拉出，从而进入下一发射击。由于本发明的同步信号触发器安装过程复杂不便，故省略了弹壳退出的步骤，所以同步信号触发器的尾部省去了退壳沟，每一次射击完毕后，枪支内的拉壳钩不会将同步信号触发器勾出，影响到下一发的射击。但是整个辅助训练射击过程与实弹逼真模拟，包含上膛、瞄准、射击，枪机勾出弹壳等标准动作，更容易被射击者接受。 [0044] 本模拟训练系统的工作流程如下： [0045] 一、安装 [0046] 将训练系统的瞄准器安装在训练枪支的枪口部位，报靶单元安装在射击者或枪支身上，同时同步信号触发器上膛。对于无线工作的方式，则直接将同步信号触发器置于枪膛中；对于有线传输的方式，将子弹前部的传输导线通过枪管穿出，并与瞄准器联接，随后将瞄准器和报靶器电联接。 [0047] 二、选靶 [0048] 开机后，选择训练用靶型；系统设置有若干种靶标供选择，这些靶标可以为标准的胸环靶也可以为人体模型等。如图6所示，如果训练场没有足够的场地进行射击训练，可以采用缩小靶模拟实际训练，并根据缩短的距离按比例制作缩小靶。 [0049] 三、调零校准：校枪教官根据系统语音提示，按照射击要领进行校枪。在实弹射击中，校枪也是必须步骤，其目的是看枪口的准星、标尺和实际弹着点之间的差距，本系统在软件上设置有校枪环节，当校枪教官根据训练系统的提示，按照平时校枪的步骤对枪支进行调零后，扣动扳机，此时瞄准器的信号处理单元会获取校枪时刻的图像作为基准图像。 [0050] 四、模拟训练射击：射击者按照标准的射击方式进行训练，包括拉枪拴上膛，瞄准、扣动扳机射击，退弹壳(实际只有退弹壳动作而同步信号触发器不退出枪膛)步骤等。系统开机后，瞄准器一直瞄准视场内的靶标，并连续记录靶标的图像，当扣动扳机，撞针撞击同步信号触发器尾部的击发底座，带动移动磁铁前进，穿过对应的空心线圈，切割磁力线，从而在线圈上产生脉冲触发信号。如图7所示，瞄准器内的信号处理单元接收到触发信号后，记录该触发信号产生时刻的图像传感器内的图像，并将此刻靶标的位置与校枪时获取的基准图像的靶标位置进行比对计算，消除风偏、弹道、抖动等因素的影响，得到射击环数。同时将射击者的瞄准过程和轨迹也进行了记录，获得更多的信息供事后分析。 [0051] 五、报靶 [0052] 射手瞄准击发后，系统直接计算出弹着点和成绩，并在报靶单元上的微型LCD上显示出来，同时提供语音报靶。根据需要，系统还可同时将射手举枪、瞄准、扣扳机的整个过程的记录下来，无线发送到智能分析终端上显示并存储，供教官实时指导和射手事后分析。 [0053] 如图8所示，本发明训练系统的图像处理和靶环计算过程和步骤如下： [0054] 一、读取触发时刻视频数据缓冲区的数据； [0055] 二、对图像数据进行灰度化、二值化处理； [0057] 四、轮廓细化：对提取的图像边缘进行轮廓细化，便于后续的靶标定位和计算； [0058] 五、将轮廓细化处理后图像与预设的靶标图像模板进比对，比对中按照先验值设定判断阈值，如果二者的相关性超过该阈值，则认为其即为靶标图像，否则认为脱靶； [0059] 六、计算靶标图像中心在像方视场的初始坐标，并与校枪时的图像坐标进行比较，同时消除风偏、弹道、抖动等因素的影响，获得目标靶的实际坐标； [0060] 七、将结果传输至报靶单元并进行语音报靶。 [0061] 本发明已成功用于模拟射击训练，由于与实弹打靶过程相像和逼真，容易被射击者接受，达到“边训练、边检验、边矫正”的目的。 |
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