技术领域
[0001] 本
发明涉及到一种激光系统及方法，特别涉及一种直瞄及间瞄激光系统及方法。
背景技术
[0002] 在直瞄武器上安装激光发射器，通过发射激光来代替实弹是目前部队进行实兵对抗训练的一种有效手段，在实兵对抗训练中常采用以数代弹的方式模拟间瞄火炮交战训练。如使用手持终端设备通过无线通信系统将间瞄火炮诸元、发射指令等信息发送到间瞄
模拟器，此模式在实际使用时存在不能真实模拟实装武器使用流程，不能具体量化的考核战士的作战技能等缺点。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种直瞄及间瞄激光系统及方法，具有综合处理形成毁伤数据，模拟武器的爆炸伤害的优点。
[0004] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种直瞄及间瞄激光系统，包括直瞄激光和间瞄激光，直瞄激光包括
波长与功率选择、激光接收单元、变焦的激光发射和自适应激光编解码，其中，激光发射至接收的过程会产生几何损耗以及大气损耗；
[0005] 所述的波长与功率选择：1550nm远红外激光，此波段位于大气传输窗口，其吸收散射等仅为1.06um激光输出的1/50，与背景的反差较大，在
激光雷达，目标识别等应用中很具吸引
力，该波段在大自然中
能量远低于
近红外波段。且接收器件对于近红外和可见光的接收灵敏度较低；
[0006] 所述的激
光接收器件：选用铟镓砷特测器光敏器件、对于此波段，七个接收面可分辨来自不同方向的激光波束，配合编码管理，可更好的分辨出不同武器的毁伤效果；
[0007] 所述的变焦的激光发射：根据模拟武器的作用距离、毁伤效果和目标距离的不同，光学系统采用可变焦的方式，支持根据武器类型不同设定出厂定焦，重武器采用自动变焦；
[0008] 所述的自适应激光编解码：每串编码的长度设定，每次发射脉冲采用变速率的发射方式，简单系统采用从高速率到低速率循环发射方式，高档系统采用根据目标距离自动调整速率的方式，提高激光发射功率，降低编码速率；
[0009] 所述的几何损耗：接收器件无法布满全身，只能是布放在合适的
位置，模拟损伤效果放大激光
覆盖面，用较大的光斑去覆盖较小的激光
传感器，是较大的激光覆盖面同较小的激光传感器之间引起的激光功率损耗，其定量数据方式为：
[0010] log激光覆盖面积/接收器件面积dbm； (1)
[0011] 所述的大气损耗：1公里以上大气损耗一般在1-100dbm之间，同能见度有较大的关系，1550nm波长的激光穿透距离大于1.5--2倍能见度。一般功率余量在3dbm/公里之内；
[0012] 接收器件不仅要检测激光
信号的强度，还需在编码激光中检测分辨出被调制的脉冲码，检测器面积同检测器的
频率响应度成反比，
[0013] F＝1/c (2)
[0014] c是检测器的结电容，面积越大，电容值越高，传输脉冲速率还没有最低要求的分析，武器相应时间如果暂定在0.5秒的级别内，每秒发射脉冲编码就要大于4
帧，检测器的频率响应度是一个综合计算的过程。
[0015] 进一步地，间瞄激光通过固定在武器装备上的方向
角传感器、
俯仰角传感器、倾斜角传感器、北斗
定位传感器、人工设定装药量及弹种等获得以下参数输入，GCS2000坐标；俯仰角、倾斜角、方向角，弹种、引信、药温、药号等参数，通过大
数据处理平台获得，毁伤模型
基础数据及相关外弹道参数，气象信息，计算后的着弹点人员、装备、物资、器材情况，通过多维态势
可视化实兵交战系统进行显示，通过历史数据
大数据分析。
[0016] 进一步地，对于能见度较好的情况，1公里之内的大气损耗可以忽略不计。
[0017] 进一步地，间瞄激光建立武器模拟器终端，在演练过程中通过通信基站和主控
软件可实时采集武器对抗模拟器的RID、PID身份号、死活状态、被命中部位、被命中时间等
训练数据，这些数据被自动保存，可通过态势回放或战损统计为演练效果评估提供
支撑。
[0018] 进一步地，武器模拟器终端包括迫击炮、迫榴炮、牵引火炮、自行火炮、间瞄落点显示器、炮兵侦察模拟炸点指示器。
[0019] 本发明提供另一技术方案，一种直瞄及间瞄激光系统的方法，包括以下步骤：
[0020] S1：武器威力场三维可视化方法的建立
[0021] 输入弹药2D信息：将榴弹模型简化处理忽略计算不需要的尺寸信息，提取必要的尺寸信息，将榴弹参数信息做成参数模板，每一类型的榴弹做成一类模板，其中主要的尺寸信息有：弹体的直径、厚度和材料，弹体的
母线方程、弹长、壁厚和材料，弹头的直径、壁厚和材料，弹体全长以及一些相关联的尺寸信息，各个尺寸有关联关系，即当一个尺寸改变时相关联的尺寸也会随之发生改变，获取弹的基本信息后即可分布计算榴弹的破片威力场了，使用了参数-界面实时数据传输技术，该技术的核心是将用户的输入的信息以信号的形象实时发送的场景中，场景接受到参数信息的改变后根据绘制
算法重新绘制场景中的图像项，实现参数-界面的实时联动；
[0022] 映射弹药3D信息：参数模板中的2D平面信息映射到3D场景，需要提取出2D平面图中的点、线和面信息，将这些信息转换为数据集，通过函数映射到目标中，将目标放置到3D场景中既能够完成对2D数据向3D数据的转化；
[0023] S2：冲击波威力场三维可视化方法的建立
[0024] 一种保存冲击波在空间点处的压力信息，以点
云的形式保存，点云中的每个点中不仅保存有位置信息(x,y,z)而且还包含有标量信息和矢量信息，便于观察给不同区间中的数据以不同的
颜色，这一方法适合与对实验数据的处理；
[0025] 另一种是保存距离爆心相同距离处的冲击波超压、比冲量标量信息，方向为远离爆心，这样只需要保存冲击波场在距离爆心L处的冲击波超压值即可，这一方法适合与利用经验公式建立威力场的显示：
[0026] S3：计算弹药
质量分布并将其结果映射到3D场景：通过威力场数学模型，得到破片的总数量和质量分布，通过蒙特卡洛发给每一枚破片赋予质量信息，将所得到的破片信息储存进list中，并对每枚破片编号；
[0027] 根据弹体的2D信息求出破片在平面弹体上的位置，将获得的坐标点信息储存到list中，通过坐标转换获得弹体在3D空间中的位置坐标点，再将储存3D信息的点坐标关联到破片信息list中获得破片在空间中的分布list。最终获得的榴弹破片初始位置信息和质量信息；
[0028] S4：计算破片初速并将其初速赋予破片；遍历破片list计算每枚破片的初始信息并将计算结果保存到破片类中，每枚破片就包含了初始位置信息、质量信息、初始速度信息和破片速度方向信息，在计算破片方向信息时先计算破片在平面上的方向信息，然后通过矩阵绕中
心轴旋转变换获取到破片在弹体上的方向信息；
[0029] S5：计算破片静爆运动参量并实时显示：以上获得破片信息的基础上，计算每枚破片在在一定时间间隔后的空间位置即可，保存在t时刻的所有破片的空间位置，在展示破片飞散过程时只需顺序加载各个时刻的破片位置，显示静爆破片威力场；
[0030] S6：计算破片动爆运动参量并实时显示：动爆运动参量只需在静爆的基础上
叠加以弹体速度矢量即可，其他计算和静爆破片威力场一致；
[0031] S7：目标易损性分析：根据已有数据，结合相关研究所咨询，建立典型步兵战车以及武装
直升机的目标模型，确定目标的几何尺寸；
[0032] 目标毁伤树及关键部件效模型构建：对典型步兵战车以及武装直升机，构建每一个功能部件与整机功能的逻辑关系，并采用演绎法建立毁伤树模型，采用模糊分析法、层次分析法进行部件权重分析，获取关键部件，并对关键部件进行效模型的构建；
[0033] 目标毁伤准则研究：根据战斗部威力分析获得的威力场模型，明确毁伤元种类及作用范围，通过仿真和实验进行毁伤元对目标关键部件毁伤效应分析，并根据分析结果构建不同毁伤元对目标的毁伤准则函数；
[0034] S8：毁伤效果分析程序开发
[0035] 毁伤效果平台架构：确定弹药对目标作用的毁伤效能表征方法，明确弹药威力、目标易损性模型的数据
接口以及弹目交会数据定义及接口模式。明确毁伤效果的计算流程和具体计算方法；基于上述分析架构各类弹药对具体目标毁伤效果分析平台；
[0036] 毁伤效能分析及验证：确定毁伤效果计算文件输出模式，进行各类弹药对目标毁伤效能大量分析，并对个别工况设计相关试验进行验证。
[0037] 与
现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0038] 本直瞄及间瞄激光系统及方法，直瞄激光发射波长选用国际公认安全的1550nm远红外激光；激光接收采用双模接收即支持1550nm也支持808nm-980波长，可支持第三方设备的互联互通，自适应激光编解码技术，根据目标距离自动调整速率的方式，间瞄激光核心原理通过固定在武器装备上的方向角传感器、俯仰角传感器、倾斜角传感器、北斗定位传感器、人工设定装药量及弹种等获得参数输入，综合处理形成毁伤数据，模拟武器的爆炸伤害。
附图说明
[0039] 图1为本发明的铟镓砷特测器的光电响应特性曲线图；
[0040] 图2是本发明的间瞄毁伤评估体系架构图；
[0041] 图3是本发明的破片威力场数学模型计算
流程图；
[0042] 图4为本发明的榴弹参数模板显示区域；
[0043] 图5为本发明的2D平面信息映射到3D场景效果图；
[0044] 图6为本发明的破片在榴弹表面上的位置分布图；
[0045] 图7为本发明的破片在弹体上的初始分布图；
[0046] 图8为本发明的破片在空间上的运动方向图；
[0047] 图9为本发明的静爆破片威力场图；
[0048] 图10为本发明的动爆破片威力场图；
[0049] 图11为本发明的冲击波威力场数学模型计算流程图。
具体实施方式
[0050] 下面将结合本发明
实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚；完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0051] 请参阅图1，一种直瞄及间瞄激光系统，包括直瞄激光和间瞄激光，直瞄激光包括波长与功率选择、激光接收单元、变焦的激光发射和自适应激光编解码，其中，激光发射至接收的过程会产生几何损耗以及大气损耗；
[0052] 波长与功率选择：1550nm远红外激光，此波段位于大气传输窗口，其吸收散射等仅为1.06um激光输出的1/50，与背景的反差较大，在激光雷达，目标识别等应用中很具吸引力，该波段在大自然中能量远低于近红外波段。且接收器件对于近红外和可见光的接收灵敏度较低；
[0053] 激光接收器件：选用铟镓砷特测器光敏器件、对于此波段，七个接收面可分辨来自不同方向的激光波束，配合编码管理，可更好的分辨出不同武器的毁伤效果；
[0054] 变焦的激光发射：根据模拟武器的作用距离、毁伤效果和目标距离的不同，光学系统采用可变焦的方式，支持根据武器类型不同设定出厂定焦，重武器采用自动变焦；
[0055] 自适应激光编解码：每串编码的长度设定，每次发射脉冲采用变速率的发射方式，简单系统采用从高速率到低速率循环发射方式，高档系统采用根据目标距离自动调整速率的方式，提高激光发射功率，降低编码速率；
[0056] 几何损耗：接收器件无法布满全身，只能是布放在合适的位置，模拟损伤效果放大激光覆盖面，用较大的光斑去覆盖较小的激光传感器，是较大的激光覆盖面同较小的激光传感器之间引起的激光功率损耗，其定量数据方式为：
[0057] log激光覆盖面积/接收器件面积dbm； (1)
[0058] 大气损耗：1公里以上大气损耗一般在1-100dbm之间，同能见度有较大的关系，1550nm波长的激光穿透距离大于1.5--2倍能见度。一般功率余量在3dbm/公里之内；
[0059] 接收器件不仅要检测激
光信号的强度，还需在编码激光中检测分辨出被调制的脉冲码，检测器面积同检测器的频率响应度成反比，
[0060] F＝1/c (2)
[0061] c是检测器的结电容，面积越大，电容值越高，传输脉冲速率还没有最低要求的分析，武器相应时间如果暂定在0.5秒的级别内，每秒发射脉冲编码就要大于4帧，检测器的频率响应度是一个综合计算的过程。
[0062] 请参阅图2，间瞄激光通过固定在武器装备上的方向角传感器、俯仰角传感器、倾斜角传感器、北斗定位传感器、人工设定装药量及弹种等获得以下参数输入，GCS2000坐标；俯仰角、倾斜角、方向角，弹种、引信、药温、药号等参数，通过大数据处理平台获得，毁伤模型基础数据及相关外弹道参数，气象信息，计算后的着弹点人员、装备、物资、器材情况，通过多维态势可视化实兵交战系统进行显示，通过历史数据大数据分析。
[0063] 对于能见度较好的情况，1公里之内的大气损耗可以忽略不计。
[0064] 间瞄激光建立武器模拟器终端，在演练过程中通过通信基站和主控软件可实时采集武器对抗模拟器的RID、PID身份号、死活状态、被命中部位、被命中时间等训练数据，这些数据被自动保存，可通过态势回放或战损统计为演练效果评估提供支撑。
[0065] 武器模拟器终端包括迫击炮、迫榴炮、牵引火炮、自行火炮、间瞄落点显示器、炮兵侦察模拟炸点指示器。
[0066] 本发明提供另一技术方案，一种直瞄及间瞄激光系统的方法，包括以下步骤：
[0067] 步骤一：请参阅图3，武器威力场三维可视化方法的建立：要进行破片威力场三维显示的参数，不仅要包含破片在某一时刻的空间位置(x，y，z坐标)，还要包含每一枚破片的质量大小、速度大小和速度方向。这些参数将做为计算出下一时刻破片威力参数的输入参数，通过上述榴弹破片威力场数学模型能够计算出破片场的威力参数，如破片质量分布、破片初速、破片速度衰减等，怎样将上述计算参数转化为破片威力场显示参数映射到三维场景中去。
[0068] (1)请参阅图4，输入弹药2D信息：将榴弹模型简化处理忽略计算不需要的尺寸信息，提取必要的尺寸信息，将榴弹参数信息做成参数模板，每一类型的榴弹做成一类模板，其中主要的尺寸信息有：弹体的直径、厚度和材料，弹体的母线方程、弹长、壁厚和材料，弹头的直径、壁厚和材料，弹体全长以及一些相关联的尺寸信息，各个尺寸有关联关系，即当一个尺寸改变时相关联的尺寸也会随之发生改变，获取弹的基本信息后即可分布计算榴弹的破片威力场了，使用了参数-界面实时数据传输技术，该技术的核心是将用户的输入的信息以信号的形象实时发送的场景中，场景接受到参数信息的改变后根据绘制算法重新绘制场景中的图像项，实现参数-界面的实时联动；
[0069] (2)请参阅图5，映射弹药3D信息：参数模板中的2D平面信息映射到3D场景，需要提取出2D平面图中的点、线和面信息，将这些信息转换为数据集，通过函数映射到目标中，将目标放置到3D场景中既能够完成对2D数据向3D数据的转化；
[0070] 步骤二：冲击波威力场三维可视化方法的建立：
[0071] (1)请参阅图11，一种保存冲击波在空间点处的压力信息，以点云的形式保存，点云中的每个点中不仅保存有位置信息(x,y,z)而且还包含有标量信息和矢量信息，便于观察给不同区间中的数据以不同的颜色，这一方法适合与对实验数据的处理；
[0072] (2)另一种是保存距离爆心相同距离处的冲击波超压、比冲量等标量信息，方向为远离爆心，这样只需要保存冲击波场在距离爆心L处的冲击波超压值即可，这一方法适合与利用经验公式建立威力场的显示：
[0073] 步骤三：请参阅图6，计算弹药质量分布并将其结果映射到3D场景：通过威力场数学模型，得到破片的总数量和质量分布，通过蒙特卡洛发给每一枚破片赋予质量信息，将所得到的破片信息储存进list中，并对每枚破片编号。
[0074] 请参阅图7，根据弹体的2D信息求出破片在平面弹体上的位置，将获得的坐标点信息储存到list中，通过坐标转换获得弹体在3D空间中的位置坐标点，再将储存3D信息的点坐标关联到破片信息list中获得破片在空间中的分布list。最终获得的榴弹破片初始位置信息和质量信息；
[0075] 步骤四：请参阅图8，计算破片初速并将其初速赋予破片；遍历破片list计算每枚破片的初始信息并将计算结果保存到破片类中，每枚破片就包含了初始位置信息、质量信息、初始速度信息和破片速度方向信息，在计算破片方向信息时先计算破片在平面上的方向信息，然后通过矩阵绕中心轴旋转变换获取到破片在弹体上的方向信息；
[0076] 步骤五：请参阅图9，计算破片静爆运动参量并实时显示：以上获得破片信息的基础上，计算每枚破片在在一定时间间隔后的空间位置即可，保存在t时刻的所有破片的空间位置，在展示破片飞散过程时只需顺序加载各个时刻的破片位置，显示静爆破片威力场；
[0077] 步骤六：请参阅图10，计算破片动爆运动参量并实时显示：动爆运动参量只需在静爆的基础上叠加以弹体速度矢量即可，其他计算和静爆破片威力场一致；
[0078] 步骤七：目标易损性分析：根据已有数据，结合相关研究所咨询，建立典型步兵战车以及武装直升机的目标模型，确定目标的几何尺寸；
[0079] (1)目标毁伤树及关键部件等效模型构建：对典型步兵战车以及武装直升机，构建每一个功能部件与整机功能的逻辑关系，并采用演绎法建立毁伤树模型，采用模糊分析法、层次分析法进行部件权重分析，获取关键部件，并对关键部件进行等效模型的构建；
[0080] (2)目标毁伤准则研究：根据战斗部威力分析获得的威力场模型，明确毁伤元种类及作用范围，通过仿真和实验进行毁伤元对目标关键部件毁伤效应分析，并根据分析结果构建不同毁伤元对目标的毁伤准则函数；
[0081] 步骤八：毁伤效果分析程序开发：
[0082] (1)毁伤效果平台架构：确定弹药对目标作用的毁伤效能表征方法，明确弹药威力、目标易损性模型的数据接口以及弹目交会数据定义及接口模式。明确毁伤效果的计算流程和具体计算方法；基于上述分析架构各类弹药对具体目标毁伤效果分析平台；
[0083] (2)毁伤效能分析及验证：确定毁伤效果计算文件输出模式，进行各类弹药对目标毁伤效能大量分析，并对个别工况设计相关试验进行验证。
[0084] 实施例一：
[0085] 迫击炮对抗模拟器：产品由PAD、主机、背带、模拟弹、
电池、定向天线等构成，迫击炮对抗模拟器为实兵对抗训练系统的子系统，可与其它子系统一起构成实兵战术对抗演练环境，能够模拟不同迫击炮对各类战场目标的毁伤效果，打击距离、弹丸飞行时间、落弹散布及毁伤能力与实际基本一致，能够模拟装备被直瞄、间瞄、地爆等各类武器有效火力打击后的损毁效果；当产品(人员)被击毁时，能自动
锁定发射功能；毁伤模型应支持外部升级。
[0086] 实施例二：
[0087] 迫榴炮模拟终端：系统主机、PDA(手持射击诸元输入端)、测向测角组件、锂电池电源、发烟罐座、声光弹组件等组成，该系统能够模拟100mm和120mm迫榴炮等不同弹药对各类战场目标的毁伤效果，打击距离、弹丸飞行时间、落弹散布及毁伤能力，模拟间瞄火炮的发射。
[0088] 实施例三：
[0089] 牵引火炮模拟终端：系统主机、PDA(手持射击诸元输入端)、测向测角组件、锂电池电源、发烟罐座、声光弹组件等组成，该系统能够模拟100mm和120mm迫榴炮等不同弹药对各类战场目标的毁伤效果，打击距离、弹丸飞行时间、落弹散布及毁伤能力，模拟间瞄火炮的发射。
[0090] 实施例四：
[0091] 间瞄落点显示器：能够接收其他武器发射的编码激光，并根据模型和激光信号产生模拟伤情；能够通过声音、闪光和发烟形式模拟终端命中情况，能够模拟装备被直瞄、间瞄、地爆等各类武器有效火力打击后的损毁效果；当终端被击毁时，能自动锁定侦察功能，能够接收主控系统下发的演习起止时间，实现演习参数预先设置与工作模式(训练模式与演习模式)自动切换；能够接收主控系统下发的导控裁决指令，实现远程判毁和复活操作；能够接收主控系统下发的密钥设置指令，防止非演习编成内器材的违规使用。
[0092] 实施例五：
[0093] 炮位侦察雷达模拟终端：可以用来侦察正在进行发射的间瞄火炮阵地位置，终端的毁伤信息和位置信息可通过电台实时传送到导演中心。
[0094] 综上所述，本直瞄及间瞄激光系统及方法，直瞄激光发射波长选用国际公认安全的1550nm远红外激光；激光接收采用双模接收即支持1550nm也支持808nm-980波长，可支持第三方设备的互联互通，自适应激光编解码技术，根据目标距离自动调整速率的方式，间瞄激光核心原理通过固定在武器装备上的方向角传感器、俯仰角传感器、倾斜角传感器、北斗定位传感器、人工设定装药量及弹种等获得参数输入，综合处理形成毁伤数据，模拟武器的爆炸伤害。
[0095] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
