一種多功能無線自動報靶系統設計與實現

任傳銘

（71702部隊，河南洛陽，471600）

一種多功能無線自動報靶系統設計與實現

任傳銘

（71702部隊，河南洛陽，471600）

本設計基于制式配發的起倒靶機，進行硬件升級和軟件開發。具有射擊模式設定、靶位分組設定、中靶倒靶控制、夜間射擊照明燈光控制、自動報靶與近端顯示、成績統計及打印輸出等功能。

實彈射擊；自動報靶；精度報靶；無線通信

0　引言

傳統的實彈射擊訓練保障工作復雜，顯靶、隱靶、報靶、照明等主要依靠人工完成，存在時效性不高、安全隱患較大、人力資源浪費和存在人為作弊等不足。雖然有些單位配發了自動起倒靶機，提高了一些自動化程度，但其功能仍比較簡單，且不能實現精度報靶；而國內市場上一些自動報靶產品普遍存在成本高、精度差、系統復雜、場地要求高等問題。本文所設計的報靶系統基于上述自動起倒靶機進行升級改造，能夠滿足多人多靶同時射擊的自動報靶，大大提高了自動化程度，從而減少了士兵的勞動量，同時也能更靈活地設計訓練內容，方便地管理訓練成績。

1　技術研究現狀

當前研究應用較多的實彈報靶系統根據工作原理主要分為四類：基于機器視覺與圖像處理類、基于光電陣列類、基于聲電傳感器類、基于分區導電靶類等。（1）基于機器視覺與圖像處理類：使用攝像頭對常規的標準靶靶面進行圖像采集，通過圖像處理判定彈著點位置。這類報靶系統的優點是造價適中，部分產品精度較高；缺點是對靶紙的要求就比較高，圖像處理算法復雜、運算量大，通常使用有線通信傳輸給計算機進行處理，因而只能在室內或固定場地使用。（2）基于光電陣列類：利用激光發射器和接收器在靶面形成大小、間距相等的激光網格，當子彈穿過激光網格時，必將遮斷水平和垂直方向的若干條激光束，激光靶通過檢測被遮斷光束的位置得出彈著點。這類報靶系統的優點是系統計算簡單，精度較高；缺點是需要很多的激光頭，電路復雜，且激光頭外框需要加固防護，重量較重，在野外訓練中不是很實用。（3）基于聲電傳感器類：在一個矩形框架上裝有若干個聲電傳感器，彈頭從框架內穿過時，沖擊空氣形成一個沖擊波向周圍擴散，通過測量傳感器捕捉到該波的時間差及彈頭速度，進行運算處理，就可以確定彈頭穿過位置。該類型里研究比較多的是激波報靶。這類報靶系統的優點是產品造價與設計復雜度適中，工作與光照條件無關；缺點是探測距離近，測量精度不高，對于風速、風向的影響需要進行修正，傳感器外框需要加固防護，重量較重，不適合起倒。（4）基于分區導電靶類：這種靶面由兩片很薄的金屬導片（多采用金屬錫箔紙）組成，其中一塊金屬片是一完整的靶面（該金屬片接地），另一塊金屬片則把整個靶面分環劃分為上、下、左、右、左上、左下、右上、右下8個區域（該層接高電平），當子彈頭穿過靶面時，使所在區域的金屬片與另一金屬層短接，從而在相應的引線上輸出一個脈沖信號，通過分析達到檢靶的目的。這種報靶系統的優點是造價適當，信號采集與處理算法簡單，不受風和光照影響，且適用于起倒靶。缺點是依賴兩片錫箔靶紙，靶紙重復使用次數有限。通過以上對比分析，由于本系統是基于起倒靶的多功能自動報靶設計，故采用分區導電靶方案。

2　系統設計

系統由導電靶、起倒靶機、控制計算機、通信終端、近端顯示單元、夜間照明器和電源等組成，采用“導電靶+起倒靶機+無線通信+控制計算機”的結構設計。系統具有發數或環數自動報靶、射擊模式設定、靶位分組設定、中靶倒靶控制、夜間射擊照明燈光控制、自動報靶與近端顯示、成績統計及打印輸出等功能。靶面采用制式配發的導電靶（頭靶、胸靶、身靶）或者用于精度射擊的改進型精度靶（導電胸環靶），子彈擊穿靶面瞬間會產生一個短促導通脈沖，通過導線進入起倒靶機，靶機運算控制單元通過信號處理得出射擊成績（發數或環數、方位），并通過無線通信模塊將成績編碼發送給控制計算機和射手近端顯示單元；控制計算機通過串口連接無線終端，可以對靶機發送起倒模式設定、靶位分組、成績查詢等控制指令，靶機內部控制單元根據接收到的指令執行相應操作。

2.1感應靶設計

準確檢測到中靶信號是實現自動報靶的關鍵，本系統采用的靶面分制式配發的導電靶（頭靶、胸靶、身靶）和用于精度射擊的改進型精度靶（導電胸環靶）兩種，其原理基本一致，即：靶面由泡沫板和內部的導電層組成（如圖1a所示），子彈擊穿靶面瞬間會產生一個短促導通脈沖，通過導線進入起倒靶機，靶機運算控制單元通過信號處理得出射擊成績（發數或環數、方位）。其中，精度靶是按照普通胸環靶樣式用絕緣材料分隔成不同的環位和方位區域（如圖1b所示）［10］，環位區分10環、9環、8環、7環、6環、5環，方位區分上、下、左、右、左上、左下、右上、右下，共區分33個區域，并由不同區域分別引出信號線。精度靶完整導電層在前，分區導電層在后，在其背部外表面再加一層縱橫引線，用于信號引出。彈頭直徑5.8mm，區域與區域間隔4mm，確保不會漏報。當子彈擊穿靶面的瞬間，靶子導電層接通，此時在相應區域的信號線上即可產生脈沖信號，靶子的6個環位和8個方位一共14個信號引線并行輸出。靶子導電層間隔為3mm，彈頭長度為24mm，彈速為900m/s，則輸出的脈沖寬度約23μs。為了能準確檢測，還必須對這些脈沖信號進行濾波和整形處理。

圖1　導電靶結構示意圖

2.2起倒靶機設計

靶機采用制式配發的起倒靶機，并根據設計需要對內部運算控制單元進行改進設計，使之具備信號采集、成績分析、成績記錄、燈光驅動、起倒驅動、電量監測和無線通信等功能。CPU采用Atmel公司的8位低功耗AVR微處理器ATmega16，工作頻率16MHz，有32個可編程的I/O口。波特率受無線通信電臺限制，并考慮到通信穩定性，使用4800bps。結構原理如圖2所示，中靶信號經排線引入控制板，分別經濾波、整形后進入CPU，在CPU內部分別進行環數分析和方位分析（非精度射擊時只分析是否中靶），得出射擊成績并存儲記錄，而后采用串行通信方式經無線電臺發送給控制計算機和射手近端顯示單元。其中，環數分析考慮到“擊穿某一區域時也同時觸通經過此處的內環引線”這種情況采用“多通取低環”的策略，即：一次觸發多個環數時取較低的環數；考慮到“壓線算高環”的實際判分規則，靶面制作時每個環形導電層適當外擴3mm。同時，CPU還可根據計算機控制指令和設定模式，驅動電機完成起倒動作或驅動照明燈光。夜間射擊訓練時，通常一個靶機控制兩個燈光（燈光亮度可調），分別照射身靶和胸靶，靶面不起倒。

2.3計算機監控終端軟件設計

軟件使用Visual C++開發，具有串口設置、模式設置、靶位分組、成績統計等功能，共劃分菜單按鈕區、實時靶位顯示區和靶機控制區三部分。其中菜單按鈕區設有新建、打開、保存、另存、模式設置、串口開關、串口設置、成績擦除、全部顯靶、全部倒靶、靶機控制臺（開啟靶機控制區）、靶位設置、成績打印等功能按鈕；實時靶位顯示區用于實時顯示各靶位當前一發成績或總發數；靶機控制區可以指定當前控制對象是全部靶機、分組靶機還是單個靶機，可設置中靶后是否起倒、成績是否即時反饋、所驅動兩個燈光的亮度，可顯示模式執行狀態（執行中實時跑秒）、清除成績、靶機復位、掃描成績等。其中，掃描成績主要考慮到多人多靶同時射擊時的信道擁堵問題，容易導致上報成績接收不到的問題，可以在射擊完畢后要求靶機依次上報一遍成績，確保系統的準確性、可靠性。

3　結束語

該報靶系統實現了射擊環數和方位在射擊位置的實時顯示和計算機監控終端的實時監控，射擊中可統計個人及單位的單發成績和總體成績。經大量實驗和實際使用驗證，報靶精度為±1環，誤報率＜2%，漏報率＜1%；其設計科學、報靶準確、功能豐富，適用于手槍、步槍、機槍等各式槍械的報靶，抗干擾能力強，適合野外使用，現已在多個部隊推廣使用，取得了良好的訓練效益。

［1］ 張軍，顏樹華，徐琰.自動報靶系統的研究進展［J］.激光與紅外，2006，36（12）：1152-1154

［2］ 張曉錕，林嘉宇.一種基于圖像處理技術的自動報靶系統設計［J］.微處理機，2010，31（3）：101-104.

［3］ 李佩瑞.基于圖像處理技術的自動報靶系統的設計與實現［D］.重慶：重慶大學，2014：1-10

［4］ 劉海軍.基于激光靶的輕武器自動報靶系統的研究與設計［D］.長沙：國防科學技術大學，2006：1-34

［5］ 單新云，郝曉劍，姜三平，周漢昌.實彈射擊訓練系統的設計［J］.電子測試，2011（10）：66-69

［6］ 曹勇，張宇，付靜.基于光電開關模型的坐標傳感器設計［J］.激光與紅外，2011（9）：1019-1022

［7］ 國蓉，何鎮安，王偉.被動聲探測技術與彈著點定位方法綜述［J］.電聲技術，2010（11）：48-52

［8］ 張江濤.激波報靶原理、算法及信號處理方法研究［D］.石家莊：河北科技大，2007：1-23

［9］ 戰延謀，王卓柱，孫吉紅，段紅.一種自動報靶系統的設計與實現［J］.電子測量技術，2008，31（5）：1-3

任傳銘（1986.01-），性別：男，籍貫：山東省德州人，學歷：本科，畢業于中國石油大學（華東），職稱：助理工程師，研究方向：電子與通信工程。

Design and implementation of a multi function wireless automatic target scoring system

Ren Chuanming
（71702 forces，Luoyang Henan，471600）

The design of standard allotment based on inverted target，upgrade the hardware and software development.The system has the functions of shooting mode setting，target setting，target target control，night shooting and lighting control，automatic target reporting and near end display，result statistics and print output.

firing；automatic scoring；precision target；wireless communication

圖2　靶機運算控制單元原理圖