自动显隐靶结构弹着点目标识别研究

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随着部队现代化 的快速发展 ，各种坦克装备部队，要在短时间内使装备形成战斗力，就必须进行大量的实弹训练，由于弹药昂贵和火炮寿命的限制使射手的训练成为了难题，现代科技的发展为实现 自动显隐和报靶控制提供 了很好的技术条件 。根据需要选择-种或多种射击方案 ，实现对钢板靶显隐的驱动和 自动报靶∩以实现实弹射击的训练效果 又 可 以降低 训 练 成本 和延 长 武 器装 备 的使 用寿命 。

自动显隐和报靶系统不仅可以提高射击效率、节省人力 、避免报靶 时的人 员伤亡 ，而且可 以 自动 统计并 打印射击成绩 ，确保射击成绩的真实可靠 ，实现快速 、精 确的落点报告 。文献 [2]提 出了-种利 用摄像 头、便携式收稿 13期 ：2013-04· 14 ·计算机和无线路 由器等搭建无线报靶系统 ，并利用 图像识别算法实现智能报靶，文献[3]基于激光调制技术，提出阵列式多路调制激光信号采集的方法 ，设计 了- 种二极 管线与方式的信号采集结构 ，使用横纵 2条 总线来 确定 1个弹着点的坐标 ，设计更具实用性 的轻 武器射 击训练激光模拟系统 ，解决 了普通激光器远距离处 光斑 过大的问题 。对 于振 动类 的报 靶 系统 只需 要单 片机 、传 感器 、无线收发拈 和驱动 电机 ，在 报靶精度 和适应 性上也将逐步满足军队要求，故研究基于振动的自动显隐报靶系统对 于推进部队现代化具有加速作用 ，在部队 中的应用具有广阔的前景。

2 自动显隐靶结构在实弹射击过程中 ，自动显 隐靶 结构使 用振动传感赵富全 等：自动显隐靶结构弹着点目标识别研究 第7期器进行采集 ，根据 采集 来 的数据 ，利 用单 片机 的计 时功能算 出振动波在钢板靶的传播 时间 ，然 后通过位 置解算单元判定弹着点在靶中的位 置坐标 ，最 后通过无 线数传拈将结果送 到 主单 片机并 且显示 。使 用这 种 自动报靶 系统就好像是使用了 1个 电子 眼”，它会代替 报靶人员 的眼睛 ，在 实弹 射 击过 程 中不 间断 的对 靶 面 进行 检测 。对不 同靶位上的每 1次射击都采 用相 同的算 法 、规则 和精度来 判定 。比人工 报靶更 客 观、更公 正 ，有 较高的可用性 ]，如图 1所示 。

图 1 自动显 隐靶结 构当射手命中钢板靶时，振动电压信号通过传感器采集到的数据通过调理、放大、滤波 、整型输入到从单片机 中，计时器测量电压信号的周期 (频率 )、时间间隔、溢 出次数、命中次数等参数 ，利用坐标的解算程序计算 出弹着点的位置坐标 ，最后将处理后的数据通过无线串 口通信拈传 回给主单片机 ，显示在液晶显示屏上。

通过电机转动带动连杆机构 ，使得机构 中的靶杆进行起倒动作 ，从而实现钢板靶的显隐。

3 振 动信号采集与处理3.1 振动信号采集如图 2所示，在钢板靶 的 1、2、3标识位置安装振动传感器 ，弹着 目标后 ，根据计时器的数据计算 出振动波的电压信号 自开始接收到停止时传播 的距离，结合钢板中振动波的传输速度，即可解算出弹着点的坐标 ，从而识别出弹着点的位置。

1O图2 靶板传感器安装3.2 振动信 号处 理对振动信号进行滤波 ，Kalman滤波状态方程为 ：X - X GW过程噪声协方差矩阵(1)Qc愚 -E wc忌 w c愚 -[ ： ； ] cz式中：Q(忌)为零均值，方差 (志)、 ( )为互不相关的白噪声 ，T为采样周期。

测量方程 为：Y - H X V(忌) (3)式中： ( )- ： 。 (愚)， z( )表示均值为。，方差为(志)， (忌)的相互独立 的测量噪声 。

测量模型协方差矩阵为” ：R 正 -E Vc愚 c愚 -[ ： ] cKalman滤波实现过程 为。

2)志-1时刻 ，系统状态预测方程为：Xk/ 1- sX k1 13)忌时刻 ，系统状态更新方程(5)X - X ) K (y女- H X 1)) (6)式 中：K 为滤波增益矩阵。

K - P H (H Pm-1H R )预测协方差 ：P / 1- P 1/ l簖 GQ1G) ) ### 。

1 、 5 第 36卷 电 子 测 量 技 术滤波协方差 ：PM - (J- K H )P ， 1 (9)通过对各传感器测量 的振动信号进 行 Kalman滤波 ，即可得到可应用于弹着点目标识别的振动信息。

4 弹着点 目标解算识别4.1 弹着点目标识别系统弹着点目标识别系统结构如图 3所示。主单片机将钢板靶的控制信号通过无线传输拈传送给从单片机，通过直流电机的正反转控制钢板靶的显隐。然后 ，射击过程中，子弹射击到钢板靶上 ，产生的振动信号被 3路振动传感器从钢板靶上采集 ，采集到的电压信号经过调理 ]，得到振动的模拟信号，经 PCA计时器测量时间间隔、周期等参数，将得到的数据传到坐标解算单元，计算出弹着点的位置坐标和命中次数，再经过无线传输拈将数据返回给主单片机，主单片机可通过液晶显示将接收到的射击成绩显示 出来 ，位置坐标解算的流程图如图 4所示 。

· 16 ·图 3 弹着点 目标识别系统图 4 位置坐标解算流程4.2 子弹命中目标的坐标解算算法根据 PCA计时器的数据计算 出振动波的电压信号 自开始接收到停止时传播的距离 ，分别为 n。、b。、C ，钢板靶的面积为 m mmN mm。3个捕捉拈捕捉的时间分别为 t 、t 、t。，振动波在钢板中的传播速度为 m/s，在传感器接收到振动信号时，振动波传播的距离为 ，最先接收到振动波的捕捉拈 t-0则有 a-n .Tg ，b-b z ，C-C1z ，式中：n1- ×t，，61- ×t2，c1- ×t3。设弹着点的坐标为( ，Y )，弹着点与 1、2两个传感器构成的三角形中，三角形的半周长 ：P - -a-t- b--t-m海伦公式计算三角形的面积(1O)S - ，/pl( 1-n)( 1～6)( 1～ ) (11)利用面积求 坐标 ：2× S1 - - - m 根据 求 的坐标- 、 ( (12)(13)由上公式可以算出弹着点的坐标，为了确认坐标解算的正确性，由弹着点与 1、3传感器组成的三角形中，按照下列公式计算出弹着点的坐标 ( ， z)。

三角形的半周长：P2-半 海伦公式计算三角形的面积：(14)S2- ，/p2(p2-Ⅱ)(户2- c)(P2- ) (15)利用面积求 Y坐标 ：2× SY2- ------ --根据 求 的坐标 ：。 - 。

(16)(17)5 数据分析为了验证弹着点定位算法精度，利用 MATI AB软件赵富全 等：自动显隐靶结构弹着点目标识别研究 第7期二 苎 苎 兰 计 鼍 着点