一种基于声音的投掷物自动报靶系统及报靶方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于声音的投掷物自动报靶系统及报靶方法，该报靶系统包括目标靶、声音采集节点、无线网络、无线网关节点以及系统终端，本发明专利技术通过构建节点，各节点在本地对所采集到的声音进行落地时刻估计，并利用无线网络实现高精度时钟同步，各节点通过无线网络将数据传送到系统终端，并利用基于最小二乘的到达时间差定位算法对有效事件进行定位及显示，实现投掷训练过程中的自动报靶。本发明专利技术的报靶系统适应度高、携带轻便、布设快捷、抗干扰能力强、成本低、功耗低、响应速度快、报靶精度高，能够提高武警部队日常训练的信息化程度、训练效率及训练效果。

An automatic target scoring system and target scoring method based on sound

The invention discloses a voice missile automatic target scoring system and scoring method based on the target system including target, voice acquisition nodes, wireless network, wireless gateway node and terminal, the invention through the construction of nodes, each node of the collected sound at the local landing moment estimation, and use the wireless network to realize high precision clock synchronization, each node sends the data to the terminal through the wireless network, and the arrival time of least squares difference algorithm to locate a valid event and display based on the realization of automatic target throwing training process. The target reporting system of the invention has the advantages of high adaptability, portability, quick layout, strong anti-interference ability, low cost, low power consumption, fast response speed and high target scoring accuracy, and can improve the informatization degree, the training efficiency and the training effect of the daily training of the armed police forces.

【技术实现步骤摘要】
一种基于声音的投掷物自动报靶系统及报靶方法
本专利技术属于基于位置的服务领域，尤其涉及一种基于声音的投掷物自动系统及报靶方法。
技术介绍
目前国内外民用及军用自动报靶系统，大多数是针对轻型武器的射击靶，且绝大部分仅适用于室内环境。针对武警手雷训练而设计的自动报靶系统，国内外媒体及期刊文献均未见报道，尚属空白。与射击靶的自动报靶系统所不同的是，手雷训练的靶场无固定目标，一般为地面标志物或标志区域，且使用训练仿真弹，无法留下明显的弹坑或弹眼等明显标志痕迹。同时，对于硬质训练场地，仿真手雷着地反弹会带来跳动，投掷完成后的观测弹着点并非其真实位置。这些都为测定手雷落点带来了巨大的挑战。手雷训练中多采用人工报靶的形式，存在诸多缺点，如工作量大、安全性低、报靶误差度较大、报靶率低等。目前国内外的射击靶自动报靶系统，从技术种类可以分为基于图像处理技术的自动报靶系统、光电类自动报靶系统、双层点击短路采样系统等。而将射击靶自动报靶技术应用到手雷投掷训练自动报靶中，均存在一定的局限性。双层电极短路采样系统，即电子地毯，在靶场面积较大时，其重量较大，不便于快速部署，且经训练手雷反复撞击后，容易发生线路损坏，维护成本较高。光电定位坐标技术需要大量的光电传感器，安装和使用成本都很高，且要求靶场平整度较高，场地适应性较差，不方便部队的野外机动训练。基于图像的自动报靶系统，需要对摄像头位置进行标定后才能使用，并且为了获取较高的报靶精度，摄像头位置需要架设在较高的位置，体积也较大，容易在训练中被击中而发生损毁。同时，对于硬质地面，由于无法留下明显的弹着点，这为图像识别带来了很大的困难，而对于沙质地面，其识别难度会更高，成本也会急剧升高。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种基于声音的投掷物自动系统及报靶方法，报靶精度高、响应速度快，并具有适应能力强、携带轻便、布设快捷、抗干扰能力强、成本低、功耗低和信息化程度高等特点，可以显著提高武警部队日常训练以及复杂场景的训练效率及训练效果。具体技术方案如下：一种基于声音的投掷物自动报靶系统，其特征在于，所述系统包括目标靶、声音采集节点、无线网络、无线网关节点以及系统终端，其中：所述目标靶由不少于4块的相同尺寸正多边形空心板组成，所述的空心板的一面或两面绘制相同的图案，使得所有的空心板拼接成一个靶标图案；所述目标靶用于作为训练手雷/手榴弹等投掷物投掷训练中的靶标，同时对投掷物落点声音进行增强，并限定落点声音的频谱范围；所述声音采集节点包括微处理单元、声信号传感器、信号采集模块、存储单元、无线通信模块及电源模块；所述声音采集节点安装于所述目标靶的四周，用于监测和采集目标靶区域的碰撞声音，并对碰撞事件进行落地时刻估计，并将估计结果通过无线网络传输至无线网关节点；所述无线网络用于传输系统控制指令，以及各声音采集节点落地时刻估计结果传输；所述无线网关节点与所述系统终端相连接，向所述无线网络转发来自所述系统终端的系统控制指令，并向所述系统终端转发来自所述无线网络的落地时刻估计结果；所述无线网关节点包括微处理单元、串口通信模块、无线通信模块以及电源模块；所述系统终端安装有上位机软件，用于控制系统运行，并接收各声音采集节点落地时刻估计结果，进而计算到达时间差，并利用基于最小二乘的到达时间差定位算法对有效事件进行定位及显示。进一步地，所述的正多边形空心板选自木板、塑料板或金属板中的一种。进一步地，所述的正多边形为正三角形、正方形、五边形、六边形。进一步地，所述系统控制指令包括系统运行、系统暂停、系统停止和时钟同步。一种采用上述任一项所述的基于声音的投掷物自动系统的报靶方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：利用至少4块正多边形空心板拼接成投掷目标靶，并在目标靶四周布设声音采集节点，并建立相对位置坐标系，测量并记录各声音采集节点的坐标值；布设无线网关节点，并通过无线网关节点组建无线网络；步骤2：系统终端的上位机软件记录步骤1中声音采集节点的坐标值以建立相对位置坐标系；系统终端通过串口通信模块向无线网关节点发送系统控制指令；步骤3：无线网关节点接收到步骤2中系统终端的系统控制指令后，对其进行解析并封装成数据帧，通过步骤1中所搭建的无线网络，对系统进行广播；各声音采集节点在接收到运行命令后，打开声信号传感器开始采集声信号，并开启信号处理流程，对所有采集到的声音事件进行识别、落地时刻估计；各声音采集节点将本机ID、目标落地时刻及本地时间戳封装成数据帧，并把采集到的原始数据存储至本地存储单元；步骤4：声音采集节点通过步骤1所搭建的无线网络，将步骤3中得到的由本机ID、目标落地时刻及本地时间戳封装成的数据帧发送至无线网关节点；无线网关节点通过串口通信模块将其转发给系统终端；步骤5：系统终端的上位机软件通过步骤4接收的各声音采集节点所得到的目标落地时刻估计结果及本地时间戳信息，进而计算到达时间差TDOA，并利用基于最小二乘的到达时间差定位算法对有效事件进行定位及显示。进一步地，所述的步骤3中的声音采集节点的本地时间戳信息由其内部的定时器提供；所述的系统控制指令包括系统运行、系统暂停、系统停止和时钟同步，各声音采集节点在接收到系统暂停指令后，关闭声信号传感器及声信号处理流程；各声音采集节点在接收到系统停止指令后，关闭声信号传感器及声信号处理流程，关闭本地存储单元存储；各声音采集节点在接收到系统时钟同步指令后，将本地计时器中的数值置零。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术利用声音对弹着点进行定位，将无线传感器网络与被动声定位相结合，在目标靶边界布设声音采集节点，通过采集、测量训练手雷的落点声音到达各节点的到达时间差，来对弹着点的位置进行测算；通过对落点声音进行辨识，能够有效排除人声、风声、动物声音、机械声音等干扰；并通过声信号进行时钟同步，能够进一步降低系统硬件复杂度，提高系统稳定性和可靠性。各节点仅由微处理器、无线传输模块、声信号传感器、信号采集模块及存储单元组成，成本较低、功耗低、体积小、布设快捷方便、携带方便。同时本专利技术的报靶系统适应度高、携带轻便、布设快捷、抗干扰能力强、成本低、功耗低、响应速度快、报靶精度高，能够提高武警部队日常训练的信息化程度、训练效率及训练效果。附图说明图1为本专利技术的系统工作流程图；图2为本专利技术的系统架构及节点布局图；图3为声音采集节点结构原理框图；图4为原始声信号滤波前后对比图；图5为系统定位结果分布图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。这种描述是通过示例而非限制的方式介绍了与本专利技术的原理相一致的具体实施方式，这些实施方式的描述是足够详细的，以使得本领域技术人员能够实践本专利技术，在不脱离本专利技术的范围和精神的情况下可以使用其他实施方式并且可以改变和/或替换各要素的结构。因此，不应当从限制性意义上来理解以下的详细描述。这里以zigbee无线网络及zigbee无线网关节点为例，进行说明。一种基于声音的投掷物自动报靶系统，如图2所示，包括目标靶、声音采集节点、无线网络、无线网关节点以及系统终端，其中：目标靶由16块的相同尺寸正方形空心板(如木板、塑料板或金属板)组成，板的一面或两面绘制相同的图案，使得所有的板拼接成一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声音的投掷物自动报靶系统，其特征在于，所述系统包括目标靶、声音采集节点、无线网络、无线网关节点以及系统终端，其中：所述目标靶由不少于4块的相同尺寸正多边形空心板组成，所述的空心板的一面或两面绘制相同的图案，使得所有的空心板拼接成一个靶标图案；所述目标靶用于作为训练手雷/手榴弹等投掷物投掷训练中的靶标，同时对投掷物落点声音进行增强，并限定落点声音的频谱范围；所述声音采集节点包括微处理单元、声信号传感器、信号采集模块、存储单元、无线通信模块及电源模块；所述声音采集节点安装于所述目标靶的四周，用于监测和采集目标靶区域的碰撞声音，并对碰撞事件进行落地时刻估计，并将估计结果通过无线网络传输至无线网关节点；所述无线网络用于传输系统控制指令，以及各声音采集节点落地时刻估计结果传输；所述无线网关节点与所述系统终端相连接，向所述无线网络转发来自所述系统终端的系统控制指令，并向所述系统终端转发来自所述无线网络的落地时刻估计结果；所述无线网关节点包括微处理单元、串口通信模块、无线通信模块以及电源模块；所述系统终端安装有上位机软件，用于控制系统运行，并接收各声音采集节点落地时刻估计结果，进而计算到达时间差，并利用基于最小二乘的到达时间差定位算法对有效事件进行定位及显示。...

【技术特征摘要】
1.一种基于声音的投掷物自动报靶系统，其特征在于，所述系统包括目标靶、声音采集节点、无线网络、无线网关节点以及系统终端，其中：所述目标靶由不少于4块的相同尺寸正多边形空心板组成，所述的空心板的一面或两面绘制相同的图案，使得所有的空心板拼接成一个靶标图案；所述目标靶用于作为训练手雷/手榴弹等投掷物投掷训练中的靶标，同时对投掷物落点声音进行增强，并限定落点声音的频谱范围；所述声音采集节点包括微处理单元、声信号传感器、信号采集模块、存储单元、无线通信模块及电源模块；所述声音采集节点安装于所述目标靶的四周，用于监测和采集目标靶区域的碰撞声音，并对碰撞事件进行落地时刻估计，并将估计结果通过无线网络传输至无线网关节点；所述无线网络用于传输系统控制指令，以及各声音采集节点落地时刻估计结果传输；所述无线网关节点与所述系统终端相连接，向所述无线网络转发来自所述系统终端的系统控制指令，并向所述系统终端转发来自所述无线网络的落地时刻估计结果；所述无线网关节点包括微处理单元、串口通信模块、无线通信模块以及电源模块；所述系统终端安装有上位机软件，用于控制系统运行，并接收各声音采集节点落地时刻估计结果，进而计算到达时间差，并利用基于最小二乘的到达时间差定位算法对有效事件进行定位及显示。2.如权利要求1所述的基于声音的投掷物自动报靶系统，所述的正多边形空心板选自木板、塑料板或金属板中的一种。3.如权利要求1所述的基于声音的投掷物自动报靶系统，所述的正多边形为正三角形、正方形、五边形、六边形。4.如权利要求1或2所述的基于声音的投掷物自动报靶系统，所述系统控制指令包括系统运行、系统暂停、系统停止和时钟同步。5.一种采用权利要求1-4中任一项所述的基于声音的投掷物自动系统的报靶方法，其特征在于，该...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智，黄逸帆，张磊，林峰，黄美川，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33