The invention belongs to the field of counterfire simulation technology, and specifically relates to a set of algorithm for judging the simulation firing effect by the flight trajectory of kinetic energy projectile, the minimum structure and function of its supporting devices and information platform, and the principle of identifying targets and identifying multiple damage effects. The present invention is based on digital image technology. By calculating optical imaging relationship and quantifying digital image to infer the shooter's opinion, and combining actual measurement and ballistic calculation technology to judge the position relationship between target and projectile, it can realize the simulated shooting of any tangible object. The present invention is superior to the direct light aiming technology which can not represent the trajectory, and optimizes and innovates in damage identification. It can more vividly reflect the characteristics of shooting and obtain more valuable battlefield data. It is especially suitable for shooting simulation of sniper rifle system, point killing weapons of other firearms or parabolic ballistics, and can also be used for civil shooting sports or entertainment according to law.
【技术实现步骤摘要】
具有弹道表现能力和毁伤多样性的对抗射击模拟技术一、
本专利技术属于对抗射击模拟
，提供一种具有弹道表现能力和毁伤多样性的对抗射击模拟技术。二、
技术介绍
当前，人民解放军实兵对抗演习使用的对抗射击模拟装备采用的是直线瞄准方式的激光对抗模拟技术(以下简称光线直瞄技术)，其通过能量光束在射手与目标间建立直线传感通道，依据通道的接通与否判定是否击中目标。现有装备在训练射手交战意识和直瞄准确度方面发挥了重要作用，用于部队实兵演习时也能在一定程度上检验训练的成果，但对远距离精确射击的检验能力十分有限，也不能区分毁伤效果。我们都知道，抛物线才是动能弹丸飞行轨迹的固有属性，直线弹道只是理想状态或技术条件限制下的替代方案。光线直瞄技术基于光的直线传播，不能表现动能武器的抛物线弹道。真实射击时，射手对弹道的装定过程是复杂的，尤其在战斗环境中面对各种干扰和心理压力时就更加困难，如果不能表现弹道，演习对射击难度的模拟便远低于实际战斗环境，对射击能力特别是远距离精确射击能力的检验作用将非常有限；另一方面，战斗员能否在战斗环境中兼顾勇敢作战和避免牺牲也是战术意识和训练成果的直接体现，正确的战术动作在一定程度上可以降低伤亡概率，如果模拟装备不能区分击伤部位，一刀切地判定“阵亡”，会使作战单位的真实战斗力被低估，影响指挥官的判断和力量配置。近年来，以狙击作战为代表的反恐、营救等特种作战行动成为全球安全领域重要的作战方向，狙击作战也是各国武装力量在解决地区冲突中实施“有限介入”行之有效的战术方式，其对精确射击的发展注入了动力，武器精度和射手训练水平都已进入崭新时代。随着我国国家利益...
【技术保护点】
1.不发射动能弹丸但能以动能弹丸的飞行轨迹判定模拟射击的效果的算法，其特征在于：执行所述判定时，所述算法依测得的目标运动特征建立并预测目标运动轨迹，依射手选择的瞄准方向建立空间弹道曲线，计算弹药的弹道特征数据，以弹道曲线与目标轮廓的最终位置是否存在空间交点为依据判定是否击中目标，识取捕获的或推算的信标符号，进而判定对目标造成的毁伤效果；所述算法包括：为了得到所述判定的执行结果，施加于相关数据的运算步骤和运算规则，以及为获取原料数据所使用的测定方法和误差指标，和人机交互过程中客观数据的表现方式或主观数据的格式化方法；具体包括但不限于：(1)描述和预测目标运动轨迹的处理过程；(2)建立弹丸的空间飞行轨迹的处理过程；(3)判断目标轮廓和弹道曲线是否存在交点的处理过程；(4)选取弹着点最近的信标符号的处理过程(5)鉴别毁伤效果的处理过程；(6)对目标运动的连续测定过程；(7)对环境因素的连续测定过程；(8)对目标进行的拍摄或连续拍摄以及像素分析和识别的处理过程；(9)对测定数据的校验过程；(10)在瞄准点图像中叠加弹着点的处理过程；(11)在瞄准点图像中叠加目标运动最终位置图像的处理过程；(1...
【技术特征摘要】
1.不发射动能弹丸但能以动能弹丸的飞行轨迹判定模拟射击的效果的算法，其特征在于：执行所述判定时，所述算法依测得的目标运动特征建立并预测目标运动轨迹，依射手选择的瞄准方向建立空间弹道曲线，计算弹药的弹道特征数据，以弹道曲线与目标轮廓的最终位置是否存在空间交点为依据判定是否击中目标，识取捕获的或推算的信标符号，进而判定对目标造成的毁伤效果；所述算法包括：为了得到所述判定的执行结果，施加于相关数据的运算步骤和运算规则，以及为获取原料数据所使用的测定方法和误差指标，和人机交互过程中客观数据的表现方式或主观数据的格式化方法；具体包括但不限于：(1)描述和预测目标运动轨迹的处理过程；(2)建立弹丸的空间飞行轨迹的处理过程；(3)判断目标轮廓和弹道曲线是否存在交点的处理过程；(4)选取弹着点最近的信标符号的处理过程(5)鉴别毁伤效果的处理过程；(6)对目标运动的连续测定过程；(7)对环境因素的连续测定过程；(8)对目标进行的拍摄或连续拍摄以及像素分析和识别的处理过程；(9)对测定数据的校验过程；(10)在瞄准点图像中叠加弹着点的处理过程；(11)在瞄准点图像中叠加目标运动最终位置图像的处理过程；(12)将扳机操作的机械信号转换为电信号，并确保与枪械系统的机械传动耗时相当的处理过程；(13)根据射手的瞄准点分离出射手主张的处理过程。2.与所述算法配套的装置和信息平台，其特征表现在：所述装置为光机电一体化装置，其为所述算法的运行提供测定平台、运算资源、通信资源、人机交互接口等；用于军警用途时，所述装置挂载于制式武器使用，用于民用用途时可集成制造于射击运动器械内使用；所述信息平台为计算机软硬件集成系统，其为所述算法提供数据和网络支持，承载所述算法中不需要在所述装置本地完成部分的计算任务，本发明用于打靶射击时可不依赖信息平台；2.1所述装置的基本构造(1)含有2套数码拍摄单元，第1数码拍摄单元和第2数码拍摄单元，分别由变焦透镜组、CCD传感器、电动变焦机构、四方向光轴调节机构、快门机构等组成；在技术和成本条件可接受时，两套拍摄单元应优先采用共用光轴的技术方案实现；(2)含有1张集成电路板，板载单片机系统，板载无线网络适配器，板载脉冲激光测距组件、电子罗盘、倾角传感器、GPS、温湿度传感器、电子气压计等传感元器件，集成有扳机指令输入接口、CCD数据接口、镜组变焦指令接口、CCD拍摄指令接口，以及视频输出、USB等接口；(3)含有1套功能控制键及操作反馈指示灯(或数码显示管)，用于在不接驳电脑时对所述装置的简单调整，包括但不限于：设置键、射击模式切换键、枪械模式切换键、射击模式指示灯、枪械模式指示灯、目标确认指示灯等；(4)含有1个扩展功能键，用于备用的人机交互输入；(5)含有1套扳机响应开关，用于感知射手射击意图和枪械快慢机状态的机械信号，转换为电信号传送给单片机系统；(6)包含1组可充电电池；2.2所述装置的基本功能(1)数码拍摄单元第1数码拍摄单元具有较大视场，用于拍摄目标场景图像；第2数码拍摄单元具有超长焦距，用于拍摄目标细节图像和捕捉目标表面的信标符号；其变焦机构均具备迅速大范围调焦能力；第2数码拍摄单元具备滤光和像增强能力，以减小色散并改善图像的亮度；装置设计制造时，应考虑数码拍摄单元的光轴尽量接近瞄准镜光轴(或瞄准线)，以减小观察视角和拍摄视角的差别；投入使用之前，变焦透镜组的光轴需调节至平行于枪械瞄准镜光轴(或瞄准线)；采用共用光轴技术方案时，上述功能要求不变；(2)综合传感器脉冲激光测距组件：用于测定目标距离，使用900nm波段近红外脉冲激光器，实用量程满足最大射击距离的要求，脉冲频率不低于5Hz，具备单次和连续测定能力；电子罗盘：用于测定目标方位，使用三维电子罗盘，具备倾斜补偿和温度漂移补偿能力；倾角传感器：用于测量射击俯仰角和辅助测量目标方位，带有陀螺芯片(mems)，6轴，集成MCU、模数转换，可直接输出倾斜数据；GPS：用于测量射手所在位置和海拔高度，定位误差3米内；温湿度传感器：用于测量射击环境的空气温度和湿度，温度测量范围-30～40℃，精度±1度，湿度范围0-100％RH，精度5％RH；(3)单片机系统：单片机系统安装有固化的软件系统，并为射击控制、方位计算、弹道计算、图像处理等过程提供计算资源和存储资源；(4)扳机响应开关扳机响应开关的安装使用应不干扰射手正常操作枪械扳机、快慢机、保险等；且能对枪械快慢机、保险机构的状态变化实时响应；(5)无线网络适配器：用于所述装置与战场信息系统交换数据；(6)按键和反馈指示灯所述按键和反馈指示灯用来实现但不限于下列功能：射击模式切换、枪械模式切换、弹药切换、扩展键状态、扳机扣压指示等；(7)USB接口所述装置可通过USB接口连接计算机设备或为电池充电，连接并在计算机设备安装专用软件后，可在软件界面浏览数码拍摄单元的实时画面，同时可对所述装置进行设定，设定的内容包括但不限于：视频管理、传感器管理、扩展键设定、枪械选择与弹药匹配、供弹具管理、创建枪械或弹药等；(8)电池采用聚合物锂电池，具有充电保护电路，电池电量应满足所述装置执行一次战役级对抗训练的电量需求，并可以方便地更换；2.3所述信息平台的基本构造(1)含有服务器，包括服务器主机、操作系统、服务中间件；(2)含有无线通信网络；(3)含有数据库，包括数据库管理系统、数据存储设备、数据备份恢复机制；(4)含有应用系统；2.4所述信息平台的基本功能(1)所述服务器，根据信息平台规模的大小以及节约成本的考虑，数据库服务、应用服务、存储服务、通信服务可分别部署于专用的服务器，也可使用虚拟主机技术集中部署，还可以采用接入云计算中心的方式有偿获得远程计算资源；(2)所述无线网络用于所有参战装置与信息平台的无线连接，为保证通信质量和信息传输的实时性，以及考虑通信距离的不确定性，一般可采用TD-LTE技术标准实现无线连接(即为所述装置内置SIM卡，以无线方式连接移动基站，再转至有线广域网最后连接至信息平台)；可减少无线网络设备的投入并提高无线连接的稳定性和可靠性；信息平台只要接入广域网即可通过VPN方式与所有装置建立连接；本发明用于军用用途时，则依照军用通信标准接入军用专用网络；(3)所述数据库的数据库管理系统安装部署于数据库服务器，数据存储设备用于提供数据存储空间，当数据规模较小时，可共享使用数据库服务器的硬盘空间作为数据存储空间，数据备份恢复机制用于数据的备份和恢复；(4)所述应用系统是专门针对本发明所述算法开发的计算机软件，通常指战场信息系统，也可根据需要开发部署具有个性化功能的其他信息系统；战场信息系统安装部署于应用服务器并依托数据库运行；战场信息系统的基本功能包括但不限于下列项：成员管理，人员、车辆、物资、建筑物等信息的分类管理和生命状态更新(可接驳成员所载反馈装置的远程控制功能，例如人员载有的发烟装置)等；装置管理，包括所述装置与信标符号的关联关系的管理、装置状态更新及远程控制等；信标管理，包括信标与人员、装置等的分配和关联；信标的回收再用管理等；武器管理，用于统一管理和供所述装置下载武器及弹药的技术指标；包括武器管理、弹药管理、武器与弹药的匹配管理等；毁伤效果鉴别管理，包括中弹判定、毁伤效果鉴别、射击效果图像的合成与管理等；作为升级和补充，还可添加对抗结果管理、战场态势分析、指挥官视图等功能。3.识别目标和鉴别多样毁伤效果的原理，其特征表现在：3.1目标的识别本发明所述对抗模拟射击技术可以将任何有固定形态的物体纳入识别范围并作为目标进行模拟射击和识别；本发明用于对抗射击时，被射击方目标表面需印染或喷涂有信标符号，或覆盖有印染或喷涂了信标符号的被服，例如人员目标穿戴的服帽、物资目标覆盖的篷布或是车辆目标喷刷的涂装等；所述装置在射手扳机指令下拍摄目标图像，所述算法处理该图像，分离其中的信标符号，并转译为字符串通过无线网络传递给战场信息系统，战场信息系统解算字符串并检索数据库获得其指向的目标信息，在判定击中并鉴别毁伤效果后，战场信息系统对目标的生命状态、装备状态等立即更新；本发明用于非对抗射击(通常属于打靶射击)时，目标表面不必须存在信标符号，由于非对抗射击不需要分辨击中了谁，所述装置只通过判断摄影图像中弹着点是否位于目标轮廓内即能判定是否击中；所述目标轮廓可以被识别的对象包括人体、车辆、装备、物资、环靶、胸靶等，识别范围能通过升级数据库扩充；若目标表面存在信标符号，所述算法亦可以辨认目标和鉴别毁伤效果，但需要网络、战场信息系统以及数据库的支持；3.2多样毁伤效果的鉴别本发明可模拟由于目标类型、弹药种类、击中部位的不同所导致的不同毁伤效果：(1)目标种类是判定毁伤效果的基础因素，本发明通过分类使用信标符号实现目标种类的区分，如人体目标、车辆目标、物资目标等；战场信息系统预先针对目标种类设定毁伤效果，例如针对人员目标时，所述毁伤效果包括(但不限于)：轻伤、重伤、阵亡；针对物资目标时，则有损坏、击毁、引爆等效果；(2)创伤种类是影响毁伤效果的重要因素。创伤种类取决于弹药种类和击中距离，判定击中目标时，参考射击方使用的弹药种类，依据射击距离、弹头形状、弹头结构等因素计算弹丸携载动能和创伤特性，确定对目标的创伤种类，例如贯穿伤、非贯穿伤等；(3)击中部位也是影响毁伤效果的重要因素，同一目标被击中部位的区分依靠在不同部位使用不同信标符号来确定，例如：皮外、皮下、躯干、肢体、头部等；战场信息系统预先对信标符号的所在部位予以定义，这些信标符号之间还通过上下左右的方位关系相互关联，以确保发生“瞄头中脚”情况时依然能够判定击中和辨认毁伤效果；(4)由击中部位、创伤种类即可对应目标种类而确定其创伤表现，例如对人体目标，击中部位+创伤种类有下列组合：皮外贯穿、皮下贯穿、躯干贯穿、肢体贯穿、肢体非贯穿、躯干非贯穿、头部非贯穿，对应的创伤表现为表皮擦伤、皮肉破损、脏器贯穿、肢体骨骼碎裂、肢体残缺、脏器碎裂、爆头等；(5)对每种创伤...
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