仿真手榴弹、靶场、激光雷达组合方法及轨迹拟合方法技术

仿真手榴弹、靶场、激光雷达组合方法及轨迹拟合方法。本发明专利技术公开了一种仿真手榴弹靶场系统，包括至少一个仿真手榴弹；至少一个激光雷达，所述激光雷达被配置为实时扫描目标空域获取点云数据，传输给域控制器计算出所述仿真手榴弹在空间运动轨迹上的一些位置点；一个域控制器，所述域控制器与所述激光雷达电信号连接，所述域控制器被配置为多次接收所述激光雷达的点云数据；至少一个后置音箱，设置于投掷点附近，所述后置音箱被配置为接收所述域控制器的控制信号，实时播放预先存储的真实手榴弹的爆炸声；还包括至少一个支架和电源；本发明专利技术通过手势识别技术能够精确识别拉火开始时刻，能够将落地点数据和最高点数据精确到土5厘米；本发明专利技术也提供了一种仿真手榴弹及抛物线轨迹拟合方法。迹拟合方法。迹拟合方法。

【技术实现步骤摘要】
仿真手榴弹、靶场、激光雷达组合方法及轨迹拟合方法


[0001]本专利技术公开了一种仿真手榴弹、靶场系统、激光雷达组合工作方法及抛物线轨迹拟合方法。

技术介绍

[0002]手榴弹是一种能攻能防的小型手投弹药，也是一种使用较广、用量较大的弹药。它既能杀伤有生目标，又能破坏坦克和装甲车辆。手榴弹由于体积小、质量小，携带、使用方便，曾在历次战争中发挥过重要作用。
[0003]随着科学技术的发展以及作战思想的改变，手榴弹的地位尽管不如两次世界大战时那样突出，但是作为步兵近距离作战的主要装备之一，在现代战争条件下仍然具有重要的存在价值。所以，在现代军队中投弹训练仍是一项重要的训练科目。部队训练考核时手榴弹投掷距离是30米及格、40米优秀，能扔50 米的就是很强了。
[0004]为了提升训练效果，达到训练目的，减少对环境的破坏，减少不必要的损伤，仿真手榴弹应用比较普遍。
[0005]但是，现有的仿真手榴弹存在如下不足：
[0006](1)不能仿真从拉弦时刻开始到起爆时刻的紧迫感。
[0007](2)将声光仿真效果都集成到手榴弹上，将仿真手榴弹投掷到30米距离外，声光仿真效果较差。
[0008](3)不能向投掷者直接报出投掷距离。
[0009](4)不能仿真出手榴弹的空中运动轨迹，不能提供轨迹的最高点数据，不利于反复练习提高实战技能。
[0010](5)不能存储每个士兵的每次投弹数据。
[0011](6)不具有大数据采集、存储、分析功能。
[0012]本专利技术使用了激光雷达。激光雷达实际上是一种工作在光学波段的雷达，它的优点非常明显：
[0013](1)具有极高的分辨率：激光雷达工作于光学波段，频率比微波高2～3 个数量级以上，因此，与微波雷达相比，激光雷达具有极高的距离分辨率、角分辨率和速度分辨率；
[0014](2)抗干扰能力强：激光波长短，可发射发散角非常小(μrad量级)的激光束，多路径效应小(不会形成定向发射，与微波或者毫米波产生多路径效应)，可探测低空/超低空目标；
[0015](3)获取的信息量丰富：可直接获取目标的距离、角度、反射强度、速度等信息，生成目标多维度图像；
[0016](4)可全天时工作：激光主动探测，不依赖于外界光照条件或目标本身的辐射特性。它只需发射自己的激光束，通过探测发射激光束的回波信号来获取目标信息。
[0017]激光雷达从线束上分可以分为：
[0018](1)单线束激光雷达，主要应用于扫地机器人；
[0019](2)多线束激光雷达，主要应用在汽车行业，有16线束、32线束以及64 线束的激光雷达。
[0020]激光雷达分类以及应用：
[0021]从体制上划分，主要有直接探测激光雷达和相干探测激光雷达。实际上，目前我们提到的，包括自动驾驶、机器人、测绘用到的激光雷达，基本上属于这种直接探测类型的激光雷达。有比较特殊的，比如测风、测速之类的雷达，一般会采用相干体制。

技术实现思路

[0022]针对现有技术的上述缺陷，本专利技术的目的之一是提供一种仿真手榴弹，通过在仿真手榴弹外表面粘贴反光膜，方便激光雷达识别区分仿真手榴弹的弹体上的不同区域。
[0023]本专利技术的目的之二是提供一种仿真手榴弹靶场系统，通过组成该系统的测量设备精确测量仿真手榴弹运动轨迹上的一些位置点，经过抛物线拟合计算获取最高点和落地点的数据信息。
[0024]本专利技术的目的之三是提供两种激光雷达组合工作方法，根据激光雷达的帧率和时间戳特性，将几台激光雷达组合在一起工作，增加每秒内的扫描频次，使激光雷达在最短的时间内获得尽可能多的扫描点数。
[0025]本专利技术的目的之四是提供两种仿真手榴弹抛物线轨迹拟合方法，根据激光雷达测量的位置点，拟合出空间平面，将位置点投影到拟合平面上，再将投影点拟合成抛物曲线，最后计算出仿真手榴弹的落地点和最高点数据。
[0026]为了实现目的一，本专利技术为解决现有技术问题提供的技术方案如下：
[0027]一种仿真手榴弹，包括弹壳、木柄及保护盖，所述木柄的前端与所述弹壳连接到一起，所述木柄的后端与所述保护盖连接到一起，其特征在于，还包括反光膜，所述反光膜为玻璃珠结构或者微棱镜结构，所述反光膜覆盖所述弹壳、所述木柄及所述保护盖的全部外露表面，或者所述反光膜覆盖所述弹壳、所述木柄及所述保护盖的部分外露表面。
[0028]为了实现目的二，本专利技术为解决现有技术问题提供的技术方案如下：
[0029]一种仿真手榴弹靶场系统，其特征在于，包括：
[0030]至少一个仿真手榴弹；
[0031]至少一个激光雷达，所述激光雷达被配置为实时扫描目标空域获取点云数据，传输给域控制器计算出所述仿真手榴弹在空间运动轨迹上的一些位置点；
[0032]一个域控制器，所述域控制器与所述激光雷达电信号连接，所述域控制器被配置为多次接收所述激光雷达的点云数据；通过处理每次的点云数据，计算出所述仿真手榴弹在空间运动轨迹上的一个位置点；按照设定的数学模型求解出位置点的拟合平面；按照设定的数学模型求解出抛物线方程；根据抛物线方程计算出最高点和落地点的数据信息；根据拉火时刻计算出爆炸时刻，并向后置音箱发送控制信号；向前置音箱发送控制信号；根据投掷者终端的请求向投掷者终端发送数据信息；
[0033]至少一个后置音箱，设置于投掷点附近，所述后置音箱与所述域控制器电信号连接，所述后置音箱被配置为接收所述域控制器的控制信号，实时播放预先存储的真实手榴弹的爆炸声，并且随后播报最高点和落地点数据；
[0034]至少一个支架，将所述激光雷达安装在所述支架的顶部，所述激光雷达在所述支
架上的安装角度在与水平夹角0-90度之间调节。
[0035]此外，还包括电源，所述电源与所述激光雷达、所述域控制器、所述后置音箱电信号连接，提供3-50V的电压输出。
[0036]为了实现目的三，本专利技术为解决现有技术问题提供的技术方案1如下：
[0037]一种双激光雷达组合工作方法，包括两个激光雷达和一个域控制器，所述两个激光雷达与所述域控制器电信号连接，所述两个激光雷达顺序交替扫描相同的目标空域，其特征在于，两个激光雷达的组合工作方法如下：
[0038](1)设定两个激光雷达水平位置安放，所述两个激光雷达最近两个相邻表面的距离在0-6米之间变化，或者设定两个激光雷达竖直位置安放，所述两个激光雷达最近两个相邻表面的距离在0-6米之间变化；
[0039](2)设定每个激光雷达的帧率是f次/秒；
[0040](3)在第一个激光雷达的数据包头中设定第一帧开始扫描的时间戳，所述第一个激光雷达开始扫描工作后，每帧使用的时间是1/f秒；
[0041](4)在第二个激光雷达的数据包头中设定第一帧开始扫描的时间戳，所述第二个激光雷达开始扫描工作后，每帧使用的时间是1/f秒；
[0042](5)设定第二个激光雷达在第一个激光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿真手榴弹，包括弹壳、木柄及保护盖，所述木柄的前端与所述弹壳连接到一起，所述木柄的后端与所述保护盖连接到一起，其特征在于，还包括反光膜，所述反光膜为玻璃珠结构或者微棱镜结构，所述反光膜覆盖所述弹壳、所述木柄及所述保护盖的全部外露表面，或者所述反光膜覆盖所述弹壳、所述木柄及所述保护盖的部分外露表面。2.一种仿真手榴弹靶场系统，其特征在于，包括：至少一个仿真手榴弹；至少一个激光雷达，所述激光雷达被配置为实时扫描目标空域获取点云数据，传输给域控制器计算出所述仿真手榴弹在空间运动轨迹上的一些位置点；一个域控制器，所述域控制器与所述激光雷达电信号连接，所述域控制器被配置为多次接收所述激光雷达的点云数据；通过处理每次的点云数据，计算出所述仿真手榴弹在空间运动轨迹上的一个位置点；按照设定的数学模型求解出位置点的拟合平面；按照设定的数学模型求解出抛物线方程；根据抛物线方程计算出最高点和落地点的数据信息；根据拉火时刻计算出爆炸时刻，并向后置音箱发送控制信号；向前置音箱发送控制信号；根据投掷者终端的请求向投掷者终端发送数据信息；至少一个后置音箱，设置于投掷点附近，所述后置音箱与所述域控制器电信号连接，所述后置音箱被配置为接收所述域控制器的控制信号，实时播放预先存储的真实手榴弹的爆炸声，并且随后播报最高点和落地点数据；至少一个支架，将所述激光雷达安装在所述支架的顶部，所述激光雷达在所述支架上的安装角度在与水平夹角0-90度之间调节。此外，还包括电源，所述电源与所述激光雷达、所述域控制器、所述后置音箱电信号连接，提供3-50V的电压输出。3.按照权利要求2所述的仿真手榴弹靶场系统，其特征在于，还包括拉火组件，所述拉火组件由套环和拉线组成，在使用前将所述套环套装到所述仿真手榴弹的所述木柄端部。4.按照权利要求2或3所述的仿真手榴弹靶场系统，其特征在于，还包括至少一个手势识别摄像头，所述手势识别摄像头被安装在投掷者投掷位置的前部，所述手势识别摄像头与所述域控制器电信号连接，所述手势识别摄像头被配置为采集投掷者投掷手势的视频或者图片，实时传输给所述域控制器，经过所述域控制器的计算，识别拉火时刻。5.按照权利要求2或3所述的仿真手榴弹靶场系统，其特征在于，还包括至少一个前置激光雷达，所述前置激光雷达与所述域控制器电信号连接或者与所述第三域控制器电信号连接，所述前置激光雷达被安放在所述仿真手榴弹的所述落地点附近，实时识别所述仿真手榴弹的所述落地点位置。6.按照权利要求4所述的仿真手榴弹靶场系统，其特征在于，还包括至少一个前置激光雷达，所述前置激光雷达与所述域控制器电信号连接或者与所述第三域控制器电信号连接，所述前置激光雷达被安放在所述仿真手榴弹的所述落地点附近，实时识别所述仿真手榴弹的所述落地点位置。7.按照权利要求2或3所述的仿真手榴弹靶场系统，其特征在于，还包括至少一个前置音箱，所述前置音箱被安放在投掷者投掷位置的前部，所述前置音箱与所述域控制器电信号连接，所述前置音箱被配置为接收所述域控制器的控制信号，实时播放预先储存的真实手榴弹拉火后拉火绳燃烧发出的“咝咝”声。
8.按照权利要求2所述的仿真手榴弹靶场系统，其特征在于，还包括云端数据平台，所述云端数据平台被配置为：接收并存储所述域控制器传送的数据，根据所述域控制器的请求，将存储的数据传送给所述域控制器，或者根据所述投掷者终端的请求，将存储的数据传送给所述投掷者终端。9.一种双激光雷达组合工作方法，包括两个激光雷达和一个域控制器，所述两个激光雷达与所述域控制器电信号连接，所述两个激光雷达顺序交替扫描相同的目标空域，其特征在于，两个激光雷达的组合工作方法如下：(1)设定两个激光雷达水平位置安放，所述两个激光雷达最近两个相邻表面的距离在0-6米之间变化，或者设定两个激光雷达竖直位置安放，所述两个激光雷达最近两个相邻表面的距离在0-6米之间变化；(2)设定每个激光雷达的帧率是f次/秒；(3)在第一个激光雷达的数据包头中设定第一帧开始扫描的时间戳，所述第一个激光雷达开始扫描工作后，每帧使用的时间是1/f秒；(4)在第二个激光雷达的数据包头中设定第一帧开始扫描的时间戳，所述第二个激光雷达开始扫描工作后，每帧使用的时间是1/f秒；(5)设定第二个激光雷达在第一个激光雷达第一帧开始工作后的1/2f秒时刻第一帧开始扫描工作。10.一种三激光雷达组合工作方法，包括三个激光雷达和一个域控制器，所述三个激光雷达与所述域控制器电信号连接，所述三个激光雷达顺序交替扫描相同的目标空域，其特征在于，三个激光雷达的组合工作方法如下：(1)设定三个激光雷达水平位置安放，相邻两个激光雷达最近两个相邻表面的距离在0-6米之间变化，或者设定三个激光雷达竖直位置安放，相邻两个激光雷达最近两个相邻表面的距离在0-6米之间变化；(2)设定每个激光雷达的帧率是f次/秒；(3)在第一个激光雷达的数据包头中设定第一帧开始扫描的时间戳，所述第一个激光雷达开始扫描工作后，每帧使用的时间是1/f秒；(4)在第二个激光雷达的数据包头中设定第一帧开始扫描的时间戳，所述第二个激光雷达开始扫描工作后，每帧使用的时间是1/f秒；(5)在第三个激光雷达的数据包头中设定第一帧开始扫描的时间戳，所述第二个激光雷达开始扫描工作后，每帧使用的时间是1/f秒；(6)设定第二个激光雷达在第一个激光雷达第一帧开始工作后的1/3f秒时刻第一帧开始扫描工作。(7)设定第三个激光雷达在第二个激光雷达第一帧开始工作后的1/3f秒时刻第一帧开始扫描工作。11.一种仿真手榴弹抛物线轨迹拟合方法M，包括如下步骤：(1)参考所述激光雷达的第一空间直角坐标系，域控制器多次接收所述激光雷达的点云数据，通过处理每次的点云数据，计算识别出所述仿真手榴弹在空间运动轨迹上的N个位置点P
i
(x
i
，y
i
，z
i
)，N≥3；(2)使用参数平差法和选权迭代法求出拟合平面Plane1的参数值：
S1.根据空间几何学，空间平面方程可以表述为：Ax+By+Cz+D＝0，其中，A，B，C和D分别为平面方程的四个参数，(x，y，z)为平面上点的坐标；S2.假设识别出n个点的坐标，据此可以列立n个识别方程，第i个方程可以写成：Ax
i
+By
i
+Cz
i
+D＝0；S3.在式S2中，独立的参数只有三个，不考虑平面经过原点情形，设A≠0可将式S2改写为：ax
i
+by
i
+cz
i
+1＝0；S4.考虑到平面点(x
i
，y
i
，z
i
)的测量误差，易得参数平差的误差方程：v
i
＝ax
i
+by
i
+cz
i
+1；写成矩阵表达式为：V＝Bx-L，其中：S5.在最小二乘准则下，依据参数平差原理，求解算式S4得到：如果测量值中不存在粗差，那么就是求解得到的空间平面的参数估值。S6.列立误差方程，令P为n阶单位阵；S7.组成并求解算法方程，得到未知参数的第一次估值，即：S8.根据解析几何，点到平面的距离公式表述为：S9.由第一次估值得每个点到平面的距离，粗差点到平面的距离相对其他点较大...

【专利技术属性】
技术研发人员：于皓，
申请(专利权)人：于皓，
类型：发明
国别省市：