一种多功能无线自动报靶系统设计与实现

任传铭

（71702部队，河南洛阳，471600）

一种多功能无线自动报靶系统设计与实现

任传铭

（71702部队，河南洛阳，471600）

本设计基于制式配发的起倒靶机，进行硬件升级和软件开发。具有射击模式设定、靶位分组设定、中靶倒靶控制、夜间射击照明灯光控制、自动报靶与近端显示、成绩统计及打印输出等功能。

实弹射击；自动报靶；精度报靶；无线通信

0　引言

传统的实弹射击训练保障工作复杂，显靶、隐靶、报靶、照明等主要依靠人工完成，存在时效性不高、安全隐患较大、人力资源浪费和存在人为作弊等不足。虽然有些单位配发了自动起倒靶机，提高了一些自动化程度，但其功能仍比较简单，且不能实现精度报靶；而国内市场上一些自动报靶产品普遍存在成本高、精度差、系统复杂、场地要求高等问题。本文所设计的报靶系统基于上述自动起倒靶机进行升级改造，能够满足多人多靶同时射击的自动报靶，大大提高了自动化程度，从而减少了士兵的劳动量，同时也能更灵活地设计训练内容，方便地管理训练成绩。

1　技术研究现状

当前研究应用较多的实弹报靶系统根据工作原理主要分为四类：基于机器视觉与图像处理类、基于光电阵列类、基于声电传感器类、基于分区导电靶类等。（1）基于机器视觉与图像处理类：使用摄像头对常规的标准靶靶面进行图像采集，通过图像处理判定弹着点位置。这类报靶系统的优点是造价适中，部分产品精度较高；缺点是对靶纸的要求就比较高，图像处理算法复杂、运算量大，通常使用有线通信传输给计算机进行处理，因而只能在室内或固定场地使用。（2）基于光电阵列类：利用激光发射器和接收器在靶面形成大小、间距相等的激光网格，当子弹穿过激光网格时，必将遮断水平和垂直方向的若干条激光束，激光靶通过检测被遮断光束的位置得出弹着点。这类报靶系统的优点是系统计算简单，精度较高；缺点是需要很多的激光头，电路复杂，且激光头外框需要加固防护，重量较重，在野外训练中不是很实用。（3）基于声电传感器类：在一个矩形框架上装有若干个声电传感器，弹头从框架内穿过时，冲击空气形成一个冲击波向周围扩散，通过测量传感器捕捉到该波的时间差及弹头速度，进行运算处理，就可以确定弹头穿过位置。该类型里研究比较多的是激波报靶。这类报靶系统的优点是产品造价与设计复杂度适中，工作与光照条件无关；缺点是探测距离近，测量精度不高，对于风速、风向的影响需要进行修正，传感器外框需要加固防护，重量较重，不适合起倒。（4）基于分区导电靶类：这种靶面由两片很薄的金属导片（多采用金属锡箔纸）组成，其中一块金属片是一完整的靶面（该金属片接地），另一块金属片则把整个靶面分环划分为上、下、左、右、左上、左下、右上、右下8个区域（该层接高电平），当子弹头穿过靶面时，使所在区域的金属片与另一金属层短接，从而在相应的引线上输出一个脉冲信号，通过分析达到检靶的目的。这种报靶系统的优点是造价适当，信号采集与处理算法简单，不受风和光照影响，且适用于起倒靶。缺点是依赖两片锡箔靶纸，靶纸重复使用次数有限。通过以上对比分析，由于本系统是基于起倒靶的多功能自动报靶设计，故采用分区导电靶方案。

2　系统设计

系统由导电靶、起倒靶机、控制计算机、通信终端、近端显示单元、夜间照明器和电源等组成，采用“导电靶+起倒靶机+无线通信+控制计算机”的结构设计。系统具有发数或环数自动报靶、射击模式设定、靶位分组设定、中靶倒靶控制、夜间射击照明灯光控制、自动报靶与近端显示、成绩统计及打印输出等功能。靶面采用制式配发的导电靶（头靶、胸靶、身靶）或者用于精度射击的改进型精度靶（导电胸环靶），子弹击穿靶面瞬间会产生一个短促导通脉冲，通过导线进入起倒靶机，靶机运算控制单元通过信号处理得出射击成绩（发数或环数、方位），并通过无线通信模块将成绩编码发送给控制计算机和射手近端显示单元；控制计算机通过串口连接无线终端，可以对靶机发送起倒模式设定、靶位分组、成绩查询等控制指令，靶机内部控制单元根据接收到的指令执行相应操作。

2.1感应靶设计

准确检测到中靶信号是实现自动报靶的关键，本系统采用的靶面分制式配发的导电靶（头靶、胸靶、身靶）和用于精度射击的改进型精度靶（导电胸环靶）两种，其原理基本一致，即：靶面由泡沫板和内部的导电层组成（如图1a所示），子弹击穿靶面瞬间会产生一个短促导通脉冲，通过导线进入起倒靶机，靶机运算控制单元通过信号处理得出射击成绩（发数或环数、方位）。其中，精度靶是按照普通胸环靶样式用绝缘材料分隔成不同的环位和方位区域（如图1b所示）［10］，环位区分10环、9环、8环、7环、6环、5环，方位区分上、下、左、右、左上、左下、右上、右下，共区分33个区域，并由不同区域分别引出信号线。精度靶完整导电层在前，分区导电层在后，在其背部外表面再加一层纵横引线，用于信号引出。弹头直径5.8mm，区域与区域间隔4mm，确保不会漏报。当子弹击穿靶面的瞬间，靶子导电层接通，此时在相应区域的信号线上即可产生脉冲信号，靶子的6个环位和8个方位一共14个信号引线并行输出。靶子导电层间隔为3mm，弹头长度为24mm，弹速为900m/s，则输出的脉冲宽度约23μs。为了能准确检测，还必须对这些脉冲信号进行滤波和整形处理。

图1　导电靶结构示意图

2.2起倒靶机设计

靶机采用制式配发的起倒靶机，并根据设计需要对内部运算控制单元进行改进设计，使之具备信号采集、成绩分析、成绩记录、灯光驱动、起倒驱动、电量监测和无线通信等功能。CPU采用Atmel公司的8位低功耗AVR微处理器ATmega16，工作频率16MHz，有32个可编程的I/O口。波特率受无线通信电台限制，并考虑到通信稳定性，使用4800bps。结构原理如图2所示，中靶信号经排线引入控制板，分别经滤波、整形后进入CPU，在CPU内部分别进行环数分析和方位分析（非精度射击时只分析是否中靶），得出射击成绩并存储记录，而后采用串行通信方式经无线电台发送给控制计算机和射手近端显示单元。其中，环数分析考虑到“击穿某一区域时也同时触通经过此处的内环引线”这种情况采用“多通取低环”的策略，即：一次触发多个环数时取较低的环数；考虑到“压线算高环”的实际判分规则，靶面制作时每个环形导电层适当外扩3mm。同时，CPU还可根据计算机控制指令和设定模式，驱动电机完成起倒动作或驱动照明灯光。夜间射击训练时，通常一个靶机控制两个灯光（灯光亮度可调），分别照射身靶和胸靶，靶面不起倒。

2.3计算机监控终端软件设计

软件使用Visual C++开发，具有串口设置、模式设置、靶位分组、成绩统计等功能，共划分菜单按钮区、实时靶位显示区和靶机控制区三部分。其中菜单按钮区设有新建、打开、保存、另存、模式设置、串口开关、串口设置、成绩擦除、全部显靶、全部倒靶、靶机控制台（开启靶机控制区）、靶位设置、成绩打印等功能按钮；实时靶位显示区用于实时显示各靶位当前一发成绩或总发数；靶机控制区可以指定当前控制对象是全部靶机、分组靶机还是单个靶机，可设置中靶后是否起倒、成绩是否即时反馈、所驱动两个灯光的亮度，可显示模式执行状态（执行中实时跑秒）、清除成绩、靶机复位、扫描成绩等。其中，扫描成绩主要考虑到多人多靶同时射击时的信道拥堵问题，容易导致上报成绩接收不到的问题，可以在射击完毕后要求靶机依次上报一遍成绩，确保系统的准确性、可靠性。

3　结束语

该报靶系统实现了射击环数和方位在射击位置的实时显示和计算机监控终端的实时监控，射击中可统计个人及单位的单发成绩和总体成绩。经大量实验和实际使用验证，报靶精度为±1环，误报率＜2%，漏报率＜1%；其设计科学、报靶准确、功能丰富，适用于手枪、步枪、机枪等各式枪械的报靶，抗干扰能力强，适合野外使用，现已在多个部队推广使用，取得了良好的训练效益。

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任传铭（1986.01-），性别：男，籍贯：山东省德州人，学历：本科，毕业于中国石油大学（华东），职称：助理工程师，研究方向：电子与通信工程。

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

图2　靶机运算控制单元原理图