双光束发射装置及模拟训练用激光接收系统的制作方法

1.本实用新型涉及模拟交战训练技术领域，尤其涉及一种双光束发射装置及模拟训练用激光接收系统。


背景技术：

2.在当前的模拟交战训练中，通常使用激光束来模拟弹药的射击，尤其是使用一束可以在接收方身上照射出单光斑的激光束。但是，激光束存在一定的发散角，光斑有一定的面积，接收方身上的激光接收探头数量有限，在模拟对抗过程中不能准确辨别命中部位，导致不能合理地进行伤情判断，这对精准度的训练效果以及瞄准射击的体验有很大影响。
3.并且，单光斑不能实现近弹的判断，真实度较低。为了能提高命中部位判断的准确性，通常的做法是增加探头的数量，减小光斑的面积，并采用双激光器来区分命中和近弹，但是该方法的缺点在于使用了两个激光器和密集的探头，双镜筒系统过于复杂，成本高，且探头过多携带不便。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是提升模拟交战训练中激光束命中后识别的精确度，以及通过相对简单的设置来实现在模拟交战训练中对“近弹”的判断，本实用新型提出一种双光束发射装置及模拟训练用激光接收系统。
5.根据本实用新型实施例的双光束发射装置，包括：
6.镜筒；
7.激光源组件，位于所述镜筒内，用于发射激光束；
8.第一整形镜组件，位于所述镜筒内，沿所述发射光束的传播方向，所述第一整形镜组件位于所述激光源组件的下游，所述激光光束的部分光束经所述第一整形镜组件整形后射出形成第一光束；所述激光光束的另一部分光束未经所述第一整形镜组件整形直接射出形成第二光束；
9.第二整形镜组件，位于所述镜筒内且位于所述第一整形镜组件的下游，用于对所述第二光束整形后形成第三光束射出。
10.根据本实用新型实施例的双光束发射装置，通过第一和第二整形组件，仅需使用一个激光器，就可以使射出的光束分成第一光束和第三光束两部分。所以，双光束发射装置结构简洁，从而有利于生产制造，同时携带方便，便于维护。
11.根据本实用新型的一些实施例，所述第一整形镜组件包括：
12.第一整形镜，所述第一整形镜为环形，经所述第一整形镜射出的所述第二光束位于所述第一光束的径向内侧；
13.第一压圈，所述第一整形镜通过所述第一压圈固定于所述镜筒内。
14.在本实用新型的一些实施例中，射出的所述第一光束和所述第三光束形成的光斑均为矩形。
15.根据本实用新型的一些实施例，所述第二整形镜组件包括：
16.固定支架，所述固定支架位于所述镜筒内远离所述激光源组件的一端，所述固定支架具有供所述第一光束穿过的透光区；
17.第二压圈，所述第二压圈设于所述固定架；
18.第二整形镜，所述第二整形镜通过所述第二压圈固定于所述镜筒内。
19.在本实用新型的一些实施例中，所述固定支架包括：
20.筒体；
21.支撑片，所述支撑片设于所述筒体的外周壁，所述支撑片自由端与所述镜筒的内周壁止抵以将所述固定支架固定于所述镜筒内。
22.根据本实用新型的一些实施例，所述支撑片为多个，且多个所述支撑片沿所述筒体的周向方向均匀间隔分布，所述透光区由两两相邻的所述支撑片间的间隙构成。
23.在本实用新型的一些实施例中，所述第一整形镜组件到所述激光源组件的距离等于所述第一整形镜组件的焦距，所述第二整形镜组件到所述激光源组件的距离等于所述第二整形镜组件的焦距。
24.根据本实用新型的一些实施例，所述激光源组件包括：
25.激光器底座，所述激光器底座设于所述镜筒的端部；
26.半导体激光源，所述半导体激光源设于所述激光器底座。
27.在本实用新型的一些实施例中，所述第一光束和所述第三光束的发散角和能量密度均不同。
28.根据本发明实施例的基于双光束发射装置的模拟训练用激光接收系统，所述模拟训练用激光接收系统用于接收如上述所述的双光束发射装置发射的光束来对接收方的状态进行判断，所述模拟训练用激光接收系统包括：
29.多个探头，多个所述探头分别设于接收方的多个预设位置，多个所述探头用于接收所述第一光束和/或所述第三光束，以基于接收的所述第一光束和所述第三光束判断所述接收方的状态；
30.判定装置，用于根据多个所述探头接收到的所述第一光束和/或所述第二光束来判定所述接收方的状态。
31.根据本发明实施例的基于双光束发射装置的模拟训练用激光接收系统，通过探头接收双光束发射装置发射的第一光束和第三光束，判定装置根据接受到光束的发散角、能量密度的不同来对双光束发射装置的照射靶点进行定位和状态判断，识别较为方便，准确率高，对探头的数量要求较低，可以降低模拟对战训练系统的整体成本，便于扩大训练规模，提高训练的真实性。
附图说明
32.图1为根据本实用新型实施例的双光束发射装置的爆炸图；
33.图2为根据本实用新型实施例的双光束发射装置的结构剖视图；
34.图3为根据本实用新型实施例的接收探头位置示意图；
35.图4为根据本实用新型实施例的100米附近判断阵亡、重伤、轻伤、近弹的光斑位置示意图；
36.图5为根据本实用新型实施例的200米附近判断阵亡、重伤、轻伤、近弹的光斑位置示意图
37.图6为根据本实用新型实施例的基于双光束发射装置的靶点定位方法流程图；
38.图7为根据本实用新型实施例的采用双光束发射装置的靶点定位方法进行伤情判断方法流程图；
39.图8为根据本实用新型实施例的利用双光束发射装置在激光模拟对战训练中判断伤情和识别近弹的方法流程图。
40.附图标记：
41.双光束发射装置1000，
42.镜筒10，
43.激光源组件20，激光器底座210，激光光束s0，
44.第一整形镜组件30，第一整形镜310，第一压圈320，第一光束s1，第二光束s2，
45.第二整形镜组件40，第二整形镜410，第二压圈420，固定支架430，筒体431，支撑件432，第三光束s3。
具体实施方式
46.为更进一步阐述本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型进行详细说明如后。
47.在当前的模拟交战训练、模拟对抗游戏以及cs模拟训练中，对抗双方采用安装激光发射器的武器模拟发射，安装激光信号检测器的装备实时接收激光信息，自动识别与评估双方毁伤情况。
48.比如在模拟交战训练中，士兵的步枪等轻武器上都会安装有带激光发射器的光学设备，士兵的头盔和身上各处安装有激光接收探头。当激光接收探头接收到激光信号时，系统就会判断这名士兵被武器“击中”。并且，为了模拟枪弹的散布，使得激光束存在一定的发散角，光斑有一定的面积。
49.在目前的模拟交战训练系统中的激光发射与接收装置存在下列问题：
50.1、由于激光束存在一定的发散角，光斑有一定的面积，接收方身上的激光接收探头数量有限，在模拟对抗过程中不能准确辨别命中部位，导致不能合理地进行伤情判断，影响训练的精准度以及瞄准射击的体验。
51.2、采用单束激光束也无法实现“近弹”的判断，即枪弹的飞行轨迹接近士兵的身体，但是并不存在命中的可能。同时为了能提高命中部位判断的准确性，通常的做法是增加探头的数量，减小光斑的面积，并采用双激光器来区分命中和近弹，但是该方法的缺点在于使用了两个激光器和密集的探头，双镜筒系统过于复杂，成本高，且探头过多携带不便。
52.针对相关技术中存在的上述技术问题，本实用新型提出了一种双光束发射装置1000。
53.根据本实用新型实施例的双光束发射装置1000，结合图1和图2所示，包括：镜筒10，激光源组件20，第一整形镜组件30，第二整形镜组件40。
54.其中，结合图1和图2所示，激光源组件20位于镜筒10内，用于发射激光光束s0；第一整形镜组件30位于镜筒10内。
55.如图2所示，沿发射光束的传播方向，第一整形镜组件30位于激光源组件20的下游，激光光束s0的部分光束经第一整形镜组件30整形后射出形成第一光束s1；激光光束s0的另一部分光束未经第一整形镜组件30整形直接射出形成第二光束s2；第二整形镜组件40位于镜筒10内且位于第一整形镜组件30的下游，用于对第二光束s2整形后形成第三光束s3射出。
56.根据本实用新型实施例的双光束发射装置1000，仅需使用一个激光源组件20，通过第一整形镜组件30和第二整形镜组件40对激光源组件20发射的激光光束s0进行整形处理，就可以使射出的光束分成第一光束s1和第三光束s3两部分，以利用第一光束s1和第三光束s3进行靶点定位和伤情判断。双光束发射装置1000结构简洁，有利于生产制造，同时携带方便，便于维护。
57.根据本实用新型的一些实施例，结合图1和图2所示，第一整形镜组件30包括：第一整形镜310和第一压圈320。其中，第一整形镜310为环形，经第一整形镜310射出的第二光束s2位于第一光束s1的径向内侧；第一整形镜310通过第一压圈320固定于镜筒10内。由此，通过环形的第一整形镜310，以简洁的结构将激光源组件20发射的激光光束s0分为第一光束s1和第二光束s2，同时完成了分光与对第一光束s1进行整形的过程，结构简单，设计精巧。
58.在本实用新型的一些实施例中，结合图1和图2所示，射出的第一光束s1和第三光束s3形成的光斑均为矩形。矩形的光斑便于模拟枪弹的散布，可以提高模拟对战训练的真实性，同时，矩形的光斑也有利于接收方身上的激光接收探头进行接收和识别。
59.根据本实用新型的一些实施例，结合图1和图2所示，第二整形镜组件40包括：固定支架430、第二压圈420和第二整形镜410。其中，固定支架430位于镜筒10内远离激光源组件20的一端，固定支架430具有供第一光束s1穿过的透光区。第二压圈420设于固定架，第二整形镜410通过第二压圈420固定于镜筒10内。
60.第二整形镜组件40中的固定支架430上具有供第一光束s1穿过的透光区，这样在不影响第一光束s1的情况下，使得第二整形镜410仅对第二光束s2进行整形并射出第三光束s3。而且，固定支架430上透光区的设计可以充分利用镜筒10的内部空间，以简洁的结构完成分光和对第二光束s2整形的过程。
61.在本实用新型的一些实施例中，所述固定支架430包括：筒体431和支撑片432，支撑片432设于筒体431的外周壁，支撑片432的自由端与镜筒10的内周壁止抵以将固定支架430固定于镜筒内。由此。通过支撑片432可以稳定固定支架430的位置，提高双光束发射装置1000的稳定性和耐用性。
62.根据本实用新型的一些实施例，支撑片432为多个，且多个支撑片432沿筒体431的周向方向均匀间隔分布，透光区由两两相邻的支撑片432间的间隙构成。如图1所示，在筒体431的外周壁上沿周向方向均匀间隔分布有三个支撑片432，两两相邻的支撑片432间的间隙构成透光区。由此，既可以通过支撑片432固定筒体431，也可以避免阻挡第一光束s1的传播。
63.在本实用新型的一些实施例中，结合图1和图2所示，激光源组件20包括：半导体激光源(未示出)和激光器底座210。激光器底座210设于镜筒10的端部，半导体激光源设于激光器底座210。在本实用新型中的半导体激光器优选发射平顶光束的激光器，其出射的光束经过两个整形镜整形后可产生发散角不一样且能量密度成一定比例的内外两部分光束。半
导体激光器效率高、体积小、重量轻且价格低，从而可以使得本实用新型的实施例的双光束发射装置1000降低体积、重量、成本和能耗，提升易用性。
64.根据本实用新型的一些实施例，结合图1和图2所示，第一光束s1和第三光束s3的发散角和能量密度均不同。双光束发射装置1000射出的两光束的发散角既可以用来模拟枪弹在设计过程中干的弹药散布，也可以作为激光接收探头识别光束的信息，同时两光束的能量密度的不同，可以用来辅助激光接收探头对光束的识别，使得双光束发射装置1000发射的激光束更容易识别，从而提升激光接收探头对不同光束的识别率。
65.在本实用新型的一些实施例中，第一整形镜组件30到激光源组件20的距离等于第一整形镜组件30的焦距，第二整形镜组件40到激光源组件20的距离等于第二整形镜组件40的焦距。
66.根据本发明实施例的基于双光束发射装置1000的模拟训练用激光接收系统，模拟训练用激光接收系统用于接收如上述的双光束发射装置1000发射的光束来对接收方的状态进行判断，模拟训练用激光接收系统包括：多个探头和判定装置。
67.其中，多个探头分别设于接收方的多个预设位置，多个探头用于接收第一光束s1和/或第三光束s3，以基于接收的第一光束s1和第三光束s3判断接收方的状态。
68.判定装置用于根据多个探头接收到的第一光束和/或第二光束来判定接收方的状态。
69.根据本发明实施例的基于双光束发射装置1000的模拟训练用激光接收系统，通过探头接收双光束发射装置1000发射的第一光束s1和第三光束s3，判定装置根据接受到光束的发散角、能量密度的不同来对双光束发射装置的照射靶点进行定位和状态判断，识别较为方便，准确率高，对探头的数量要求较低，可以降低模拟对战训练系统的整体成本，便于扩大训练规模，提高训练的真实性。
70.具体地，如图6所示，基于双光束发射装置1000的靶点定位方法包括：
71.a101：在多个预设位置设置探头，探头用于检测是否接收到光束，及用于判断接收的光束为第一光束还是第三光束；
72.a102：基于多个预设位置的光束接收情况，确定双光束发射装装置发射的双光束的照射靶点。
73.根据本实用新型实施例的基于双光束发射装置1000的靶点定位方法，通过双光束发射装置1000将激光光束s0分为第一光束s1和第三光束s3，通过在预设位置设置的探头，根据接受到光束的发散角、能量密度的不同来对双光束发射装置1000的照射靶点进行定位，识别较为方便，准确率高，对探头的数量要求较低，可以降低模拟对战训练系统的整体成本，便于扩大训练规模，提高训练的真实性。
74.根据本实用新型的一些实施例，如图3所示，在多个预设位置设置探头包括：在接收方的致命区设置致命探头，在接收方的重伤区设置重伤探头，在接收方的轻伤区设置轻伤探头。分区域设置探头，可以提升对接收方接收到激光束后状态判断的准确性。
75.根据本实用新型实施例的伤情判断方法，如图7所示，采用双光束发射装置1000的靶点定位方法进行伤情判断，当接收方距离双光束发射装置在预设距离范围内时，伤情判断方法包括：
76.b101：若致命探头或重伤探头接收到第三光束，则判定接收方阵亡；
77.b102：若轻伤探头接收到第三光束，且重伤探头接收到第一光束，则判定接收方重伤；
78.b103：若重伤探头未接收到光束，且轻伤探头接收到第三光束，则判定接收方轻伤；
79.b104：若致命探头接收到第一光束且重伤探头和轻伤探头均未接收到光束，或轻伤探头接收到第一光束且致命探头和重伤探头均未接收到光束，则判定接收方近弹飞过。
80.需要说明的是，预设距离范围的设定需要根据模拟对战训练的实际需求，例如训练的距离要求，对于武器装备实际射程的模拟等，来确定预设距离范围。例如，本技术中的预设距离可以为100米。
81.根据本实用新型实施例的伤情判断方法，通过双光束发射装置1000将激光光束s0分为第一光束s1和第三光束s3，通过在预设位置设置的探头接收到光束后，根据光束照射的情况可以准确地判断接收方是否为“阵亡”、“重伤”、“轻伤”和“近弹”四个状态之一，伤情判断方便、可靠。
82.根据本实用新型的一些实施例，当述接收方距离双光束发射装置1000超过预设距离范围时，所述方法包括：
83.若致命探头接收到第三光束，则判定接收方阵亡；
84.若致命探头未接收到光束，同时重伤探头和轻伤探头接收到第三光束，则判定接收方重伤；
85.若重伤探头接收到第一光束，且轻伤探头接收到第三光束，则判定接收方轻伤；
86.若致命探头接收到第一光束且重伤探头和轻伤探头均未接收到光束，或轻伤探头接收到第一光束且致命探头和重伤探头均未接收到光束，则判定接收方近弹飞过。
87.由于第一光束s1和第三光束s3存在一定的散射角，接收方距离双光束发射装置1000超过预设距离范围时，设置与实际距离配合的识别规则，可以提高在不同距离上伤情判断的准确性，从而提升模拟对战训练的真实性。
88.下面参照附图以一个具体的实施例详细描述根据本实用新型的双光束发射装置1000。值得理解的是，下述描述仅是示例性描述，而不是对本实用新型的具体限制。
89.结合图1和图2所示，本实用新型提出了一种双光束发射装置1000，该结构的整体为一光学镜筒10，镜筒10内部设有激光器底座210、第一整形镜310、固定支架430、第二整形镜410、第一压圈320、第二压圈420。
90.激光器底座210用于固定可发射平顶光束的半导体激光器(半导体激光器未示出)，第一整形镜310用第一压圈320固定在镜筒10中部。固定支架430用压圈固定在镜筒10前端，固定支架430上设置有透光的部分，用于放置第二整形镜410，第二整形镜410用第二压圈420固定在固定支架430中。两个整形镜到激光器底座210的距离分别等于各自的焦距，并且双光束发射装置1000射出的光斑形状为矩形。
91.半导体激光器发射出激光光束s0后，激光光束s0被第一整形镜310分成第一光束s1和第二光束s2两部分，第一光束s1通过第一整形镜310整形后射出，第二光束s2穿过第一整形镜310中间的挖孔再经过第二整形镜410整形后形成第三光束s3并射出，由于固定支架430设置有透光的部分，几乎不影响光束的传播。这样就能实现将一束激光分成发散角和能量密度不一样的第一光束s1和第三光束s3两部分光束。
92.需要说明的是，固定支架430上设置的透光部分可以有多种实现方式，例如固定支架430的材质选用不会对激光的光学性能产生影响的材料、在固定支架430上设置镂空区域等方式。如图1所示，固定支架430通过三块薄片支撑并固定于镜筒10内，薄片之间就形成了镂空区域，这样第一光束s1在经过透明支架时，第一光束s1的传播几乎不会受到影响。
93.基于上述的双光束发射装置1000，如图8所示，本实用新型还提出了一种利用该装置在激光模拟对战训练中判断伤情和识别近弹的方法，包括如下步骤：
94.s101：设计接收方身上的探头阵列；
95.具体而言，如图3所示，将探头阵列分为三组，分别为致命区(a区)探头组、重伤区(b区)探头组、轻伤区(c区)探头组。头颈部以及胸膛处为致命区，胸膛处致命区域形状为正方形，边长20cm，在额头处、颈部处以及胸膛正中心处放置三个探头，为致命区探头组；胸膛处致命区外侧到上半身周边为重伤区域，在胸膛处致命区正方形半对角线中点处放置4个探头，为重伤区探头组；上半身周边附近为轻伤区，假设上半身周边为一边长为30cm的正方形，在该正方形左右两侧分别放置3个探头，共6个探头，为轻伤区探头组，该正方形与胸膛处致命区共中心。
96.s102：设计上述单镜筒双光束结构中两个整形镜的焦距，使出射光斑形状为正方形；
97.具体而言，射出的激光束由于存在一定的发散角，所以激光束光斑的照射面积会随着距离而变大，在实际使用中需要根据实际需求来设定射出光斑在不同距离上的大小。例如，设定射出光斑在100m处第三光束s3光斑边长10cm、第一光束s1光斑边长20cm，在200m处第三光束s3光斑边长20cm、第一光束s1光斑边长40cm。并且，射出光斑的形状可以为如上述的正方形，也可以为其他形式的矩形。
98.s103：双光束发射装置射出激光束；
99.具体而言，在经过上述双光束发射装置整形后，激光束被分成发散角不一样的第一光束s1和第三光束s3两部分，且第三光束s3光斑能量密度高于第一光束s1，上述三组探头组分别接两个不同门限的电压比较器，根据输出结果区分该组探头“无光”、“外环光”、“内环光”的照射状态。
100.s104：进行伤情判断；
101.具体而言，伤情判断分为两个距离段，即100米和200米距离段，如图4所示，100米处光束照射到接收方身上有以下几种情况：
102.1、光斑中心在致命区域，判定接收方阵亡。如图4(1)所示，当光斑中心刚好在致命区边缘时，重伤区探头刚好无第三光束s3照射，所以判断阵亡的条件是致命区或重伤区探头组有第三光束s3照射。
103.2、光斑中心在重伤区域，判定接收方重伤。如图4(2)所示，当光斑中心刚好在重伤区域外侧边缘即在轻伤区域探头组连线的正方形上时，重伤区域探头刚好无光，所以判断重伤的条件是轻伤区域探头组有第三光束s3照射，且重伤区域探头组有第一光束s1照射。
104.3、光斑中心在轻伤区域，判定接收方轻伤。如图4(3)所示，轻伤区域为上半身边缘正方形外侧附近，所以判断条件为重伤区域探头组无光，且轻伤区域探头组有第三光束s3照射。
105.4、光斑中心在身体外侧，判定为近弹飞过。如图4(4)所示，判定条件为致命区探头
有第一光束s1照射同时重伤区探头和轻伤区探头无光照射，或轻伤区探头有第一光束s1照射同时致命区和重伤区探头无光照射。
106.如图5所示，200米处第三光束s3斑边长20cm、第一光束s1光斑边长40cm，则200米处光束照到接收方身上有以下几种情况：
107.1、光斑中心在致命区域，判定接收方阵亡。如图5(1)所示，当光斑中心刚好在致命区边缘时，致命区探头刚好无第三光束s3照射，所以判断阵亡的条件是致命区有第三光束s3照射。
108.2、光斑中心在重伤区域，判定接收方重伤。如图5(2)所示，当光斑中心刚好在重伤区域外侧边缘即在轻伤区域探头组连线的正方形上时，重伤区域探头刚好无第三光束s3照射，所以判断重伤的条件是致命区无第三光束s3照射，同时重伤区探头和轻伤区探头组有第三光束s3照射。
109.3、光斑中心在轻伤区域，判定接收方轻伤。如图5(3)所示，取偏离轻伤区域探头组10cm处为判断轻伤的极限位置，所以判断条件为重伤区域探头组有第一光束s1照射，轻伤区域探头组有第三光束s3照射。
110.4、光斑中心在身体外侧，判定为近弹飞过。如图5(4)所示，判定条件为致命区探头有第一光束s1照射同时重伤区探头和轻伤区探头无光照射，或轻伤区探头有第一光束s1照射同时致命区和重伤区探头无光照射。
111.需要说明的是，上述的靶点定位方法和伤情判断方法均需要通过判定装置来进行判定，判定装置接收激光接探头的电信号，并根据上述方法中的规则来进行判定。判定装置可以为微型电脑、单片机或其他拥有逻辑运算功能的电子设备等。
112.综上，本实用新型提出的双光束发射装置1000至少具有如下优点：
113.仅需使用一个激光器，就可以使射出的光束分成内外两部分，且内外发散角、能量密度不一样，用以判断伤情和识别近弹，结构简单，携带方便，并能较好的训练射击的精准度，提升模拟对抗的真实度。
114.提出一种利用上述双光束发射装置1000在激光模拟训练中判断伤情和识别近弹的方法，可相对准确的区分“阵亡”、“重伤”、“轻伤”、“近弹”。在100米附近时使用100米处的判断规则，200米附近使用200米处的判断规则，可适用于短程激光模拟器的伤情判断，大大提高了伤情判断的准确率，同时也能区分命中和近弹，增强了激光模拟训练的真实感，有助于提升训练效果。
115.通过具体实施方式的说明，应当可对本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型加以限制。