一种重武器射击监测方法与监测系统与流程

1.本发明涉及重型武器装备射击事件监测技术，具体涉及一种重武器射击监测方法与系统。


背景技术：

2.重武器是指集成火炮和机枪的步战车、坦克等战斗车辆类武器设备，且机枪位于火炮的旁侧，参见图1所示，s为重武器车辆上的炮塔，s1为炮口，s2为机枪口。现有重武器射击事件着重于射击报靶监测，对于射击事件监测技术大多为人员肉眼判别计数，效率低下且不符合大规模作战环境监测。


技术实现要素：

3.针对现有技术的缺陷或不足，本发明提供了一种重武器射击监测系统。
4.为此，本发明提供的重武器射击监测系统包括三个监测模块和主控器，每个监测模块包括声音传感器、一级信号调理电路和二级信号调理电路；
5.所述一级信号调理电路包括一阶低通滤波电路、第一电压放大电路和第一比较电路，
6.所述二级信号调理电路包括电压跟随电路、第二电压放大电路和第二比较电路，
7.所述第一电压放大电路的放大倍数大于第二电压放大电路的放大倍数；
8.所述声音传感器将声波信号转换为模拟电压uo输出，经一阶低通滤波电路滤波后输入至第一电压放大电路进行电压信号放大再次经一阶低通滤波电路滤波后输出电压ualv，第一比较电路将ualv与第一比较电路的基准电压值vref1进行比较，若ualv大于vref1时，则一级信号调理电路输出ald为高电平，相反，则ald为低电平；
9.同时，电压信号ualv输入至电压跟随电路，经电压跟随电路进行信号隔离后输入至第二电压放大电路进行电压信号放大再经一阶低通滤波后输出电压uahv，第二比较电路将uahv与第二比较电路的基准电压值vref2比较，若uahv大于vref2时，则二级信号调理电路输出ahd为高电平，相反，则ahd为低电平；
10.所述三个检测模块布置于重武器上，且其中一个监测模块m1中的声音传感器位于重武器炮口至炮尾的延长线上，同时三个监测模块中的声音传感器位于同一等边三角形的三个顶点上，且监测模块m1中的声音传感器距离炮口最近，其余两个监测模块m2和m3中的声音传感器与炮口的距离相同；监测模块m1中的声音传感器和监测模块m2中的声音传感器与机枪口的距离相同；
11.所述主控器接收三个监测模块一级信号调理电路和二级信号调理电路的输出，并根据输出进行是否发生射击判断，判断方法包括：
12.(1)当主控制器捕捉到有高电平信号时，进行如下判断：
13.若ahd1、ahd2、ahd3、ald1、ald2和ald3均为高电平，则执行步骤(2)；ald1、ald2和ald3分别为三个检测模块m1、m2和m3中一级信号调理电路的输出；ahd1、ahd2和ahd3分别为三个检
测模块m1、m2和m3中二级信号调理电路的输出；
14.若ahd1、ahd2和ahd3均为高电平，ald1、ald2和ald3均为低电平，则执行步骤(3)；
15.否则，均判定为本重武器未发生射击事件；
16.(2)若满足式(ⅰ)条件时，则判定本重武器火炮发生了射击事件，若不满足式(ⅰ)条件，则判定本重武器未发生射击事件；
[0017][0018]
其中：
[0019]
c为声速；
[0020]
t1、t2、t3分别为三个监测模块m1、m2和m3中的声音传感器监测到机械波的时刻，单位s；
[0021]
σ
th
为阈值，σ
th
取值范围为10-100us；
[0022]
l1为炮口与炮尾之间的距离；
[0023]
h为监测模块m1中的声音传感器距离炮尾的距离；
[0024]
a为三个监测模块中的声音传感器所构成等边三角形的边长；
[0025]
(3)若满足式(ⅱ)条件时，则判定为该重武器机枪发生了射击事件，若不满足式(ⅱ)条件，则判定该重武器未发生射击事件；
[0026][0027]
其中：l2为机枪伸出炮塔的长度；
[0028]
l3为机枪与炮管的安装距离。
[0029]
进一步，所述主控器安装于监测模块m1中。
[0030]
可选的，所述vref1与vref2相等。
[0031]
进一步，本发明的系统还包括，当判定本重武器火炮发生了射击事件，计算本重武器火炮射击发生的时刻：t
1-(l1 h)/c；当判定本重武器机枪发生了射击事件，计算本重武器火炮射击发生的时刻：
[0032]
进一步，本发明的系统还包括，数据中心和显示单元，所述数据中心接受主控器的判断结构并将判断结构传输给显示单元，所述显示单元用于显示判断结果。
[0033]
本发明同时提供了与上述系统相应的重武器射击的监测方法
[0034]
本发明能够在复杂战场环境中精准检测有/无射击加速度特征类武器的射击事件；并且本发明对于集成火炮、机枪等多种武器于一体的步战车、坦克等战斗车辆类武器设备，可以精确检测是否发生射击事件且本次射击的武器类型，根据射击武器的威力进行对抗训练伤情判定。该射击检测方法能够在复杂的作战环境中精准判定射击事件，为智能靶标系统作战判定提供数据依据。
附图说明
[0035]
图1为本发明的原理示意图。
具体实施方式
[0036]
除非有特殊说明，本文中的术语根据相关领域普通技术人员的认识理解。
[0037]
在复杂、大规模的模拟对抗实弹射击训练中，武器射击动作的精确检测，可为智能靶标系统进行命中判定、伤情计算提供数据依据。对于步战车、坦克等战斗车辆类多武器集成式武器装备，不仅需精确检测是否发生射击事件，还需区分是设备上的哪种类型武器的射击，及区分是设备上的火炮还是机枪射击，以便根据武器威力大小进行命中效果、伤情解算判定。为满足上述要求，本发明的重武器射击检测系统包括三个监测模块和主控器，各监测模块包括声音传感器及一级和二级信号调理电路，主要实现射击事件检测及信号调理功能，参见图1所示；
[0038]
当武器进行射击时，在发射瞬间枪炮口会产生机械波，机械波以枪口为中心向外扩散，当机械波到达射击检测模块时，声音传感器产生逆压电效应将机械波转换为模拟电压，模拟电压幅值大小与机械波强度成正比；
[0039]
由于炮弹类和机枪类武器射击时产生的机械波强度不同，为精确检测并区分机枪、炮弹等不同威力武器的射击事件，信号调理电路采用了两级式调理电路设计；
[0040]
一级信号调理电路包括一阶低通滤波电路、第一电压放大电路和第一比较电路，
[0041]
所述二级信号调理电路包括电压跟随电路、第二电压放大电路和第二比较电路，
[0042]
所述第一电压放大电路的放大倍数大于第二电压放大电路的放大倍数；
[0043]
所述声音传感器将声波信号转换为模拟电压uo输出，经一阶低通滤波电路滤波后输入至第一电压放大电路进行电压信号放大再次经一阶低通滤波电路滤波后输出电压信号ualv，第一比较电路将ualv与第一比较电路的基准电压值vref1进行比较，若ualv电压值大于vref1时，则一级信号调理电路输出ald为高电平，相反，则输出ald为低电平；
[0044]
同时，电压信号ualv输入至电压跟随电路，经电压跟随电路进行信号隔离后输入至第二电压放大电路进行电压信号放大再经一阶低通滤波后输出电压信号uahv，第二比较电路将uahv与第二比较电路的基准电压值vref2比较，若uahv电压值大于vref2时，二级信号调理电路输出ahd为高电平，相反，则ahd为低电平；
[0045]
因机枪和炮发射时产生的声波能量不同，当机枪发射时，声音传感器输出模拟电压值较小，通过第一级信号调理电路放大电压信号后，输出电压ualv小于参考电压vref1值，即ald为低电平，经过二级放大后，输出电压uahv大于参考电压vref2值,即ahd为高电平；当炮发射时，因能量较大，因此第一级调理电路输出信号与第二级调理电路输出信号均
大于参考电压值，因此ald与ahd均为高电平。
[0046]
方案中，比较电路vref1值和vref2值设定时，根据实测炮与机枪射击时经调理电路输出的电压幅值进行设定，确保能够得到精准输出信号电平。需要说明的是，在各比较电路比较过程中，因信号均为模拟信号，一般不会出现两输入端相等的情况；理想情况下若两输入端相等，此时，相应信号调理电路的输出为低电平。vref1值和vref2值取相同值时，可使得电路中使用较少器件，节约成本。
[0047]
当信号ald与ahd同时为高电平信号时，表示有炮弹类武器射击事件发生；当信号ahd为高电平，信号ald为低电平时，表示有机枪类武器射击事件发生；当信号ald与ahd均为低电平时，表示无射击事件发生；
[0048]
除此之外，为了能够在复杂的作战环境中，精准检测是否有射击事件发生，避免因距离较近的武器发生射击事件干扰而产生误判定，在具体实施方案中，本发明的三个监测模块以边长为a的等边三角形安装在重武器上，且其中一个监测模块m1位于重武器炮口至炮尾的延长线上，同时三个监测模块位于一等边三角形的三个顶点上，且监测模块m1距离炮口最近，其余两个监测模块与炮口的距离相同；监测模块m1和监测模块m2距离机枪口的距离相同，参见图1所示；其中，s为重武器车辆上的炮塔，s1为炮口，s2为机枪口，s1与s2水平距离(即火炮与机枪的安装距离)为l3，监测模块m1中的声音传感器安装位置与武器主炮筒方向在同一条直线，即位于炮口至炮尾延长线上，同时s1炮口与监测模块m2、监测模块m3中的声音传感器组成等腰三角形，该等腰三角形的腰长为b，炮口到达炮塔边缘距离(即炮口至炮尾的距离或炮管长度)为l1，机枪口到达炮塔边缘距离(即机枪伸出炮塔的距离)为l2，监测模块m1中的声音传感器距离炮塔边缘距离(即监测模块m1与炮尾之间的距离)为h，机枪口s2与监测模块m1和监测模块m2中的声音传感器的距离一致，均为d，根据几何关系，上述参数满足：
[0049][0050][0051]
主控器主要功能是实时捕捉各监测模块输出的电平信号及触发时刻，并通过以下逻辑算法计算判定武器射击事件：
[0052]
(1)当主控制器捕捉到有高电平信号时，进行如下判断：
[0053]
若满足ahd1、ahd2、ahd3、ald1、ald2和ald3均为高电平，则执行步骤(2)；ald1、ald2和ald3分别为三个检测模块m1、m2和m3中一级信号调理电路的输出；ahd1、ahd2和ahd3分别为三个检测模块m1、m2和m3中二级信号调理电路的输出；
[0054]
若满足ahd1、ahd2和ahd3均为高电平，ald1、ald2和ald3均为低电平，则执行步骤(3)；
[0055]
否则，均判定为本重武器未发生射击事件；
[0056]
(2)若满足式(ⅰ)条件时，则判定本重武器火炮发生了射击事件，若不满足，则判定本重武器未发生射击事件；
[0057][0058]
其中：
[0059]
c为声速；
[0060]
t1、t2、t3分别为三个监测模块m1、m2和m3中的声音传感器监测到机械波的时刻，单位s；
[0061]
σ
th
为误差阈值，考虑到环境、安装误差及电路信号传输等参数影响，并经测试验证，在此取误差阈值为10-100us；
[0062]
(3)若满足式(ⅱ)条件时，则判定为本重武器机枪发生了射击，若不满足，则判定该重武器未发生射击事件；
[0063][0064]
其中：
[0065]
进一步的方案中，当判定本重武器火炮发生了射击事件，计算本重武器火炮射击发生的时刻：t
1-(l1 h)/c。
[0066]
进一步的方案中，当判定本重武器机枪发生了射击事件，计算本重武器火炮射击发生的时刻：t
1-d/c。
[0067]
还有些方案中，系统还设有数据中心和显示单元，进行数据上传与显示，具体是数据中心接收主控器的判断结果，并将判断结果保存后传输给显示单元，显示单元进行射击事件显示。
[0068]
还有些方案中，为了本发明系统在使用过程中的安装，系统中的主控器与监测模块m1安装在一起，如两者集成安装在一个盒子中。
[0069]
实施例：
[0070]
该实施例对某重武器射击采用本发明的系统和方法进行现场实测，同时进行人工记录，该实施例的vref1值为：3.8v，vref2值为3.8v，声音传感器选用鑫丰电子公司生产的fsm42a3722h11型号硅麦克传感器；主控器选用arm主控芯片；l3＝400mm，b＝5239mm，l1＝5000mm，l2＝50mm，h＝65.47mm，a＝200mm，d＝416mm；c＝340m/s；σ
th
＝50μs；
[0071]
人工记录机枪实际发射数量为200发，其中包括三连发20次，本发明的方法监测到
结果为199发，精确率为99％；
[0072]
人工记录炮发射数量为30发，本发明的方法监测到数据为30发，精确率100％，通过对比证明，该重武器射击检测方法精确度高。