超声影像射击训练系统 【技术领域】
本发明超声影像射击训练系统涉及的是一种活动图像的打靶设备。特别是在活动图像上进行实弹射击和模拟射击训练。可以进行精度射击，也可以进行移动目标的射击和活动场景的活动目标的射击。提高训练者的准确判断能力，并能对训练的成绩和档案进行管理，从而有效地提高训练效果。
背景技术
影像射击训练早在20世纪80年代国外就有产品出现，国内是在20世纪90年代中期开始出现。早期的是单一的模拟射击训练，利用激光发射器和图像采集及识别来实现，打实弹是利用走纸机构和光点的图像识别来达到。其缺点是走纸机构容易出故障，且对纸张的要求较高，在湿度较大的环境中很难保证其正常使用。
【发明内容】
本发明目的是针对上述不足之处提供一种超声影像射击训练系统，利用超声的平面定位来代替走纸机构和图像识别，超声定位的最大特点是环境适应性强、机械故障率小、可靠性高、且靶面的使用率较高，把超声定位系统和影像资料的播放和判断结合在一起，提供了一种新型的声电定位影像靶系统。该系统既可以进行实弹射击训练，也可以进行模拟射击训练，且报靶迅速可靠，环境适应性强。
超声影像射击训练系统是采取以下方案实现的：超声影像射击训练系统包括超声影像大屏、信号采集处理器、定位解算工控计算机、通讯电路、图像控制和播放计算机、CCD摄像头、视频图像采集卡、投影机。
超声影像大屏具有框架，在框架两面安装有高纯度橡胶板。在框架中间形成一个声学空腔，在空腔的上下两排各装有声学传感器阵列，在声学空腔安装有温度补偿传感器，声学传感器和温度补偿传感器与信号采集处理器相连。
信号采集处理器包括信号放大和滤波电路、区域判断电路、计数电路、单片机MCU、温度采集补偿电路、定位解算工控计算机、电源变换器。信号放大和滤波电路通过连接导线与区域判断电路相连，放大和滤波电路将声学传感器来的微小信号进行放大和滤波，然后送至区域判断电路，区域判断电路与计数电路相连，区域判断电路根据距离最近原则判断出有效定位区域并启动相应计数电路，计数电路通过总线与单片机MCU相连，单片机MCU及时将该定位区域的计数获取，温度补偿传感器也通过数据总线与单片机相连，单片机将获得的定位区域的记数和温度补偿数据一起送至定位解算工控计算机，定位解算工控计算机以串行的方式与图像控制和播放计算机相连，并将定位解算数据送至图像控制和播放计算机，图像控制和播放计算机将当前帧图像中的射击目标区域与图像控制和播放计算机送来地定位数据进行比较，以判断出是否命中目标并控制图像播放顺序。图像控制和播放计算机通过电缆将图像与投影仪相连，投影仪将图像投射到超声影像大屏，同时图像控制和播放计算机通过电缆将音频信号与功率放大器相连，功率放大器与音箱相连。
超声影像射击训练系统的模拟部分包括CCD摄像头、视频采集卡、图像识别计算机、激光模拟枪。CCD摄像头与视频采集卡相连，CCD摄像头将图像信息送至图像采集卡，图像采集卡通过总线方式与图像识别计算机相连，图像采集卡将图像信息转换成数字信号送至图像控制和播放计算机，图像控制和播放计算机进行比较判断出射击光点，并将光点的坐标得到送至图像控制和播放计算机内存，图像控制计算机判断是否命中目标，并控制图像播放顺序，射击成绩可通过射击成绩管理和输出软件控制，并通过打印机输出。
工作原理：
实弹射击时当子弹穿过超声影像大屏，在其声学空腔中产生超声信号，超声信号处理器部分将各个超声传感器接收到的信号首先进行放大，放大器的带宽应大于100KHZ、增益应大于40dB.在信号达到一定的幅度后，送至带通滤波器，以滤除一些干扰噪声，以保证有用信号的信噪比。然后再送至主放大器、在排除了干扰噪声的情况下，主放大器的增益应尽可能地增大，这样可减少时差的误差。主放大器将信号放大到足够的幅度后，送至电平比较器，然后送至区域判断电路，区域判断的原则是一组传感器中较早收到信号的一个定为该区域有效，其余的传感器应视为无效。在区域判断有效的区域，单片机将该组传感器的时差信号取出。同时实时地采集到声腔中的温度值，经过处理后送至定位解算工控计算机进行解算，以求出该坐标中的x、y变量。然后将该x、y值转换成以屏幕左上角为原点、水平向右为X轴、垂直向下为Y轴的图像坐标中的新坐标值，然后换算成以像素点的坐标，送至图像控制和播放计算机来进行图像的识别和比较，以确定是否命中所设定的目标，进行成绩的评定。
图像控制和播放计算机中有存放了若干种类的图像资料，适合与各种场景和情况，训练者可从中任意选定以播放之。图像的存放格式为AVI，图像部分由计算机的VGA口输出送至投影机，投影机再投射到超声大屏上。同时音频信号由计算机的声卡输出，送至功率放大器，然后由两只立体声音箱输出，以再现战时的场景。
模拟训练时，射手的激光枪将激光点射向屏幕，CCD摄像头及时捕捉到这一光点所在的图像的x、y坐标值。将该x、y值送入图像控制和播放计算机，图像控制和播放计算机将所接收的x、y坐标值与所设定的目标区域进行比较判断，是判断是否命中或判定射击者的成绩。
总控部分包括有各部分的电源控制，训练人员的成绩的统计和打印，可以与办公自动化系统连接、方便用户对数据的管理和使用。
超声射击训练系统的特点是采用超声定位的方法实现实弹的定位，使得该系统环境适应性强、定位精度准确、可靠性高、定位实时性强，靶面使用率高。该系统既可以进行模拟训练也可以进行实弹射击，既可以进行精度射击也可以进行移动目标和活动场景活动目标的射击。
【附图说明】
以下将结合附图对本发明作进一步说明。
图1是超声影像射击训练系统的系统示意图。
图2是超声影像射击训练系统的超声影像大屏。
图3是超声影像射击训练系统的声定位坐标系和图像坐标系关系图。
图4是超声影像射击训练系统的信号采集处理器组成框图。
【具体实施方式】
参照附图1～4，超声影像射击训练系统包括超声影像大屏、信号采集处理器3、定位解算工控计算机、通讯电路、图像控制和播放计算机1、CCD摄像头、视频图像采集卡、投影仪2。
超声影像大屏具有框架4，在框架两面安装有高纯度橡胶板5。在框架中间形成一个的声学空腔6，子弹穿过声学腔6时声波可以自由地传送，橡胶板5为浅白色、颜色应一致，安装时应保证其密闭性以防止外界干扰波进入。橡胶板5声学腔由前后两块硬度为42°±5°的天然纯橡胶组成，其延展率为500％、白色、安装在一个方框上，中间形成4～6cm的内空腔体6。在声学空腔6的上下两排各装有声学传感器阵列7-13、15-21，在声学空腔的左侧安装一个温度补偿传感器14，声学传感器7-13、15-21和温度补偿传感器14与信号采集处理器3相连，将声学传感器7-13、15-21和温度补偿传感器14所有引出电缆送至信号采集处理器中。
信号采集处理器3包括信号放大和滤波电路、区域判断电路、计数电路、单片机MCU、温度采集补偿电路、定位解算工控计算机、电源变换器。信号放大和滤波电路通过连接导线区域判断电路相连，放大和滤波电路将声学传感器7-13、15-21来的微小信号进行放大和滤波，然后送至区域判断电路，区域判断电路与计数电路相连，区域判断电路根据距离最近原则判断出有效定位区域并启动相应计数电路，计数电路通过总线与单片机MCU相连，单片机MCU及时将该定位区域的计数获取，温度补偿传感器14也通过数据总线与单片机相连，单片机将获得的定位区域的记数和温度补偿数据一起送至定位解算工控计算机，定位解算工控计算机以串行的方式与图像控制计算机1相连，并将定位解算数据送至图像控制计算机1，图像控制计算机1将当前帧图像中的射击目标区域与图像解算计算机1送来的定位数据进行比较，以判断出是否命中目标并控制图像播放顺序。图像控制计算机1通过电缆将图像与投影仪相连，投影仪2将图像投射到超声影像大屏，同时图像控制计算机1通过电缆将音频信号与功率放大器相连，功率放大器与音箱相连。电源变换器，包括由一组交流接触器控制的系统电源控制和前端信号处理器的电源控制、定位解算工控计算机和图像控制和播放计算机电源控制等。
超声影像射击训练系统的模拟部分包括CCD摄像头、视频采集卡、图像控制和播放计算机、激光模拟枪。CCD摄像头与视频采集卡相连，CCD摄像头将图像信息送至图像采集卡，图像采集卡通过总线方式与图像控制和播放计算机相连，图像采集卡将图像信息转换成数字信号送至图像控制和播放计算机，图像控制和播放计算机进行比较判断出射击光点，并将光点的坐标得到送至图像控制和播放计算机1内存，图像控制和播放计算机1判断是否命中目标，并控制图像播放顺序。成绩管理和统计软件，将每次每个受训新的射击成绩进行存贮，并可按各种类型进行查询、整理、输出。
超声影像射击训练系统的图像控制和播放计算机中装有各种训练图像资料库，以AVI文件格式存放，播放控制软件根据用户的要求来播放其中的某些活动场景并用大屏投影机将图像投放在橡胶屏上，供训练新训练使用，图像控制和播放计算机中产生各种训练用的声音信号，送入放大器，再通过两只立体音箱输出。