自校准扇形红外光幕自动报靶系统及方法

摘要

本发明属于光幕电子靶技术，公开了一种自校准扇形红外光幕自动报靶系统及方法，该系统包括靶身，靶身前面安装有光幕检测模块，光幕检测模块包括红外扇形光幕发射器和红外线阵接收器，红外扇形光幕发射器安装在光幕校准装置上，红外线阵接收器与控制模块连接，控制模块与上位机连接，上位机与光幕校准装置连接。该方法为控制模块处理红外光线的状态信息，校准位置，处理遮挡像素信息，确定弹丸着靶坐标，并上传至上位机进行报靶。本发明提高了接收光线的灵敏度和可靠性，同时减小了测量误差，避免了在运输和使用过程中的振动或冲击影响光幕对准情况的发生，保证了光幕系统的稳定性和可靠性。本发明适用于弹丸射击报靶。

说明书

技术领域

本发明属于光幕电子靶技术，涉及自动报靶系统，具体地说是一种自校准扇形红外光幕自动报靶系统及方法。

背景技术

红外测量光幕是一种特殊的光电传感器装置，主要包括发光器、受光器和控制器等，用来检测被测物体的尺寸和形状等，以及被测物体是否通过光幕。红外测量光幕的测量原理为：发射器发出的红外光照射到接收器形成光幕系统，被测物体放置(或运行)在形成的光幕系统里，阻挡一部分红外光线使其对应的接收器不能接收到相对应的红外信号，被遮挡的接收器产生信号变化，配合控制器和软件，检测是否有物体通过或进一步检测物体的外形尺寸。

红外测量光幕应用比较广泛，几乎可以涵盖所有的检测测量领域，比如精度纠偏、在线纠偏、对中纠偏、车辆分离、物体检测、外形测量、小零件检测、物体尺寸检测、物流分拣的体积测量、部件计数、收费站车辆检测、车辆超限检查(长宽高)、通道客流量检测、物体运动轨迹检测、人体检测、安全报警、流水线检测、自动化喷涂、产品计数检测、落料计数检测等等。现有技术中光幕报靶系统一般采用“Ⅱ”型或“双L”型的光电管阵列布局，但是这两种方法均存在由于光幕角度过大，接收器敏感元件入射角度也较大，造成接收管接收角度有限而产生的信号接收不可靠的问题，另外一个问题，在运输和使用过程中的振动或冲击引起的变形都会影响光幕的对准，因此在长期使用过程中，难以保证光幕系统的稳定性和可靠性。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种自校准扇形红外光幕自动报靶系统及方法，以解决现有技术中光幕角度过大和光幕对准的问题。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方法如下：

一种自校准扇形红外光幕自动报靶系统，包括靶身，靶身前面安装有光幕检测模块，光幕检测模块包括红外扇形光幕发射器和红外线阵接收器，红外扇形光幕发射器安装在光幕校准装置上，红外线阵接收器的信号输出端与控制模块的信号输入端连接，控制模块的信号输出端与上位机的信号输入端连接，上位机的信号输出端与光幕校准装置的信号输入端连接。

作为限定：红外扇形光幕发射器包括第一红外扇形光幕发射器和第二红外扇形光幕发射器，红外线阵接收器包括第一红外线阵接收器、第二红外线阵接收器、第三红外线阵接收器和第四红外线阵接收器，第二红外线阵接收器和第三红外线阵接收器均与地面平行，第一红外扇形光幕发射器安装在第一光幕校准装置上，第一光幕校准装置位于前排左下角，第二红外扇形光幕发射器安装在第二光幕校准装置上，第二光幕校准装置位于后排右下角，第一红外线阵接收器和第二红外线阵接收器在同一平面，位于前排右上角，接收第一红外扇形光幕发射器发出的扇形光幕，第一红外线阵接收器和第二红外线阵接收器之间的夹角为90°+β，其中，0＜β＜90°，第三红外线阵接收器和第四红外线阵接收器在同一平面，位于后排左上角，接收第二红外扇形光幕发射器发出的扇形光幕，第三红外线阵接收器和第四红外线阵接收器之间的夹角为90°+β。

作为进一步限定：光幕校准装置包括位置调节模块和驱动模块，红外扇形光幕发射器安装在位置调节模块上，驱动模块与控制模块连接，驱动模块安装在位置调节模块上驱动位置调节模块移动。

作为再进一步限定：位置调节模块包括横弯板和竖弯板，横弯板的上侧平面为活动面，下侧平面为固定面，红外扇形光幕发射器安装在横弯板的活动面上，竖弯板靠近横弯板的前侧平面为活动面，远离横弯板的后侧平面为固定面，横弯板的固定面垂直固定连接在竖弯板的活动面上，横弯板活动面和固定面的一侧通过可弯折连接件连接，竖弯板活动面和固定面的一侧通过可弯折连接件连接；驱动模块包括光幕角度调节电机和光幕平移调节电机，光幕角度调节电机固定在横弯板的活动面上，光幕角度调节电机出轴螺接在横弯板的固定面上，光幕平移调节电机固定在竖弯板的活动面上，光幕平移调节电机出轴螺接在竖弯板的固定面上。

作为更进一步限定：控制模块包括前置处理单元和主控单元，前置处理单元的信号输入端与红外线阵接收器的信号输出端连接，前置处理单元的信号输出端与上位机的信号输入端连接，上位机的信号输出端与主控单元的信号输入端连接，主控单元通过功率放大器分别与光幕角度调节电机和光幕平移调节电机连接。

本发明还提供了自校准扇形红外光幕自动报靶系统的一种报靶方法，红外扇形光幕发射器发射出红外光线，红外线阵接收器接收到红外光线，红外线阵接收器将接收红外光线的状态信息上传至控制模块进行数据处理，初始状态，若红外线阵接收器的所有像素均被红外光线照射，则不用启动光幕校准装置，若红外线阵接收器的所有像素没有都被红外光线照射，控制模块开启光幕校准装置对红外扇形光幕发射器的位置进行校准，直至红外线阵接收器的所有像素均被红外光线照射；当有弹丸穿过光幕，红外线阵接收器中相关位置的像素被遮挡，红外线阵接收器将遮挡像素信息上传至控制模块进行数据处理，确定弹丸着靶坐标，并将信息上传至上位机进行报靶。

作为限定：光幕校准装置包括横弯板、竖弯板、光幕角度调节电机和光幕平移调节电机，光幕校准装置的校准方法为通过控制光幕角度调节电机旋转，使得横弯板的活动面旋转，进而调节红外扇形光幕发射器的角度，通过控制光幕平移调节电机旋转，使得竖弯板的活动面旋转，带动横弯板移动，进而调节红外扇形光幕发射器的位置。

作为另一种限定：红外扇形光幕发射器包括第一红外扇形光幕发射器和第二红外扇形光幕发射器，红外线阵接收器包括第一红外线阵接收器、第二红外线阵接收器、第三红外线阵接收器和第四红外线阵接收器，第二红外线阵接收器和第三红外线阵接收器均与地面平行，第一红外线阵接收器和第二红外线阵接收器之间的夹角为90°+β，接收第一红外扇形光幕发射器发射的红外光线，第三红外线阵接收器和第四红外线阵接收器之间的夹角为90°+β，接收第二红外扇形光幕发射器发射的红外光线,其中，0＜β＜90°，弹丸在光幕中位置坐标为(X,Y)，计算公式为：

当遮挡像素为第一红外线阵接收器上的像素，Z

当遮挡像素为第二红外线阵接收器上的像素，Z

当遮挡像素为第三红外线阵接收器上的像素，Z

当遮挡像素为第四红外线阵接收器上的像素，Z

上式中，L

作为进一步限定：报靶区域按照第一红外扇形光幕发射器和第二红外扇形光幕发射器发射出的扇形光幕交叉区域与靶身的相对位置划分为着靶精确报靶区、脱靶精确报靶区、脱靶概略报靶区和空白位置区，着靶精确报靶区为第一红外扇形光幕发射器和第二红外扇形光幕发射器发射出的扇形光幕交叉区域，且位于靶身区域；脱靶精确报靶区为靶身区域外第一红外扇形光幕发射器和第二红外扇形光幕发射器发射出的扇形光幕交叉区域；脱靶概略报靶区为第一红外扇形光幕发射器或第二红外扇形光幕发射器发射出的扇形光幕区域内，但在交叉区域外；空白位置区为没有光幕的区域。

本发明由于采用了上述方案，与现有技术相比，所取得的有益效果是：

(1)本发明提供的自校准扇形红外光幕自动报靶系统，相邻红外线阵接收器的夹角为大于90°的钝角，使得红外线阵接收器上所有像素接收红外线的入射角度均小于40°，提高了接收光线的灵敏度和可靠性，同时减小了测量误差；

(2)本发明提供的自校准扇形红外光幕自动报靶系统，通过设置光幕校准装置对红外扇形光幕发射器的位置和角度进行调节，避免了在运输和使用过程中的振动或冲击影响光幕对准情况的发生，保证了光幕系统的稳定性和可靠性；

(3)本发明提供的自校准扇形红外光幕自动报靶系统的报靶方法，利用测量弹丸着靶坐标的红外线阵接受器兼作光幕校准传感器，节约了角度测量装置和水平位置测量装置，节约了成本，简化了结构，而且由于角度和水平位置调节的最终结果，避免了直接角度调节和水平位置调节好后仍然存在因机械变形而造成的光幕照射失准问题的发生；

(4)本发明提供的自校准扇形红外光幕自动报靶系统的报靶方法，弹丸穿过光幕后，可即时计算出弹丸入射方位角及俯仰角以及着靶坐标、弹丸速度等参数，可大大提高部队轻重武器射击训练及演习的报靶效率和精度以及安全性。

综上所述，本发明提供的自校准扇形红外光幕自动报靶系统和方法，提高了接收光线的灵敏度和可靠性，同时减小了测量误差，避免了在运输和使用过程中的振动或冲击影响光幕对准情况的发生，保证了光幕系统的稳定性和可靠性。

本发明适用于弹丸射击报靶。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步详细说明。

图1为本发明实施例的自校准扇形红外光幕自动报靶系统的结构框图；

图2为本发明实施例的光幕检测模块结构示意图；

图3为本发明实施例的光幕校准装置的主视图；

图4为本发明实施例的光幕校准装置的左视图；

图5为本发明实施例的光幕校准装置的俯视图；

图6为本发明实施例的光幕校准装置的立体图；

图7为本发明实施例的前置处理单元的电路图；

图8为本发明实施例的弹丸在光幕中位置坐标计算示意图；

图中：1、红外扇形光幕发射器；2、横弯板；3、连接角铁；4、竖弯板；5、平移调节螺母；6、平移调节螺纹套；7、紧固螺钉；8、光幕平移调节电机出轴；9、光幕平移调节电机；10、金属紧固带；11、紧固带固定螺钉；12、紧固带固定螺母；13、角度调节螺母；14、角度调节螺纹套；15、光幕角度调节电机；16、光幕角度调节电机出轴；17、第一红外扇形光幕发射器；18、第二红外扇形光幕发射器；19、第一红外线阵接收器；20、第二红外线阵接收器；21、第三红外线阵接收器；22、第四红外线阵接收器；23、光幕检测模块；24、控制模块。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本领域的技术人员应当理解，本发明并不限于以下实施例，任何在本发明具体实施例基础上做出的改进和等效变化，都在本发明权利要求保护的范围之内。

实施例自校准扇形红外光幕自动报靶系统及方法

一种自校准扇形红外光幕自动报靶系统，其结构框图如图1所示，包括靶身，靶身前面安装有光幕检测模块23，光幕检测模块23包括红外扇形光幕发射器1和红外线阵接收器，红外扇形光幕发射器1安装在光幕校准装置上，红外线阵接收器的信号输出端与控制模块24的信号输入端连接，控制模块24的信号输出端与上位机的信号输入端连接，上位机的信号输出端与光幕校准装置的信号输入端连接。

光幕检测模块23的结构示意图如图2所示，红外扇形光幕发射器1包括第一红外扇形光幕发射器17和第二红外扇形光幕发射器18，红外线阵接收器包括第一红外线阵接收器19、第二红外线阵接收器20、第三红外线阵接收器21和第四红外线阵接收器22，第二红外线阵接收器20和第三红外线阵接收器21均与地面平行，第一红外扇形光幕发射器17安装在第一光幕校准装置上，第一光幕校准装置位于前排左下角，第二红外扇形光幕发射器18安装在第二光幕校准装置上，第二光幕校准装置位于后排右下角，第一红外线阵接收器19和第二红外线阵接收器20在同一平面，位于前排右上角，接收第一红外扇形光幕发射器17发出的扇形光幕，第一红外线阵接收器19和第二红外线阵接收器20之间的夹角为90°+β，其中，0＜β＜90°，第三红外线阵接收器21和第四红外线阵接收器22在同一平面，位于后排左上角，接收第二红外扇形光幕发射器18发出的扇形光幕，第三红外线阵接收器21和第四红外线阵接收器22之间的夹角为90°+β。

光幕校准装置的主视图、左视图、俯视图和立体图依次分别如图3-6所示，光幕校准装置包括位置调节模块和驱动模块，红外扇形光幕发射器安装在位置调节模块上，驱动模块与控制模块连接，驱动模块安装在位置调节模块上驱动位置调节模块移动。位置调节模块包括横弯板2和竖弯板4，横弯板2的上侧平面为活动面，下侧平面为固定面，红外扇形光幕发射器1通过金属紧固带10安装在横弯板2的活动面上，金属紧固带10通过紧固带固定螺钉11和紧固带固定螺母12固定在横弯板2活动面上，竖弯板4靠近横弯板2的前侧平面为活动面，远离横弯板2的后侧平面为固定面，横弯板2的固定面通过连接角铁3垂直固定于竖弯板4的活动面上，横弯板2活动面和固定面的一侧通过可弯折连接件连接，竖弯板4活动面和固定面的一侧通过可弯折连接件连接，驱动模块包括光幕角度调节电机15和光幕平移调节电机9，横弯板2的活动面上通过紧固螺钉7固定有光幕角度调节电机15，光幕角度调节电机出轴16通过螺纹与角度调节螺纹套14连接，角度调节螺纹套14通过角度调节螺母13固定在横弯板2的固定面上，竖弯板4的活动面上通过紧固螺钉7固定有光幕平移调节电机9，光幕平移调节电机出轴8通过螺纹与平移调节螺纹套6连接，平移调节螺纹套6通过平移调节螺母5固定在竖弯板4的固定面上。

控制模块24包括前置处理单元和主控单元，前置处理单元的电路图如图7所示，前置处理单元的信号输入端与红外线阵接收器的信号输出端连接，前置处理单元的信号输出端与上位机的信号输入端连接，上位机的信号输出端与主控单元的信号输入端连接，主控单元通过功率放大器分别与光幕角度调节电机15和光幕平移调节电机9连接。

自校准扇形红外光幕自动报靶系统的报靶方法：红外扇形光幕发射器1发射出红外光线，红外线阵接收器接收到红外光线，红外线阵接收器将接收红外光线的状态信息上传至控制模块24进行数据处理，初始状态，若红外线阵接收器的所有像素均被红外光线照射，则不用启动光幕校准装置，若红外线阵接收器的所有像素没有都被红外光线照射，控制模块24开启光幕校准装置对红外扇形光幕发射器1的位置进行校准，直至红外线阵接收器的所有像素均被红外光线照射；当有弹丸穿过光幕，红外线阵接收器中相关位置的像素被遮挡，红外线阵接收器将遮挡像素信息上传至控制模块24进行数据处理，确定弹丸着靶坐标，并将信息上传至上位机进行报靶。

光幕校准装置的校准方法为通过控制光幕角度调节电机15旋转，带动光幕角度调节电机出轴16旋转，使得横弯板2活动面相对于横弯板2固定面以活动面和固定面的可弯折连接件为轴，该可弯折连接件与光幕角度调节电机出轴16的中心距离为半径产生旋转运动，进而使固定于横弯板2活动面上的红外扇形光幕发射器1旋转，使光幕产生旋转，通过控制光幕平移调节电机9旋转，带动光幕平移调节电机出轴8旋转，使得竖弯板4活动面相对于竖弯板4固定面以活动面和固定面可弯折连接件为轴，该可弯折连接件与光幕平移调节电机出轴8的中心距离为半径产生旋转运动，进而使固定于横弯板2活动面上的红外扇形光幕发射器1以垂直于光幕平面的方向旋转，使光幕产生平移。

弹丸在光幕中位置坐标为(X,Y)，如图8所示，计算公式为：

当遮挡像素为第一红外线阵接收器19上的像素，Z

当遮挡像素为第二红外线阵接收器20上的像素，Z

当遮挡像素为第三红外线阵接收器21上的像素，Z

当遮挡像素为第四红外线阵接收器22上的像素，Z

上式中，L

报靶区域按照第一红外扇形光幕发射器17和第二红外扇形光幕发射器18发射出的扇形光幕交叉区域与靶身的相对位置划分为着靶精确报靶区、脱靶精确报靶区、脱靶概略报靶区和空白位置区，着靶精确报靶区为第一红外扇形光幕发射器17和第二红外扇形光幕发射器18发射出的扇形光幕交叉区域，且位于靶身区域；脱靶精确报靶区为靶身区域外第一红外扇形光幕发射器17和第二红外扇形光幕发射器18发射出的扇形光幕交叉区域；脱靶概略报靶区为第一红外扇形光幕发射器17或第二红外扇形光幕发射器18发射出的扇形光幕区域内，但在交叉区域外；空白位置区为没有光幕的区域。