CN108844416A - 一种激光报靶装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及体育射击比赛报靶领域，一种激光报靶装置及方法，其装置包括至少两个激光发射模组、至少两个线阵光电检测模组和数据处理模组；本发明通过采用两个激光发射模组实现扇形的激光照明，以及光电检测模组的线阵式光电接收方式，不受周围环境如温度、气流、邻道射击声音的干扰。采用模块化结构，体积小，重量轻，通过支撑架与靶子刚性稳固连接，既适用固定靶也适用移动靶；采用相似三角形对应边等比例的原理即光杠杆原理，使弹丸位置定位分辨率达到0.16mm；探测区域为射击靶面前与靶面平行且相距几个厘米的扇面形，靶面溅射的碎屑不会干扰影响测量精度。

Description

一种激光报靶装置及方法

技术领域

本发明涉及体育射击比赛报靶领域，尤其是一种激光报靶装置及方法。

背景技术

目前国内体育射击比赛和训练用报靶***大部分采用进口瑞士SIUS公司的产品，该产品采用声波学探测弹丸的技术，即弹丸穿越空气飞行时，由于空气的阻力、摩擦等产生声音，造成弹丸前面气体压缩和后面扩张，这结果产生了弹丸前后压力差。远离弹丸落点的接收记录传感器(麦克风)将迅速增大的压力与随之压力又快速回落之间接收整理为一个高频率信号。

通过两个或更多个安放在不同地点的麦克风，将不同时接收到弹丸传递过来的声音信号，测量出来并同时用以绘制出一个或多条双曲线联系起来共同找到弹着点的位置。

检测***理论上的精确度是通过坐标变换的差别部分计算的。计时用频率发生器的频率和声音速度的关系是用来计算不同时间的关键参数。温度和气压对检测有很大的影响，只能依靠其他传感设备做补偿。整体设备复杂，成本高昂，维护困难且环境适应性差。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供的激光报靶装置及方法克服了现有技术的不足，不收外部环境因素的影响，检测精度高。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供的一种激光报靶装置，包括至少两个激光发射模组、至少两个线阵光电检测模组和数据处理模组，其中；

每个激光发射模组用于发射探测激光，所述探测激光平行于射击靶面并完全覆盖所述射击靶面的被探测区域；

每个线阵光电检测模组用于接收所述探测激光并获得弹丸的位置数据；

所述数据处理模组用于接收所述位置数据，并根据所述位置数据获得所述弹丸在所述射击靶面的弹着点的环数值。

第二方面，本发明提供的一种激光报靶方法，所述激光报靶方法适用于本发明中第一方面所述的激光报靶装置，所述激光报靶装置包括至少两个激光发射模组、至少两个线阵光电检测模组和数据处理模组；所述激光报靶方法包括如下步骤：

使每个激光发射模组发射探测激光，所述探测激光平行于射击靶面并完全覆盖所述射击靶面的被探测区域；

使每个线阵光电检测模组接收所述探测激光并获得所述弹丸的位置数据；

使所述数据处理模组接收所述位置数据，并根据所述位置数据获得所述弹丸在所述射击靶面的弹着点的环数值。

本发明的有益效果是：

1、通过采用两个激光发射模组实现扇形的激光照明，以及光电检测模组的线阵式光电接收方式，不受周围环境如温度、气流、邻道射击声音的干扰。

2、采用模块化结构，体积小，重量轻，通过支撑架与靶子刚性稳固连接，既适用固定靶也适用移动靶。

3、采用相似三角形对应边等比例的原理即光杠杆原理，使弹丸位置定位分辨率达到0.16mm。

4、探测区域为射击靶面前与靶面平行且相距几个厘米的扇面形，靶面溅射的碎屑不会干扰影响测量精度。

5、采用模块式结构，成本低，能耗小，可使用交流电源适配器或蓄电池工作，连续工作8小时以上，使用寿命长。

附图说明

图1为本发明激光报靶装置实施例的示意图一；

图2为本发明激光报靶装置实施例的示意图二；

图3为本发明激光反射模组实施例的示意图；

图4为本发明探测激光行进路线实施例的示意图一；

图5为本发明探测激光行进路线实施例的示意图二；

图6为本发明光杠杆原理实施例的示意图；

图7为本发明二维坐标系实施例的示意图；

图8为本发明体育射击高精度激光报靶方法实施例的流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。

如图1、2所示，本发明的第一实施例所示出的激光报靶装置包括一支撑架1，且支撑架1为矩形支撑架。在支撑架1的一侧设有第一激光发射模组5，在与第一激光发射模组5所在的支撑架1相平行的一侧设有第一激光反射模组9，第一激光发射模组5所在的支撑架1的一侧上还设有第一线阵光电检测模组4。同理，在与第一激光发射模组5所在的支撑架1相垂直的一侧设有第二激光发射模组2，在与第二激光发射模组2所在的支撑架1相平行的一侧设有第二激光反射模组8，第二激光发射模组2所在的支撑架1的一侧上还设有第二线阵光电检测模组3。激光报靶装置环绕设置于射击靶面7的四周，且与靶子刚性稳固连接。在第一激光发射模组5所在的支撑架1的一侧上还设置有纸带6，在与纸带6所在的支撑架1相平行的一侧设置有传动装置，所述传动装置包括但不限于电动绞盘10，所述纸带6是印制有多张射击靶面7的滚筒式纸带6。通过将两个激光发射模组、两个激光反射模组、两个线阵光电检测模组均设于一个支撑架1上可以最大可能的减少激光报靶装置的体积，便于拆卸和安装，设计简单，布局合理。射击靶面7遵循ISSF国际射击运动联合会制定的标准，纸带6利用电动绞盘10在每射击一次后自动更换新靶子上的射击靶面7。

其中，激光发射模组包括半导体激光器、准直镜、鲍威尔棱镜；所述激光发射模组发出的探测激光是扇面形光束。该扇面形光束平行于靶面并完全覆盖射击靶面7的被检测区域。进一步地，所述半导体激光器使用红光半导体激光器，也可以是蓝光、绿光等可见光及780nm、808nm、830nm、940nm、980nm等波长的红外光。

线阵光电检测模组包含多个光敏器件及配套的信号调理电路组成。本实施例中，采用320个光敏三极管排列成线阵，其光接收区域为260mm×1mm。其中，所述光敏器件包括以下器件中的任意一个或其组合：线阵电荷耦合器件CCD、线阵互补金属氧化物半导体CMOS、光敏二极管阵列、PIN光敏管阵列、APD光敏管阵列和位置敏感探测器PSD。

如图3所示，激光反射模组由底座11和直角棱镜12组成，且所述直角棱镜为长条形的直角棱镜，长条形的直角棱镜和其反射面正交且与激光光束方向成45°角。这种反射结构具有一定的抗倾斜作用，降低了安装调试的难度。所述直角棱镜也可由两个条形镀反射膜的平面镜或五角棱镜替代。其中，激光反射模组的作用是将激光发射模组发出的探测激光调转180度。激光发射模组和线阵光电检测模组安置在支撑架1上面，激光反射模组将照到支撑架1下面的激光光束反射回到支撑架1上面的线阵光电检测模组上，由此达到延长光程的作用，提高光杠杆放大倍率，同时也减小设备的体积。

如图4、5所示，该示意图分别示出了第一激光发射模组5和第二激光发射模组2分别发出的探测激光Ⅰ和探测激光Ⅱ的行进路线。具体的，探测激光Ⅰ、探测激光Ⅱ分别由第一激光发射模组5、第二激光发射模组2发出后，完全覆盖并经过射击靶面7的被探测区域，且探测激光Ⅰ和探测激光Ⅱ的中心光线相互正交；最后经过第一激光反射模组9、第二激光反射模组8分别反射至第一线阵光电检测模组4、第二线阵光电检测模组3上。需要进行说明的是，探测激光Ⅰ和探测激光Ⅱ均距射击靶面7有一定距离，该距离的大小可以根据实际的靶子的材质决定，通过上述设置可以充分避免在打靶过程中，由于弹丸经射击靶面7射入靶子后溅射的碎屑影响检测的精度。

第一线阵光电检测模组4用于接收经过射击靶面7后的探测激光Ⅰ并得到弹丸在水平方向上的位置及宽度数据Ⅰ；第二线阵光电检测模组3用于接收经过射击靶面7后的探测激光Ⅱ并得到弹丸在垂直方向上的位置及宽度数据Ⅱ；数据处理模组接收位置及宽度数据Ⅰ和位置及宽度数据Ⅱ，并根据所述位置及宽度数据Ⅰ和位置及宽度数据Ⅱ得到弹丸在射击靶面7的弹着点的环数值，具体为：

如图6所示，针对体育射击比赛/训练用环形靶，两环之间距离为2.5mm，要求检测精度达到0.1环，即弹着点(x，y)坐标精度应优于0.25mm。为此，本发明采用相似三角形的对应边等比例的原理，将射击靶面7检测区域内小距离d通过光杠杆结构映射到线阵光电检测模组上变为大距离D，这样提高了检测精度以到达需求。放大比例为激光出光点到光电接收器的距离比上激光出光点到弹丸的距离，这也被叫做光杠杆原理。

如图7所示，弹着点位置计算公式：设10环中心为坐标原点O，激光发射模组出光点距原点距离为L，线阵光电检测模组距原点O距离(经过反射镜组反射)为nL，弹着点坐标为(x，y)，A为弹着点在水平方向线阵光电检测模中光敏器件的位置坐标，同样B为弹着点在垂直方向线阵光电检测模中光敏器件的位置坐标，L、n为已知，A、B为采集到的数据，则由：

得到：

数据处理模组根据弹丸在二维坐标系的位置，从而得出弹着点位置到坐标系原点的距离，最终确定弹着点的环数值。

本实施例中，所述数据处理模组可以是下列任意一种或其组合：C51系列单片机、RISC微处理器、ARM系列单片机、DSP系列数字信号处理器。此外，激光报靶装置还包括无线数据传输模组，所述无线数据传输模组将数据处理模组所得到的最终数据传输到上位机或其它设备，以供射击结果的语音报靶、图形显示、成绩统计存储等后台工作。无线数据传输方式可以采用WIFI，也可使用其它方式如红外、蓝牙等。所述激光报靶装置还包括电源模组，所述电源模组为装置提供稳定、可靠的电力支持。

如图8所示，本发明的第二实施例所示出的激光报靶方法，所述激光报靶方法适用于本发明第一实施例中所述的激光报靶装置，所述激光报靶装置包括第一激光发射模组、第二激光发射模组、第一线阵光电检测模组、第二线阵光电检测模组、数据处理模组和无线数据传输模组；所述激光报靶方法包括如下步骤：

S1，使第一激光发射模组用于发射探测激光Ⅰ，所述探测激光Ⅰ平行于射击靶面并完全覆盖射击靶面的被探测区域；使第二激光发射模组用于发射探测激光Ⅱ，所述探测激光Ⅱ平行于射击靶面并完全覆盖射击靶面的被探测区域。

S2，使第一线阵光电检测模组接收探测激光Ⅰ并得到弹丸的位置及宽度数据Ⅰ；使第二线阵光电检测模组接收探测激光Ⅱ并得到弹丸上的位置及宽度数据Ⅱ。

S3，使数据处理模组接收位置及宽度数据Ⅰ和位置及宽度数据Ⅱ，并根据所述位置及宽度数据Ⅰ和位置及宽度数据Ⅱ获得弹丸在射击靶面的弹着点的环数值。

S4，使无线数据传输模组将数据处理模组获得的最终数据传输到上位机或其它设备，以供射击结果的语音报靶、图形显示、成绩统计存储等后台工作。

需要进行说明的是，本实施例中所涉及的激光报靶装置与本发明的第一实施例中所提出的激光报靶装置的机构组成、具有的有益效果基本类似，在此就不赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种激光报靶装置，其特征在于：包括至少两个激光发射模组、至少两个线阵光电检测模组和数据处理模组，其中：

每个激光发射模组用于发射探测激光，所述探测激光平行于射击靶面并完全覆盖所述射击靶面的被探测区域；

每个线阵光电检测模组用于接收所述探测激光并获得弹丸的位置数据；

所述数据处理模组用于接收所述位置数据，并根据所述位置数据获得所述弹丸在所述射击靶面的弹着点的环数值。

2.根据权利要求1所述的激光报靶装置，其特征在于：所述至少两个激光发射模组包括第一激光发射模组和第二激光发射模组，并且所述至少两个线阵光电检测模组包括第一线阵光电检测模组和第二线阵光电检测模组，其中：

所述第一激光发射模组用于发射探测激光Ⅰ，所述探测激光Ⅰ平行于所述射击靶面并完全覆盖所述射击靶面的所述被探测区域；

所述第二激光发射模组用于发射探测激光Ⅱ，所述探测激光Ⅱ平行于所述射击靶面并完全覆盖所述射击靶面的所述被探测区域；

所述第一线阵光电检测模组用于接收所述探测激光Ⅰ并获得所述弹丸的位置数据Ⅰ；

所述第二线阵光电检测模组用于接收所述探测激光Ⅱ并获得所述弹丸的位置数据Ⅱ。

3.根据权利要求2所述的激光报靶装置，其特征在于：所述激光报靶装置还包括第一光杠杆结构和第二光杠杆结构；

所述探测激光Ⅰ和所述探测激光Ⅱ在由所述第一线阵光电检测模组和所述第二线阵光电检测模组接收前，还分别通过第所述一光杠杆结构和所述第二光杠杆结构放大。

4.根据权利要求3所述的激光报靶装置，其特征在于：所述激光报靶装置还包括第一激光反射模组和第二激光反射模组；

所述第一激光反射模组用于接收所述第一激光发射模组发射的所述探测激光Ⅰ，以及将所述探测激光Ⅰ反射给所述第一线阵光电检测模组；

所述第二激光反射模组用于接收所述第二激光发射模组发射的所述探测激光Ⅱ，以及所述探测激光Ⅱ反射给所述第二线阵光电检测模组；

所述第一光杠杆结构和所述第二光杠杆结构通过所述第一激光反射模组和所述第二激光反射模组来分别放大所述探测激光Ⅰ和所述探测激光Ⅱ。

5.根据权利要求2所述的激光报靶装置，其特征在于：

所述第一线阵光电检测模组还用于接收所述探测激光Ⅰ并获得所述弹丸的宽度数据Ⅰ；

所述第二线阵光电检测模组还用于接收所述探测激光Ⅱ并获得所述弹丸的宽度数据Ⅱ。

6.根据权利要求2所述的激光报靶装置，其特征在于：所述位置数据包括所述位置数据Ⅰ和所述位置数据Ⅱ，所述数据处理模组根据所述位置数据Ⅰ和所述位置数据Ⅱ获得所述弹丸在所述射击靶面的所述弹着点的所述环数值包括：

所述数据处理模组以射击靶面的10环中心为原点，以所述探测激光Ⅰ的中心光线在所述射击靶面的投影为y轴，以所述探测激光Ⅱ的中心光线在所述射击靶面的投影为x轴建立二维坐标系，其中x轴与y轴相互垂直；

所述数据处理模组根据所述第一线阵光电检测模组检测到的所述弹丸在二维坐标系水平方向上的所述位置数据Ⅰ、以及所述第二线阵光电检测模组检测到的所述弹丸在二维坐标系垂直方向上的所述位置数据Ⅱ，来确定所述弹丸在二维坐标系中的弹着点位置；

所述数据处理模组根据所述弹丸在二维坐标系中的弹着点位置获得弹着点弹丸在弹着点射击靶面上的弹着点的环数值。

7.根据权利要求2所述的激光报靶装置，其特征在于：所述第一激光发射模组或所述第二激光发射模组均包括半导体激光器、准直镜和鲍威尔棱镜。

8.根据权利要求2所述的激光报靶装置，其特征在于：所述第一线阵光电检测模组或所述第二线阵光电检测模组均包括多个光电接收器，且所述光电接收器呈直线排列。

9.根据权利要求1所述的激光报靶装置，其特征在于：所述至少两个激光发射模组和所述至少两个线阵光电检测模组均设于所述射击靶面的正面或者所述射击靶面的背面。

10.一种激光报靶方法，所述激光报靶方法适用于如权利要求1-9中任意一项所述的激光报靶装置，所述激光报靶装置包括至少两个激光发射模组、至少两个线阵光电检测模组和数据处理模组；其特征在于，所述激光报靶方法包括如下步骤：

使每个激光发射模组发射探测激光，所述探测激光平行于射击靶面并完全覆盖所述射击靶面的被探测区域；

使每个线阵光电检测模组接收所述探测激光并获得所述弹丸的位置数据；

使所述数据处理模组接收所述位置数据，并根据所述位置数据获得所述弹丸在所述射击靶面的弹着点的环数值。