本發(fā)明專利屬于輕武器射擊報(bào)靶，具體的說是一種基于智能時(shí)頻分析識(shí)別的報(bào)靶設(shè)備及方法，可用于輕武器發(fā)射彈丸的著靶實(shí)時(shí)檢測(cè)。
背景技術(shù)：
1、在國(guó)際、國(guó)內(nèi)的輕武器射擊報(bào)靶領(lǐng)域，目前主流的實(shí)彈報(bào)靶技術(shù)為導(dǎo)電報(bào)靶、激波報(bào)靶、光電傳感報(bào)靶、視頻圖像報(bào)靶等。其中：
2、導(dǎo)電報(bào)靶設(shè)備：應(yīng)用電路通斷原理，在靶板上放置多層導(dǎo)電材質(zhì)，利用子彈中靶時(shí)的導(dǎo)電特性，檢測(cè)彈點(diǎn)信號(hào)。這類設(shè)備，反復(fù)射擊的區(qū)域可能漏報(bào)；對(duì)于圓彈頭不能進(jìn)行報(bào)靶；只能進(jìn)行命中或區(qū)域報(bào)靶，精度低；耗材成本較高。
3、激波報(bào)靶設(shè)備：彈丸超過聲速飛行時(shí)會(huì)向四周發(fā)射激波，即超聲波。激波報(bào)靶設(shè)備主要通過布設(shè)在靶標(biāo)下方的激波傳感器，采集彈丸飛行及擊中靶標(biāo)時(shí)的信號(hào)，并通過多個(gè)傳感器接收信號(hào)時(shí)間差和聲速，解算中靶點(diǎn)的位置進(jìn)行報(bào)靶。激波報(bào)靶區(qū)分為腔式和開放式，腔式激波靶可將傳感器置于相對(duì)密封環(huán)境，利于降低鄰靶位和其他外界信號(hào)干擾，但是需要特殊的耐彈材料制作密封腔體，導(dǎo)致耗材費(fèi)用較高，且無法對(duì)彈速低于聲速的彈丸報(bào)靶；開放式激波靶，雖耗材費(fèi)用降低，但由于對(duì)低速?gòu)椡?如手槍)無法報(bào)靶，難以滿足用戶使用需求。這類設(shè)備均是采購(gòu)成熟的超聲波傳感器，無法處理聲波原始數(shù)據(jù)，僅是對(duì)觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間差進(jìn)行處理，因此普遍存在報(bào)靶精度低、受臨靶位干擾大、對(duì)低速?gòu)椡锜o法報(bào)靶等問題。
4、光電傳感式報(bào)靶設(shè)備：在靶面的四周，按垂直和水平方向布設(shè)光電傳感器陣列，形成激光網(wǎng)格，當(dāng)子彈穿過靶面時(shí)，會(huì)遮擋激光，通過帶有編號(hào)的傳感器參數(shù)變化進(jìn)行定位報(bào)靶。該類設(shè)備在室外使用時(shí)，蚊蟲飛過、自動(dòng)造成的土石飛濺、淋雨等環(huán)境下均難以有效工作，無法室外環(huán)境使用。
5、視頻圖像報(bào)靶設(shè)備：在靶標(biāo)前下方安裝圖像采集識(shí)別設(shè)備，通過圖像識(shí)別的方式識(shí)別彈著點(diǎn)圖像并定位彈孔報(bào)靶。該類設(shè)備對(duì)固定靶標(biāo)報(bào)靶精準(zhǔn)，但是對(duì)晃動(dòng)、起倒靶報(bào)靶較為困難，且在特殊光照條件下無法報(bào)靶，如樹、高墻等產(chǎn)生的靶面具備陰影情況下無法報(bào)靶。
6、普通聲波檢測(cè)的報(bào)靶設(shè)備：申請(qǐng)?zhí)枮?02310116804.7，名稱為一種輕武器低速?gòu)椡鑸?bào)靶系統(tǒng)的中國(guó)發(fā)明專利中，使用聲音陷阱的方式降低槍聲等信號(hào)的干擾，無法對(duì)軍警實(shí)裝武器發(fā)射的高速?gòu)椡柽M(jìn)行報(bào)靶。
7、近年來，軍警用戶對(duì)實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練要求越來越高，在實(shí)彈射擊訓(xùn)練中更多強(qiáng)調(diào)靶標(biāo)隱顯、運(yùn)動(dòng)特征，而目前上述原理的報(bào)靶設(shè)備中，尚無能夠完全滿足客戶需要的可用設(shè)備，且多數(shù)報(bào)靶設(shè)備均需使用特殊的高成本耗材才能進(jìn)行報(bào)靶，導(dǎo)致絕大多數(shù)用戶目前的實(shí)彈射擊還是只能依托人工進(jìn)行報(bào)靶。
8、因此，研究一套針對(duì)普通聲波的高速?gòu)椡铏z測(cè)報(bào)靶設(shè)備，并且耗材低廉、操作簡(jiǎn)單、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，且能適合隱顯、運(yùn)動(dòng)靶標(biāo)和多種靶型的報(bào)靶設(shè)備，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足和缺陷，本發(fā)明提供一種基于智能時(shí)頻分析識(shí)別的報(bào)靶方法，基于時(shí)頻分析技術(shù)分析實(shí)彈射擊過程中彈丸中靶的普通聲波，并定位單一靶位或多靶位場(chǎng)景下的中靶信號(hào)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確報(bào)靶。
2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
3、一種基于智能時(shí)頻分析識(shí)別的報(bào)靶方法，基于時(shí)頻分析技術(shù)分析實(shí)彈射擊過程中彈丸中靶的普通聲波，并定位單一靶位或多靶位場(chǎng)景下的中靶信號(hào)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確報(bào)靶；包括以下步驟：
4、探測(cè)器采集彈丸中靶普通聲波的單一或多個(gè)待識(shí)別信號(hào)；
5、對(duì)待識(shí)別信號(hào)通過硬件濾波或軟件濾波進(jìn)行處理，用于縮小候選頻率范圍、濾除無關(guān)干擾信號(hào)，得到待識(shí)別信號(hào)；
6、預(yù)先建立中靶信號(hào)時(shí)頻特征數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)待識(shí)別信號(hào)的時(shí)頻特征與數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比判斷是否為中靶信號(hào)；
7、根據(jù)單臺(tái)靶板配置的探測(cè)器數(shù)量n，建立不同的場(chǎng)景的中靶定位算法模型，并基于不同場(chǎng)景模型輸出不同程度的報(bào)靶結(jié)果：根據(jù)單一探測(cè)器中靶結(jié)果或多個(gè)探測(cè)器中靶結(jié)果，辨別單一探測(cè)器中彈與否或多探測(cè)器組合應(yīng)用情況下的中靶定位坐標(biāo)。
8、所述中靶信號(hào)時(shí)頻特征數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)有預(yù)先采集的各種輕武器中靶聲波的特征信號(hào)，以及對(duì)應(yīng)的特征信息；特征信息包括波形持續(xù)時(shí)間、頻率、振幅、波形的時(shí)頻特征中的至少一種，用于作為識(shí)別匹配的比對(duì)信息從而判斷中靶與否，得到中靶信號(hào)。
9、當(dāng)場(chǎng)地內(nèi)僅有單個(gè)靶板，且僅配置1個(gè)聲波采集傳感器時(shí)：
10、若有中靶信號(hào)，則判定為場(chǎng)地內(nèi)有中靶信號(hào)；
11、輸出該場(chǎng)景下的報(bào)靶結(jié)果：場(chǎng)地內(nèi)僅有的單一靶位中靶。
12、當(dāng)場(chǎng)地內(nèi)有多靶位射擊時(shí)，單個(gè)靶板配置n＝2個(gè)聲波采集傳感器a、b，且2個(gè)傳感器間有一定間隔距離d時(shí)：
13、通過兩個(gè)傳感器的采集時(shí)間差和聲速，計(jì)算靶點(diǎn)聲源到兩個(gè)傳感器的距離差d；
14、根據(jù)聲源點(diǎn)m到兩個(gè)探測(cè)器a、b的距離差，判定并計(jì)算該中靶點(diǎn)所在的位置軌跡線；
15、輸出該場(chǎng)景下的報(bào)靶結(jié)果：場(chǎng)地內(nèi)某一靶位中靶。
16、當(dāng)場(chǎng)地內(nèi)有多靶位射擊時(shí)，單個(gè)靶板備配置n≥3個(gè)以上聲波采集傳感器，且任意相鄰2個(gè)傳感器間有一定間隔距離dn，其中n＝1,2……,n-1時(shí)：
17、通過每相鄰2個(gè)傳感器采集的時(shí)間差和聲速，計(jì)算中靶點(diǎn)到兩個(gè)傳感器的距離差dn，其中n＝1,2……,n-1；
18、根據(jù)聲源點(diǎn)m到兩個(gè)相鄰探測(cè)器的距離差，判定并計(jì)算該中靶點(diǎn)所在軌跡線sn，其中n＝1,2……,n-1；
19、計(jì)算任意相鄰兩條軌跡線sn-1、sn的交點(diǎn)，作為該靶位的彈著點(diǎn)mn-2，其中n＝1,2……,n-2；
20、輸出該場(chǎng)景下的報(bào)靶結(jié)果：場(chǎng)地內(nèi)某一靶位中靶，并輸出彈著點(diǎn)位置。
21、所述當(dāng)n≥4時(shí)，通過多條軌跡線交點(diǎn)解算的彈著點(diǎn)≥2個(gè)時(shí)，此時(shí)采用平均值法、均方差分析法、擬合迭代法中的至少一種算法對(duì)彈著點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，提高定位精度；或通過多個(gè)傳感器采集到聲源的時(shí)刻和多個(gè)傳感器的位置進(jìn)行算法迭代，直接解算聲源點(diǎn)坐標(biāo)位置。
22、還包括：通過測(cè)量環(huán)境溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速數(shù)據(jù)對(duì)聲速的計(jì)算誤差進(jìn)行補(bǔ)償，或直接測(cè)量聲速用于優(yōu)化定位精度。
23、當(dāng)距離差dn為大于固定非零值時(shí)，軌跡線sn為對(duì)應(yīng)相鄰兩個(gè)探測(cè)器的雙曲線；當(dāng)距離差dn等于零時(shí)，軌跡線sn為相鄰兩個(gè)探測(cè)器的垂直平分線。
24、進(jìn)一步的，通過調(diào)整傳感器的間隔距離d，確保位置軌跡線與相鄰靶位無交點(diǎn)，保證在多個(gè)靶位同時(shí)射擊情況下，確定是否本靶位中靶。
25、一種基于智能時(shí)頻分析識(shí)別的報(bào)靶設(shè)備，包括探測(cè)器、控制臺(tái)、顯示控制終端，以及通信模塊；
26、探測(cè)器，設(shè)置在場(chǎng)地內(nèi)靶板附近，通過對(duì)單個(gè)靶板配置不同數(shù)量的探測(cè)器，采集中靶聲波的單一或多個(gè)待識(shí)別信號(hào)；探測(cè)器的采集頻率范圍：20hz-20khz；
27、控制臺(tái)，為設(shè)置于靶板附近，其前端搭載硬件濾波器模塊，用于對(duì)所述探測(cè)器采集的單一或多個(gè)待識(shí)別信號(hào)進(jìn)行濾波處理，縮小候選頻率范圍，濾除無關(guān)干擾信號(hào)；
28、顯示控制終端，用于面向射擊用戶提供報(bào)靶界面，展示中靶靶板的新增著靶點(diǎn)信息；
29、通信模塊，用于傳輸指令和數(shù)據(jù)；
30、其中，所述控制臺(tái)內(nèi)部署有存儲(chǔ)器和處理器，存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有程序模塊，處理器加載程序模塊時(shí)執(zhí)行各程序模塊功能，用于基于普通聲音識(shí)別出實(shí)彈射擊過程中的彈丸中靶信號(hào)。
31、所述控制臺(tái)的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的程序模塊包括：
32、采集模塊，用于接收探測(cè)器采集的彈丸中靶待識(shí)別信號(hào)；
33、濾波模塊，用于對(duì)待識(shí)別信號(hào)通過軟件濾波設(shè)置頻率范圍，得到待識(shí)別信號(hào)；
34、時(shí)頻分析識(shí)別解算模塊，根據(jù)波形持續(xù)時(shí)間、頻率、振幅、波形的時(shí)頻特征中的至少一種，作為識(shí)別匹配的比對(duì)信息，判斷是否為中靶頻率信號(hào)。
35、所述控制臺(tái)或顯示終端的存儲(chǔ)器中還存儲(chǔ)有中靶定位模塊；所述中靶定位模塊通過中靶定位算法模型，根據(jù)單一探測(cè)器識(shí)別的中靶信號(hào)確保中靶信息；根據(jù)多個(gè)探測(cè)器中靶信號(hào)解算中靶點(diǎn)位置進(jìn)行定位，確定中靶定位結(jié)果。
36、本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：
37、1.通過采集中靶聲音的原始聲音波形文件，根據(jù)波形的多個(gè)時(shí)頻特征進(jìn)行聲音比對(duì)識(shí)別，屏蔽干擾聲音，顯著提高中靶識(shí)別準(zhǔn)確度。通過近10萬發(fā)實(shí)彈的試驗(yàn)，即使在多個(gè)鄰位同時(shí)進(jìn)行連續(xù)連發(fā)射擊的情況下，試驗(yàn)設(shè)備采集準(zhǔn)確率也大于99％，解決了傳統(tǒng)激波報(bào)靶設(shè)備在射擊過程中受臨靶位信號(hào)干擾大、易誤報(bào)的問題。
38、2.通過對(duì)20-20000hz的聲波進(jìn)行采集，所有軍警單位所用武器發(fā)射的彈丸中靶聲音波形均可有效采集與識(shí)別，解決了激波報(bào)靶設(shè)備對(duì)低于聲速的彈丸中靶無法報(bào)靶的問題。
39、3.設(shè)備使用普通eva泡沫板作為靶板即可穩(wěn)定采集中靶聲波信號(hào)，解決了傳統(tǒng)腔式激波報(bào)靶設(shè)備依賴密封的靶腔，成本高實(shí)用性低的問題，顯著降低了設(shè)備的使用耗材成本。
40、4.設(shè)備通過采集中靶聲音進(jìn)行識(shí)別與解算，解算過程外界環(huán)境變化主要是溫度對(duì)定位精度影響較大，當(dāng)使用環(huán)境溫度變化較大時(shí)，通過溫度數(shù)據(jù)對(duì)聲速的計(jì)算誤差進(jìn)行補(bǔ)償可實(shí)現(xiàn)全環(huán)境高精度報(bào)靶，解決了視覺報(bào)靶設(shè)備受光照、風(fēng)雨等環(huán)境影響的問題。
41、5.設(shè)備通過近10萬發(fā)實(shí)彈的試驗(yàn)，定位精度較高，實(shí)彈測(cè)試彈著點(diǎn)平均定位精度偏差小于3mm。
42、6.設(shè)備通過采集中靶聲音進(jìn)行識(shí)別與解算，解決了傳統(tǒng)視頻報(bào)靶設(shè)備在室外晃動(dòng)、起倒靶報(bào)靶有誤報(bào)，以及對(duì)黑色靶紙無法識(shí)別的問題。