激光打靶系统的设计

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1、目录1 引言 . 12 概述 . 22.1 激光打靶系统概述 22.2 本设计方案思路 32.3 研发方向和技术关键 32.4 主要技术指标 33 总体设计 . 43.1 激光的检测 43.2 靶位的划分 43.3 编码标准 53.4 成绩的传送和处理 53.5 其他说明 54 硬件设计 . 64.1 信号放大电路 64.2 整形电路 84.3 编码电路 94.4 串行传送 114.5 电平转换 135 软件设计 . 145.1 总体方案 145.2 程序流图 145.3 模块说明 156 制作与调试 . 186.1 硬件电路的布线与焊接 186.2 调试 187 结论 . 20致谢 . 21

2、参考文献 . 22附录 . 231 引言目前的射击打靶训练，基本以实弹训练为主，国防开支大，危险系数高。传 统的报靶方法是人工报靶，由报靶员根据经验确定靶数，带有很大的个人主观因 素，可靠性、公正性差，效率低。因此有必要研制一种切合部队实际的，在非实 弹射击条件下进行射击精度训练的打靶训练器，这样既能保证部队训练质量又能 减少弹药消耗、节约国防费用，具有重大的国防意义。以光代弹，可以模拟多种武器的射击情况，并可检验射击效果。这种新型的 部队训练模拟器材是部队训练器材的一次革命，是和平时期部队训练的有效手段 之一。一些发达国家，如美国、英国、德国等都在积极进行激光射击模拟训练器 材的研制，并已开

3、发出多种系列产品，其中最突出的是美国的“米勒斯”系列， 它可模拟 36 种武器，性能好、准确而且逼真，大大推动了部队的训练工作。八十年代以来，我国也有单位在进行激光模拟训练器的研究和探索，将激光 射击模拟器用于部队训练，取得了很好的训练效果，提高了部队的战斗力。但在 可靠性和数据处理等方面尚有许多技术问题有待改进，主要是以下几点：激光光 斑太大，与实际步枪子弹口径7.62mm相差太多；探测器数量少会导致设计精度不 高；探测器数量多会使得价格昂贵，无法推广；只能粗略指示命中与否，不能准 确显示命中靶环环数和方位。因此，我们拟从这些方向作进一步的研究探索。本设计采用半导体激光器和半导体面阵列探测器

4、来模拟子弹射击和射击靶 标，具有模拟逼真，精度高等特点。主要从信号处理部分来设计实现激光打靶系 统，每次射击能精确的显示 510 环的结果及脱靶情况，每个环数又可分为八个 偏移方向。该系统简单实用，既能保证训练的质量又能减少弹药的消耗，是理想 的公安、军队等部门训练使用的模拟打靶系统。2概述2.1 激光打靶系统概述激光打靶系统1-3的工作原理是采用激光脉冲来模拟枪弹的射击，该系统一般包括激光发射部分、激光信号检测模块、打靶成绩处理和显示部分。如图2-1所示，当射手瞄准完毕扣动扳机时，半导体激光器会发出激光脉冲，射向目标上的 光电探测器，如果击中目标，则激光脉冲被光电探测器接收并转换为电信号，经

5、 电路处理能识别射击的弹着点，信号经处理编码后传输到计算机。图2-1激光打靶系统原理图半导体激光器4,5 一般平行地安装在武器装备的枪管、炮管或导弹发射架上， 它可以发射一束与武器射击方向一致的激光脉冲。目前的激光器一般都采用半导 体激光器，因为这种激光器的输出功率低，不会伤害眼睛，而且效率高、功耗小， 不但可以摆脱大而重的电源设备，激光器本身也可以制作得很小、很轻。光电探 测器具有射击靶的形状，可以是点探测器和面探测器，通常数量较多，构成多个 信号检测通路。根据光电探测器的响应位置来判断激光射击击中的靶位。激光打靶采用以光代弹的形式进行射击训练，是激光武器模拟器中最常见的 一种。最初的激光打

6、靶系统只能进行瞄准射击训练，随着计算机和微处理器技术 的发展，其用途扩大到可进行多种武器的模拟训练。随着研究和探索的深入，激 光打靶系统的功能将进一步完善，能够更接近于武器装备在实际使用中的表现， 增强真实感。同时，通过与电子技术相结合，进一步提高激光模拟的自动化、智 能化水平。激光武器模拟器有以下几个方面的发展趋势：（1）可以模拟的武器越来越多，激光武器模拟器正朝着系列化、组件化的方 向发展，一个基本的激光射击模拟器只要稍加改动就可适用于其他武器系统。系 列化、组件化的好处是便于使用、更换和维修，同时价格也便宜。（2）从激光射击模拟器向激光交战模拟器发展，先进的激光交战模拟器能使 坦克、战斗

7、车辆、反坦克武器等有机的结合在一起进行训练，每部兵器既是攻击 者，又是被攻击者，完全模仿实战中的作战环境，不仅能提高战士使用武器的技 能，还可以教会他们如何在战争中保护自己。（3）采用各种新技术增加模拟的逼真性，例如用计算机来记录、控制整个训 练演习的进程，评定战士在演习中的表现等。2.2 本设计方案思路 本设计以实现信号的良好检测和数据转换、传输为主要目的；以信号检测， 信号编码和数据传输为主要设计内容。在信号检测方面设计单脉冲小信号的放大电路和信号整形电路；在信号编码 方面，要解决多路信号的编码问题，还要考虑到编码的优先选择问题；在脱靶问 题的处理方法上，对打靶和信号采集传送进行同步化处理

8、（详见第二章的硬件设 计部分），把脱靶的情况与中靶的情况归为一类处理；数据传输采用UART串口通信。2.3 研发方向和技术关键（1）合理划分激光靶的光电探测器，提高系统的精度；（2）单脉冲小信号的放大和整形；（3）多路优先编码器的扩展；（4）与微机进行数据传输，方便成绩的统计、保存、显示和查询。2.4 主要技术指标（1）激光脉宽：大于 1ms（2）激光脉冲响应幅度：约 10 mv（3） 打靶距离：30 米（4）串行输出帧格式： 射击次数 所击中的光电探测器的编号3总体设计激光打靶系统是一种集光、电于一体的系统，其工作原理是激光枪发出的激 光束，打到光电传感器上，经光电传感器将光信号转换为电信号

9、，电信号经过信 号处理后由单片机发送到计算机的串行口，然后在计算机上完成成绩显示、查询 和保存等功能。激光打靶系统结构的组成框图如图 3-1所示。该系统包括半导体激光枪、模 块式探测器、数字信号处理和发送电路、计算机数据处理程序等四部分。图3-1系统总体结构框图3.1 激光的检测，每次打靶，激光枪发出一个激光脉冲。如果激光脉冲击中光电靶，禾用光生 伏特效应，光电靶上的探测器把光信号转换成电信号，因此激光的检测就是对探 测器响应电信号的检测。光电探测器的响应是一个单脉冲小信号，整个检测过程 包括：信号放大、波形整形，检测输出是标准的脉冲数字信号。3.2 靶位的划分把一个激光靶划分为38块探测器，

10、中心10环为一块探测器；987.6环分别 有8块探测器；5环有5块探测器。根据不同靶位上的探测器来判断所击中的位置， 包括环数：10.9.8.7.6.5;偏离方向：上.下.左.右.左上.左下.右上.右下。若信号击中两块或四块探测器的交界，则只取其中一块为有效，记为有效的 探测器满足以下条件：(1) 环数高；(2) 偏离方向为斜向(例如：上和右上两方向，选择右上)。根据上述要求，以及硬件电路设计的需要，对不同的探测器进行编码，见图3-2 (右)。一个环肿分块编码后k靶图3-2 靶位划分与编号3.3 编码标准对38路信号按以上原则编码，编码结果如表3-1。若脱靶无信号则记为0号 编码后，每一个号码

11、对应了每一个探测器的位置信息，包括环数和偏移方向。对 信号击中两块或四块探测器的交界的情况，只需取码号大的探测器为有效。这样， 打靶的结果在硬件电路上的实现便可由 40-6线优先编码器完成。表3-1靶位编码上右上右右卜下左下左左上10环389环33373236313530348环25292428232722267环17211620151914186环9138127116105环3一25一41一3.4 成绩的传送和处理信号经编码后发送到计算机，由计算机进行译码，在计算机上模拟显示出射 击位置，对一组结果进行统计（包括环数和方向偏移），并进行储存。3.5 其他说明系统分为硬件部分和软件部分。本论文