營用120反坦克火箭射擊操作復(fù)盤裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱煜 張剛 孔祥鈺

摘 要：120反坦克火箭是我軍自主研發(fā)的最新一代步兵反坦克武器。相較過去的反坦克武器，最大的亮點(diǎn)是火控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用。但也隨之帶來射手訓(xùn)練過程難檢查、效果難評價(jià)的問題。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種復(fù)盤射手操作過程和瞄準(zhǔn)景況的裝置，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)射手訓(xùn)練過程中存在問題，有效提高射手訓(xùn)練效果。

關(guān)鍵詞：營用;120反坦克火箭;射擊操作;復(fù)盤

中圖分類號：TJ415 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）21-0044-02

0 引言

營用120反坦克火箭（以下簡稱“營用120”）射擊訓(xùn)練中存在的最大問題，是教練員看不到射手的瞄準(zhǔn)景況。120火箭彈造價(jià)昂貴，通過高頻次實(shí)彈射擊提高射手操作能力是不現(xiàn)實(shí)的。因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正訓(xùn)練過程中存在的問題是關(guān)鍵突破口。

1 營用120射擊訓(xùn)練中存在的問題

1.1 瞄準(zhǔn)檢查方面

受制光學(xué)成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性，營用120的火控系統(tǒng)無法讓受訓(xùn)者和教練員同時(shí)觀察到瞄準(zhǔn)景況。在步槍射擊訓(xùn)練中，使用反視檢查鏡來檢查覘孔與準(zhǔn)星的平正關(guān)系。營用120射擊訓(xùn)練也需要類似的裝置來檢查射手的瞄準(zhǔn)點(diǎn)。

1.2 訓(xùn)練條件方面

優(yōu)秀的步槍射手一般是經(jīng)過多次重復(fù)“空槍練習(xí)+實(shí)彈射擊”的方式來提高訓(xùn)練效果。但營用120火箭彈造價(jià)昂貴，發(fā)射筒使用壽命有限，射擊場地要求高，不可能組織堪比輕武器射擊次數(shù)和彈藥消耗量的實(shí)彈射擊。反復(fù)的射擊操作練習(xí)，成為提高射手訓(xùn)練水平的唯一途徑。

1.3 參數(shù)輸入方面

營用120射擊操作包括參數(shù)輸入、瞄準(zhǔn)和擊發(fā)三大步驟。由于火控系統(tǒng)沒有即顯功能，輸入過程中很難判斷參數(shù)的準(zhǔn)確性。任何一種參數(shù)不對，火控系統(tǒng)都將解算出錯(cuò)誤的瞄準(zhǔn)點(diǎn)。此時(shí)再正確的瞄準(zhǔn)擊發(fā)操作也不可能命中目標(biāo)。因此，復(fù)盤火控系統(tǒng)鍵盤操作對判斷瞄準(zhǔn)點(diǎn)的正確性非常重要。

1.4 模擬訓(xùn)練方面

營用120專門裝配有模擬訓(xùn)練器。但使用時(shí)需要外接電腦，室外訓(xùn)練很難保障。加之故障率高，實(shí)際使用率極低。實(shí)裝訓(xùn)練依然是目前提高射手射擊操作能力的主要途徑。

1.5 射手自覺方面

由于缺乏有效的檢查手段，營用120射擊訓(xùn)練水平高度依賴于射手訓(xùn)練的自覺性。相比輕武器，營用120重得多。訓(xùn)練時(shí)間稍長，射手極易因疲勞而厭訓(xùn)。

1.6 擊發(fā)動(dòng)作方面

擊發(fā)是射擊過程中的最后一個(gè)動(dòng)作，也是最關(guān)鍵的動(dòng)作。錯(cuò)誤的擊發(fā)動(dòng)作會(huì)改變瞄準(zhǔn)點(diǎn)，導(dǎo)致無法命中目標(biāo)。而在營用120射擊中不少射手都不同程度地存在猛扣扳機(jī)等問題。

2 一種射擊操作復(fù)盤裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于以上問題，需要設(shè)計(jì)一種裝置，能夠?qū)崟r(shí)顯示瞄準(zhǔn)過程、定格擊發(fā)瞬間景況、記錄鍵盤操作。

2.1 設(shè)計(jì)構(gòu)想

該裝置主要包括瞄準(zhǔn)景況記錄模塊、擊發(fā)景況記錄模塊和鍵盤操作記錄模塊。瞄準(zhǔn)景況記錄模塊能夠?qū)崟r(shí)顯示射手瞄準(zhǔn)景況，以便判斷射手操作的穩(wěn)定性和瞄準(zhǔn)點(diǎn)的正確性;并能存儲射手全過程的瞄準(zhǔn)景況，以便復(fù)盤時(shí)數(shù)據(jù)分析射手可能存在的操作問題。擊發(fā)景況記錄模塊能夠檢測到射手的擊發(fā)動(dòng)作，并記錄下?lián)舭l(fā)瞬間的瞄準(zhǔn)景況，以便排除影響射擊效果的偶然因素。比如，射手猛扣扳機(jī)、火箭筒架射不穩(wěn)等。鍵盤操作記錄模塊能夠按時(shí)序記錄射手的鍵盤操作，以便檢驗(yàn)射手操作熟練程度、判斷操作步驟的正確性。比如，選擇的彈種、輸入的風(fēng)速大小和方向、方向的符號等[1-3]。

2.2 實(shí)現(xiàn)方案

本文設(shè)計(jì)的射擊操作復(fù)盤裝置實(shí)現(xiàn)路線，如圖1所示。

瞄準(zhǔn)景況記錄模塊由半透鏡、攝像頭、存儲器和中央處理器等硬件實(shí)現(xiàn)。（1）通過半透鏡反射瞄準(zhǔn)景況。半透鏡使入射光能量一部分反射、一部分透射。透射光進(jìn)入人眼，反射光進(jìn)入攝像頭。反射/透射比，以不影響射手正常觀察為宜。（2）攝像頭接收反射光后，通過數(shù)據(jù)總線交給中央處理器處理。（3）中央處理器一邊將處理好的光信號通過屏幕總線傳輸?shù)斤@示屏顯示，一邊通過內(nèi)置的視頻編碼器將光流信號封裝為特定編碼的視頻文件，并保存到存儲器（如大容量的內(nèi)存或閃存）。擊發(fā)景況記錄模塊主要靠震動(dòng)傳感器實(shí)現(xiàn)。工作時(shí)將擊發(fā)引起的震動(dòng)信號傳給中央處理器。營用120擊發(fā)時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)波形為尖形脈沖，頻率高、帶寬窄。故采用固有頻率高的無源測量器件“石英晶體傳感器”作為震動(dòng)傳感器，無需額外供電。石英晶體傳感器產(chǎn)生的信號無需任何電源偏置，可以直接進(jìn)入放大處理。（4）通過震動(dòng)傳感器感知射手的擊發(fā)動(dòng)作。（5）擊發(fā)信號經(jīng)放大電路處理后，傳輸給中央處理器。（6）中央處理器接收到放大的擊發(fā)信號后，截取擊發(fā)時(shí)瞄準(zhǔn)景況，并以圖片格式保存到儲存器。鍵盤操作記錄模塊由帶程序控制的薄膜鍵盤等實(shí)現(xiàn)。（7）射手輸入射擊參數(shù)時(shí)，按下火控系統(tǒng)的鍵盤即觸發(fā)薄膜鍵盤，開始監(jiān)控按鍵狀態(tài)和兩次按鍵之間的時(shí)間間隔。按下“確認(rèn)”鍵時(shí)，監(jiān)控終止。（8）監(jiān)控信號實(shí)時(shí)傳給中央處理器后保存到存儲器，相當(dāng)于記錄下射手火控系統(tǒng)操作全過程[4-6]。

為了實(shí)現(xiàn)攝像頭采集到的光信號流處理、顯示和存儲為視頻信號，中央處理器使用帶有硬件視頻編解碼器的Cortex-A系列的高性能Soc。該處理器運(yùn)算能力強(qiáng)大，可擴(kuò)展大容量的內(nèi)存和閃存。其主控電路需引出I/O引腳，駁接攝像頭、顯示屏、傳感器等外圍設(shè)備。

本文實(shí)現(xiàn)的射擊操作復(fù)盤裝置啟動(dòng)后，首先加載核心的主程序。主程序包括攝像頭、顯示屏以及震動(dòng)傳感器等外設(shè)的自檢程序。自檢完成后攝像頭、顯示器和震動(dòng)傳感器隨即進(jìn)入工作狀態(tài)。其他功能子程序由按鍵調(diào)起。

UI操作界面包含“景況錄制”、“操作復(fù)盤”和“擊發(fā)檢測”三個(gè)功能開關(guān)按鍵。按下“景況錄制”按鍵，開始記錄射手全過程瞄準(zhǔn)景況;按下“操作復(fù)盤”按鍵，開始記錄火控系統(tǒng)鍵盤操作流程;按下“擊發(fā)檢測”按鍵，開始檢測震動(dòng)信號，射手擊發(fā)時(shí)截取并保存射手擊發(fā)瞬間的瞄準(zhǔn)景況。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的裝置，能夠復(fù)盤營用120射擊操作全過程，有效提高了射手訓(xùn)練的效率和質(zhì)量。教練員通過實(shí)時(shí)觀察射手瞄準(zhǔn)景況，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正射手瞄準(zhǔn)點(diǎn)不正確的問題，有效評價(jià)射手操作的穩(wěn)定性。射手操作的穩(wěn)定性直觀反映受訓(xùn)者心理狀態(tài)，一定程度上遏制了惰性訓(xùn)練發(fā)生。錄制的瞄準(zhǔn)景況視頻，既能用來分析查找一般射手存在的個(gè)性問題，又能將優(yōu)秀射手的經(jīng)驗(yàn)可視化地提供給初學(xué)者學(xué)習(xí)。鍵盤操作記錄數(shù)據(jù)成功復(fù)盤了射手操作火控系統(tǒng)的過程，有助于發(fā)現(xiàn)問題和評價(jià)操作熟練程度。擊發(fā)檢測記錄的瞄準(zhǔn)景況，有助于發(fā)現(xiàn)并排除射手偶然因素，比如射手不自覺地猛扣扳機(jī)。

3.2 應(yīng)用展望

該復(fù)盤裝置，可廣泛應(yīng)用于輕武器射擊。實(shí)時(shí)顯示瞄準(zhǔn)景況功能，有助于教練員指導(dǎo)受訓(xùn)者更加精準(zhǔn)的瞄準(zhǔn)目標(biāo)。錄制的瞄準(zhǔn)全過程視頻用處更多：比如，慢動(dòng)作回放，可用于糾正射手細(xì)微的孤僻動(dòng)作;可視化優(yōu)秀射手教范式的操作，可用于初學(xué)者學(xué)習(xí)模仿等。截取的擊發(fā)瞬間瞄準(zhǔn)景況，能夠直觀的反映射手擊發(fā)動(dòng)作的正確性和擊發(fā)時(shí)機(jī)的合理性。該射擊操作復(fù)盤裝置的實(shí)時(shí)顯示功能，可用來改造光學(xué)類器材，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)碼顯示觀察窗景況。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，在此基礎(chǔ)上還可能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、跟蹤和瞄準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊光，楊清文，房施東，吳碩.火箭炮瞄準(zhǔn)裝置技術(shù)檢查訓(xùn)練仿真研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2008（21）：5630-5632.

[2] 唐鴻彬，蔣川湘，徐方云.基于嵌入式系統(tǒng)軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)方法[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（23）：184.

[3] 張?jiān)?基于FPGA的TDI-CCD圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2018.

[4] 褚連勝，郭陽寬，王海軍.基于STM32的CCD成像的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2017（11）：174+176.

[5] 翟俊偉.有關(guān)TFT-LCD液晶顯示光線利用效率探索[J].電子世界，2018（19）：109.

[6] 鄒龑，黃鵬飛.探討ARM嵌入式系統(tǒng)C語言編程[J].電子技術(shù)與軟件工程，2013（23）：223.