本發(fā)明專利屬于輕武器射擊報靶，具體的說是一種基于智能時頻分析識別的報靶設(shè)備及方法，可用于輕武器發(fā)射彈丸的著靶實時檢測。

背景技術(shù)：

1、在國際、國內(nèi)的輕武器射擊報靶領(lǐng)域，目前主流的實彈報靶技術(shù)為導電報靶、激波報靶、光電傳感報靶、視頻圖像報靶等。其中：

2、導電報靶設(shè)備：應(yīng)用電路通斷原理，在靶板上放置多層導電材質(zhì)，利用子彈中靶時的導電特性，檢測彈點信號。這類設(shè)備，反復射擊的區(qū)域可能漏報；對于圓彈頭不能進行報靶；只能進行命中或區(qū)域報靶，精度低；耗材成本較高。

3、激波報靶設(shè)備：彈丸超過聲速飛行時會向四周發(fā)射激波，即超聲波。激波報靶設(shè)備主要通過布設(shè)在靶標下方的激波傳感器，采集彈丸飛行及擊中靶標時的信號，并通過多個傳感器接收信號時間差和聲速，解算中靶點的位置進行報靶。激波報靶區(qū)分為腔式和開放式，腔式激波靶可將傳感器置于相對密封環(huán)境，利于降低鄰靶位和其他外界信號干擾，但是需要特殊的耐彈材料制作密封腔體，導致耗材費用較高，且無法對彈速低于聲速的彈丸報靶；開放式激波靶，雖耗材費用降低，但由于對低速彈丸(如手槍)無法報靶，難以滿足用戶使用需求。這類設(shè)備均是采購成熟的超聲波傳感器，無法處理聲波原始數(shù)據(jù)，僅是對觸發(fā)信號的時間差進行處理，因此普遍存在報靶精度低、受臨靶位干擾大、對低速彈丸無法報靶等問題。

4、光電傳感式報靶設(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，當子彈穿過靶面時，會遮擋激光，通過帶有編號的傳感器參數(shù)變化進行定位報靶。該類設(shè)備在室外使用時，蚊蟲飛過、自動造成的土石飛濺、淋雨等環(huán)境下均難以有效工作，無法室外環(huán)境使用。

5、視頻圖像報靶設(shè)備：在靶標前下方安裝圖像采集識別設(shè)備，通過圖像識別的方式識別彈著點圖像并定位彈孔報靶。該類設(shè)備對固定靶標報靶精準，但是對晃動、起倒靶報靶較為困難，且在特殊光照條件下無法報靶，如樹、高墻等產(chǎn)生的靶面具備陰影情況下無法報靶。

6、普通聲波檢測的報靶設(shè)備：申請?zhí)枮?02310116804.7，名稱為一種輕武器低速彈丸報靶系統(tǒng)的中國發(fā)明專利中，使用聲音陷阱的方式降低槍聲等信號的干擾，無法對軍警實裝武器發(fā)射的高速彈丸進行報靶。

7、近年來，軍警用戶對實戰(zhàn)訓練要求越來越高，在實彈射擊訓練中更多強調(diào)靶標隱顯、運動特征，而目前上述原理的報靶設(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)報靶設(shè)備均需使用特殊的高成本耗材才能進行報靶，導致絕大多數(shù)用戶目前的實彈射擊還是只能依托人工進行報靶。

8、因此，研究一套針對普通聲波的高速彈丸檢測報靶設(shè)備，并且耗材低廉、操作簡單、環(huán)境適應(yīng)性強，且能適合隱顯、運動靶標和多種靶型的報靶設(shè)備，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(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頻分析識別的報靶方法，基于時頻分析技術(shù)分析實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景下的中靶信號，實時準確報靶。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于智能時頻分析識別的報靶方法，基于時頻分析技術(shù)分析實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景下的中靶信號，實時準確報靶；包括以下步驟：

4、探測器采集彈丸中靶普通聲波的單一或多個待識別信號；

5、對待識別信號通過硬件濾波或軟件濾波進行處理，用于縮小候選頻率范圍、濾除無關(guān)干擾信號，得到待識別信號；

6、預先建立中靶信號時頻特征數(shù)據(jù)庫，根據(jù)待識別信號的時頻特征與數(shù)據(jù)庫對比判斷是否為中靶信號；

7、根據(jù)單臺靶板配置的探測器數(shù)量n，建立不同的場景的中靶定位算法模型，并基于不同場景模型輸出不同程度的報靶結(jié)果：根據(jù)單一探測器中靶結(jié)果或多個探測器中靶結(jié)果，辨別單一探測器中彈與否或多探測器組合應(yīng)用情況下的中靶定位坐標。

8、所述中靶信號時頻特征數(shù)據(jù)庫中存儲有預先采集的各種輕武器中靶聲波的特征信號，以及對應(yīng)的特征信息；特征信息包括波形持續(xù)時間、頻率、振幅、波形的時頻特征中的至少一種，用于作為識別匹配的比對信息從而判斷中靶與否，得到中靶信號。

9、當場地內(nèi)僅有單個靶板，且僅配置1個聲波采集傳感器時：

10、若有中靶信號，則判定為場地內(nèi)有中靶信號；

11、輸出該場景下的報靶結(jié)果：場地內(nèi)僅有的單一靶位中靶。

12、當場地內(nèi)有多靶位射擊時，單個靶板配置n＝2個聲波采集傳感器a、b，且2個傳感器間有一定間隔距離d時：

13、通過兩個傳感器的采集時間差和聲速，計算靶點聲源到兩個傳感器的距離差d；

14、根據(jù)聲源點m到兩個探測器a、b的距離差，判定并計算該中靶點所在的位置軌跡線；

15、輸出該場景下的報靶結(jié)果：場地內(nèi)某一靶位中靶。

16、當場地內(nèi)有多靶位射擊時，單個靶板備配置n≥3個以上聲波采集傳感器，且任意相鄰2個傳感器間有一定間隔距離dn，其中n＝1,2……,n-1時：

17、通過每相鄰2個傳感器采集的時間差和聲速，計算中靶點到兩個傳感器的距離差dn，其中n＝1,2……,n-1；

18、根據(jù)聲源點m到兩個相鄰探測器的距離差，判定并計算該中靶點所在軌跡線sn，其中n＝1,2……,n-1；

19、計算任意相鄰兩條軌跡線sn-1、sn的交點，作為該靶位的彈著點mn-2，其中n＝1,2……,n-2；

20、輸出該場景下的報靶結(jié)果：場地內(nèi)某一靶位中靶，并輸出彈著點位置。

21、所述當n≥4時，通過多條軌跡線交點解算的彈著點≥2個時，此時采用平均值法、均方差分析法、擬合迭代法中的至少一種算法對彈著點坐標進行優(yōu)化，提高定位精度；或通過多個傳感器采集到聲源的時刻和多個傳感器的位置進行算法迭代，直接解算聲源點坐標位置。

22、還包括：通過測量環(huán)境溫度、濕度、氣壓、風速數(shù)據(jù)對聲速的計算誤差進行補償，或直接測量聲速用于優(yōu)化定位精度。

23、當距離差dn為大于固定非零值時，軌跡線sn為對應(yīng)相鄰兩個探測器的雙曲線；當距離差dn等于零時，軌跡線sn為相鄰兩個探測器的垂直平分線。

24、進一步的，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，保證在多個靶位同時射擊情況下，確定是否本靶位中靶。

25、一種基于智能時頻分析識別的報靶設(shè)備，包括探測器、控制臺、顯示控制終端，以及通信模塊；

26、探測器，設(shè)置在場地內(nèi)靶板附近，通過對單個靶板配置不同數(shù)量的探測器，采集中靶聲波的單一或多個待識別信號；探測器的采集頻率范圍：20hz-20khz；

27、控制臺，為設(shè)置于靶板附近，其前端搭載硬件濾波器模塊，用于對所述探測器采集的單一或多個待識別信號進行濾波處理，縮小候選頻率范圍，濾除無關(guān)干擾信號；

28、顯示控制終端，用于面向射擊用戶提供報靶界面，展示中靶靶板的新增著靶點信息；

29、通信模塊，用于傳輸指令和數(shù)據(jù)；

30、其中，所述控制臺內(nèi)部署有存儲器和處理器，存儲器中存儲有程序模塊，處理器加載程序模塊時執(zhí)行各程序模塊功能，用于基于普通聲音識別出實彈射擊過程中的彈丸中靶信號。

31、所述控制臺的存儲器中存儲的程序模塊包括：

32、采集模塊，用于接收探測器采集的彈丸中靶待識別信號；

33、濾波模塊，用于對待識別信號通過軟件濾波設(shè)置頻率范圍，得到待識別信號；

34、時頻分析識別解算模塊，根據(jù)波形持續(xù)時間、頻率、振幅、波形的時頻特征中的至少一種，作為識別匹配的比對信息，判斷是否為中靶頻率信號。

35、所述控制臺或顯示終端的存儲器中還存儲有中靶定位模塊；所述中靶定位模塊通過中靶定位算法模型，根據(jù)單一探測器識別的中靶信號確保中靶信息；根據(jù)多個探測器中靶信號解算中靶點位置進行定位，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：

37、1.通過采集中靶聲音的原始聲音波形文件，根據(jù)波形的多個時頻特征進行聲音比對識別，屏蔽干擾聲音，顯著提高中靶識別準確度。通過近10萬發(fā)實彈的試驗，即使在多個鄰位同時進行連續(xù)連發(fā)射擊的情況下，試驗設(shè)備采集準確率也大于99％，解決了傳統(tǒng)激波報靶設(shè)備在射擊過程中受臨靶位信號干擾大、易誤報的問題。

38、2.通過對20-20000hz的聲波進行采集，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別，解決了激波報靶設(shè)備對低于聲速的彈丸中靶無法報靶的問題。

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，解決了傳統(tǒng)腔式激波報靶設(shè)備依賴密封的靶腔，成本高實用性低的問題，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行識別與解算，解算過程外界環(huán)境變化主要是溫度對定位精度影響較大，當使用環(huán)境溫度變化較大時，通過溫度數(shù)據(jù)對聲速的計算誤差進行補償可實現(xiàn)全環(huán)境高精度報靶，解決了視覺報靶設(shè)備受光照、風雨等環(huán)境影響的問題。

41、5.設(shè)備通過近10萬發(fā)實彈的試驗，定位精度較高，實彈測試彈著點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行識別與解算，解決了傳統(tǒng)視頻報靶設(shè)備在室外晃動、起倒靶報靶有誤報，以及對黑色靶紙無法識別的問題。