一种激光发射装置及激光对抗系统的制作方法

1.本发明涉及一种激光发射装置及激光对抗系统，属于军事训练领域。


背景技术：

2.以激光替代实弹进行实兵对抗，是提高练兵质量的有效方法，但是由于光的发散特性，致使激光光斑远大近小(见图1)，从而造成命中率随着射程的增加而增大，与武器的实际性能正相反(见图2)，降低甚至扭曲了对抗效果。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种激光发射装置及激光对抗系统，解决了背景技术中披露的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
5.一种激光发射装置，包括控制器、以及与控制器连接的激光发射模块和变焦模块；
6.控制器根据测量获得的武器与目标的距离，向变焦模块发送相应的变焦指令；
7.变焦模块根据变焦指令调整焦距，使激光发射模块发出激光的光斑直径在变焦指令对应距离处为一个设定值。
8.若武器不具备测距功能，所述激光发射装置还包括与控制器连接的测距模块，测距模块用以测量武器与目标的距离。
9.测距模块和激光发射模块共用同一光源。
10.若武器具备测距功能，武器测距功能测量武器与目标的距离，将距离通过数据线或人机交互界面输入控制器。
11.变焦模块为电动变焦聚焦镜或由步进电机驱动的调焦机构。
12.一种激光发射装置，其特征在于，包括控制器、以及与控制器连接的激光发射模块和变焦模块。
13.控制器控制激光发射模块在预设时间内向目标发射若干束同轴的激光；其中，不同激光对应的有效打击距离均不同；
14.控制器根据有效打击距离，向变焦模块发送相应的变焦指令；
15.变焦模块根据变焦指令调整焦距，使激光的光斑直径在变焦指令对应有效打击距离处为一个设定值。
16.变焦模块为电动变焦聚焦镜。
17.一种激光对抗系统，包括处理装置、激光发射装置和激光接收装置；
18.激光发射装置为上述的激光发射装置，激光的编码信息中包含武器位置，响应于激光接收装置接收到激光，处理装置根据接收激光中的武器位置和目标位置，计算武器与目标的距离，根据武器与目标的距离，进行打击结果判定。
19.根据武器与目标的距离，进行打击结果判定，包括：
20.处理装置根据武器与目标的距离，进行打击有效判定；
21.响应于受到有效打击，处理装置根据武器与目标的距离进行命中修正，确定打击结果。
22.处理装置还根据打击结果、弹种、目标性质、命中位置和毁伤模型进行毁伤效果判定。
23.本发明所达到的有益效果：1、本发明的激光发射装置根据武器与目标的距离或设定的有效打击距离进行焦距调整，从而使激光的光斑直径在对应距离处为一个设定值，解决激光光斑远大近小的问题；2、本发明的激光对抗系统，在接收到激光的情况下，根据激光编码信息中的武器位置，计算武器与目标的距离，进行打击结果判定，使基于“以光代弹”的实兵对抗更加接近实战，增强对抗效果。
附图说明
24.图1为激光光斑示意图；
25.图2为激光打击和实弹射击效果示意图；
26.图3为激光发射装置实例的第一种示意图；
27.图4为激光发射装置实例的第二种示意图；
28.图5为激光对抗系统的示意图；
29.图6为发射三束激光时的有效光斑及射程示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
31.通过分析激光射击，可得激光射击与焦距的关系式如下：
32.2d＝((l/r-1)d
33.式中，d为目标处光斑的直径，l为激光发射端(即武器)到目标的距离，r为焦距，d为发光源直径；由于d很小，上述公式可以简化为2d＝ld/r；
34.在d、d都为固定值的情况下，随着射击距离的变化，焦距也要随之变化，且呈对应的线性关系。
35.基于上述公式，可根据距离调整焦距，保证光斑直径在各个距离上的大小基本一致，从而解决激光光斑远大近小的问题。
36.基于上述原理，可构建图3和图4所示的一种激光发射装置，该装置具体安装在武器上，包括控制器、以及与控制器连接的激光发射模块和变焦模块。
37.控制器控制激光发射模块发射激光；控制器根据测量获得的武器与目标的距离，向变焦模块发送相应的变焦指令。
38.变焦模块根据变焦指令调整焦距，使激光发射模块发出激光的光斑直径在变焦指令对应距离处为一个设定值。
39.上述装置中，激光的激发通过发射按钮控制，发射按钮连接控制器，当焦距调完后，手动按下发射按钮，发射按钮给控制器一发射指令，激光发射模块接收发射指令并发射激光，由于焦距调整至适配距离，因此所发射的激光光斑在对应距离处为一个设定值，不会因为光斑过小或过大而造成命中率减小或增大的情况。
40.目前常用的武器分为两种，一种不具备测距功能，上述装置结构见图3，需要额外增设测距模块，该测距模块也设置在装置上，测距模块连接控制器，用以测量武器与目标的距离，并将该距离发送给控制器，为了节约成本，此结构下，测距模块和激光发射模块可共用同一光源；另一种是具备测距功能，上述装置结构见图4，可直接采用武器测距功能测量武器与目标的距离，控制器通过数据线接收该距离，或者额外设置一个与控制器连接的人机交互界面，通过人机交互界面将距离输入控制器。
41.上述装置的变焦模块可以为电动变焦聚焦镜，通过电流改变聚焦镜形状(曲率)，从而改变焦距；或者采用由步进电机驱动的调焦机构，通过控制步进电机改变焦距。
42.上述装置能够在武装有效射程内的任一距离上实现激光光斑直径基本一致，通常用于坦克、突击炮、步战车等重型武器。而对轻武器、班组武器而言，操作使用流程上没有测距过程，而且需要结构和操作使用更为简单的发射装置，基于这个思路，本发明还公开了另一种激光发射装置，其结构与图4一致，主要包括控制器、以及与控制器连接的激光发射模块和变焦模块。不同的是通过工作方式的改变，取代测距这个步骤，使装置结构更简单、操作更灵活。
43.控制器控制激光发射模块在预设时间(通常在300毫秒左右)内向目标发射若干束同轴的激光(即一次射击发射若干束同轴的激光)，其中，不同激光对应的有效打击距离均不同；控制器根据有效打击距离，向变焦模块发送相应的变焦指令。变焦模块根据变焦指令调整焦距，使激光的光斑直径在变焦指令对应有效打击距离处为一个设定值；其中，由于需要在很短时间内变焦，因此这里的变焦模块只能采用电动变焦聚焦镜。
44.上述激光发射装置发射的激光中含有编码信息，编码信息主要包括武器种类、弹种、身份、位置、时间、距离(测距距离或有效打击距离)，该信息由其他装置提供。为了确定打击效果，上述激光发射装置需要配合其他装置一起使用，即包含上述激光发射装置的激光对抗系统，该系统还包括处理装置以及安装在目标上的激光接收装置。
45.激光接收装置用以接收激光，激光接收装置侧存在两种情况，一种为未接收到激光，因此可直接判定为没有命中，另一种是接收到了激光，那么就需要根据所接收激光编码信息中的位置与自身(激光接收装置)的位置，计算出武器与目标的距离，公式可表示为：
46.l2＝(x
f-xm)2+(y
f-ym)2+(z
f-zm)247.其中，xf、y
f、
zf为发射端坐标，即武器坐标，xm、y
m、
zm为激光接收装置的坐标，即目标坐标。
48.根据武器与目标的距离，进行打击有效性判定，即判定目标受到有效打击，还是无效打击。
49.在接收到激光的情况下，要根据目标距离，对接收到的激光作进一步的处理，判断打击有效性，在有效打击的基础上，再根据武器与目标的距离进行命中修正，确定最终打击结果。
50.第一种激光发射装置，只发射一束激光，而且光斑直径在任一测距距离上都是一个设定值，正常而言，接收到激光，即可判定为有效打击。但是由于操作误差，特别是通过人机交互界面输入距离过程中存在的作弊行为(输入距离小于实际距离)，会造成目标处的光斑直径大于设定值，从而造成命中率虚高。
51.因此，要进行激光打击命中修正：
52.当l1《l2《＝l0时，p＝l1/l253.当l2《＝l1《＝l0时，p＝1
54.当l2》l0时，p＝0
55.其中，p为命中概率，l0为武器的有效射程，l1为测距距离(即测量获得的武器与目标的距离)或输入值，l2为计算获得的武器与目标的距离。
56.根据p值的大小，运用随机函数产生0或1两个数值，0表示未命中，1表示命中；p值越大，产生1的可能性越高，当p值等于1时，随机函数产生的数值也为1。
57.第二种激光发射装置，发射多束激光，其激光打击命中判定方法：
58.1)将各激光对应的有效打击距离从小到大排序，获得有效打击距离序列l1、l2、
…
、ln；其中，n为激光数量，li为第i束激光对应的有效打击距离，1≤i≤n；
59.2)若武器与目标的距离小于等于l1、且接收到的激光包含l1～ln对应的任一激光，则初步判定命中目标，即打击有效；
60.若武器与目标的距离大于li小于等于l
i+1
、且接收到的激光包含l
i+1
～ln对应的任一激光，则初步判定命中目标，即打击有效，其中，1≤i≤n-1；
61.若武器与目标的距离大于ln，则判定未命中目标，即打击无效，判定结束。
62.目前在用的激光发射装置及对抗系统，只发射1束激光，在有效射程l处光斑直径为d(自动步枪的光斑直径一般为40cm)，那么在1/4l处光斑直径为10cm，在1/10l处，光斑直径只有4cm。由于人员所穿戴的激光接收装置上激光接收探头数量有限，光斑直径太小，激光就难以照射到上面，从而造成了近距离打不上。因此这里通过发射多速激光，并通过变焦模块匹配调焦，使每束激光在对应的距离处光斑直径基本相同，再通过距离计算和有效打击规则的设定，从而较好解决激光对抗近距离打不上的问题。但是我们也发现，通过如此的处理，在武器的有效射程内，有效打击光斑直径基本相同，也就是说命中概率基本一致，这也是与实弹射击的基本规律不相符的，因此，不管是第一种还是第二种激光发射装置，在初步判定命中目标后，还需要进一步根据武器与目标的距离，进行命中修正，确定最终打击结果；具体公式如下：
63.p＝m/l(l》＝m)
64.式中，p为武器射击命中概率，m为根据武器的性能而设置的一个常数，l为武器与目标的距离(计算获得的)，当l《＝m时，p＝1。
65.根据p值的大小，运用随机函数产生0或1两个数值，0表示未命中，1表示命中；p值越大，产生1的可能性越高，当p值等于1时，随机函数产生的数值也为1。
66.这里以第二种激光发射装置构成的系统，以自动步枪对人员射击为例作进一步说明，见图6，假设自动步枪的有效射程为l，每次射击发射3束激光，每束激光的有效打击距离分别为1/4l、1/2l、l，在1/4l、1/2l、l处对应的3束激光光斑直径相同(假设为d)，当武器与目标的距离小于等于1/4l时，收到3束激光中任一束(也可能是2束或3束都收到)，则初步判定命中目标，即打击有效；因在同一距离处，第一束光的光斑直径是第二光的两倍，是第三束光的4倍，通常收到第一束光的概率要大于第二束光，更大于第三束光。
67.在武器与目标的距离大于1/4l而小于等于1/2l时，收到第二束激光或第三束中的任一束(也可能是两束均收到)，则初步判定命中目标，即打击有效。
68.在射击距离大于1/2l而小于等于l时，只有收到第三束激光，才能初步判定命中目
标，即打击有效。
69.在射击距离大于l时，则判定未命中目标。
70.在确定打击有效后，进一步计算命中概率，假设m设定为100米，若l小于100米，p＝1，即目标收到有效激光即为命中。若l为300米，实际命中概率只有33％，在自动步枪最大有效射程400米处，实际命中概率只有25％，也就是说在初步判定命中目标的情况下，最终判定命中目标的可能性只有25％，这就与实弹射击的情况基本接近。
71.以上说明的是自动步枪“以光代弹”对人员的射击情况，如果目标是无装甲防护的车辆，由于车辆的外型尺寸要远大于人员，因此，在相同距离上，对车辆射击的命中率要远大于人员，为此系统设定，在自动步枪有效射程内，在任一射击距离上，接收到任一束激光均为有效打击，且无须进行射击修正，即无需计算武器射击命中概率，这样就能大幅度提高对车辆射击的命中率。在最终命中目标的前提下，处理装置还可以进一步根据打击结果、弹种、目标性质、命中位置和毁伤模型进行毁伤效果判定。
72.上述系统包括安装在武器上的激光发射装置、安装在目标上的激光接收装置和处理装置，激光接收装置接收到激光后，处理装置根据武器与目标端的位置坐标计算出射击距离(即武器与目标的距离)，根据射击距离进行激光有效打击判定和命中结果修正，再根据弹种、目标性质、命中位置和该目标对应的毁伤模型判定毁伤效果，对同一目标，解决了近距离射击命中率远高近低的问题，对不同目标，提高了对大目标射击的命中率，使基于“以光代弹”的实兵对抗更加接近实战，增强对抗效果。
73.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种激光发射装置，其特征在于，包括控制器、以及与控制器连接的激光发射模块和变焦模块；控制器控制激光发射模块发射激光；控制器根据测量获得的武器与目标的距离，向变焦模块发送相应的变焦指令；变焦模块根据变焦指令调整焦距，使激光发射模块发出激光的光斑直径在变焦指令对应距离处为一个设定值。2.根据权利要求1所述的激光发射装置，其特征在于，若武器不具备测距功能，所述激光发射装置还包括与控制器连接的测距模块，测距模块用以测量武器与目标的距离。3.根据权利要求2所述的激光发射装置，其特征在于，测距模块和激光发射模块共用同一光源。4.根据权利要求1所述的激光发射装置，其特征在于，若武器具备测距功能，武器测距功能测量武器与目标的距离，将距离通过数据线或人机交互界面输入控制器。5.根据权利要求1～4任一项所述的激光发射装置，其特征在于，变焦模块为电动变焦聚焦镜或由步进电机驱动的调焦机构。6.一种激光发射装置，其特征在于，包括控制器、以及与控制器连接的激光发射模块和变焦模块。控制器控制激光发射模块在预设时间内向目标发射若干束同轴的激光；其中，不同激光对应的有效打击距离均不同；控制器根据有效打击距离，向变焦模块发送相应的变焦指令；变焦模块根据变焦指令调整焦距，使激光的光斑直径在变焦指令对应有效打击距离处为一个设定值。7.根据权利要求6所述的激光发射装置，其特征在于，变焦模块为电动变焦聚焦镜。8.一种激光对抗系统，其特征在于，包括处理装置、激光发射装置和激光接收装置；激光发射装置为权利要求1～7任一项所述的装置，激光的编码信息中包含武器位置，响应于激光接收装置接收到激光，处理装置根据接收激光中的武器位置和目标位置，计算武器与目标的距离，根据武器与目标的距离，进行打击结果判定。9.根据权利要求8所述的激光对抗系统，其特征在于，根据武器与目标的距离，进行打击结果判定，包括：处理装置根据武器与目标的距离，进行打击有效判定；响应于受到有效打击，处理装置根据武器与目标的距离进行命中修正，确定打击结果。10.根据权利要求8或9所述的激光对抗系统，其特征在于，处理装置还根据打击结果、弹种、目标性质、命中位置和和毁伤模型进行毁伤效果判定。

技术总结
本发明公开了一种激光发射装置及激光对抗系统，本发明的激光发射装置根据武器与目标的距离或设定的打击距离进行焦距调整，从而使激光的光斑直径在对应距离处为一个设定值，解决激光光斑远大近小的问题；并且本发明的激光对抗系统，在接收到激光的情况下，根据激光编码信息中的武器位置，计算武器与目标的距离，进行打击结果判定，使基于“以光代弹”的实兵对抗更加接近实战，增强对抗效果。增强对抗效果。增强对抗效果。


技术研发人员：卢士国 朴相范 秦海楠 张磊
受保护的技术使用者：南京钧和瑞至电子科技有限公司
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/9/23