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1、河北大学硕士学位论文模拟实弹激光打靶系统的研究与设计姓名：陈晓峰申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：孙荣霞2011-05摘 要 I摘 要 随着部队信息化建设的加快，部队在训练方式上发生了很大的改变。射击训练是部队最基本也是最主要的训练部分。传统的射击方法不但浪费弹药，还存在着一定的危险性，组织和实施起来比较困难。研制一种实用的激光模拟打靶训练系统具有很现实的意义。本设计主要针对国内外激光武器的广泛应用和我国当今射击训练存在的问题，设计了激光训练打靶系统，以便节省资源、提高训练效率。 本文首先对激光产生的原理进行了论述，介绍了几种常见的光电探测器。通过比较选取了光电二极管作为本
2、系统的靶面探测器。系统采用半导体激光器来代替枪械，光束经过大气和光纤束的传播到达靶面， 再经过光电二极管将光信号变成电信号送到单片机进行处理。重点设计了基于 PIC16F877 的单片机控制系统，完成了对光信号的检测、分析。并将射击结果进行显示和存储，通过 IC 卡模块可以准确的了解打靶人信息。本系统还增加了语音报靶的功能，使用户在训练的时候，可以实时了解自己的训练成绩。下位机软件采用 C 语言编写，上位机软件用 VC+编写，采用 ACCESS 编写了成绩查询数据库，实现了对训练成绩的存储、查询等功能。用户可以登录数据库对某一时间段内的成绩进行查询，可以比较直观的看到自己在各个时间内的成绩变化
3、。本设计提高了射击训练的效果、减少训练中的危险性、节省了弹药的资源。 关键词 激光打靶 数据库 单片机 VC+ Abstract IIAbstract The pace of informatization of the military troops goes faster and faster, of course the way of training develops correspondingly. Shooting is a basic and important training item. The traditional firing methods with great da
4、nger, not only waste ammunition but also have tremendous difficulty to organize and implement. So developing a practical laser simulation training system will be of great significance. Regarding the problems in todays training we design this laser device, which can save resources and improve efficie
5、ncy. Firstly, the essay discusses the principle how the laser produced, introduces several common photodetectors. After Comparison we apply photodiodes on the target surface. Semiconductor laser is used instead of gun. The photodiode change fiber bundles into electrical signal and then the electrica
6、l signal will be processed by the single-chip microcomputer. The main part of the device is the control system based on PIC16F877 MCU, which detects and analyzes the optical signal. The results will be well displayed and stored, and by the IC card module we can also know well of the doers informatio
7、n. The addition of the speech function, facilitates users to know well of the training results at real time.The lower computer software is compiled in C language, and the host computer software in VC + +. Users can log database to search the results of a certain period of time, and intuitively see t
8、he achievements of their own. The design and implementation of a gun target separation increased to meet the troops of firing live ammunition the total training needs color. Key words laser targeting wireless communication database single-chimicrocomputer VC+ 第 1 章 绪论 1第 1 章 绪论 1.1 课题背景及意义 随着部队信息化建设
9、的加强，科技强兵以深入到部队生活的方方面面。为了适应新的形势和任务需要，部队的日常训练也需要一些改变。其中射击训练是部队训练中非常基本也是非常重要的一个环节，因此寻找一种高效的训练方法是很重要的。目前在我国的打靶训练中都采用非常传统的方法。实弹射击训练不但浪费弹药，而且危险性高，组织和实施比较繁琐，在管理上也有一定的难度。用激光模拟实弹射击，不仅节省了训练的费用，提高了训练的效率。而且保证了训练的安全性。另外利用激光可以很好的解决射击场地保障困难，阴雨天难以展开射击训练以及射击成绩报靶问题。 随着半导体激光器的出现， 激光模拟射击训练器在部队人员的射击训练中被广泛的应用，在我国在上世纪 80
10、年代开始激光训练器研究，曾经也取得了一些成果，例如对步枪模拟训练器的研究。但这些产品由于不是价格昂贵，就是不能适应部队打靶训练的需要。因此没有被应用到部队实际的训练当中。研制激光射击训练器有利于提高射击的效率和精度，有利于进一步实现射击训练的数字化、标准化、科技化，有利于节约国防费用提高训练质量1。为了更快的走科技强军的路线，研制可以装备到连队的激光模拟训练器是部队很迫切的需要。 1.2 国内外研究现状及发展趋势 随着时代的发展科学技术也在不断地进步， 世界各国的军事训练方式都发生了很大的变化。一些专家认为这种新式的激光打靶训练器将会成为未来发展的趋势，将会成为部队主要的训练手段。 国外的一些
11、科技比较发达的国家早已开始了对激光训练器的研究开发工作，特别是美国研制的米勒斯系统，米勒斯是一种性能非常全面的武器训练系统它可以精确地模拟三十多种武器具有精度高、效果好的特点，在部队的日常训练中已经起到了很大的作用 2。 美军早在四十年前就已经开发出来了用于部队日常训练的激光模拟训练系统“米勒斯” ，它可以将激光武器安装在各种武器上例如飞机、坦克、枪械、等武器上面来进行训练。 “米勒斯”系统在训练时利用一些传感器进行光信号的接收可以很生动逼真的模拟实弹进行训练。 到了 80 年代美军又研制出来了 “米勒斯” 二代，“米河北大学工学硕士学位论文 2勒斯”二代与一些其它的模拟训练器使用可以达到更加
12、完美的效果。例如“米勒斯”二代与区域效应模拟系统结合来使用可以模拟炮火封锁区、雷区、生化武器污染区等即安全又可靠。 “米勒斯”系统与全球定位系统来结合可以对每一个士兵、每一个坦克、每一架飞机进行定位这样就可以模拟区域内的联合作战。 “米勒斯”二代系统已应用到美军的三个训练基地：在德国科堡的机动战斗训练中心、美国加州欧文堡的国家训练中心和在路易斯安娜州的波尔克保的联合备战训练中心。最近美国又推出了最新产品“米勒斯”2000 它可以模拟各种战场环境,可以提高指挥官指挥作战的能力，将来会有很广泛的应用空间。 俄罗斯最近也研制了激光训练武器 9838， 这是一种模拟步枪的激光训练器，它主要供步兵单兵训
13、练使用 3。同时俄罗斯还推出了很多最新的成果例如 RPG 系列便携式火箭筒(H8、9 型)、肩扛式导弹（H 13 型） 、 “混血儿”反坦克导弹系统(H10 型等多种武器模拟训练器。 这些新式的激光模拟训练器可以使部队的训练效率得到大大的提高，能方便的完成部队平时不可能完成的训练任务，效果逼真，省时省力。使部队的战斗训练效率提高 15-20%，在光电技术日益发展的今天激光模拟训练器可以在很大程度上模拟战场实弹环境，在各种军事演习中被广泛的应用 4。此外，还出现了以虚拟现实技术为基础开发的模拟训练器， 它们同激光模拟训练器的结合使用为军事训练走科技化的道路奠定基础。 在我国部队中射击训练仍然采用
14、实弹射击的方法， 实弹射击不但浪费弹药而且需要人员去保障才能确保打靶时的安全。在部队一般的单位实弹射击训练一年只有几次，使士兵对射击技能的掌握和提高受到了很大的制约。而且实弹射击组织起来比较繁琐，实施起来也存在着一定的困难。 采用激光模拟训练器来模拟枪械的实弹射击就能很好的解决这些问题，既能完成实弹打靶训练的需要又能提高训练时的安全性，保障和实施起来也比较容易。 此外用激光模拟训练器还能解决因天气的恶劣使打靶射击难以开展实施的问题，使射击训练更加简洁方便5。另外，激光模拟射击训练系统中包含有单片机技术、无线通信技术、传感器技术、数据库技术通过对这些技术的掌握可以提高部队基层官兵的科学技术水平提
15、高部队的整体素质。科技强军，以人为本，激光模拟训练器有利于提高部队整体素质，有利于实现军事发展的现代化和智能化。在上世纪国内也有一些人进行了激光模拟射击训练这方面的研究也取得了一定的成果，特别是对步枪射击的研究。但这些研究要么靶面的光电探测器太多造价高不能满足训练的实际训练， 要么就是精度低不能满足真实的射击要求。因此这些研究在我们部队中，还未得到正式的推广。 第 1 章 绪论 31.3 主要研究的内容 本设计主要针对国内外激光武器的广泛应用和我国现今射击训练存在的问题， 设计了激光训练打靶系统，以便节省弹药资源、提高训练的效率。主要研究内容如下： （1）简单介绍了激光打靶的基本原理，对激光辐
16、射光电探测的原理及特性进行探讨。 （2）完成了激光器的选择及激光发射电路的设计。接收端采用模块式结构，介绍了接收靶面原理及完成了硬件电路的设计。 （3）设计了基于 PIC16F877 单片机为核心的单片机控制系统，该系统主要由液晶显示电路、语音报靶电路、光信号采集电路、串行通讯接口电路、无线通讯模块及智能IC 卡模块组成。主要作用是完成对打靶成绩的采集及存储显示。 （4）设计与编写系统软件，软件设计包括 VC+语言编写的的上位机控制界面，和用 ACSESS 编写的数据库存储管理系统。软件编写过程中采用“指令冗余” 、 “软件陷阱”等抗干扰措施。 1.4 本章小结 本章主要叙述了课题的来源和研究目的， 简单概括了激光模拟训练发展历史及国内外的发展现状，并在此基础上提出了本课题的主要研究内容。 河北大学工学硕士论文 4第 2 章 激光模拟打靶系统的基本原理 2.1 光电系统 激光训练打靶器就是一个光电系统它涉及了光学、电子学、通信等多方面知识。光电系统实际上就是利用光来传载信号的系统，将其它的一些信号加载
