激光打靶系统的信号处理过程
激光雷达的工作原理与信号处理
激光雷达的工作原理与信号处理激光雷达（Light Detection and Ranging，简称LiDAR）是一种利用激光束探测目标并测量其距离、速度和方向等信息的技术。
它在自动驾驶、环境监测、地图绘制等领域得到广泛应用。
本文将探讨激光雷达的工作原理以及信号处理方面的内容。
一、激光雷达的工作原理激光雷达通过发射一束窄束激光，然后测量激光束被目标物体反射后返回的时间和强度，从而实现测量目标物体的距离和形状等信息。
其工作原理可以分为激光发射、目标反射和激光接收三个过程。
1. 激光发射：激光雷达通过激光发射器发射一束激光束。
一般而言，激光雷达会采用红外激光作为发射光源，因为红外激光有较好的穿透能力和抗干扰性。
2. 目标反射：激光束照射到目标物体上后，会被目标反射回来。
目标物体的形状、颜色和表面材质等因素会影响激光的反射情况。
3. 激光接收：激光雷达接收到目标反射回来的激光束，并通过接收器将激光信号转换为电信号进行处理。
接收器通常包括光电二极管和放大器等组件，用于接收和放大反射信号。
二、激光雷达信号处理激光雷达通过对接收到的激光信号进行处理，可以获得目标物体的距离、速度和方向等信息。
信号处理在激光雷达系统中起着重要的作用，是激光雷达工作的关键环节。
1. 距离测量：利用激光束的发射和接收时间差，可以计算出目标物体与激光雷达之间的距离。
一般来说，激光雷达系统会使用飞行时间（Time of Flight）或相位差测量法（Phase Shift）来实现精确的距离测量。
2. 速度测量：通过分析接收到的激光信号的频率变化，可以获得目标物体的速度信息。
激光雷达通常采用多普勒效应来实现速度测量，即利用光频移变化进行速度测量。
3. 方向测量：利用激光雷达的扫描方式，即通过旋转或扫描来覆盖整个空间，可以获得目标物体的方向信息。
通常情况下，激光雷达会采用机械扫描或电子扫描的方式进行方向测量。
4. 数据处理：激光雷达系统会通过采样和数字信号处理技术对接收到的激光信号进行滤波、去噪和数据分析等处理。
测速光幕靶用数字信号处理算法
测速光幕靶用数字信号处理算法田会;倪晋平;李亚胜【摘要】针对光幕靶在使用中易受到蚊虫、冲击波和光电器件随机噪声干扰因而可靠性差的技术难题,提出一种测速光幕靶用数字信号处理算法.利用数据采集仪采集光幕靶输出的弹丸过靶信号,通过莱达因准则剔除偶发性干扰数据.通过阈值比较法判断出弹丸信号的时间范围后,利用4次高斯公式对一定时间范围内的采样数据进行曲线拟合,并准确计算出半峰值触发时刻点,实现低采样率下的高精度测量.研究的信号处理算法利用计算机进行仿真验证,其原理正确,计算效率高.配合XGK-2002型光幕靶进行实弹射击试验,测试数据表明:该算法可准确计算出各类弹丸信号的过幕时刻,极大地提高了光幕靶的稳定性和适用范围,测量相对误差不大于0.1％.研究的算法同样适用于一类动态特征信号的提取与计算.%In order to solve the technical problem of the incorrect signal of optical screen due to disturbance of mosquitoes, impact wave or noise from photoelectric device, a digital signal processing algorithm was put forward. The algorithm used the data acquisition (DAQ) instrument to collect signals of the projectile passing through the screen, and then used 3a criterion to remove singular points. The triggering moment of the half peak could be selected correctively by means of the 4-power Gaussian curve fitting for the sampling data to achieve high-precision measurement with the lower sampling rate after the time frame of the projectile signal was determined by threshold comparison. The testing results of the computer simulation and the ball firing show that the algorithm is correct with high efficiency. The testing result of the ball firing of the XGK-2002 optical screen showsthat the algorithm is eligible to measure the moment when various projectiles crossing through the screen and improves the application field and stability of the light screen target, the measurement relative error of the algorithm is less than 0. 1%. The algorithm is also applies for the extraction and calculation of dynamic characteristics of this kind of signals such as sky screen target.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2012(033)003【总页数】6页(P542-547)【关键词】光幕靶;弹丸测速;坏点剔除;曲线拟合【作者】田会;倪晋平;李亚胜【作者单位】西安工业大学陕西省光电测试与仪器技术重点实验室,陕西西安710032;西安工业大学陕西省光电测试与仪器技术重点实验室,陕西西安710032;西安工业大学陕西省光电测试与仪器技术重点实验室,陕西西安710032【正文语种】中文【中图分类】TN911.73引言弹丸飞行速度是衡量武器系统技术指标的一项重要参数，其重要性相当于米在长度测量领域的地位。
激光靶位测定系统的信号检测与编码传送
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结果与讨论
经过调试， 本系统已实现了对模拟激光信号的有效检测； 多路传感模块信号的协调处理和结果的串 行传送。其编码方案和优先编码器成功地处理了信号的拥挤现象。其结果经串行传送后， 可以输入到 计算机进行结果的显示、 统计、 保存和查询。整个系统实现了预定功能。 系统采用了模块式传感器来组成激光靶， 与一般的采用光电二极管或透镜成像的方法组成的激光 打靶系统相比， 具有下列优点： 在确保一定精度的情况下， 组成激光靶的传感器数量远远少与采用光电二极管的方案。这样大 （/） 大降低了后继处理电路的规模和难度； 系统的激光靶可向厂家订做， 其后继处理电路较为简单， 因此有效地控制了制作成本； 而透镜成 （&） 像的方案由于每次都必须采集靶面的图像， 再对图像进行处理， 虽然精度高， 但其采集和处理部分较为 复杂， 且成本较高， 不适宜推广。 该设计提出了一种激光打靶系统设计的新思路， 它的实现有助于提高部队射击训练的自动化程度， 具有良好的发展前景。 注： 秦会斌为指导老师。
参考文献(3条) 1.戴炳明.任宏岩.张雏 智能型光电打靶模拟训练系统[期刊论文]-半导体光电 1998(03) 2.高稚允.高岳 光电检测技术 1995 3.李广弟 单片机基础 1994
相似文献(5条) 1.学位论文 李广 模拟实弹激光打靶训练器的设计 2005
研制激光打靶射击训练器并装备到连队，对于减少国防开支，提高军事训练水平，实现国防现代化，军事训练智能化等均具有重要的现实意义 。 目前，新兵射击训练主要分为瞄准和实弹射击两个部分，瞄准训练的周期较长，实弹射击由于受到场地和条件的限制，训练组织工作量大，牵 扯到场地、警戒、安全等诸多环节。常规打靶训练一年只有一次，加上年终考核只有两次实弹打靶机会，达不到很好的训练效果，实弹射击的成本 也较高，为此我们设计了一套自动步枪激光模拟射击训练系统，成功地解决了上述问题，它具有安全、简便、射击精度高、弹着点实时显示、成绩 统计等功能。 本文在娱乐型激光打靶机的结构基础上，参照国内外设计方法和部队的实际需要，完成了整个系统的硬件设计及软件开发，将射击距离由原来 的5m增至100m，改变了结构和功能，较好地实现了靶机与激光枪部分的分离。设计了一套可独立使用的激光发射系统和接收靶系统。 激光发射机通过固定夹具安装在步枪的枪管上，两者结合构成激光发射系统－激光枪。本文设计了一种三维可调的激光发射机，通过固定旋钮 能够进行前后、左右、俯仰的微调，用来调整出射光束的方向；内部的信号采集和处理电路完成光电信号的采集和处理，激发半导体激光器发射 “激光子弹”，利用响应白光的光电探测器GaAsP光敏二极管做传感器采集空爆弹的闪光信号，采用差分放大法处理信号，以GaAs半导体激光器输 出激光信号代替子弹。本激光发射机具有体积小、重量轻、安全可靠等优点。 接收靶的设计方法很多，各有优缺点，本着结构简单、功能完善、贴近实际、满足精度要求的宗旨，设计了一套激光接收靶系统。按照胸环靶 的尺寸和形状环形布置光电管，靶面采用模块式结构，按6－10五个环区和上、下、左、右、左上、左下、右上、右下八个方位把整个靶面分成 30个区域，每个区域自成一路独立的信号源区。以多路模拟开关作为数据通道，信号经放大整形后二值化处理送单片机记录处理，用发光管实时显 示弹着点位置，数码管实时显示累加环数值。在此硬件设计的基础上，进行了配套软件的设计与开发，通过软件实现了智能化显示。 最后简单阐述了单片机与PC机的串行通信方法，用PC机进行数据处理，并用Visual Basic软件做出友好的用户界面，实现实时显示，还可以通 过数据库软件对射击训练的成绩作出统一的评析和管理。 本文主要介绍了靶枪分离型激光模拟训练器的硬件结构及主要的软件设计方法，在此基础上提出了系统扩展的改进方案。
激光捕获系统的信号采集与处理
收稿日期：２０２１－１２－２４基金项目：装备预研重点实验室基金资助项目（ＨＴＫＪ２０２２ＫＬ５１０００１）引用格式：刘燕，王 ，王栋，等．激光捕获系统的信号采集与处理［Ｊ］．测控技术，２０２２，４１（１２）：７８－８２．ＬＩＵＹ，ＷＡＮＧＹ，ＷＡＮＧＤ，ｅｔａｌ．ＳｉｇｎａｌＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＬａｓｅｒＣａｐｔｕｒｅＳｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２２，４１（１２）：７８－８２．激光捕获系统的信号采集与处理刘 燕１，王 １，王 栋１，孙迎萍１，高 欣１，王志斌２（１．兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室，甘肃兰州 ７３００１０；２．中北大学电气与控制工程学院，山西太原 ０３００５１）摘要：为了获得高对比度、宽测量范围的ＩｎＧａＡｓ红外焦平面探测器输出的视频图像，结合成像型激光捕获系统原理分析设计了焦平面探测器与ＬＭ９８６４０模数转换芯片的接口电路。
首先确定了ＬＭ９８６４０的采样模式，并配置其内部参考电平以满足探测器输出信号的转换范围，同时保留一定余量使ＡＤＣ满足较强激光入射时探测器输出更大范围信号的转换区间。
实验结果表明，设计的系统能够实现波长５３２ｎｍ、１０６４ｎｍ和１５５０ｎｍ的激光捕捉，利用软件对光斑图像进行处理可以获得入射激光的具体信息。
系统可以实现空间可见光、短波红外范围激光信号的捕捉与识别，解决了较大范围波长内激光的识别问题，提高了输出图像对比度。
关键词：ＬＭ９８６４０；ＩｎＧａＡｓ焦平面探测器；图像采集；参考电平中图分类号：ＴＰ３９１ ４１；ＴＮ２１６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－８８２９（２０２２）１２－００７８－０５ｄｏｉ：１０．１９７０８／ｊ．ｃｋｊｓ．２０２２．０２．２３２ＳｉｇｎａｌＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＬａｓｅｒＣａｐｔｕｒｅＳｙｓｔｅｍＬＩＵＹａｎ１ 牞ＷＡＮＧＹｉ１牞ＷＡＮＧＤｏｎｇ１牞ＳＵＮＹｉｎｇ ｐｉｎｇ１牞ＧＡＯＸｉｎ１牞ＷＡＮＧＺｈｉ ｂｉｎ２牗１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＶａｃｕｕｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ牞ＬａｎｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓ牞Ｌａｎｚｈｏｕ７３００１０牞Ｃｈｉｎａ牷２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ牞ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ牞Ｔａｉｙｕａｎ０３００５１牞Ｃｈｉｎａ牘Ａｂｓｔｒａｃｔ牶ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｖｉｄｅｏｉｍａｇｅｏｕｔｐｕｔｂｙｔｈｅＩｎＧａＡｓｉｎｆｒａｒｅｄｆｏｃａｌｐｌａｎｅｄｅｔｅｃｔｏｒｗｉｔｈｈｉｇｈｃｏｎ ｔｒａｓｔａｎｄｗｉｄｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒａｎｇｅ牞ｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｉｒｃｕｉｔｏｆｔｈｅｆｏｃａｌｐｌａｎｅｄｅｔｅｃｔｏｒａｎｄｔｈｅＬＭ９８６４０ａｎａｌｏｇｔｏｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｃｈｉｐｉｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｉｍａｇｉｎｇｌａｓｅｒｃａｐｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｓａｍ ｐｌｉｎｇｍｏｄｅｏｆｔｈｅＬＭ９８６４０ｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ牞ａｎｄｉｔｓｉｎｔｅｒｎａｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｌｅｖｅｌｉｓｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄｔｏｍｅｅｔｔｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｒａｎｇｅｏｆｔｈｅｄｅｔｅｃｔｏｒｏｕｔｐｕｔｓｉｇｎａｌ牞ａｎｄａｃｅｒｔａｉｎａｍｏｕｎｔｏｆｓｕｒｐｌｕｓｉｓｒｅｓｅｒｖｅｄｔｏｍａｋｅｔｈｅＡＤＣｍｅｅｔｔｈｅｃｏｎ ｖｅｒｓｉｏｎｉｎｔｅｒｖａｌｏｆａｌａｒｇｅｒｒａｎｇｅｏｆｓｉｇｎａｌｄｕｒｉｎｇｓｔｒｏｎｇｌａｓｅｒｉｎｐｕｔ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅ ｓｉｇｎｅｄｓｙｓｔｅｍｃａｎｃａｐｔｕｒｅｌａｓｅｒｓｗｈｏｓｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓａｒｅ５３２ｎｍ牞１０６４ｎｍａｎｄ１５５０ｎｍ牞ａｎｄｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｉｎｆｏｒ ｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｃｉｄｅｎｔｌａｓｅｒｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｈｅｓｐｏｔｉｍａｇｅｗｉｔｈｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｒｅａｌｉｚｅｃａｐｔｕｒｅａｎｄｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｏｆｓｈｏｒｔ ｗａｖｅｉｎｆｒａｒｅｄａｎｄｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔｓｉｇｎａｌｉｎｓｐａｃｅ牞ｗｈｉｃｈｓｏｌｖｅｓｔｈｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆａｗｉｄｅｒａｎｇｅｏｆｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｏｆｌａｓｅｒａｎｄｅｎｈａｎｃｅｓｔｈｅｃｏｎｔｒａｓｔｏｆｏｕｔｐｕｔｉｍａｇｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ牶ＬＭ９８６４０牷ＩｎＧａＡｓｆｏｃａｌｐｌａｎｅｄｅｔｅｃｔｏｒ牷ｉｍａｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ牷ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｌｅｖｅｌ激光具有发射能力强、能量高度集中、方向性好的优点［１］，广泛应用于军事领域，如激光测距、激光雷达、激光打击武器等［２－３］。
光电自动报靶系统的设计与实现
光电自动报靶系统的设计与实现杨子宁【摘要】为了解决人工报靶精确度低和存在安全隐患等问题,介绍了一种光电自动报靶系统的设计方案.该系统以由激光二极管构成的激光网络进行信号检测,当子弹上靶时会阻断激光网络中的两条相互垂直的光线,利用以单片机为核心的信号处理系统对这一信号进行处理能够精确得到弹着点的坐标和环数,并能大大减少错报和漏报的情况.该系统精度高、成本低、安全可靠,有较好的应用前景.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2007(030)007【总页数】3页(P38-39,42)【关键词】自动报靶;激光二级管;信号检测;单元机【作者】杨子宁【作者单位】国防科学技术大学,光电科学与工程学院,湖南,长沙,410073【正文语种】中文【中图分类】TP2731 引言目前，在部队射击训练、考核和比赛中，示靶、检靶和成绩记录主要依靠人工完成，这样不但效率低、可靠性差，而且存在安全隐患[1]，因此设计和采用安全有效的自动报靶系统具有重要的现实意义和迫切的现实要求。
现有市售的自动报靶系统采用的检测手段一般来说有采用金属片(或其他导电体)连通检测和图像识别两种方法。
连通检测法是根据子弹经过靶面时使平行于靶面的两块金属板导通的原理实现的[2]，可见，若要使分辨率比较高，必须将金属板分成尽可能多的区域，这使得电路相当复杂。
图像识别法是用平行于靶面的摄像机拍摄靶面图像，通过计算机识别检测出子弹触靶的位置[3]，他的特点是分辨率比较高。
但以上两种方法对于第二发子弹从第一发子的弹孔穿过的情况检测起来相当困难，容易造成漏报，这种情况在高水平射击中,子弹多集中在10 环位置时出现较多。
本文则采用光电定位的技术以更为直观、简便的方法同样实现了检测的目的，该系统以由发光装置构成的光电靶作为检测弹着点的装置，以单片机为核心构成数据分析处理系统，能够精确得到子弹弹着点的坐标和相应的环数，并且可以有效地减少错报和漏报的情况。
另外，通过对发光装置通断的控制还可以对选手的反应速度和灵敏度等重要指标进行考核和评估。
激光测量技术及信号处理方法
激光测量技术及信号处理方法激光测量技术是一种高精度测量和距离测量的方法，被广泛应用于各个领域。
本文将从原理、应用和信号处理方法等方面进行论述。
一、激光测量技术的原理激光测量技术是利用激光束特性进行距离测量的方法。
激光光束具有高方向性、高单色性和高亮度的特点，可以在较远距离上准确测量目标物体的距离。
通常，激光测量技术主要基于两种原理：时间测量原理和相位测量原理。
时间测量原理是利用光子在介质中传播的速度恒定不变，通过测量光线往返的时间来计算物体的距离。
这种方法常用于测量较远距离的目标物体，例如卫星测距和天文测量。
相位测量原理基于激光的相干性，通过测量光波在一段时间内的相位变化来计算物体的距离。
相位测量方法具有更高的精度和分辨率，广泛应用于精密测量领域，如工业制造、建筑测量和测绘等。
二、激光测量技术的应用激光测量技术在工程领域有着广泛的应用，涉及到距离测量、形状测量、位移测量等多个方面。
在距离测量方面，激光技术可以精准测量物体与仪器之间的距离，用于建筑测量、地质测量、航天测距等领域。
例如，高度测量中常用的全站仪和激光测距仪，就是基于激光测量原理设计的。
在形状测量方面，激光扫描仪是常见的设备之一。
通过扫描物体表面，激光扫描仪可以快速获取物体的三维形状信息，应用于工业设计、文物保护和医学影像等领域。
在位移测量方面，激光干涉仪是一种常用的设备。
通过在物体表面引入激光光束，利用光的干涉原理测量物体的微小位移，可应用于精密加工和机械工程等领域。
三、激光测量信号的处理方法对于激光测量所得到的信号，为了提取有效的信息，需要进行一系列的信号处理。
首先，信号预处理是非常重要的一步。
由于测量环境的噪声和干扰，测量信号可能含有许多干扰成分。
通过滤波、降噪等处理手段，可以提高信号的质量和可靠性。
其次，信号提取是测量结果的关键步骤。
距离测量基于光的传播时间或相位变化，需要对信号进行有效提取。
通过采用特定的算法，如峰值识别、功率谱分析等方法，可以提取出所需的测量信息。
一种模拟快速反应射击训练系统的设计
一种模拟快速反应射击训练系统的设计摘要：当前模拟射击系统主要是针对简单的打靶训练，没有针对快速反应射击训练的系统，因此，本文设计了一种模拟快速反应射击训练系统。
本系统设计由总控端、枪控端和靶机端构成，基于单片机技术，以激光收发模块代替实弹射击，无线模块实现信号无线传输，通过总控端和从属各模块的协同配合，实现激光模拟快速反应射击训练中的快速精准射击，靶机接收信号，信息处理和成绩分析评定的控制功能。
关键词：快速反应射击；模拟；无线传输1引言快速反应射击训练近几年广泛兴起，以练就“相对快，绝对准”达到“先敌开火”为目的。
快速反应射击训练难度大、强度高、安全风险大、效率低，且当前模拟射击系统主要是针对简单的打靶训练，没有专门针对快速反应射击训练的系统。
随着执勤、反恐等任务形势趋于复杂化、严峻化、多样化，给任务的执行带来了巨大压力和艰巨挑战，同时给人民生命财产安全带来了巨大威胁，简单的打靶训练系统远远不能满足任务所需。
对于执勤、反恐等任务的中坚力量单位，建立一套针对性的快速反应射击训练系统，是当前形势任务所趋。
2系统分析设计基于单片机技术和无线传输技术，立足于模拟射击装备，以激光代替实弹射击，无线模块实现信号无线传输，采用液晶显示屏和蜂鸣器预警，可直观显示信号接收情况和成绩情况。
实现集中统一控制、实时进行激光射击、信息传输、信息处理的快速反应射击模拟训练系统。
系统由总控端、枪控端和靶机端和构成，通过总控端和从属各模块的协同配合，实现激光模拟快速反应射击训练中的快速、精准射击，靶机接收信号，信息处理和成绩分析评定的控制功能。
[1、2]激光模拟快速反应射击训练系统功能结构见图1。
图1激光模拟快速反应射击训练系统功能结构图2.1 总控端功能要求总控端对整个激光模拟射击训练进程进行控制，具体功能要求为：阈值按键设定，实现不同考核标准的设置；成绩显示，对靶机端通过无线传输的信息进行处理，实现射击成绩的智能显示；预警功能，当在规定时间内没有激发或者成绩不合格自动报警。
无线激光打靶实验报告
一、实验目的1. 了解无线激光打靶系统的基本原理和组成；2. 掌握无线激光打靶系统的操作方法和使用技巧；3. 通过实验，验证无线激光打靶系统的性能和可靠性；4. 分析实验数据，评估无线激光打靶系统的实际应用价值。
二、实验原理无线激光打靶系统利用激光发射器发射激光束，通过无线传输将靶标信息传递至接收器，实现无接触式打靶。
该系统主要由激光发射器、靶标、接收器和数据处理终端组成。
1. 激光发射器：发射特定波长的激光束，照射到靶标上；2. 靶标：接收激光束，并将靶标信息传递至接收器；3. 接收器：接收靶标信息，并通过无线方式将数据传输至数据处理终端；4. 数据处理终端：对接收到的数据进行处理和分析，显示射击结果。
三、实验仪器与设备1. 激光发射器；2. 靶标；3. 接收器；4. 数据处理终端；5. 无线传输设备；6. 计时器。
四、实验步骤1. 连接实验仪器：将激光发射器、靶标、接收器和数据处理终端连接好，确保各设备正常运行；2. 设置参数：在数据处理终端上设置实验参数，如射击距离、激光功率、靶标尺寸等；3. 发射激光：启动激光发射器，使激光束照射到靶标上；4. 记录数据：在数据处理终端上记录射击结果，包括射击时间、射击次数、射击命中情况等；5. 分析数据：对实验数据进行统计分析，评估无线激光打靶系统的性能。
五、实验结果与分析1. 实验结果本次实验中，射手在规定时间内进行了多次射击，射击距离为10米，激光功率为5mW，靶标尺寸为20cm×20cm。
实验过程中，射手共射击了30次，命中次数为25次，命中率为83.33%。
2. 数据分析通过实验数据可以看出，无线激光打靶系统在射击过程中具有较高的命中率和稳定性。
以下是对实验数据的进一步分析：（1）射击时间：射手在规定时间内完成了30次射击，平均射击时间为2.3秒；（2）射击次数：射手射击次数较多，有利于提高射击技能；（3）命中情况：射手命中率为83.33%，说明无线激光打靶系统在实际应用中具有较高的准确性。
激光打靶过程中的电磁脉冲特性
第27卷第10期强激光与粒子束V o l.27,N o.10 2015年10月H I G H P OW E R L A S E R A N D P A R T I C L E B E AM S O c t.,2015激光打靶过程中的电磁脉冲特性*杨进文1,2,易涛2,李廷帅1,王传珂2,王锐1,高占忠1,2,刘慎业2,丁永坤2,江少恩2(1.电子科技大学能源科学与工程学院,成都611731;2.中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900)摘要:为诊断激光打靶产生的电磁脉冲信号分布,选取环天线作为主要电磁脉冲信号采集装置,对靶室内外信号同时进行测试㊂从天线设计制作到天线标定,描述了脉冲诊断系统的搭建㊂通过对信号进行采集及处理,对比分析了靶室外㊁法兰口及靶室内脉冲信号的频域特性和强度㊂得出靶室内受到电磁脉冲辐射强度最大且频谱分布最广,其次是法兰口,靶室外电磁脉冲信号最弱㊂总结多次激光打靶电磁脉冲信号频域分布,可看出波峰主要出现在0.5,1.2,3G H z㊂电磁脉冲时域结果规律性展示出脉冲持续约100n s,因靶室内回波振荡,电磁脉冲信号于几n s处及几十n s处有较明显峰值蔟㊂关键词:惯性约束聚变;激光靶耦合;电磁脉冲;靶室内外中图分类号: O532文献标志码: A d o i:10.11884/H P L P B201527.103224惯性约束是利用粒子惯性作用约束粒子本身,从而实现核聚变反应的一种方法[1-2]㊂惯性约束聚变激光靶耦合过程中产生大量电磁脉冲,这些脉冲分布频域广,强度大,并且其产生的物理机制非常复杂㊂热电子逸出靶表面是被普遍接受的阐释脉冲产生机制的理论㊂不同能量级的激光打靶的电磁脉冲产生机制不同㊂理论分析表明,单一的理论模型不能完备解释这一物理现象[3]㊂研究人员通过反复测量并总结规律,尝试将电磁脉冲辐射与其他物理现象结合探讨,以望获得进一步地突破㊂1993年,H.H a m s t e r等通过测试分析激光与气态靶及固态靶相互作用产生的电磁脉冲分布,提出从激光与固体靶相互作用中辐射出的电磁脉冲与X射线及电子密切相关[4];C h u n g-C h i e hC h e n g探讨了电磁脉冲与等离子体之间相互联系[5];J.B o r h a n i a n等对聚变中电磁脉冲穿越等离子体产生的线偏振现象进行研究[6]㊂由于靶室内外分布着各种诊断设备,因而电磁环境非常复杂,难以精确测量脉冲信号㊂基于惯性约束聚变的研究,著名的聚变装置有美国国家点火装置(N I F)[7-8]㊁法国兆焦耳激光器(L M J)[9]以及日本G e k k oX I I等㊂而我国的神光系列大型激光装置在过去几年也实现了飞速发展[10]㊂早在1960年发明激光时,L L N L物理学家就认识到将激光运用于惯性聚变会带来突破性进展㊂通过计算,S.C o l g a t e等成功设计了高功率激光打靶实现内爆与点火的几种途径㊂时至1976年,L L N L首次完成了驱动辐射内爆实验[11]㊂20世纪80年代中期,L L N L建立的N o v a装置为激光聚变工作做出里程碑式的贡献,1996年投入运行的高功率N d玻璃激光器O m e g a升级装置[12]㊁L L N L的T i t a n装置也为快点火聚变事业作出了杰出贡献[13-14]㊂在激光靶耦合过程中,会辐射大量电磁脉冲,这些频带宽强度大的电磁脉冲辐射对物理诊断实验产生许多不利影响㊂不仅会干扰诊断测试的准确性,导致激光打靶测试中采集到的数据失真,而且当电磁脉冲强度过大时还可能造成精密诊断设备的永久损坏㊂最终导致无法对激光靶耦合过程中具体物理过程进行准确剖析㊂之前许多研究致力于惯性约束聚变激光靶耦合过程中X射线[15-16]㊁超热电子[17-19]㊁等离子体[20-21]等物理现象,并运用于Z箍缩驱动聚变-裂变等[22-23],且已取得了突破性进展㊂产生的电磁脉冲也与这些物理现象存在紧密联系,因此准确测量电磁脉冲分布亦有助于激光靶耦合过程物理过程的分析㊂本文采用环天线对神光Ⅲ原型靶室外与靶室内电磁脉冲分布进行定点采集㊂并通过计算与定性分析,来更准确获取激光打靶产生的电磁脉冲分布规律[7]㊂1电磁脉冲诊断装置本实验是基于神光Ⅲ原型高功率激光打靶装置上进行系列测试㊂如图1所示,采用三个正交放置的环天线测量法兰口与靶室内电磁脉冲分布㊂为减少干扰,实验中特采用S MA接头及同轴线(相同长度)将天线与示*收稿日期:2015-05-20;修订日期:2015-09-07基金项目:国家自然科学基金项目(11405158,11575166)作者简介:杨进文(1992 ),女,硕士研究生,从事激光打靶产生电磁脉冲特性㊁等离子体研究;j w y a n g1227@163.c o m㊂通信作者:李廷帅(1983 ),男,博士,副教授,从事强激光材料相互作用产生等离子机制研究;l i t i n g s h u a i@u e s t c.e d u.c n㊂103224-1103224-2波器(A g i l e n t I n f i n i i u m D S O 80804B /8G H z /40G S a /s )相连㊂需注意的是,在同轴线缆与示波器之间需要连接相应的衰减器,以防止测试电压过高而损坏示波器㊂并且在后期数据处理中,将测试数据相应地扩大原衰减倍数,得到原始准确数据㊂为提高测试精度,把环天线设计优化成小天线,其环直径d 与接收波长λ的关系需满足d /λ≪1㊂这种条件下,天线获得的信号才均匀,才能采用等效面积代替几何面积㊂并且天线的小型化有助于避免天线与附近金属产生共振,进而有助于提高天线增益,优化天线方向性能㊂考虑实际测量情况,对环天线进行不断优化后,最终确定环天线内环直径9mm ,外环直径10mm ;选取材质为F R 4_e p o x y㊁长12mm ㊁宽0.8mm ㊁高31mm 板作为底板㊂通过调节两根导线之间间距,保持与同轴线阻抗50Ω匹配㊂并且测量时置环平面与磁通垂直,使得有效面积达到最大㊂F i g .1 S c h e m a t i c d i a g r a m s o fm e a s u r e m e n t o n t h em o u t h f l a n g e a n do u t s i d e t h e t a r ge t c h a m b e r 图1法兰口测试及靶室内测试图示F i g.2 A n t e n n a c a l i b r a t i o n r e s u l t s 图2 天线标定结果强激光与粒子束103224-3天线标定是在电子科技大学抗干扰国家实验室完成的,标定结果如图2所示㊂可以得出,环天线在中高频段具有较为理想的增益与效率,且有很好的全向性,并且随着频率的变化,电场分布变化较小㊂由此可见,基于高频率电磁脉冲辐射设计出的天线,可以很好地用来收集靶室内部的高频信号㊂与仿真所得天线性能吻合㊂并且天线的标定与仿真还将用于推导电磁脉冲的场强与电压之间的传递函数㊂2 激光聚变打靶激光打靶具体信息如表1所示,这里给出6组分别位于靶室外㊁法兰口和靶室内的打靶信息㊂表中第1发和第2发为测量靶室外电磁脉冲打靶信息;第3发和第4发为测量法兰口处电磁脉冲信号的打靶信息;第5发和第6发为测量靶室内电磁脉冲打靶信息㊂选取靶型均为腔靶,靶材均为铑,靶孔径均为800mm ㊂在保持这些打靶信息一致的条件下,再适当调整其他打靶参数,以期对比分析脉冲的分布规律㊂每一组都是以八路三倍频(3ω)激光,分别由N o r t h 1(N 1),N 2,N 3,N 4,S o u t h 1(S 1),S 2,S 3,S 4方向入射或加入背光入射,打靶激光脉宽分布于1~3n s ㊂第1发每束光700J ,加上背光1000J 同时进行汇集于靶上;第2发停止发射主光束,仅测量背光1000J 时电磁脉冲信号;第3发实现主光8束入射,无背光情况;第4发为主光8束与背光2600J 同时打靶;第5发以8束600J 激光连同背光2600J 打靶;第6发则加大了主光束能量,以每束光800J 加之2600J背光入射打靶㊂每组打靶总能量偏差远小于10%,束间分散度远小于10%㊂表1 打靶信息T a b l e 1 T a r g e t i n gi n f o r m a t i o n l i g h t e n e r g y o f m a i nb e a m /Jl i g h t e n e r g y o f b a c k l i g h t /J p u l s e w i d t h /n sf o c a l s p o t s i z e /μm b a c k l i t d e l a y /n s t a rg e t t y pe t a r ge t a p e r t u r e /μm t a r ge t m a t e r i a l s h o t 156001000m a i nb e a m :3b a c k l i g h t :35000.5c a v i t y t a r g e t 800r h o d i u m s h o t 201000b a c k l i g h t :35000c a v i t y t a r g e t 800r h o d i u m s h o t 356000m a i nb e a m :25000c a v i t y t a r g e t 800r h o d i u m s h o t 456002600m a i nb e a m :2b a c k l i g h t :35001c a v i t y t a r g e t 800r h o d i u m s h o t 548002600m a i nb e a m :1b a c k l i g h t :15000c a v i t y t a r g e t 800r h o d i u m s h o t 664002600m a i nb e a m :1b a c k l i gh t :3500-1c a v i t yt a r ge t 800r h o d i u m3 实验结果分析位于靶室内外的环天线,在电磁场作用下激励产生感应电动势,作为导电元件在表面产生电流,通过S MA接口与同轴线连接后将电流电压信号传输至示波器,示波器实时记录下天线处电磁脉冲信号产生的电压分布,再通过傅里叶变换得到频域分布,通过计算得出天线处电场分布㊂本文分别给出每组激光打靶测试所得电磁脉冲电场时域分布图与频域分布图,探测测试所得规律㊂环天线低频增益较低,且电压电场间传递函数在低频段较小,因而大量病态数据出现㊂因此采用吉洪诺夫正则化优化方法,结合L 曲线处理数据,如图3~5所示㊂图3,4,5分别为靶室外㊁法兰口㊁靶室内处电磁脉冲信号时域与频域电场分布图㊂对比三者时域分布可看出,靶室外电场峰值第1发达250V /m ,第2发达200V /m ;同样作为靶室外测量值,因第2发无主光束注入,仅背光能量1000J 打靶,第1发较第2发多了8束主光束,总能量合计5600J ,其峰值高于第2发㊂因此也可以看出:能量越高,电磁脉冲辐射越强㊂法兰口处电场峰值第3发,第4发都近似达到500V /m ;最后靶室内电场峰值达到1000V /m ㊂由图3~5电场分布可以明显看出:在打靶条件近似情况下,靶室内受到的电磁脉冲辐射最大,其次是法兰口,穿越靶室将损耗大量电磁脉冲携带的能量,因而靶室外电磁脉冲信号最弱㊂根据测试结果,对于不同位置处电磁脉冲峰值大小,为适当选择屏蔽材料和设计屏蔽方法提供了依据㊂并且,根据每次打靶电场时域分布图,可以看出在几n s 时出现电场峰值蔟,但是峰值并没有随时间迅速衰减,应是电磁脉冲在靶室中的回波振荡所导致㊂杨进文等:激光打靶过程中的电磁脉冲特性103224-4F i g .3 E l e c t r o m a g n e t i c p u l s e t i m e d o m a i na n d f r e q u e n c y do m a i nd i s t r i b u t i o n i n s h o t 1a n d s h o t 2图3 第1发与第2发电磁脉冲时域频域分布F i g .4 E l e c t r o m a g n e t i c p u l s e t i m e d o m a i na n d f r e q u e n c y do m a i nd i s t r i b u t i o n i n s h o t 3a n d s h o t 4图4 第3发与第4发电磁脉冲时域频域分布F i g .5 E l e c t r o m a g n e t i c p u l s e t i m e d o m a i na n d f r e q u e n c y do m a i nd i s t r i b u t i o n i n s h o t 5a n d s h o t 6图5 第5发与第6发电磁脉冲时域频域分布同时,从图3~5可以看出:在同一位置处激光打靶所得电磁脉冲频域图分布情况近似重合,可验证打靶测试数据的准确性㊂分析靶室外电场频谱分布,在0.5,1.2,1.6G H z 处出现明显峰值,峰值蔟一直持续到约3G H z 为止,达到800量级;对于法兰口,涉及测试环境较为复杂,峰值蔟持续至2G H z ,于1G H z 有非常明显波峰,峰值达到600量级;靶室内的电磁脉冲频谱分布较广,峰值蔟达到5G H z 为止,电磁脉冲峰值达100量级㊂分析原因,认为电磁脉冲在靶室内分布频域较广,峰值量级较小,是因为电磁脉冲辐射信号在靶室中经过多次传输反射获得㊂多次反射导致电磁脉冲辐射能量降低,频谱分布更广㊂文献[24]中给出激光打靶充电模型,当高能量激光冲击靶材时,强激光与靶耦合过程激发大量超热电子,进而产生大量超热电子和X 射线;当电子出射时,原本呈电中性的靶即带正电,在传播过程中撞击靶室内壁或者粒子之间相互碰撞,产生大量二次辐射粒子与电磁脉冲㊂同时因在靶附近会形成准静态电场,阻碍热电子出射,因而会有部分超热电子在经过出射反射后能量降低,进而不足以克服电场再次进行回流,因而靶前㊁靶面强激光与粒子束杨进文等:激光打靶过程中的电磁脉冲特性上㊁靶后都会有一定量的超热电子堆积㊂具有不同能量的超热电子在多次回流出射过程中,产生不同频率电磁脉冲辐射,因而可以看出获得的电磁脉冲频谱呈现多个峰值㊂充电电量可表示为Q=e N eʏ¥T hΔϕ^t h f e(εe)dεe(1)式中:N e为电子密度;T h为热电子温度;εe为电介质常数;f e为电子分布函数;电势ϕt h=eϕt h/λD,λD为热电子D e b y e长度;ϕt h为热电子电势㊂当<εe>ȡΔϕt h时,充电电量就可近似为Qʈe N e,而电子回流I e= Q/t l a s(t l a s为激光持续时间),即可通过测量电流来测得靶充电电量,进而推算电磁脉冲频域峰值㊂4结论本文针对强激光打靶产生电磁脉冲在靶室外㊁法兰口㊁靶室内的分布进行了分析㊂靶室内受到电磁脉冲辐射最大,其次是法兰口,而穿越靶室将损耗掉大量电磁脉冲辐射能量,因而靶室外电磁脉冲信号最弱㊂根据每次打靶电场时域分布图,可看出在几n s时出现电场峰值蔟,之后于几十n s处也出现峰值㊂初步估计是电磁脉冲于靶室中的回波振荡导致㊂靶室内天线处电场频谱图分布频率最广,在今后研究中会针对靶室内电磁脉冲信号进行更深入细致地探讨㊂致谢感谢电子科技大学汪彭老师和中物院激光聚变中心工作人员的帮助㊂参考文献:[1]L i n d l JD,C a m p b e l l E M,M c C r o r y RL.P r o g r e s s t o w a r d i g n i t i o n a n db u r n p r o p a g a t i o n i n i n e r 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s,2014,26:100201)[24] P o yéA,H u l i nS,G r a n d v a u xM B,e t a l.P h y s i c s o fG i a n t E l e c t r o M a g n e t i c P u l s e g e n e r a t i o n i n s h o r t p u l s e l a s e r e x p e r i m e n t s[J].P h y s i c a lR e v i e wE,2015,91:043106.E l e c t r o m a g n e t i c p u l s e c h a r a c t e r i s t i c i n p r o c e s s o f l a s e r s h o o t i n gY a n g J i n w e n1,2, Y iT a o2, L iT i n g s h u a i1, W a n g C h u a n k e2, W a n g R u i1,G a oZ h a n z h o n g1, L i uS h e n y e2, D i n g Y o n g k u n2,J i a n g s h a o e n2(1.S c h o o l o f E n e r g y S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g,U n i v e r s i t y o f E l e c t r o n i cS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y o f C h i n a,C h e n g d u611731,C h i n a;2.R e s e a r c hC e n t e r o f L a s e rF u s i o n,C A E P,M i a n y a n g621900,C h i n a)A b s t r a c t: T o c a p t u r e t h e e l e c t r o m a g n e t i c p u l s e(E M P)g e n e r a t e db y t h e i n t e r a c t i o nb e t w e e n l a s e r a n d t a r g e t,a l o o p a n t e n-n a(B-d o t)i s c h o s e na s t h em a i nE M Ps i g n a l a c q u i s i t i o nd e v i c e.T h e s i g n a l s i n s i d e a n d o u t s i d e t h e t a r g e t c h a m b e r a r e t e s t e d s i m-u l t a n e o u s l y.T h i s p a p e r f o c u s e s o n t h e d e s i g n a n d f a b r i c a t i o n o f a n t e n n a a n d a n t e n n a c a l i b r a t i o n.A nE M Pd i a g n o s t i c s y s t e mi s e s-t a b l i s h e d.T h eE M Pc h a r a c t e r i s t i c s a r e i n v e s t i g a t e db y c o m p a r i n g t h e p u l s e s i g n a l s.I t t u r n so u t t h a t t h eE M P p o s s e s s e d m a x i-m u ms t r e n g t h i n s i d e t h e t a r g e t c h a m b e r,f o l l o w e db y t h e s i g n a l o n t h e f l a n g e,a n d i t i sw e a k e s t o u t s i d e t h e c h a m b e r.S u mm a r i-z i n g t h em u l t i p l eE M P f r e q u e n c y s p e c t r a,w e f i g u r e o u t t h e c r e s t sm a i n l y e x i s t a t0.5,1.2,3G H z.T i m e-d o m a i nE M Pd i s t r i b u-t i o n s r e g u l a r l y d e m o n s t r a t e t h e p u l s e l a s t s a b o u t100n s.I n a d d i t i o n,t h eE M Ps i g n a l p r e s e n t s o b v i o u s p e a k c l u s t e r s a t s e v e r a l n s a n dd o z e n s o f n s r e s p e c t i v e l y d u e t o t h eb a c ko s c i l l a t i o n i n s i d e t h e t a r g e t c h a m b e r.K e y w o r d s:i n e r t i a l c o n f i n e m e n t f u s i o n;l a s e r t a r g e tc o u p l i n g; e l e c t r o m a g n e t i c p u l s e; o u t s i d ea n di n s i d et h et a r g e t c h a m b e rP A C S:41.20.J b;52.38.-r103224-6。
光电探测系统的信号处理与分析研究
光电探测系统的信号处理与分析研究随着现代科技的发展，光电技术已经广泛应用于各个领域。
在光电探测方面，为了获取更加精确的信号，信号处理与分析的技术显得尤为重要。
光电探测系统通常由光源、物体、光电传感器以及信号处理器构成。
其中，信号处理的过程是将光信号转换为电信号，然后对电信号进行处理和分析。
因此，信号处理的质量和效率直接影响光电探测系统的性能。
信号处理的过程中，首先需要进行信号的放大，以便更好地识别出信号中的细微变化。
信号放大的方式主要有模拟放大和数字放大两种。
模拟放大是将信号直接通过放大电路进行放大，而数字放大则是先将信号转换为数字信号，然后再进行数字放大。
由于数字放大具有更高的精度和可调性，因此在现代光电探测系统中，数字放大已成为主流技术。
在信号放大之后，需要进行信号的滤波处理。
信号的滤波处理是对信号中的噪声进行过滤，使得信号更加纯净。
滤波处理的方式主要有低通滤波和高通滤波两种。
低通滤波可以过滤掉高频噪声，而高通滤波则可以过滤掉低频噪声。
在实际应用中，根据信号的特点和需求，可以选择不同的滤波方式。
随着技术的不断进步，信号处理技术也在不断发展。
目前，一些先进的信号处理技术已经被应用到光电探测系统中。
例如，小波变换、时频分析、自适应滤波等技术都可以使得信号处理更加精确和高效。
除了信号处理之外，分析也是光电探测系统中非常重要的一个环节。
信号分析可以帮助人们更好地理解信号的特征和含义，从而提高光电探测系统的性能。
常用的信号分析方法包括时域分析、频域分析、时频分析等。
时域分析是对信号在时间轴上的变化进行分析。
常用的时域分析方法有峰值检测、均值滤波、微分和积分等。
峰值检测可以用于检测信号中的极大值和极小值，均值滤波可以用于过滤掉信号中的细小波动，微分和积分则可以用于求取信号的变化率和变化量。
频域分析是对信号在频率轴上的特征进行分析。
常用的频域分析方法有傅里叶变换和功率谱分析等。
傅里叶变换可以将信号从时域转换为频域，并且可以分析信号中各个频率成分的贡献，功率谱分析则是求取信号在各个频率上的功率。
论激光模拟打靶系统的研究意义
技术改造论激光模拟打靶系统的研究意义邹孟林 陈家硕 林 恒 谢黄鑫 李 倩（四川航天职业技术学院（四川航天高级技工学校），四川 德阳 618300）摘 要：作为一种常见的军事化训练科目，打靶训练具有提高射击水平的作用，考虑到传统实弹打靶训练存在着较多的安全隐患，因此，采用激光模拟技术以及计算机分析技术替代传统的实弹打靶训练方式，构建信息化的打法系统，显著提高打靶训练的安全性，杜绝各种隐患。
同时在打靶训练中增加娱乐元素，从而提高打靶训练的趣味性，避免传统时代训练的枯燥乏味。
基于此，本文选择激光模拟打靶系统作为研究主题，主要研究该系统的基础功能以及应用意义，探讨该系统的应用对于打靶训练所带来的积极影响。
关键词：激光；模拟系统；射击训练；打靶；意义1 靶位测定系统的功能特征激光模拟打靶系统的核心组成部分为靶位测定系统，主要使用激光技术以及光学理论替代传统的实弹射击训练，其中包含信号接收电路以及计算机处理程序，能够完成激光打靶的靶位准确测定，同时还具有统计成绩和计算平均成绩，平均偏离方向等功能，能够直接将结果在计算机屏幕上进行显示。
2 传统打靶训练中存在的问题传统的打靶训练与空包弹和实弹两种方式为主，但是这两种方式都存在着打靶训练效果低下以及效率不佳的共同弊端。
2.1 实弹打靶训练的各方面性能较低对于国家军队于及安全防护部门的人员而言，打板训练是日常的训练科目之一，而在我国军校中，也将打靶训练纳入到新生军训的必练科目范畴之内，圈儿，提高兵员的国防素质，传统的打靶训练以实弹射击为主，采用人工报靶的方式计，每完成一枪打靶就需要报靶人员前往靶环统计结果，安全性较低并且效率低下，同时也造成大量的经济成本浪费，不利于对打把结果的相关数据进行分析和记录。
打靶训练的核心目的是提高设计人员的射击准确度。
连续射击的速度以及射程等各方面数据都需要通过科学针对性的计算以及分析辅助进行训练计划的制定。
考虑到传统打把方式关于打靶数据的记录依靠人工的方式完成，同时缺乏科学计算方式的应用，在一定程度上导致打靶训练走向盲目性和滞后性。
基于单片机激光打靶语音播报系统的设计与实现
基于单片机激光打靶语音播报系统的设计与实现【原创实用版】目录一、引言二、单片机激光打靶语音播报系统的设计原理1.系统构成2.工作原理三、系统的硬件设计1.单片机及其外围电路设计2.激光打靶模块设计3.语音播报模块设计四、系统的软件设计1.系统软件设计总体思路2.单片机程序设计3.语音播报程序设计五、系统测试与分析1.系统功能测试2.系统性能测试3.系统存在问题及改进措施六、总结与展望正文一、引言随着科技的发展，激光技术在军事、体育等领域的运用越来越广泛。
激光打靶作为其中的一项应用，具有重要的实际意义。
为了提高激光打靶的效率和准确性，本文提出了一种基于单片机的激光打靶语音播报系统。
该系统能够在激光打靶过程中实时播报相关信息，为使用者提供便利。
二、单片机激光打靶语音播报系统的设计原理1.系统构成本系统主要由单片机、激光打靶模块和语音播报模块三部分组成。
单片机作为核心控制部分，负责整个系统的运行；激光打靶模块用于实现激光打靶功能；语音播报模块负责实时播报打靶信息。
2.工作原理在激光打靶过程中，单片机根据激光打靶模块传来的信号，判断打靶结果，并通过语音播报模块实时播报。
同时，单片机将打靶信息存储在系统中，便于后期分析和统计。
三、系统的硬件设计1.单片机及其外围电路设计本系统选用单片机作为核心控制部分，外围电路包括电源电路、通信电路、接口电路等。
单片机及其外围电路的设计应满足系统的稳定性、可靠性要求。
2.激光打靶模块设计激光打靶模块主要包括激光发生器、光束调节器、靶子等部分。
激光发生器选用适合的激光器，光束调节器负责调节激光光束，靶子用于激光打靶。
3.语音播报模块设计语音播报模块主要由语音合成芯片、音频放大器、扬声器等组成。
语音合成芯片根据单片机发送的信号合成语音，音频放大器负责放大语音信号，扬声器将语音信号转换为声音。
四、系统的软件设计1.系统软件设计总体思路本系统的软件设计主要包括单片机程序设计、语音播报程序设计两部分。
四光幕精度靶中的信号处理电路
如图 1 所示, 四光幕精度靶主要由四套光幕靶、 光幕靶固定靶架、信号处理装置、信号隔离触发仪、 数据采集仪及配套软件组成。其中四套光幕靶在空 间按照一定角度固定安装[ 3] , 在弹丸穿过光幕靶探 测区域时输出过靶信号; 固定靶架用以支撑光幕靶; 供电电源向光幕靶提供工作用直流电源, 同时对每 个光幕靶输出的过靶模拟信号进行信号调理、长线 驱动; 信号隔离触发仪位于远端数据采集仪处, 进行 地线隔离后将 4 路模拟信号传输给数据采集仪, 同 时为数据采集仪提供可靠的外触发信号; 数据采集 仪及配套软件采集 4 路信号, 计算出弹丸穿过 4 个 光幕靶的时间间隔, 并依据公式最终计算出着靶坐 标。
离传输无畸变 , 同时保证多路信号传输延时一 致性。针对 试验现 场安装 调试的 方便, 设计了 对正指 示电路。设 计
的信号处理电路进行实弹射击, 测试的结果与纸 靶进行比较, 测量误差满足产品性能检验的精度要求。
关键词: 射击密集度; 精度靶; 弹丸; 信号隔离
中图分类号:T J012. 3;T J81+ 0. 6
86
工 具技 术
图 5 信号隔离触发电路
U6 提供工作用双相直流电压; 1 路输出信号同时经 过由 U1 及外围器件组成的施密特触发电路, 将模 拟信号转换为脉冲信号, 经 7 脚输出。输出脉冲信 号进入逻辑抗干扰电路后, 输出最终的触发脉冲信 号。图 5 为设计的隔离触发电路。图 6 为数据采集 仪实测气枪弹穿过四光幕精度靶时输出的过靶信号
基金项目: 国家自然科学基金资助项 目( 60972005) ; 陕西省教 育厅项 目( 2010JK597) ; 西安工业大 学科技 创新团 队 靶 场光电 测试技 术与 仪器 项目 收稿日期: 2011 年 2 月
PLC在激光信号接收靶中的应用讲解
PLC在激光信号接收靶中的应用讲解PLC在激光信号接收靶中的应用一、激光信号接收靶的控制原理把胸环靶按弹着点位置分为若干个区域。
胸环靶有5～10环的6种环数，靶面共分为8个（0～7）区域，区域划分得越细，显示弹着点的位置越精确。
胸环靶所有激光接收器件分成34个区域，胸环靶每个区域内有若干个光电接收器件相并联，器件间距不大于胸环靶接收的激光点直径，胸环靶每个区激光接收器件可分别产生1个区信号和1个环信号。
34个区域接收到的激光信号经过逻辑电路变换成8路区信号和6路环信号逻辑输一、激光信号接收靶的控制原理把胸环靶按弹着点位置分为若干个区域。
胸环靶有5 ～10环的6种环数，靶面共分为8个（0 ～7）区域，区域划分得越细，显示弹着点的位置越精确。
胸环靶所有激光接收器件分成34个区域，胸环靶每个区域内有若干个光电接收器件相并联，器件间距不大于胸环靶接收的激光点直径，胸环靶每个区激光接收器件可分别产生1个区信号和1个环信号。
34个区域接收到的激光信号经过逻辑电路变换成8路区信号和6路环信号逻辑输出。
当胸环靶某个区接收到激光信号时，通过数字逻辑电路产生出相应的区、环信号，然后送往声光显示靶进行处理。
电气原理图逻辑关系表达式为：X = A0 + A1+ A2 + A3+ A4 + A5+ A6 + A7Y = A0 + B0 + C0 + D0 + E0Z = A7 + B7 + C7 + D7 + E7式中：X为9环信号输出端，当IC1（8输入端或非门）任一输入端有效时（高电平有效），9环输出X端有效（低电平有效）。
A0 ～A7分别对应0 ～7区的9环激光检测输入信号。
Y为0区的区选信号输出端，当0区任一信号输入有效时，0区输出Y端有效。
IC2的输入A ～E分别对应0区9、8、7、6、5环激光检测输入信号。
Z为7区的区选信号输出端。
X、Y、X接至PLC的输入端，当输出三极管基极为高电平时，输出端X、Y、Z为低电平，PLC输入有效。
军事训练中激光模拟射击技术的重要性分析-军事训练论文-军事论文
军事训练中激光模拟射击技术的重要性分析-军事训练论文-军事论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：如今, 随着微电子技术的快速发展, 在各个领域中开始得到越来越广泛的应用。
尤其是激光模拟射击技术, 其开始被应用到军事训练之中, 其不仅可以进行多种武器的模拟射击训练, 而且还能够以多种形式来呈现射击训练结果, 以更好地满足军事训练发展需求。
本文将会对激光模拟射击技术原理、重要性及在国内外的发展现状给予介绍, 并探究在军事训练中激光模拟射击技术的应用效果。
关键词：激光模拟射击技术; 军事训练; 现状; 应用效果;在军事领域中, 激光技术不仅在激光制导武器、激光武器、激光致盲武器中得到了广泛的应用, 而且在日常军事训练中也得到了广泛的应用, 常见的就是激光模拟射击技术。
由于传统的实弹射击训练具有非常高的危险系数, 要对整个靶场的设置、枪械弹药配置、射击指挥等内容进行全面、系统的组织, 而且对天气依赖较高, 从而增加了具体实施的难度。
与传统的实弹射击训练相比, 激光模拟射击技术既可以满足实弹射击训练的效果, 而且还可以对射击训练的结果给予直观化、多元化的呈现, 更好的提高们的实战水平, 使他们更好的满足军属发展需求。
1. 激光模拟射击技术原理通常情况下, 激光模拟射击技术主要是借助激光束替来实弹进行射击训练, 从而达到预期的射击训练效果。
在激光模拟射击技术刚刚发展的时候, 其只具有瞄准训练的功能, 但是随着激光技术的不断发展, 借助激光模拟射击技术不仅能够对真实的射击环境和效果进行有效的模仿, 而且还可以推动训练过程朝着智能化、自动化、系统化的方向发展。
在激光模拟射击技术中, 模拟射击训练系统是激光模拟射击训练器材中比较重要的组成部分, 而模拟射击训练系统又是由激光发射器、电子信号处理器、激光信号检测器和电子显示输出器等部分组成。
士兵在进行射击训练过程中, 可以借助激光束来瞄准目标, 然后扣动扳机触发激光发射器, 这样就可以使激光光束平行地传输到所描述的目标。
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摘要本毕业设计主要设计自主研发的激光打靶系统的信号处理过程，继而实现整个打靶系统。
激光打靶系统主要包括半导体激光枪、光电探测器和信号处理电路，信号处理过程是整个系统的关键。
激光打靶的打靶过程，由激光枪发射激光脉冲信号，光电靶接收激光脉冲信号，经过系列信号处理过程最终得到打靶的结果。
光电靶由许多块的光电探测器组成，每块不同位置的光电探测器对应不同编号，从打靶的实际情况出发，确定了相应的编号规则。
打靶的成绩由激光所击中的光电探测器的编号来判定。
激光打靶系统的主要信号处理过程包括：信号的放大、编码和数据传输。
信号由光电探测器检测后传送到相应的放大电路，放大电路采用集成运算放大器。
按原先对光电探测器的编码规则采用多路优先编码器对信号进行编码。
最后把编码值以串口的形式传送到计算机，利用计算机的强大功能对打靶结果进行各种处理。
与计算机之间的串行数据传输由89C2051单片机实现。
89C2051单片机的程序，使用keil编译器进行设计和调试完成，其主要功能是控制数据的串行传送，实现与计算机的串口通信。
该信号处理系统实现了对信号的良好检测。
与计算机之间的串口通信可以实现数据在计算机上的显示、统计、储存等功能，为打靶者提供非常直接、准确的打靶结果，有利于提高打靶效果。
关键词：激光打靶；信号处理；信号编码；串行传输ABSTRACTThe main aim of this thesis is to design and realize signal processing of a self-developed laser target shooting system and then realize the whole laser target shooting system. The laser target shooting system consists of semiconductor laser gun, photoelectric detector, and signal processing circuit, which is the key part of the whole system. Laser target shooting process go though following steps: laser gun emitted a pulse of laser, which would be received by the laser target and the results of shooting will be shown on screen of computer by series signal processing. The laser target consists of some silicon photoelectric units that were encoded with different numbers according to certain rule. The result of the shooting will be got when detecting the number of the photoelectric unit that receives the laser pulse.The signal processing of the laser target shooting system mainly consists of signal amplification, signal encoding and data transmission. The inspected photoelectric signal was then amplified by operator amplifiers, coded by multiplex priority encoder according to the prearranged rule, and then transferred to computer by 89C2051 MCU through its serial port. And then computer can process the signal. The program of 89C2051 MCU is designed in keil and debugged using keil compiler. It is designed to control the data transmission with computer.The designed signal processing system can detect signal effectively. Through the serial data transmission, computer can process the shooting result, such as display, statistics and storage etc. It provide direct and exact shooting result for trainer, so it can increase the efficiency of the shooting training.Key words：laser target shooting；signal amplification；signal encode；serial data transmission1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5－10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[6]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。
计算机处理信号处理电路 半导体激光器 激光枪扳机光电探测器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（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，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。