反狙击手探测系统

反狙击手探测系统

一、概述：

反狙击手探测系统可分为声控测、红外探测和激光探测三种。比较成熟的产品有法国米特拉维公司的皮勒尔MK II型狙击手探测系统、美国BBN公司研制的“枪弹定位器”声学反狙击手系统、美国AAI公司研制的PDCue 反狙击手声探测系统。

1、声探测系统

反狙击手声测定位系统确定狙击手的位置，是通过接收并测量狙击步枪的膛口激波和弹丸行产生的冲击波来实现的。通常只能探测超声速弹丸。系统的关键部件是可以感应到爆炸并能测出爆炸声学探测器反狙击手探测系统有单兵佩挂型、固定设置型和机动平台运载型。

在一般情况下，轻武器射击时会发出两种冲击波，一种是超音速枪弹产生的冲击波，另一种是推进火药产生的枪口冲击波。在较短距离内，通过两种冲击波的到达方向和时间就能精确判断出枪手的位置。如果距离较远，则需要考虑枪弹的弹道和冲击波参数，例如通过冲击波产生的压力和周期可以判断枪弹的型号。反狙击手声探测系统以是利用上述原理工作的。

2、红外狙击手探测定位仪

红外反狙击手探测定位是通过探测枪口闪光不口跟踪飞行弹丸，来确定敌方狙击手的位置的系统。

3、激光狙击手探测定位仪

利用敌狙击步枪上的光学瞄准镜易反射光线的原理探测敌方狙击手的装置。该探测定位仪由红外半导体激光照明器、护眼激光测距仪、摄像机和全球定位系统组成。工作时，首先用激光器扫描复杂的敌情方向，当激光器的光束照射到敌狙击手步枪瞄准镜时，由于其反射激光的能力比周围背景的反射能力强，因此被摄像机接收下来，将其位置叠加在场景的电视画面上，从而在狙击手射击前即可发现其位置。

声探测和红外探测反狙击手探测系统探测概率很高(一般在90%以上)、反应时间很短(一般在10秒以内)，为探测射击方位、扣击敌狙击手创造了很优越的先决条件。旦从作战效能角度讲，这仅仪足一个“亡羊补牢”之下策。因为敌人先我攻击、占据主动，“生死劫”可能就发坐在那短短的几秒钟。

二、声探测系统定位原理

狙击手声探测定位系统(如图1) 通过布置一系列声传感器,通过精确测定枪口激波和弹丸飞行激波到达每个传感器的时间差,可以精确计算出射击位置,以及弹丸飞行弹道、飞行速度和枪械口径。

1 系统的组成

图2 为被动声定位系统的硬件部分。系统将采集到的声信号送入数字信号处理器,通过时延估计和定位算法实现对目标的定位。

(1) 传声器是智能雷弹系统的耳朵,它通过其敏感元件把声信号转换成电信号,再经过前置精密放大电路后以电压形式输出。其质量和性能直接影响到系统的精度和能否正确反映被测信号的全部信息。本系统采用的是驻极体式电容传声器。

(2)因为声源的位置不同,到达接收器的信号幅度强弱不同,因此选用数控放大电路。

(3)信号采集电路的分辨率和采样率是影响时延估计精度的重要因素,因此,采集电路的设计必须采用高分辨率,高采样率的数据采集系统。

(4) DSP 是信号处理的核心,处理速度影响整个反狙击系统的反应速度,所以在成本允许的情况下,应选用处理能力越强、运算速度越快的DSP。本系统采用TI 公司的TMS320C6711 浮点型DSP 芯片,其指令周期为617 ns。

(5)由于DSP 直接接口需要DSP 插入大量的等待周期,会导致实时显示与高速显示存在难

以调和的矛盾,影响了通用方便性。鉴于此,用一片单片机来实现显示功能,DSP 只要往外部存储器里写进数据,单片机根据读出的信息看是否显示,这样方便了编制程序以显示DSP 的运行状态,克服了上述矛盾。

(6) 由于测量精度的原因(假设目标距离为100 m ,如果测出的角度有011°的误差,则子弹击中的目标距实际声源将有0117 m 的误差) 及怕误伤到别人,因此本系统中未包含狙枪自动反

击部分,而只是对目标方位进行检测和显示,人为进行反击。

2 系统定位原理及算法

声探测定位技术是利用目标发出的噪声来对目标进行定位的。如何设计性能优良、结构简单合理的声阵是被动声定位的关键技术之一。传声器阵列可分为线阵、面阵和立体阵。线阵结构简单,但线阵只能对阵列所在直线为界的半个平面进行定位。面阵可以在整个平面对目标进行定位,也可以对阵列所在平面为界的半个空间进行定位。立体阵则可以对整个空间进行定位,但其算法要复杂的多。从实际应用角度考虑,采用立体正方形阵来进行目标定位。立体阵声探测定位系统传声器的布置如图3 所示。其中S 表示目标点声源, M1 , M2 , M3 和M4 分别表示4 个传声器。采用直角坐标系表示,4 个传声器位于xoy平面上。设基阵边长为L ,

M 1 , M 3 高为h ,则传声器的坐标分别为M 1 (L/ 2 , L/ 2 , h) , M 2 ( L/ 2 , L/ 2 ,0) , M 3 (L/ 2 ,- L/ 2 , h) , M 4 ( L/ 2 , - L/ 2 ,0) 。目标点声源的坐标为( x , y , z) 。S 点距原点距离为r ,目标方位角为φ,仰角为θ,设声源S 到M 1 , M 2 , M 3 和M 4 的距离分别为r 1 , r 2 , r 3和r 4 。并规定dij 表示传声器Mi 与M j 距点声源的距离差,即:

在直角坐标系中,可以得到如下方程组:

2222

22221222212122221312222

141(/2)(/2)()(/2)(/2)()

(/2)(/2)()()(/2)(/2)()x y z r x L y L z h r x L y L z r d x L y L z h r d x L y L z r d ⎧++=⎪-+-+-=⎪⎪++-+=+⎨⎪++++-=+⎪⎪-+++=+⎩

解方程可得:

31423142tan ()/()cos d d d d φθ=+-⎧⎪⎨=⎪⎩ 2222412131131412122()

h d d d r d d d ++-=-- 通过对延时的计算可以得到延时距离，然后根据上面公式就可以得到狙击手的空间坐标。

三、国外反狙击手系统的进展

1、声学枪击探测系统

目前，大多数声学枪击探测系统都源自业内从事反潜艇声纳系统开发的公司，在该领域内声学处理技术至关重要。这些声学枪击探测系统主要包括达信公司 AAI 分公司的 PDCue 系统、BBN 技术有限公司的“回旋镖”（BOOMERANG ）系列、Metravib 公司的PILAR 系列、奎奈蒂克北美公司的 EARS/SWA TS 系列以及厄尔特拉电子设备公司的步枪安装枪击定位仪（RMGL ）。上述产品大多数都拥有固定式、便携式和车辆安装式，而体积更小、价格更低的士兵穿戴型仍在研发之中。

PDCue 系统