专利名称：一种导弹发射演习用数据采集系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及导弹发射演习技术领域，尤其是涉及一种导弹发射演习用数据采集系统。
背景技术：
单兵反坦克导弹已经发展了三代，我军采用“视线指令制导体制”的二代反坦克导弹，装备量最大，在以后相当长的时间内依然是主要的单兵反坦克武器。采用“视线指令制导体制”的单兵反坦克导弹包括导弹发射装置和导弹两部分。对武器系统状态进行评估需要测量的信号包括模拟信号(导弹发射装置发出的对导弹的俯仰控制信号和偏航控制信号，以及陀螺测量到的导弹的俯仰信号和偏航信号)和时序信号(导弹热电池激活信号、导弹击发信号和测角仪大小视场转换信号)。在演习过程中，针对反坦克导弹射击效果的评判，需要记录两方面的内容:射手的射击过程是否正确，导弹武器系统是否正常。目前，评判的依据只是看导弹是否击中目标，没有对射击过程中射手的操作水平进行评价，也没有对武器系统的性能进行评价，目前尚无关于演习用针对导弹的数据记录仪的公开文献。而在靶场对导弹进行测试试验时，测试设备大多是站在第三方的角度去评判武器系统或射手的状态，没有从射手角度去对数据和操作过程进行记录，且靶场测试设备比较庞大，不适合应用在演习中。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种导弹发射演习用数据采集系统，其结构简单，安装、使用方便，设计新颖合理，数据记录精度高，判断准确性好，功能完备，实用性强，使用效果好，推广应用价值高。为解决上述技术问 题，本实用新型采用的技术方案是:一种导弹发射演习用数据采集系统，其特征在于:包括用于安装在导弹发射装置上测角仪顶部且用于对导弹发射装置射击数据进行采集记录的导弹发射装置数据记录装置和用于对所述导弹发射装置数据记录装置记录的导弹发射装置数据进行分析处理及显示的上位计算机，所述导弹发射装置数据记录装置包括ARM微控制器模块和为系统中各用电模块供电的电源模块，以及与所述ARM微控制器模块相接的DSP数字信号处理器模块、数据存储卡插槽和USB接口电路模块，所述电源模块为系统中各用电模块供电的供电回路中串联有电源开关，所述ARM微控制器模块的输入端接有视频解码器、A/D转换电路模块和用于将导弹发射装置发出的时序信号电压转换为ARM微控制器模块能够接收的电压的第一电压转换电路模块，所述视频解码器的输入端接有摄像头，所述第一电压转换电路模块的输入端通过时序信号采集电缆与导弹发射装置的时序信号输出端相接，所述A/D转换电路模块的输入端接有用于将导弹发射装置发出的模拟信号电压转换为A/D转换电路模块能够接收的电压的第二电压转换电路模块，所述第二电压转换电路模块通过模拟信号采集电缆与导弹发射装置的模拟信号输出端相接，所述数据存储卡插槽中接有数据存储卡，所述USB接口电路模块上接有用于输入控制参数的键盘，所述ARM微控制器模块的输出端接有视频输出接口，所述视频输出接口的输出端接有显示器；所述上位计算机的USB接口上连接有用于读取数据存储卡中所存储的数据的读卡器。上述的一种导弹发射演习用数据采集系统，其特征在于:所述ARM微控制器模块为芯片S3C2410。上述的一种导弹发射演习用数据采集系统，其特征在于:所述DSP数字信号处理器模块为芯片TMS320DM642。上述的一种导弹发射演习用数据采集系统，其特征在于:所述数据存储卡为SD卡。上述的一种导弹发射演习用数据采集系统，其特征在于:所述SD卡的容量为SG 16G。上述的一种导弹发射演习用数据采集系统，其特征在于:所述视频解码器为视频解码芯片SAA7113。本实用新型与现有技术相比具有以下优点:1、本实用新型结构简单，设计新颖合理，体积小，重量轻，强度高，安装在导弹发射装置上测角仪的顶部使用，能保证导弹发射装置数据记录装置连续工作4 6小时，记录过程自动完成，不需要射手参与，安装、使用方便，演习过程中不影响射手的操作。2、本实用新型为基于ARM+ DSP的架构，ARM微控制器模块用于处理进程、信号量、文件操作等功能，DSP数字信号处理器模块用于对采集到的视频数据进行压缩处理，增长了该导弹发射装置数据记录装置的数据记录时间；数据存储采用容量为8G 16G的SD卡，数据存储容量大，能保证记录10发以上导弹的射击过程。3、本实用新型记录的数据，能够在上位计算机中进行回放，回放过程中，人为观察视频图像中坦克图像的几何中心是否在红色十字线的中心位置处，就能判断射手的瞄准位置是否正确，当视频图像中坦克图像的几何中心不在红色十字线的中心位置处时，说明射手的瞄准位置有偏差，当视频图像中坦克图像的几何中心在红色十字线的中心位置处时，说明射手的瞄准位置正确；当射手的瞄准位置有偏差时，说明射手未进行正确瞄准，当射手的瞄准位置正确但导弹射击有偏差时，说明是导弹或导弹发射装置出现了故障，再根据模拟信号数据的二维曲线和时序信号的信号灯判断导弹或导弹发射装置的故障原因，为演习过程中对射手的操作水平的评价提供了依据。4、本实用新型能够校正由于导弹发射装置数据记录装置的安装引起的数据记录误差，而且只需要在安装后采集、记录一次误差即可实现对多次演习记录的数据的修正，数据记录精度高，判断准确性好。5、本实用新型能够记录及分析处理的数据包括摄像头对演习过程中射手对坦克的射击过程的视频数据、模拟信号数据(导弹发射装置发出的对导弹的俯仰控制信号和偏航控制信号，以及陀螺测量到的导弹的俯仰信号和偏航信号)和时序信号数据(导弹热电池激活信号、导弹击发信号和测角仪大小视场转换信号)，不仅能够对射击演习过程中射手的操作水平进行评价，还能够对导弹发射装置的性能进行评价，对于导弹和导弹发射装置的改进以及射手训练方案的制定起着至关重要的作用。6、本实用新型的实用性强，使用效果好，推广应用价值高。[0018]综上所述，本实用新型结构简单，安装、使用方便，设计新颖合理，数据记录精度高，判断准确性好，功能完备，实用性强，使用效果好，推广应用价值高。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本实用新型的电路原理框图。附图标记说明:I—ARM微控制器模块；2—电源模块；3 — DSP数字信号处理器模块；4一数据存储卡插槽；5 —USB接口电路模块；6 —电源开关；7—视频解码器；8 —A/D转换电路模块；9一第一电压转换电路模块；10—摄像头；11 一第二电压转换电路模块；12—数据存储卡；13—键盘；14一视频输出接口 ；15—显不器；16—上位计算机；17—读卡器。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型所述的一种导弹发射演习用数据采集系统，包括用于安装在导弹发射装置上测角仪顶部且用于对导弹发射装置射击数据进行采集记录的导弹发射装置数据记录装置和用于对所述导弹发射装置数据记录装置记录的导弹发射装置数据进行分析处理及显示的上位计算机16，所述导弹发射装置数据记录装置包括ARM微控制器模块I和为系统中各用电模块供电的电源模块2，以及与所述ARM微控制器模块I相接的DSP数字信号处理器模块3、数据存储卡插槽4和USB接口电路模块5，所述电源模块2为系统中各用电模块供电的供电回路中串联有电源开关6，所述ARM微控制器模块I的输入端接有视频解码器7、A/D转换电路模块8和用于将导弹发射装置发出的时序信号电压转换为ARM微控制器模块I能够接收的电压的第一电压转换电路模块9，所述视频解码器7的输入端接有摄像头10， 所述第一电压转换电路模块9的输入端通过时序信号采集电缆与导弹发射装置的时序信号输出端相接，所述A/D转换电路模块8的输入端接有用于将导弹发射装置发出的模拟信号电压转换为A/D转换电路模块8能够接收的电压的第二电压转换电路模块11，所述第二电压转换电路模块11通过模拟信号采集电缆与导弹发射装置的模拟信号输出端相接，所述数据存储卡插槽4中接有数据存储卡12，所述USB接口电路模块5上接有用于输入控制参数的键盘13，所述ARM微控制器模块I的输出端接有视频输出接口 14，所述视频输出接口 14的输出端接有显示器15 ;所述上位计算机16的USB接口上连接有用于读取数据存储卡12中所存储的数据的读卡器17。本实施例中，所述ARM微控制器模块I为芯片S3C2410。所述DSP数字信号处理器模块3为芯片TMS320DM642。所述数据存储卡12为SD卡。所述SD卡的容量为8G 16G。所述视频解码器7为视频解码芯片SAA7113。由于导弹发射装置发出的时序信号电压为O 10V，ARM微控制器模块I能够接收的电压为O 3.3V，因此需要所述第一电压转换电路模块9将导弹发射装置发出的时序信号电压转换为ARM微控制器模块I能够接收的电压；由于导弹发射装置发出的模拟信号电压为一 IOV 10V，A/D转换电路模块8能够接收的电压为O 3.3V，因此需要所述第二电压转换电路模块11将导弹发射装置发出的模拟信号电压转换为A/D转换电路模块8能够接收的电压。[0026]具体实施时，存储到SD卡中的视频文件图像分辨率为720X576，导弹发射过程一般都在30s以内，因此能保证记录10发以上导弹的射击过程。摄像头10采用高清摄像头，且高清摄像头的放大倍率与导弹发射装置上光学瞄准镜的放大倍率相同。导弹发射装置数据记录装置设置在铝制外壳内，体积小，重量轻，强度高，安装、使用方便，演习过程中不影响射手的操作。电源模块2采用大容量锂电池，能保证导弹发射装置数据记录装置连续工作4 6小时，记录过程自动完成，不需要射手参与。采用本实用新型进行导弹发射演习数据采集分析的方法，包括以下步骤:步骤一、安装:将导弹发射装置数据记录装置固定在导弹发射装置上测角仪的顶部，将摄像头10对准导弹发射装置的射击方向，并将导弹发射装置数据记录装置的模拟信号采集电缆连接到导弹发射装置上的模拟信号输出端上，将导弹发射装置数据记录装置的时序信号采集电缆连接到导弹发射装置上的时序信号输出端上；步骤二、基准数据采集及记录，其具体过程为:步骤201、在导弹发射装置前方2000米处设立一个标准十字靶标，操作导弹发射装置，使导弹发射装置上光学瞄准镜中的瞄准十字线中心与十字靶标的中心重合；步骤202、打开导弹发射装置数据记录装置的电源开关6，操作键盘13进入设置模式，视频解码器7对摄像头10采集到的视频图像进行解码后输出给ARM微控制器模块1，ARM微控制器模块I对其接收到的视频图像信号进行分析处理，调用第一十字线绘制模块并在视频图像的中心叠加一个白色十字线，再将叠加了白色十字线后的视频图像通过视频输出接口 14传输给显示器15进行显示；步骤203、观察显示在显示器15上叠加有白色十字线的视频图像，判断视频图像上白色十字线的中心与十字靶标的中心是否重合，当白色十字线的中心与十字靶标的中心重合时，直接进入步骤三；当白色十字线的中心与十字靶标的中心不重合时，操作键盘13上的方向键，ARM微控制器·模块I通过USB接口电路模块5接收键盘13输入的数据并根据键盘13操作移动白色十字线的位置，使白色十字线的中心移动到十字靶标的中心；步骤204、操作键盘13上的回车键，ARM微控制器模块I将白色十字线的中心移动到十字靶标的中心时白色十字线与图像中心的横向像素偏差值和纵向像素偏差值存储到数据存储卡12中；具体实施时，当白色十字线的中心与十字靶标的中心重合时，白色十字线与图像中心的横向像素偏差值和纵向像素偏差值均为O;步骤205、关闭导弹发射装置数据记录装置的电源开关6，移除键盘13和显示器15 ；步骤二的功能是采集、记录视频图像的中心与射手瞄准点之间的误差，此误差是由于导弹发射装置数据记录装置固定在导弹发射装置上测角仪的顶部后，摄像头10的光轴与导弹发射装置的光学瞄准镜光轴之间不平行引起的，其实质就是记录射手的瞄准点与视频图像的中心之间的像素偏差，此偏差数据是由于导弹发射装置数据记录装置的安装引起的，只需要在安装后采集、记录一次即可。步骤三、射击数据采集及记录，其具体过程为:步骤301、打开导弹发射装置数据记录装置的电源开关，等待5秒钟后，导弹发射装置数据记录装置自动进入记录模式；步骤302、所述ARM微控制器模块每隔Tms通过A/D转换电路模块和第二电压转换电路模块对导弹发射装置模拟信号输出端输出的模拟信号进行采样，其中，第二电压转换电路模块将导弹发射装置发出的模拟信号电压转换为A/D转换电路模块能够接收的电压，A/D转换电路模块将第二电压转换电路模块处理得到的模拟信号转换成数字信号传输给ARM微控制器模块，ARM微控制器模块对A/D转换电路模块处理得到的数字信号进行采样并将采样得到的采样数据存入长度为η个数据的循环缓冲区中；其中，导弹发射装置的模拟信号输出端输出的模拟信号为一 IOV IOV的电压信号，包括导弹发射装置发出的对导弹的俯仰控制信号和偏航控制信号，以及陀螺测量到的导弹的俯仰信号和偏航信号；其中，T的取值范围为0.2 1，η为偶数且取值范围为1000彡η彡3000 ；步骤303、所述ARM微控制器模块对循环缓冲区中的陀螺测量到的导弹的俯仰信号和偏航信号进行分析处理，当循环缓冲区中陀螺测量到的导弹的俯仰信号和偏航信号的
η个采样数据中有*个采样数据对应的电压值大于5V或小于-5V时，说明导弹已经开始工2
作，射手进入了射击状态，此时，所述ARM微控制器模块开始记录视频数据、模拟信号数据和时序信号数据并存储到数据存储卡中；其中，所述ARM微控制器模块对视频数据的记录过程为:摄像头对演习过程中射手对坦克的射击过程进行视频拍摄并将所拍摄到的视频图像信号输出给视频解码器，视频解码器对摄像头传来的视频图像信号进行解码后输出给ARM微控制器模块，ARM微控制器模块将解码后的视频图像信号传输给DSP数字信号处理器模块，DSP数字信号处理器模块对其接收到的视频图像信号进行压缩处理后输出给ARM微控制器模块，ARM微控制器模块将压缩处理后的视频图像信号生成视频文件并存储到数据存储卡中； 其中，所述ARM微控制器模块对模拟信号数据的记录过程为:所述ARM微控制器模块每隔Tms通过A/D转换电路模块和第二电压转换电路模块对导弹发射装置模拟信号输出端输出的模拟信号进行采样，其中，第二电压转换电路模块将导弹发 射装置发出的模拟信号电压转换为A/D转换电路模块能够接收的电压，A/D转换电路模块将第二电压转换电路模块处理得到的模拟信号转换成数字信号传输给ARM微控制器模块，ARM微控制器模块对A/D转换电路模块处理得到的数字信号进行采样，首先将采样得到的采样数据存入长度为η个数据的循环缓冲区中，然后分析处理为数据文件并存储到数据存储卡中；其中，所述ARM微控制器模块对时序信号数据的记录过程为:所述ARM微控制器模块每隔Tms通过第一电压转换电路模块对导弹发射装置时序信号输出端输出的时序信号进行采样，其中，第一电压转换电路模块将导弹发射装置发出的时序信号电压转换为ARM微控制器模块能够接收的电压，ARM微控制器模块对第一电压转换电路模块处理得到的时序信号进行采样并分析处理为数据文件后存储到数据存储卡中；其中，导弹发射装置的时序信号输出端输出的时序信号为O IOV的开关量电压信号，包括导弹热电池激活信号、导弹击发信号和测角仪大小视场转换信号；步骤304、所述ARM微控制器模块对循环缓冲区中的陀螺测量到的导弹的俯仰信号和偏航信号进行分析处理，当循环缓冲区中陀螺测量到的导弹的俯仰信号和偏航信号的η个采样数据全部为O时，说明导弹已经爆炸，射手已经完成射击过程，此时，所述ARM微控制器模块停止记录视频数据、模拟信号数据和时序信号数据；步骤305、返回步骤302，重新开始射击数据采集及记录过程，直至演习结束，关闭导弹发射装置数据记录装置的电源开关；步骤四、数据下载、分析处理及显示，其具体过程为:步骤401、将数据存储卡12从数据存储卡插槽4中取出并插入读卡器17中，上位计算机16通过读卡器17读取存储在数据存储卡12中的视频数据、模拟信号数据和时序信号数据，并调用数据回放模块对视频数据、模拟信号数据和时序信号数据进行同步显示；其中，视频数据以视频图像的形式进行显示；模拟信号数据以二维曲线的形式进行显示，二维曲线的横坐标为时间，纵坐标为电压，导弹发射装置发出的对导弹的俯仰控制信号和偏航控制信号，以及陀螺测量到的导弹的俯仰信号和偏航信号四种模拟信号用四种不同颜色的二维曲线区分，显示在同一个图上；时序信号以信号灯的形式进行显示，导弹热电池激活信号、导弹击发信号和测角仪大小视场转换信号三种时序信号用三种不同颜色的信号灯区分，当时序信号为高电平时，信号灯点亮，当时序信号为低电平时，信号灯熄灭；步骤402、上位计算机16通过读卡器17读取存储在数据存储卡12中的白色十字线的中心移动到十字靶标的中心时白色十字线与图像中心的横向像素偏差值和纵向像素偏差值数据，调用第二十字线绘制模块并在步骤401中显示的视频图像上按照所述横向像素偏差值和纵向像素偏差值数据绘制一个红色十字线；实质上，红色十字线的位置就是在白色十字线移动到十字靶标的中心时的位置，即红色十字线表示了射手的瞄准点；步骤403、在视频图像回放过程中，人为观察视频图像中坦克图像的几何中心是否在红色十字线的中心位置处，进而判断射手的瞄准位置是否正确；当视频图像中坦克图像的几何中心不在红色十字线的中心位置处时，说明射手的瞄准位置有偏差，当视频图像中坦克图像的几何中心在红色十字线的中心位置处时，说明射手的瞄准位置正确；当射手的瞄准位置有偏差时，说明射手未进行正确瞄准，当射手的瞄准位置正确但导弹射击有偏差时，说明是导弹或导弹发射装置出现了故障，再根据模拟信号数据的二维曲线和时序信号的信号灯判断导弹或导弹发射装置的故障原因。具体实施时，当导弹发射装置发出的对导弹的俯仰控制信号和偏航控制信号正确，且导弹热电池激活信号、导弹击发信号和测角仪大小视场转换信号正确时，但陀螺测量到的导弹的俯仰信号和偏航信号不正确时，说明是导弹自身出现了故障；当导弹发射装置发出的对导弹的俯仰控制信号和偏航控制信号不正确，或导弹热电池激活信号、导弹击`发信号和测角仪大小视场转换信号正确，而陀螺测量到的导弹的俯仰信号和偏航信号有正确响应时，说明是导弹发射装置出现了故障，再根据模拟信号和时序信号判断导弹发射装置故障原因。其中，步骤302和步骤303中所述T的取值为0.5。步骤302、步骤303和步骤304中所述η的取值均为2000。综上所述，本发明不仅能够对射击演习过程中射手的操作水平进行评价，还能够对导弹和导弹发射装置的性能进行评价，对于导弹和导弹发射装置的改进以及射手训练方案的制定起着至关重要的作用。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
权利要求1.一种导弹发射演习用数据采集系统，其特征在于:包括用于安装在导弹发射装置上测角仪顶部且用于对导弹发射装置射击数据进行采集记录的导弹发射装置数据记录装置和用于对所述导弹发射装置数据记录装置记录的导弹发射装置数据进行分析处理及显示的上位计算机(16)，所述导弹发射装置数据记录装置包括ARM微控制器模块(I)和为系统中各用电模块供电的电源模块(2)，以及与所述ARM微控制器模块(I)相接的DSP数字信号处理器模块(3)、数据存储卡插槽(4)和USB接口电路模块(5)，所述电源模块(2)为系统中各用电模块供电的供电回路中串联有电源开关(6)，所述ARM微控制器模块(I)的输入端接有视频解码器(7)、A/D转换电路模块(8)和用于将导弹发射装置发出的时序信号电压转换为ARM微控制器模块(I)能够接收的电压的第一电压转换电路模块(9)，所述视频解码器(7)的输入端接有摄像头(10)，所述第一电压转换电路模块(9)的输入端通过时序信号采集电缆与导弹发射装置的时序信号输出端相接，所述A/D转换电路模块(8)的输入端接有用于将导弹发射装置发出的模拟信号电压转换为A/D转换电路模块(8)能够接收的电压的第二电压转换电路模块(11)，所述第二电压转换电路模块(11)通过模拟信号采集电缆与导弹发射装置的模拟信号输出端相接，所述数据存储卡插槽(4)中接有数据存储卡(12)，所述USB接口电路模块(5)上接有用于输入控制参数的键盘(13)，所述ARM微控制器模块(O的输出端接有视频输出接口(14)，所述视频输出接口(14)的输出端接有显示器(15)；所述上位计算机(16)的USB接口上连接有用于读取数据存储卡(12)中所存储的数据的读卡器(17)。·
2.按照权利要求1所述的一种导弹发射演习用数据采集系统，其特征在于:所述ARM微控制器模块(I)为芯片S3C2410。
3.按照权利要求1所述的一种导弹发射演习用数据采集系统，其特征在于:所述DSP数字信号处理器模块(3)为芯片TMS320DM642。
4.按照权利要求1所述的一种导弹发射演习用数据采集系统，其特征在于:所述数据存储卡(12)为SD卡。
5.按照权利要求4所述的一种导弹发射演习用数据采集系统，其特征在于:所述SD卡的容量为8G 16G。
6.按照权利要求1所述的一种导弹发射演习用数据采集系统，其特征在于:所述视频解码器(7)为视频解码芯片SAA7113。
专利摘要本实用新型公开了一种导弹发射演习用数据采集系统，包括导弹发射装置数据记录装置和上位计算机，导弹发射装置数据记录装置包括ARM微控制器模块、电源模块、DSP数字信号处理器模块、数据存储卡插槽、USB接口电路模块、电源开关、视频解码器、A/D转换电路模块、第一电压转换电路模块和视频输出接口，视频解码器的输入端接有摄像头，A/D转换电路模块的输入端接有第二电压转换电路模块，数据存储卡插槽中接有数据存储卡，USB接口电路模块上接有键盘，视频输出接口的输出端接有显示器；上位计算机的USB接口上连接有读卡器。本实用新型结构简单，设计新颖合理，数据记录精度高，判断准确性好，功能完备，推广应用价值高。
文档编号G06F17/40GK203102282SQ20132011230
公开日2013年7月31日 申请日期2013年3月12日 优先权日2013年3月12日
发明者钱卫香 申请人:西安科技大学