本发明属于火力控制领域，具体涉及一种基于射击散布的机枪射击门设计方法及系统。
背景技术：
射击门的概念一般在坦克火炮系统中提出，是保证首发命中率的关键技术，坦克炮的射击门控制是以牺牲射击时机来保证首发命中率的。机枪射击门与坦克炮射击门不同，机枪射击不如坦克炮的威力大，有时不能保证一发弹丸就能毁伤目标，但具有单位时间内能进行多次射击的优势，因此不能像坦克炮一样将首发命中率作为目标函数设计机枪射击门，而是采用射击散布来进行设计，以保证机枪在行进间射击命中率。
遥控武器站是集成了光电搜跟系统、随动稳定系统、发射控制系统以及多种精密武器的综合化、智能化、模块化的武器系统。武器站机枪在车载行进间的射击过程中，由于行进间路面颠簸以及车体自身的振动干扰，简单地依靠人为的瞄准射击已经不能满足机枪射击精度要求，即使经验丰富的射手也难以把握最佳的射击时机来保证机枪命中精度。因此，机枪射击需要建立一套更加智能化与高效化的射击体制，在此基础上，提出了机枪射击门概念，依靠射击门算法选择合适的射击时机保证机枪命中率。
当武器站采用无线方式操控时，不仅存在有人武器站射击精度问题，同时还存在图像数据无线传输延时造成目标跟踪不稳定的困扰，要保证在延时状况下射击精度，也需要制定一套完善的射击策略。
技术实现要素：
鉴于现有技术中存在的技术缺陷和技术弊端，本发明实施例提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的，具体方案如下：
一种基于射击散布的机枪射击门设计方法，所述方法包括：
步骤1，火控观瞄系统在发现目标后，对目标进行框选并作为目标跟踪框；
步骤2，确定跟踪目标后，将目标拉至观瞄中心，并建立以目标中心为原点的直角坐标系；
步骤3，对目标跟踪框进行调整，使目标图像边缘与目标跟踪框边缘重合，从而修正目标跟踪框大小；
步骤4，对目标进行激光测距，根据距离信息解算射击门大小和位置，并通过成像换算显示在显控终端画面中；
步骤5，确定射击门是否处于靶面内，若处于，进行下一步；否则，调整机枪的俯仰角和方位角，使射击门进入到靶面内，同时使目标在俯仰方向的成像在视场中心，进行下一步；
步骤6，监测击发按钮状态，当射手按下击发按钮，判断是否满足射击条件，基于所述判断结果控制机枪射击。
进一步地，步骤4中，根据距离信息解算射击门大小和位置具体为：当射击距离确定后，根据机枪射表的射击散布数据插值得到该距离下机枪散布圆直径，通过随动伺服读取机枪枪轴线角度值，基于机枪枪轴线角度值确定射击门中心位置，以散布圆直径为边长的正方形作为机枪射击门，从而得到射击门大小，并通过射击门中心位置确定射击门的位置。
进一步地，所述散布圆直径计算公式为
进一步地，步骤5具体为：
以靶面中心为原点，建立直角坐标系，基于靶面的大小确定靶面四个角点的坐标，基于射击门大小和位置确定射击门四个角点的坐标，通过将射击门和靶面的四个角点的坐标位置进行比较，判断射击门是否在靶面内，具体如下：
令射击门左上、右上、左下和右下四个角点的坐标分别为(xa，ya)、(xb，yb)、(xd，yd)和(xc，yc)，靶面左上、右上、左下和右下四个角点的坐标分别为(xa，ya)、(xb，yb)、(xd，yd)和(xc，yc)；
若满足
进一步地，步骤6中，判断是否满足射击条件具体为：
在弹丸射击时，由于随动转台稳定角速度会使得弹丸产生沿枪口的切向速度，该切向速度称为牵连速度；
该牵连速度使弹丸在飞行过程中产生的目标距离偏差表示为：
其中wfw和wgd分别为机枪在方位方向的跟踪角速度和俯仰方向的跟踪角速度，为保证机枪在行进间射击时射击弹丸50％射击散布在靶面内，即至少保证50％的中靶率，需要增加发射判断条件；发射判断条件公式为：
其中，△b1为由于跟踪角速度引起的弹丸在方位方向上偏差值，△h1为由于跟踪角速度引起的弹丸在俯仰方向上偏差值；t为弹丸飞行时间，通过射表插值公式计算得到，l枪代表枪身管长度，k为放大系数，根据所需命中率确定，k越小，则命中率越高，射击时机的要求越高；k越大，命中率越底，射击时机的要求越低；
在行进间射击时按下击发按钮瞬间，若不满足发射判断条件，弹丸将不会击发，并进行读秒，在一定时间内再次进行发射条件判断，满足条件则击发弹丸。
作为本发明的第二方面，提供一种基于射击散布的机枪射击门设计系统，所述系统包括框选模块、修正模块、射击门解算模块、射击门判断调整模块和射击条件判断模块；
所述框选模块用于火控观瞄系统在发现目标后，对目标进行框选并作为目标跟踪框；
所述修正模块用于将目标拉至观瞄中心，并建立以目标中心为原点的直角坐标系，并对目标跟踪框进行调整，使目标图像边缘基本与目标跟踪框边缘重合，从而修正目标跟踪框大小；
所述射击门解算模块用于对目标进行激光测距，根据距离信息解算射击门大小和位置，并通过成像换算显示在显控终端画面中；
所述射击门判断调整模块用于确定射击门是否处于靶面内，若射击门不在靶面内，调整机枪的俯仰角和方位角，使射击门进入到靶面内，使目标在俯仰方向的成像在视场中心；
所述射击条件判断模块用于监测击发按钮状态，当射手按下击发按钮，判断是否满足射击条件，基于所述判断结果控制机枪射击；
进一步地，所述射击门解算模块具体用于：当射击距离确定后，根据机枪射表的射击散布数据插值得到该距离下机枪散布圆直径，读取机枪枪轴线角度值，基于机枪枪轴线角度值确定射击门中心位置，以散布圆直径为边长的正方形作为机枪射击门，从而得到射击门大小，并通过射击门中心位置确定射击门的位置。
进一步地，所述散布圆直径计算公式为
进一步地，所述射击门判断调整模块具体用于：以靶面中心为原点，建立直角坐标系，基于靶面的大小确定靶面四个角点的坐标，基于射击门大小和位置确定射击门四个角点的坐标，通过将射击门和靶面的四个角点的坐标位置进行比较，判断射击门是否在靶面内，具体如下：
令射击门左上、右上、左下和右下四个角点的坐标分别为(xa，ya)、(xb，yb)、(xd，yd)和(xc，yc)，靶面左上、右上、左下和右下四个角点的坐标分别为(xa，ya)、(xb，yb)、(xd，yd)和(xc，yc)；
若满足
进一步地，所述射击条件判断模块用于：在弹丸射击时，由于随动转台稳定角速度会使得弹丸产生沿枪口的切向速度，该切向速度称为牵连速度；
该牵连速度使弹丸在飞行过程中产生的目标距离偏差表示为：
其中wfw和wgd分别为机枪在方位方向的跟踪角速度和在俯仰方向的跟踪角速度，为保证机枪在行进间射击时射击弹丸50％射击散布在靶面内，即至少保证50％的中靶率，需要增加发射判断条件；发射判断条件公式为：
其中，△b1为由于跟踪角速度引起的弹丸在方位方向上偏差值，△h1为由于跟踪角速度引起的弹丸在俯仰方向上偏差值；t为弹丸飞行时间，通过射表插值公式计算得到，l枪代表枪身管长度，k为放大系数，根据所需命中率确定，k越小，则命中率越高，射击时机的要求越高；k越大，命中率越底，射击时机的要求越低；
在行进间射击时按下击发按钮瞬间，若不满足发射判断条件，弹丸将不会击发，并进行读秒，在一定时间内再次进行发射条件判断，满足条件则击发弹丸。
本发明具有以下有益效果：
1.武器站上装机枪在行进间射击时，依靠射手人为判断，难以把握最佳射击时机，导致机枪命中率很低，本发明采用机枪射击门算法可以依靠计算机系统判断出最佳的射击时机保证行进间机枪射击命中率，提高武器站行进间机枪射击精度。
2.当武器站采用遥控方式操控时，由于光电图像在无线传输延时，会造成跟踪射击不稳定进而导致射击命中率极低，射击门算法能有效避免图像延时造成的干扰，在命中率较高的时机进行射击，提高遥控武器站机枪射击精度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于射击散布的机枪射击门设计方法流程图；
图2为本发明实施例提供的机枪射击散布图；
图3为本发明实施例提供的目标框选跟踪示意图；
图4为本发明实施例提供的将目标拉至观瞄中心的示意图；
图5为本发明实施例提供的目标跟踪框调整示意图；
图6为本发明实施例提供的目标跟踪框调在目标靶面的位置的示意图；
图7为本发明实施例提供的观瞄系下射击门在目标靶面内的示意图；
图8为本发明实施例提供的观瞄系下射击门部分在目标靶面内的示意图；
图9为本发明实施例提供的观瞄系下射击门在目标靶面外的示意图；
图10为本发明实施例提供的弹丸速度与牵连速度关系示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，作为本发明的第一实施例，提供一种基于射击散布的机枪射击门设计方法，所述方法包括：
步骤1，火控观瞄系统在发现目标后，对目标进行框选并作为目标跟踪框，并提示射手，如图3所示；
步骤2，确定跟踪2号目标后，通过发射伺服系统自动将目标拉至观瞄中心，并建立以目标中心为原点的直角坐标系，如图4所示；
步骤3，对目标跟踪框进行调整，使目标图像边缘基本与目标跟踪框边缘重合，从而修正目标跟踪框大小，如图5所示；
步骤4，对目标进行激光测距，根据距离信息解算射击门大小和位置，并通过成像换算显示在显控终端画面中；
步骤5，如图6所示，确定射击门是否处于靶面内，若处于，进行下一步；否则，通过随动伺服调整机枪的俯仰角和方位角，使射击门进入到靶面内，同时通过观瞄伺服调整使目标在俯仰方向的成像在视场中心，进行下一步；
步骤6，监测击发按钮状态，当射手按下击发按钮，判断是否满足射击条件，基于所述判断结果控制机枪射击。
优选地，步骤4中，根据距离信息解算射击门大小和位置具体为：当射击距离确定后，根据机枪射表的射击散布数据插值得到该距离下机枪散布圆直径，通过随动伺服读取机枪枪轴线角度值，基于机枪枪轴线角度值确定射击门中心位置，以散布圆直径为边长的正方形作为机枪射击门，从而得到射击门大小，并通过射击门中心位置确定射击门的位置。
优选地，所述散布圆直径计算公式为
射击散布概念：以12.7mm机枪射击为例，机枪在朝向目标中心点射击后会在目标靶面上形成一个散布区域，如图2，该图通过蒙特卡洛打靶法仿真得到，表示机枪在距离目标500m处射击4.6m×2.3m静止靶面散布效果图，定义为射击弹丸100％散布圆半径，r50为射击弹丸50％散布圆半径，如图中圆圈所示。
优选地，步骤5具体为：
以靶面中心为原点，建立直角坐标系，基于靶面边长即可确定靶面四个角点的坐标，基于射击门的中心位置坐标以及边长即可确定射击门四个角点的坐标，通过将射击门和靶面的四个角点的坐标位置进行比较，判断射击门是否在靶面内，具体如下：
令射击门左上、右上、左下和右下四个角点的坐标分别为(xa，ya)、(xb，yb)、(xd，yd)和(xc，yc)，靶面左上、右上、左下和右下四个角点的坐标分别为(xa，ya)、(xb，yb)、(xd，yd)和(xc，yc)；
若满足
如图8所示，为射击门不完全在目标靶面内的示意图，此时射击时将不能保证50％的中靶率，为了提高命中率，射手需调整机枪使射击门移至靶面内进行射击；射击门中心线与靶面中心线误差越小，中靶率越高。
如图9所示，此时，射击门在目标靶面外，此时射击中靶率将极低，为了提高中靶率，射手需调整机枪使射击门向靶面移动，射击门中心线与靶面中心线误差值越小，中靶率越高。
进一步地，步骤6中，判断是否满足射击条件具体为：
如图10所示，在弹丸射击时，由于随动转台稳定角速度会使得弹丸产生沿枪口的切向速度，该切向速度称为牵连速度；
该牵连速度使弹丸在飞行过程中产生的目标距离偏差表示为：
其中wfw和wgd分别为随动伺服在方位方向跟踪角速度和俯仰方向跟踪角速度，为保证机枪在行进间射击时射击弹丸50％射击散布在靶面内，即至少保证50％的中靶率，需要增加发射判断条件；发射判断条件公式为：
其中，△b1为由于跟踪角速度引起的弹丸在方位方向上偏差值，△h1为由于跟踪角速度引起的弹丸在方位方向上偏差值；t为弹丸飞行时间，通过射表插值公式计算得到，l枪代表枪身管长度，单位为米，k为放大系数，根据所需命中率确定，k越小，则命中率越高，射击时机的要求越高；k越大，命中率越底，射击时机的要求越低；
在行进间射击时按下击发按钮瞬间，若不满足发射判断条件，弹丸将不会击发，此时进行读秒，在1500ms内进行发射条件判断，在此期间满足条件弹丸将击发，此时击发的弹丸具有较高的命中率；否则，此次击发无效，射手要进行射击需要重新按下击发按钮。
其中，所述俯仰角对及机枪在垂直方向的角度，方位角即机枪在水平方向的角度。
作为本发明的第二方面，提供一种基于射击散布的机枪射击门设计系统，所述系统包括框选模块、修正模块、射击门解算模块、射击门判断调整模块和射击条件判断模块；
所述框选模块用于火控观瞄系统在发现目标后，对目标进行框选并作为目标跟踪框；
所述修正模块用于将目标拉至观瞄中心，并建立以目标中心为原点的直角坐标系，并对目标跟踪框进行调整，使目标图像边缘基本与目标跟踪框边缘重合，从而修正目标跟踪框大小；
所述射击门解算模块用于对目标进行激光测距，根据距离信息解算射击门大小和位置，并通过成像换算显示在显控终端画面中；
所述射击门判断调整模块用于确定射击门是否处于靶面内，若处于，进行下一步；否则，通过随动伺服调整机枪的俯仰角和方位角，使射击门进入到靶面内，同时通过观瞄伺服调整使目标在俯仰方向的成像在视场中心，进行下一步；
所述射击条件判断模块用于监测击发按钮状态，当射手按下击发按钮，判断是否满足射击条件，基于所述判断结果控制机枪射击。
本发明采用机枪射击门算法可以依靠计算机系统判断出最佳的射击时机保证行进间机枪射击命中率，提高武器站行进间机枪射击精度，并且通过射击门算法能有效避免图像延时造成的干扰，在命中率较高的时机进行射击，提高遥控武器站机枪射击精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种基于射击散布的机枪射击门设计方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，火控观瞄系统在发现目标后，对目标进行框选并作为目标跟踪框；
步骤2，确定跟踪目标后，将目标拉至观瞄中心，并建立以目标中心为原点的直角坐标系；
步骤3，对目标跟踪框进行调整，使目标图像边缘与目标跟踪框边缘重合，从而修正目标跟踪框大小；
步骤4，对目标进行激光测距，根据距离信息解算射击门大小和位置，并通过成像换算显示在显控终端画面中；
步骤5，确定射击门是否处于靶面内，若处于，进行下一步；否则，调整机枪的俯仰角和方位角，使射击门进入到靶面内，同时使目标在俯仰方向的成像在视场中心，进行下一步；
步骤6，监测击发按钮状态，当检测到击发按钮被按下，判断是否满足射击条件，基于所述判断结果控制机枪射击。
2.根据权利要求1所述的基于射击散布的机枪射击门设计方法，其特征在于，步骤4中，根据距离信息解算射击门大小和位置具体为：当射击距离确定后，根据机枪射表的射击散布数据插值得到该距离下机枪散布圆直径，通过随动伺服读取机枪枪轴线角度值，基于机枪枪轴线角度值确定射击门中心位置，以散布圆直径为边长的正方形作为机枪射击门，从而得到射击门大小，并通过射击门中心位置确定射击门的位置。
3.根据权利要求2所述的基于射击散布的机枪射击门设计方法，其特征在于，所述散布圆直径计算公式为
4.根据权利要求1所述的基于射击散布的机枪射击门设计方法，其特征在于，步骤5具体为：
以靶面中心为原点，建立直角坐标系，基于靶面的大小确定靶面四个角点的坐标，基于射击门大小和位置确定射击门四个角点的坐标，通过将射击门和靶面的四个角点的坐标位置进行比较，判断射击门是否在靶面内，具体如下：
令射击门左上、右上、左下和右下四个角点的坐标分别为(xa，ya)、(xb，yb)、(xd，yd)和(xc，yc)，靶面左上、右上、左下和右下四个角点的坐标分别为(xa，ya)、(xb，yb)、(xd，yd)和(xc，yc)；
若满足
5.根据权利要求1所述的基于射击散布的机枪射击门设计方法，其特征在于，步骤6中，判断是否满足射击条件具体为：
在弹丸射击时，由于随动转台稳定角速度会使得弹丸产生沿枪口的切向速度，该切向速度称为牵连速度；
该牵连速度使弹丸在飞行过程中产生的目标距离偏差表示为：
其中wfw和wgd分别为机枪在方位方向的跟踪角速度和俯仰方向的跟踪角速度，为保证机枪在行进间射击时射击弹丸50％射击散布在靶面内，即至少保证50％的中靶率，需要增加发射判断条件；发射判断条件公式为：
其中，△b1为由于跟踪角速度引起的弹丸在方位方向上偏差值，△h1为由于跟踪角速度引起的弹丸在俯仰方向上偏差值；t为弹丸飞行时间，通过射表插值公式计算得到，l枪代表枪身管长度，k为放大系数；
在行进间射击时按下击发按钮瞬间，若不满足发射判断条件，弹丸将不会击发，并在一定时间内再次进行发射条件判断，满足条件则击发弹丸。
6.一种基于射击散布的机枪射击门设计系统，其特征在于，所述系统包括框选模块、修正模块、射击门解算模块、射击门判断调整模块和射击条件判断模块；
所述框选模块用于火控观瞄系统在发现目标后，对目标进行框选并作为目标跟踪框；
所述修正模块用于将目标拉至观瞄中心，并建立以目标中心为原点的直角坐标系，并对目标跟踪框进行调整，使目标图像边缘基本与目标跟踪框边缘重合，从而修正目标跟踪框大小；
所述射击门解算模块用于对目标进行激光测距，根据距离信息解算射击门大小和位置，并通过成像换算显示在显控终端画面中；
所述射击门判断调整模块用于确定射击门是否处于靶面内，若射击门不在靶面内，调整机枪的俯仰角和方位角，使射击门进入到靶面内，使目标在俯仰方向的成像在视场中心；
所述射击条件判断模块用于监测击发按钮状态，当检测到击发按钮被按下，判断是否满足射击条件，基于所述判断结果控制机枪射击。
7.根据权利要求6所述的基于射击散布的机枪射击门设计系统，其特征在于，所述射击门解算模块具体用于：当射击距离确定后，根据机枪射表的射击散布数据插值得到该距离下机枪散布圆直径，读取机枪枪轴线角度值，基于机枪枪轴线角度值确定射击门中心位置，以散布圆直径为边长的正方形作为机枪射击门，从而得到射击门大小，并通过射击门中心位置确定射击门的位置。
8.根据权利要求7所述的基于射击散布的机枪射击门设计系统，其特征在于，所述散布圆直径计算公式为
9.根据权利要求6所述的基于射击散布的机枪射击门设计系统，其特征在于，所述射击门判断调整模块具体用于：以靶面中心为原点，建立直角坐标系，基于靶面的大小确定靶面四个角点的坐标，基于射击门大小和位置确定射击门四个角点的坐标，通过将射击门和靶面的四个角点的坐标位置进行比较，判断射击门是否在靶面内，具体如下：
令射击门左上、右上、左下和右下四个角点的坐标分别为(xa，ya)、(xb，yb)、(xd，yd)和(xc，yc)，靶面左上、右上、左下和右下四个角点的坐标分别为(xa，ya)、(xb，yb)、(xd，yd)和(xc，yc)；
若满足
10.根据权利要求6所述的基于射击散布的机枪射击门设计系统，其特征在于，所述射击条件判断模块用于：在弹丸射击时，由于随动转台稳定角速度会使得弹丸产生沿枪口的切向速度，该切向速度称为牵连速度；
该牵连速度使弹丸在飞行过程中产生的目标距离偏差表示为：
其中wfw和wgd分别为机枪在方位方向的跟踪角速度和在俯仰方向的跟踪角速度，为保证机枪在行进间射击时射击弹丸50％射击散布在靶面内，即至少保证50％的中靶率，需要增加发射判断条件；发射判断条件公式为：
其中，△b1为由于跟踪角速度引起的弹丸在方位方向上偏差值，△h1为由于跟踪角速度引起的弹丸在俯仰方向上偏差值；t为弹丸飞行时间，通过射表插值公式计算得到，l枪代表枪身管长度，k为放大系数；
在行进间射击时按下击发按钮瞬间，若不满足发射判断条件，弹丸将不会击发，并在一定时间内再次进行发射条件判断，满足条件则击发弹丸。
技术总结