01

行業(yè)背景

特種行業(yè)的人員為了熟悉槍械的使用并提高其技術(shù)水準(zhǔn)，需要大量的打靶訓(xùn)練。打靶實(shí)操中，需要有指揮人員、輔助人員、射擊場(chǎng)地、射擊器材等。打靶器材分為槍支、靶子、子彈。場(chǎng)地人員分為實(shí)操作訓(xùn)人員、人工報(bào)靶人員和現(xiàn)場(chǎng)指揮人員。

打靶之前，指揮人員會(huì)吹口哨示警并搖動(dòng)小紅旗發(fā)出指令，進(jìn)入實(shí)際打靶準(zhǔn)備階段，報(bào)靶人員將躲進(jìn)靶子后面的壕溝，待準(zhǔn)備完畢，即可進(jìn)行打靶實(shí)訓(xùn)射擊。作訓(xùn)結(jié)束，打完若干發(fā)子彈之后，指揮人員會(huì)再次吹口哨并搖動(dòng)紅旗，提示打靶暫停，此時(shí)報(bào)靶人員從壕溝后面跳躍出來，快速檢查靶子上的環(huán)數(shù)并做記錄，記錄完畢之后，重新更換全新的靶子面板，向射擊點(diǎn)指揮人員反饋新靶位準(zhǔn)備完成指令，然后潛伏到靶子后面的壕溝中，射擊點(diǎn)指揮人員收到反饋，并布置下一輪射擊事項(xiàng)，準(zhǔn)備新一輪打靶的過程。

在此過程中，除了打靶人員之外，還需要指揮協(xié)調(diào)人員和輔助報(bào)靶人員，人力開銷較多；同時(shí)靶子面板被射擊過后會(huì)留下彈孔，不可再次使用，因此需要在一輪射擊后更換全新的靶位面板。

?相比靶位面板的成本，子彈的消耗更大，單發(fā)子彈若按照最便宜的 3元計(jì)算，一次打靶30-50發(fā)，一天的費(fèi)用就接近100元，一個(gè)月下來就是數(shù)千元的開支，長(zhǎng)期下來這個(gè)成本也是很高的。以普通步槍彈藥為例，一顆子彈約為3元，普通步槍裝滿子彈大概是30發(fā)。假設(shè)打完30發(fā)為一個(gè)訓(xùn)練批次，以一天實(shí)訓(xùn)10個(gè)批次為例，一天中，一個(gè)實(shí)訓(xùn)人員就需要30x10=300的子彈使用量，則一個(gè)實(shí)訓(xùn)人員一天中子彈的使用成本就在3x300=900元。特種行業(yè)在一年當(dāng)中，至少有3個(gè)季度處在訓(xùn)練狀態(tài)，9個(gè)月的用子彈消耗成本是900x9=8100元，這只是一個(gè)實(shí)訓(xùn)人員的子彈消耗成本，并且實(shí)際訓(xùn)練中，實(shí)訓(xùn)人員每天彈藥使用量是遠(yuǎn)大于30發(fā)的，作為一項(xiàng)需要長(zhǎng)期使用的耗材，這個(gè)消耗成本確實(shí)是很大的。 射擊實(shí)操中，由于成績(jī)記錄和傳遞均需要人為操作，再加上實(shí)訓(xùn)人員的數(shù)量多，實(shí)際打靶場(chǎng)地距離寬闊，射擊點(diǎn)和靶位距離大等因素，數(shù)據(jù)的傳達(dá)是具有延后性的。

人工記錄和傳遞數(shù)據(jù)，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)人為性的數(shù)據(jù)丟失，記錄錯(cuò)誤，比如新手訓(xùn)練人員因?yàn)榫o張?jiān)谏鋼魰r(shí)目標(biāo)靶位脫靶，但擊中別人的靶位，從而影響多人成績(jī)，這種失誤在傳統(tǒng)的射擊訓(xùn)練中是無法捕捉的。另外，射擊實(shí)操中各個(gè)步驟需要人工指揮和協(xié)調(diào)，因特種射擊器械本身的特殊性和危險(xiǎn)性，也必須考慮訓(xùn)練過程中發(fā)生的人員安全問題。 隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，無線電子打靶因其精度高，信息的收集和傳送速度快，安全性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，很快在行業(yè)中普及開來。目前在無線電子打靶領(lǐng)域，市面主流的技術(shù)有藍(lán)牙技術(shù)（2.4GHz）和Sub-G通信技術(shù)（433MHz） ?

02

激光電子靶

無線電子打靶的主要部分是激光槍和安裝有幾百甚至上千個(gè)激光傳感器的電子靶。無線電子靶通常由激光電子靶上面的激光傳感器、中央處理器、無線通訊單元、電池組四個(gè)部分組成。電子靶的激光面板通常會(huì)按照顯示器的原理，將激光傳感器均勻分布在由若干行和列組成不規(guī)則矩陣的節(jié)點(diǎn)上，然后將這些傳感器的電端口連接到具有硬實(shí)時(shí)采集能力的FPGA芯片上，由FPGA芯片實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)成百上千個(gè)激光探頭的輸出信號(hào)。

當(dāng)射擊人員進(jìn)行射擊的時(shí)候，激光槍會(huì)發(fā)射出激光束，一旦“擊中”靶子，靶子上會(huì)有相應(yīng)的某個(gè)激光傳感器會(huì)檢測(cè)到激光信號(hào)，此時(shí)傳感器的電氣端口會(huì)將送出2.4Kbps的低速脈沖信號(hào)，該信號(hào)會(huì)被硬件編碼的FPGA芯片進(jìn)行解碼，最后匯總給中央處理器，中央處理器再通過射頻通訊單元將環(huán)數(shù)信息傳遞給打靶的槍手，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的報(bào)靶通訊。

槍手在完成一次電子射擊之后，槍支控制器會(huì)啟動(dòng)計(jì)時(shí)，等待靶子處理器報(bào)告打中的環(huán)數(shù)，如果超出一定時(shí)間仍然沒有收到匯報(bào)，則判定為脫靶。如果收到了則語音報(bào)靶說打中幾環(huán)。 電子打靶彌補(bǔ)了傳統(tǒng)打靶中成績(jī)無法實(shí)時(shí)傳遞、記錄、匯總的尷尬，其技術(shù)根本是基于無線傳輸?shù)目焖?、精?zhǔn)、可靠。電子打靶免去了打靶中的彈藥和靶位損耗，并且電子打靶中沒有實(shí)體的槍械和彈藥，整個(gè)過程是無線通訊激光打靶，對(duì)場(chǎng)地人員不存在人身危險(xiǎn)。也正因?yàn)殡娮哟虬屑夹g(shù)在該應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)，讓無線通信技術(shù)在特種行業(yè)打靶中得到廣泛的應(yīng)用。

03

激光槍

通常激光槍里面都有一個(gè)內(nèi)置的2.4G藍(lán)牙無線通信模塊。那么僅僅使用2.4G藍(lán)牙通信能否完成槍與電子靶之間的無線通信呢？ 我們知道傳統(tǒng)的2.4G藍(lán)牙有三種技術(shù)規(guī)格，分別是Class A，Class B 和Class C，對(duì)應(yīng)的開闊環(huán)境通訊距離是 1米，10米和 100米，最遠(yuǎn)的距離也就是100米。

而實(shí)際在打靶訓(xùn)練中，要求的激光槍與激光電子靶之間的無線通信距離大于100米，某些單位的技術(shù)要求則是把無線通信的距離提高一倍到了 200米，這樣一來，藍(lán)牙技術(shù)的通訊距離無法滿足應(yīng)用需求。另外藍(lán)牙技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中還存在連接緩慢，通訊過程中容易丟包，而且容易無緣無故的斷開連接，用戶也體驗(yàn)不好。

特別是在室外環(huán)境中，樹木，雨水，大霧天氣等都對(duì)于無線通訊的性能有一定的影響，如下圖所示，在相同的功率下433MHz的通信距離比2.4G要遠(yuǎn)200%，與433M對(duì)比，外部環(huán)境中的樹木、水泥墻對(duì)2.4G的衰減要大很多，2.4G的繞射能力也很差。所以在戶外打靶訓(xùn)練中，2.4G無法滿足無線通信距離遠(yuǎn)、穩(wěn)定、可靠的應(yīng)用需求。
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因此在環(huán)境適應(yīng)性方面，433MHz的頻段特性更有優(yōu)勢(shì)。是一個(gè)理想的戶外打靶訓(xùn)練解決方案。 既然433MHz無線通信的優(yōu)勢(shì)那么明顯，那么我們是否可以充分發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)呢？如果我們采用一種通訊距離更遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)、不發(fā)生丟包，快速連接的外置的433MHz無線通信模塊，這款433M無線通信模塊通過串口有線的方式與激光槍內(nèi)置的藍(lán)牙模塊連接，通過433M無線通信的方式與遠(yuǎn)程的激光電子靶中內(nèi)置的433M無線通信，這樣就可以完成整個(gè)打靶訓(xùn)練的數(shù)據(jù)收集匯總工作。 WiMi-net通過客戶案例可以肯定這個(gè)方案是可行的。

如下圖所示采用外置的433MHz無線模塊，通過VCC、GND、RX、TX這四個(gè)信號(hào)線連接，就可以彌補(bǔ)藍(lán)牙通信的不足，激光槍和激光靶的無線通信距離可以輕松突破300米。

04

打靶訓(xùn)練中的無線通信

如何實(shí)現(xiàn)不丟包、支持連發(fā)模式、高速運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)可靠穩(wěn)定等這就是WiMi-net無線通信協(xié)議需要解決的問題啦， 通常一個(gè)靶場(chǎng)會(huì)有10-20個(gè)靶位，為了防止不同的靶位的無線通訊相互串?dāng)_，需要給每一對(duì)槍和靶子的無線通訊單元設(shè)置獨(dú)立的工作信道。靶子在被擊中之后，會(huì)向槍支控制器發(fā)送一個(gè)小的數(shù)據(jù)包，告知其環(huán)數(shù)，子彈編號(hào)和彈藥數(shù)量等信息。

如果槍支被切換到連發(fā)模式，那么每隔75ms或者100ms會(huì)發(fā)射出一個(gè)激光彈，靶子則需要在該時(shí)間間隔內(nèi)將檢測(cè)結(jié)果及時(shí)的報(bào)告給槍支控制器。因此要求通訊過程具有很強(qiáng)的確定性。在此過程中，如果選擇TCP或者類似的帶有反饋機(jī)制的通訊機(jī)制，則無法承受連發(fā)模式下的高速定時(shí)沖擊。而UDP通訊，特別是一種增強(qiáng)型的，高可靠性的UDP通訊技術(shù)則可以很好的滿足槍支射擊過程中的單發(fā)和連發(fā)模式下對(duì)于可靠性，實(shí)時(shí)性與確定性的要求。
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在打靶現(xiàn)場(chǎng)，除了語音報(bào)靶之外，往往還需要將所有靶位的射擊結(jié)果匯總到一個(gè)監(jiān)控用的電腦或者顯示屏幕上去。注意到每一個(gè)靶位的無線通訊單元都是有獨(dú)立的工作信道的，而信息匯總的通訊單元?jiǎng)t是一個(gè)全新的獨(dú)立信道。因此槍支控制器在需要發(fā)送集中環(huán)數(shù)或者脫靶信息之前，需要提前變換到匯總通訊單元的工作信道，通訊完畢之后，再快速的切換至其正常工作信道，如果切換不及時(shí)或者延遲過大，有可能會(huì)漏掉連發(fā)模式下的通訊數(shù)據(jù)。

在無線模塊內(nèi)置的通訊協(xié)議棧的調(diào)度下，無線報(bào)文的編碼，收發(fā)和信道切換都遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于外置普通的透?jìng)髂K，很好的解決了連發(fā)射擊模式下的電子報(bào)靶和集中匯總困難，顯著的提升了用戶的使用體驗(yàn)。

WiMinet研發(fā)團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)的具有自身特色的無線打靶通訊技術(shù)解決了藍(lán)牙技術(shù)在傳輸距離、傳輸效率上的缺點(diǎn)，創(chuàng)新性的加入了433MHz用來彌補(bǔ)。并且考慮到無線打靶的諸多現(xiàn)實(shí)因素，從整體框架考慮增加了匯總播報(bào)變頻行為、基于UDP的冗余傳輸技術(shù)、變信道技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)無線打靶的功能，并解決了無線打靶在實(shí)際操作中的諸多問題。 無線打靶技術(shù)是無線通信技術(shù)在特種行業(yè)訓(xùn)練應(yīng)用中的一個(gè)縮影，主要是運(yùn)用無線通信技術(shù)，搭建一個(gè)模擬真實(shí)環(huán)境的射擊演練場(chǎng)所，從而達(dá)成行業(yè)訓(xùn)練和實(shí)操的目的。

具有WiMinet特色的無線打靶通信技術(shù)，融合藍(lán)牙通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)充分發(fā)揮了Sub-G傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，結(jié)合WiMinet自主研發(fā)的內(nèi)置TCP和組網(wǎng)算法的WiMi-net無線自組網(wǎng)通信協(xié)議，從而使得用戶在實(shí)際應(yīng)用中能夠感受到功能和結(jié)構(gòu)方面更加健壯，無線通信更加可靠和穩(wěn)定。
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審核編輯：劉清