激光交战娱乐项目发射系统设计

激光 交战娱乐项目 发射系统设计

巫中伟

江苏全意智能科技有限公司，江苏南京 210000

摘要：随着激光发射器的工艺提高，现在小规模激光交战寓教于乐越来越兴起。由于一些民营射击会所，实弹化交战成本高而且具备一定的危险性，因此需要新型的激光交战方式来满足一些民间射击爱好者团体的娱乐需求。激光交战以“光”代替弹丸，可模拟各种交战、再现交战的射击效能以及实现模拟打击效果^[1]。激光交战系统主要包括：激光发射模块、激光接收模块、4G通信模块、Zigbee模块、串口通信模块、can总线通信模块、电源模块以及导控指挥平台组成。激光交战系统中，激光发射模块决定了打击距离和效果，处于系统的关键部分。本文重点讲述激光发射模块的原理和设计。

关键词：激光作战；激光发射；激光接收；信息采集；

1引言

采用激光交战系统，进行真人CS户外娱乐或者室内娱乐是目前比较常用的方式。目前，激光模拟器材存在体积大、质量大、模拟不够准确等问题，因此，非常有必要开展激光交战模拟技术研究^[2]。为此本文以小型化为目标，采用模块化分体设计的思路，设计实现了模拟训练器的发射功能。

2系统设计

激光发射系统使用Zigbee模块可以和信号采集器相连，通过夹具将激光器固定在交战终端，然后触发开关和扳机相连。当激光扣动扳机触发调制电路，然后给激光发射电路驱动信号，发送红外激光编码进行打击，打击命中后通过解码接收电路从而分析装备信息上传主控平台。

激光通信系统的激光器光轴与接收光学系统的接收光轴视轴理论上应为同轴，当两个激光通信机在有效的距离和角度中相互睡准后，通信链路建立成功。发射端可以向接口单元输入各类信号，然后通过调制信号系统对其进行信号调制并加载在激光中，激光通过发射端光学系统整形后发射出去。激光束通过大气信道，由接收端光学系统接收带有信息的激光，光电探测器探测到信号后，由解调信号系统解调出信号，并通过接口单元输出语音、视频信号，从而达到激光通信的目的^[3]。

激光发射系统采用满足通信带宽和通信波段的可调制激光器，在外部信号的激励下产生相应的调制光信号，然后通过激光准直系统发射激光束进行打击。激光接收系统的主要功能是接收对方发射过来的调制光信号，通过光电接收芯片进行光信号的解码。光电接收芯片的选择需要满足发射激光的灵敏度要求以及带宽的要求。激光发射系统如图1主要包括的模块有：红外激光器、红外激光编码器、激光准直模块、Zigbee控制模块以及供电模块。

图1 激光发射电路系统图

激光发射电路工作原理如上图，各组成部分的功能：

①红外激光器是发射系统的核心器件，在训练过程中，通过发射的脉冲激光可以代替实弹；

②激光编码器用于对激光发射系统的激光进行编码。编码经过后发出的是32位的脉冲序列。脉冲序列按照型号标准进行设定，序列前几位代表选择的终端模式，终端模式包含激光编码信息，例如编号、激光类型等。第二个8位是控制信号，如扳机、模拟枪、弹药数据、弹药数量等。第三个8位是发射和接收信息，包括进攻方的交战类型以及命中部位信息。最后8位是射击者的信息，表示射击者的编号；

③激光准直模块主要就是进行光路校准，防止出现较大的偏置角，从而光路出现大幅度散射。准直模块包含三块镜头，可以根据距离反馈，分别控制传输距离的光斑尺寸，从而模拟实弹情况下的打击效果；

④供电模块负责给各个激光发射系统进行供电；

⑤蓝牙控制电路负责接收激光各个模块的无线连接。

2.1激光器选择

在户外激光交战娱乐项目中，一般最佳射程不超过400米，其中200米距离的效果最好。为了增强娱乐性，需要模拟实际情况进行打击。所以激光模拟系统发射的激光束传输距离要大于实战的距离，考虑了距离500米左右，并且200米处的光斑需要满足实战的需求。

2.2编码器

为了能判断打击效果，需要对激光束进行编码，从而判断激光信息。系统编码信息必须包含模式以及被打击方的信息等。

系统采用PCM码进行激光信号的编码方式。改进编码实际是一种脉冲调试，通过载波调制进行信息发送。

2.3准直模块设计

激光由于发射方向上由于镜片需要兼顾短中远三种射击距离，既要保证近处的光斑不能过小，也不能让远处的光斑散射过大，所以需要通过多镜头配合。当射程距离较近，可以通过调整镜头角度，使得可以顺利命中。当射击距离较远时，尽量减小角度，从而使得光路不会由于距离发射过大。在激光器进行封装时，需要用校准设备进行镜头校准，当使用多镜头的平面镜，输出仍然会有微小的弧度，不影响打击。

本系统虽然微小的弧度不影响使用，但是仍然需要控制激光的发射角度。经过实验测试，准直模块的焦距定为5毫米，然后可以调节安装位置，这样可以在实际使用中，根据距离进行光斑调节，从而满足要求。

2.4电源模块设计

系统红外激光器由于对电流冲击比较敏感，因此，需要选择一个稳定的恒流电源，具有比较小的纹波噪声，并且需要有抗电冲击和保护电路。经过对比，我们采用锂电池供电，并且加入稳压芯片和抗干扰电路，滤除电源带来的纹波干扰。

2.5 Zigbee电路设计

Zigbee电路负责实现激光发射系统各个模块的无线连接，并且将主控芯片的控制指令以及分模块的数据信息进行交互。Zigbee电路模块是奥维开发的一款串口数据无线透传模块。支持点对点数据传输，广播数据传输等数据发送方式。在串口数据无线透传的基础上，我们加入了一些特色功能，其中包括远程ADC采样，远程PWM波输出控制，远程GPIO 控制。在使用过程中，我们可以通过查阅手册对应的指令，即可指令实现数据的传输。

这款AF0101模块具备的功能有：

①串口数据的透明传输

串口透明传输可以理解为无线串口，即将串口数据无线发送到目的地点。左侧 MCU 可以将数据通过 AF0101 无线发送到右侧 MCU 中。AF0101 不但具备两个设备之间的数据互相传输，同时，支持组网数据传输。多个用户设备通过 AF0101 组成一个小型网络，网络中的 任意设备都可以广播发送数据，点对点发送数据。数据传输简单易控。模块有双重地址身份，网络地址和自定义地址。根据地址，可以点对点收发数据。当一个网络只有两个设备时，这两个设备默认透明传输。

②无线控制

在数据透传的基础上，我们在模块中加入了无线控制的功能，在控制端，用户不需要加 入额外的 MCU，我们的AF0101模块即可做到本地和远程数据采集和串口模块控制。

③GPIO控制

AF0101具备本地及远程控制能力，可以为您省去外部的控制MCU，直接将您的设备连接到AF0101的指定引脚，发送简单的指令，即可实现远程控制。AF0101 支持8路GPIO独立控制，互不影响。 

④ADC采集

AF0101具备本地及远程 ADC 采集能力，可以选择不同的通道数。

⑤PWM 输出

AF0101具备本地及远程 PWM 输出能力，每个模块具备 3 路 PWM 波互相独立，占空比 随意设置。

结论

本文设计了一种激光交战激光发射系统，主要解释了激光发射系统的电路部分。根据顺序，首先介绍了激光发射系统的组成和原理，然后解释了编码信息的组成，最后完成了激光准直模块、电源模块以及Zigbee电路设计。

参考文献

1. 陈富强．激光综合战术对抗训练激光模拟系统研究[D]．长 沙：国防科学技术大学，2007

2. 刘兴彦.刘世彬．训练模拟在军事上的应用与发展趋势[J]． 网络与信息，2010(4)：32

3. 孙健.陆军激光激光通信系统[D].长春理工大学，2014