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。打靶實操中，需要有指揮人員、輔助人員、射擊場地、射擊器材等。打靶器材分為槍支、靶子、子彈。場地人員分為實操作訓(xùn)人員、人工報靶人員和現(xiàn)場指揮人員。

打靶之前，指揮人員會吹口哨示警并搖動小紅旗發(fā)出指令，進(jìn)入實際打靶準(zhǔn)備階段，報靶人員將躲進(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，指揮人員會再次吹口哨并搖動紅旗，提示打靶暫停，此時報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，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)人員和輔助報靶人員，人力開銷較多；同時靶子面板被射擊過后會留下彈孔，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元計算，一次打靶30-50發(fā)，一天的費(fèi)用就接近100元，一個月下來就是數(shù)千元的開支，長期下來這個成本也是很高的。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)為一個訓(xùn)練批次，以一天實訓(xùn)10個批次為例，一天中，一個實訓(xùn)人員就需要30x10=300的子彈使用量，則一個實訓(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個季度處在訓(xùn)練狀態(tài)，9個月的子彈消耗成本是900x9x30=243000元，這只是一個實訓(xùn)人員的子彈消耗成本，并且實際訓(xùn)練中，實訓(xùn)人員每天彈藥使用量是遠(yuǎn)大于30發(fā)的，作為一項需要長期使用的耗材，這個消耗成本確實是很大的。

射擊實操中，由于成績記錄和傳遞均需要人為操作，再加上實訓(xùn)人員的數(shù)量多，實際打靶場地距離寬闊，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)，有時還會出現(xiàn)人為性的數(shù)據(jù)丟失，記錄錯誤，比如新手訓(xùn)練人員因為緊張在射擊時目標(biāo)靶位脫靶，但擊中別人的靶位，從而影響多人成績，這種失誤在傳統(tǒng)的射擊訓(xùn)練中是無法捕捉的。另外，射擊實操中各個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）。

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、電池組四個部分組成。電子靶的激光面板通常會按照顯示器的原理，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時采集能力的FPGA芯片上，由FPGA芯片實時監(jiān)測成百上千個激光探頭的輸出信號。

當(dāng)射擊人員進(jìn)行射擊的時候，激光槍會發(fā)射出激光束，一旦“擊中”靶子，靶子上會有相應(yīng)的某個激光傳感器會檢測到激光信號，此時傳感器的電氣端口會將送出2.4Kbps的低速脈沖信號，該信號會被硬件編碼的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，實現(xiàn)實時的報靶通訊。

槍手在完成一次電子射擊之后，槍支控制器會啟動計時，等待靶子處理器報告打中的環(huán)數(shù)，如果超出一定時間仍然沒有收到匯報，則判定為脫靶。如果收到了則語音報靶說打中幾環(huán)。

電子打靶彌補(bǔ)了傳統(tǒng)打靶中成績無法實時傳遞、記錄、匯總的尷尬，其技術(shù)根本是基于無線傳輸?shù)目焖佟⒕珳?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體的槍械和彈藥，整個過程是無線通訊激光打靶，對場地人員不存在人身危險。也正因為電子打靶技術(shù)在該應(yīng)用中的優(yōu)勢，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。

激光槍

通常激光槍里面都有一個內(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，用戶也體驗不好。

特別是在室外環(huán)境中，樹木，雨水，大霧天氣等都對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對比，外部環(huán)境中的樹木、水泥墻對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。

因此在環(huán)境適應(yīng)性方面，433MHz的頻段特性更有優(yōu)勢。是一個理想的戶外打靶訓(xùn)練解決方案。

既然433MHz無線通信的優(yōu)勢那么明顯，那么我們是否可以充分發(fā)揮它的優(yōu)勢呢？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這四個信號線連接，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。

打靶訓(xùn)練中的無線通信

如何實現(xiàn)不丟包、支持連發(fā)模式、高速運(yùn)行時數(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，WiMi-net專注于無線組網(wǎng)通信14年，無線通信協(xié)議棧可實現(xiàn)100%穩(wěn)定可靠傳輸、TCP大包傳輸技術(shù)、UDP可靠傳輸技術(shù)、變信道技術(shù)、支持激光槍連發(fā)模式，無線通信響應(yīng)快、無拖尾、確定性高。

通常一個靶場會有10-20個靶位，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，會向槍支控制器發(fā)送一個小的數(shù)據(jù)包，告知其環(huán)數(shù)，子彈編號和彈藥數(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會發(fā)射出一個激光彈，靶子則需要在該時間間隔內(nèi)將檢測結(jié)果及時的報告給槍支控制器。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)模式下對于可靠性，實時性與確定性的要求。

在打靶現(xiàn)場，除了語音報靶之外，往往還需要將所有靶位的射擊結(jié)果匯總到一個監(jiān)控用的電腦或者顯示屏幕上去。注意到每一個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則是一個全新的獨(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，如果切換不及時或者延遲過大，有可能會漏掉連發(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)快于外置普通的透傳模塊，很好的解決了連發(fā)射擊模式下的電子報靶和集中匯總困難，顯著的提升了用戶的使用體驗。

WiMinet研發(fā)團(tuán)隊自主開發(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)實因素，從整體框架考慮增加了匯總播報變頻行為、基于UDP的冗余傳輸技術(shù)、變信道技術(shù)，從而實現(xiàn)無線打靶的功能，并解決了無線打靶在實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)用中的一個縮影，主要是運(yùn)用無線通信技術(shù)，搭建一個模擬真實環(huán)境的射擊演練場所，從而達(dá)成行業(yè)訓(xùn)練和實操的目的。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)，同時充分發(fā)揮了Sub-G傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾強(qiáng)等優(yōu)勢，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。

審核編輯 黃昊宇