Оптико-электронная мишень стрелкового тренажера

 

Изобретение относится к мишеням тренажеров для обучения стрельбе из стрелкового оружия без применения боеприпасов. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения координат попадания и уменьшение времени между соседними измерениями при сохранении массогабаритных параметров оружия и минимальном ограничении подвижности обучаемого при стрельбе. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит учебное оружие со спусковым механизмом, снабженным контактом, замыкающим электрическую цепь при нажатии на спусковой крючок, лазерный излучатель, экран тренажера, на котором лазерным излучателем формируется световое пятно, установленный напротив экрана оптико-электронный приемник, содержащий две пары полосовых диафрагм, фоконов и фотоприемников, расположенных под углом 90^o друг к другу, а также усилители фототока, схемы фиксации максимального уровня сигнала, аналого-цифровые преобразователи, вычислитель (ЭВМ) и устройство отображения результатов выстрела (монитор). 6 ил.

Изобретение относится к мишеням стрелковых тренажеров для обучения стрельбе и может быть использовано в тренажерах для обучения приемам и навыкам стрельбы из спортивного оружия без применения боеприпасов.

Известен способ слежения за источником излучения [1, 2], основанный на применении позиционно-чувствительных полупроводниковых элементов. Световой поток от источника излучения, сфокусированный объективом, вызывает изменения напряжений на токосъемных шинах в зависимости от координат светового пятна на поверхности фотоприемника.

Недостатком оптико-электронной мишени на основе полупроводникового позиционно-чувствительного элемента является низкая точность из-за нелинейной характеристики и температурной нестабильности. Кроме того, существовавший уровень технологии производства не позволил получить позиционно-чувствительные элементы с требуемыми и идентичными параметрами. Поэтому их серийный выпуск не был налажен.

Известен стрелковый тренажер Кудрякова [3], содержащий источник излучения, выполненный в виде секторной мишени, установленный на стрелковом оружии приемник излучения, связанный с усилителем и схемой обработки сигнала. Мишень выполнена четырехсекторной с X-образным расположением секторов и промодулированным излучением каждого из ее секторов, что позволяет из общего сигнала на выходе приемника излучения выделять сигналы, соответствующие секторам мишени. Оптико-электронный приемник состоит из собирающей линзы, в главном фокусе которой установлена диафрагма с калиброванным отверстием и фотоэлемент. Величины выделенных сигналов от каждой секции мишени (амплитуда) прямо пропорциональны проекции площади соответствующего сектора мишени на фотоэлемент оптико-электронного приемника. Смещение оптической оси приемника от центра мишени вызывает перераспределение амплитудных значений, что позволяет определить величину этого смещения, т.е. координаты точки наведения. Источниками измерения являются диоды, например АЛ107Б.

Недостатками данного устройства являются: трудность обеспечения равномерной освещенности секторов мишени из-за неоднородности излучения в разных направлениях, например, диодов АЛ107Б, особенно в случае больших габаритов мишени; из-за неоднородности просвечиваемого материала мишени; большие габариты устанавливаемого на оружие оптико-электронного приемника, приводящие к нарушению массогабаритных параметров учебного оружия по сравнению с боевым, большое количество проводов, связывающих оружие с электронными устройствами обработки сигналов и ограничивающих свободу действий обучаемого стрельбе; трудность экранирования от электромагнитных полей, создаваемых при работе, например имитатором отдачи оружия.

Известна мишень [4], содержащая учебное оружие со спусковым механизмом, снабженным контактом, замыкающим электрическую цепь при нажатии на спусковой крючок, лазерный излучатель, установленный на дульном срезе оружия, и телевизионный приемник (камеру), установленный стационарно напротив экрана тренажера. При нажатии на спусковой крючок на экране от лазера, работающего в импульсном режиме, образуется световое пятно в точке попадания. Координаты пятна определяются с помощью телекамеры.

Недостатком устройства является низкая точность из-за малой разрешающей способности телекамеры. Размеры поля регистрации (мишени) ограничены из-за ограниченного угла поля зрения телекамеры. Увеличение угла поля зрения приводит к увеличению погрешности (шага дискретизации). Кроме того, частота замеров равна частоте кадровой развертки (50 Гц) и недостаточна для измерений координат в момент спуска спускового крючка оружия.

Задача изобретения заключается в устранении недостатков известных устройств путем создания оптико-электронной мишени стрелкового тренажера на базе серийных полупроводниковых приборов с высокой точностью измерения координат и малым временем между соседними измерениями при сохранении массогабаритных параметров оружия и минимальном ограничении подвижности обучаемого при стрельбе.

Задача решается тем, что напротив экрана стационарно устанавливаются четыре фотоприемника, располагаемые за полосовыми диафрагмами и пирамидальными фоконами, используемыми для оптического усиления сигнала и выравнивания освещенности на чувствительных площадках фотоприемников с целью уменьшения влияния неравномерности чувствительности на точность измерений. Определение координат точки попадания основано на том, что при их изменении величины световых потоков, поступающих через фоконы на фотоприемники, пропорционально изменяются.

На фиг. 1 изображена схема оптико-электронной мишени стрелкового тренажера. На фиг. 2, 3 приведены основные геометрические размеры для вывода уравнений мишени. На фиг. 4 изображен пирамидальный фокон. На фиг. 5, 6 показана схема расположения полосовых щелей диафрагмы относительно входных торцев фоконов для определения вертикальной координаты Y. Для координаты Z схема аналогична и получается из схемы фиг. 5, 6 поворотом на 90^o.

Устройство содержит учебное оружие 1 со спусковым механизмом, снабженным контактом, замыкающим электрическую цепь при нажатии на спусковой крючок, лазерный излучатель 2, экран тренажера 3, на котором лазерным излучателем 2 формируется световое пятно 4, оптико-электронный приемник 5, усилители фототока 6, схемы фиксации максимального уровня сигнала 7, аналого-цифровые преобразователи 8, вычислитель (ЭВМ) 9, устройство отображения результатов выстрела (монитор) 10 и блок управления лазером 11. На фиг. 2, 3, 4 через L обозначено расстояние от оптико-электронного приемника 5 (полосовой диафрагмы 14) до экрана 3; 1 - расстояние между полосовой диафрагмой 14 и входным окном фоконов 13; α - угол наклона лазерного луча в вертикальной плоскости; 2h_y, 2h_z - размеры входного окна фокона; a, b - размеры выходного окна фокона. Фоконы обеспечивают сбор световых потоков на фотоприемниках, устанавливаемых вплотную к выходным окнам. Благодаря многократному внутреннему отражению от боковых стенок фокона входные лучи распределяются относительно равномерно по выходному торцу, что позволяет значительно уменьшить влияние неравномерности чувствительности по площадкам фотоприемников на точность определения координат. На схеме расположения фоконов 13 (фиг. 5, 6) для определения вертикальной координаты: 12 - фотоприемники (фотодиоды); 14 - диафрагма с полосовыми окнами H_y · H_z; 15 - лучи от светового пятна 4 с экрана 3 в случае расположения пятна в центре экрана, 16 - в случае расположения пятна у нижней границы экрана и 17 - у верхней границы экрана. Из фиг. 6 видно, что в случае расположения светового пятна в центре экрана световые потоки на фотоприемники одинаковы, в случае смещения светового пятна вниз световой поток на нижний фотоприемник пропорционально уменьшается, а на верхней - увеличивается. В случае смещения светового пятна вверх - наоборот.

Согласно схеме фиг. 2, 3 напряжение u₁ на выходе фотоприемника пропорционально засвечиваемой площади входного окна фокона S₁, т.е.

u₁ = k_уk_дES₁ = k_уk_дE·2h_z(h_у-1·tgα). (1) Аналогично для второго фотоприемника u₂ = k_уk_дES₂ = k_уk_дE·2h_z(h_у+1·tgα). (2) где k_у - коэффициенты усиления усилителей фототока, k_д - коэффициент чувствительности фотоприемников, E - освещенность площадок. Из (1), (2) имеем Отсюда Аналогичные зависимости координат светового пятна на экране от отношений разностей напряжений к суммам справедливо для второй пары фотоприемников по координате z.

Устройство работает следующим образом. Обучаемый или тренирующийся (стрелок) наводится на цель, изображаемую на экране тренажера 3 проекционной системой. При нажатии на спусковой крючок замыкается электрический контакт и на вход вычислителя 9 поступает сигнал "выстрел произведен". В ответ от вычислителя 9 поступает сигнал на блок управления лазером 11 и лазер 2 излучает короткий импульс, образуя на экране 3 в точке попадания 4 световое пятно. Излучение от пятна 4 засвечивает площади S1...S4 входных окон фоконов. С выходов фотоприемников сигналы поступают на усилители фототоков 6, а с их выходов - на входы схем фиксации максимальных величин сигналов 7. Эти амплитудные значения аналоговых сигналов цифроаналоговыми преобразователями 8 преобразуются в цифровую форму и вводятся в вычислитель 9, в котором осуществляется вычисление координат точки наведения. Результат выводится на монитор 10. По желанию пользователя на экране монитора показывается цель с точками попадания, высвечивается средняя точка попадания по нескольким выстрелам, дисперсия или другие параметры, принятые в наставлении по стрелковому делу для соответствующего вида оружия.

Предложенная оптико-электронная мишень стрелкового тренажера построена на основе серийных полупроводниковых приборов имеет высокую точность и малое время между соседними измерениями, в ней сохранены массогабаритные параметры оружия и минимально ограничена свобода обучаемого при стрельбе.

Источники информации 1. А.с. N 225 331 (СССР). Способ слежения за источником светового излучения //В. Д. Зотов, Г. П. Катыс, Н.В. Кравцов, В.Б. Широков, по заявке N 111298/26-25 от 14.11.66. - Бюл. N 27, 1968.

2. А.с. N 213 231 (СССР). Способ слежения за источником светового излучения //Г. П. Катыс, В.Д. Зотов, по заявке N 1069106/26-25 от 24.03.66. - Бюл. N 7, 1969.

3. Патент N 2060437 C1, кл. F 41 G 3/26 (Россия). Стрелковый тренажер Кудрякова по заявке N 92006402/08 от 16.11.92, Бюл. N 14. 1996.

4. US patent 4583950 by James E. Schroeder "Light pen marksmanship trainer", Apr. 22, 1986 (прототип).

Формула изобретения

Оптико-электронная мишень стрелкового тренажера, содержащая учебное оружие со спусковым механизмом, снабженным контактом, замыкающим электрическую цепь при нажатии на спусковой крючок, лазерный излучатель, установленный на дульном срезе оружия, экран, вычислитель и устройство отображения результатов выстрела, отличающаяся тем, что напротив экрана установлен оптико-электронный приемник, содержащий две пары полосовых диафрагм, фоконов и фотоприемников, расположенных под углом 90^o друг к другу, выходы фотоприемников соединены с входами усилителей фототока, выходы которых соединены со входами схем фиксации максимального уровня сигнала, соединенных с аналого-цифровыми преобразователями, выходы которых соединены с входами вычислителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6