Оптико-электронный стрелковый тренажер коллективного боя

 

Изобретение относится к стрелковым тренажерам для обучения стрельбе без применения боеприпасов. Сущность изобретения заключается в том, что широкоформатный экран разделен на секции, напротив которых установлены проекторы для создания сплошного реалистичного изображения местности и мишенной обстановки и по паре оптико-электронных датчиков для определения каждым из них вертикальной и горизонтальной координат в пределах секции экрана. Каждый датчик состоит из цилиндрического объектива с расположенной поперек в его фокальной плоскости фотолинейкой и электронного блока. Пары датчиков установлены так, что в одном из них линейка расположена вертикально, а в другом горизонтально. Лазерные излучатели снабжены охлаждающими радиаторами, которые установлены стационарно и соединены посредством оптических разъемов и световодов с коллимационными линзами, установленными на учебном оружии. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к стрелковым тренажерам для обучения стрельбе и ведению коллективного боя и может быть использовано в тренажерах для обучения приемам коллективного боя и навыкам стрельбы из оружия без применения боеприпасов.

Известен стрелковый тренажер Кудрякова [1], 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 Х-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 оружии оптико-электронного приемника, приводящие к нарушению массо-габаритных 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 [2], 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.

Известно устройство [3], содержащее вычислитель (ЭВМ), устройство отображения результатов (монитор), экран тренажера, на котором расположены в два ряда с постоянным шагом излучатели (ИК-диоды), подключенные к блоку управления 5, и n идентичных каналов (до восьми), каждый из которых содержит учебное оружие со спусковым механизмом, снабженным контактом, замыкающим электрическую цепь при нажатии на спусковой крючок, и оптико-электронным преобразователем, установленным на дульном срезе, а также усилители фототоков, схемы фиксации максимального уровня сигнала и аналого-цифровые преобразователи.

Несмотря на панорамную мишень с большим полем регистрации данному устройству присущи недостатки, связанные с наличием на экране источников излучения, искажающих визуальную картину местности и мишенной обстановки. Кроме того, низка помехозащищенность из-за большого количество проводов, связывающих оружие с электронными устройствами обработки сигналов, а также сложно создать малогабаритный приемник, устанавливаемый на оружии и не нарушающий массогабаритных соотношений учебного оружия.

Известна оптико-электронная мишень стрелкового тренажера [4], 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. В устройстве, 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.

Недостатками данного устройства являются относительно низкая точность определения координат из-за спекл-эффекта, заключающегося в смещении геометрического центра излучения лазерного пятна на экране в пределах размеров этого пятна (до одной трети от диаметра пятна), так как сигналы с фотоприемников устройства пропорциональны именно положению геометрического центра лазерного пятна на экране. Кроме того, мало поле регистрации из-за ограниченного угла поля зрения, высока стоимость установки на каждый вид стрелкового оружия отдельного лазера и низка мощность из-за трудности охлаждения лазера в условиях массогабаритных ограничений учебного оружия.

Ближайшим аналогом является стрелковый тир [5], содержащий диапроектор для программирования циклограмм упражнений с появляющимися на заданное время мишенями, мишенную панель с встроенными акустическими датчиками, блок определения координат, вычислительное устройство и устройство отображения результатов стрельбы. Мишенная панель выполнена в виде пуленепробиваемого экрана, по которому ведется стрельба из стрелкового оружия, а координаты точек попадания определяются посредством измерения времени распространения акустической волны от точки попадания до акустических датчиков.

Недостатками данного устройства является стрельба из боевого оружия, что не безопасно при обучении и тренировке, расход боеприпасов, износ пуленепробиваемого экрана и невозможность определения в случае коллективной стрельбы, кто из стрелков поразил цель.

Задача изобретения заключается в устранении недостатков известных устройств путем создания оптико-электронного стрелкового тренажера коллективного боя с многосекционной мишенью с проекторами, образующими панорамное реалистичное изображение мишенной обстановки и подвижных и движущихся целей, путем использования учебного оружия и схем формирования световых лучей с оптическими световодами и стационарно установленными лазерами с радиаторами, путем использования для определения координат точек попадания (лазерных пятен на экране) в пределах каждой секции экрана стационарно установленными датчиками с ПЗС или фотолинейками, расположенными горизонтально для определения боковой координаты и вертикально для определения вертикальной координаты. Для реалистичности звуковой обстановки стрелки снабжены наушниками, связанными с выходами вычислителя. Для определения принадлежности выстрела конкретному стрелку при нажатии на спусковой крючок замыкается электрическая цепь и на вход вычислителя и соответствующего лазера подается сигнал производства выстрела данным стрелком.

Технический результат - оптико-электронный стрелковый тренажер коллективного боя, обеспечивающий реалистичное изображение местности, мишенной обстановки, подвижных и неподвижных целей, реалистичное звуковое сопровождение стрельбы в случае коллективного боя, высокую точность определения координат точек попадания, обучение и тренировку без боевой стрельбы.

На фиг.1 изображена схема оптико-электронного стрелкового тренажера коллективного боя. На фиг.2 показана схема формирования лазерного луча с оптическим световодом. На фиг.3 показана схема датчика координат на базе ПЗС-линейки или фотолинейки.

Тренажер содержит широкоформатный экран 1, разделенный на секции 1₁, 1₂, 1₃. Напротив каждой секции установлен проектор 2₁, 2₂, 2₃, соединенный с выходом компьютера 3, задающего изображение сложной сцены на весь экран 1 тренажера. Дополнительно напротив каждой секции установлено по 2 датчика с вертикально расположенными линейками 4В_i, i=1,2,3 и с горизонтальными линейками 4Г_i, i=l,2,3 для определения соответственно вертикальной координаты Y лазерного пятна и горизонтальной - боковой координаты Z. На дистанции стрельбы (5-7м) установлены наушники 15 и лазеры с радиаторами 5, снабженные оптическими разъемами 6 и соединенные световодами 7 с объективами 8 для формирования лазерного луча, установленными на учебном оружии (фиг.1, фиг.2). Каждый из датчиков 4В и 4Г состоит из цилиндрического объектива 9, линейки 10, электронного блока 11, содержащего усилитель сигнала 12, компаратор 13 и микроконтроллер 14 (фиг.3). Причем первый и второй входы линейки 10 соединены с первым и вторым выходами микроконтроллера 14, а выход линейки соединен со входом усилителя сигналов 12. В свою очередь выход усилителя сигналов 12 соединен со входом компаратора 13, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами микроконтроллера 14. Третий выход микроконтроллера 14 является выходом датчика 4 и соединяется с компьютером 3.

Тренажер работает следующим образом. Согласно выбранному сценарию компьютер 3 выдает сигнал на проектор 2 и на экране формируется реалистичное изображение местности, мишенной обстановки и целей. Стрелок наводит учебное оружие по прицельным приспособлениям на выбранную цель, предварительно определив расстояние до цели по угловым ее размерам и установив планку на соответствующую дальность, от контактного датчика положения планки сигнал поступает на вход компьютера 3 для фиксации установленной дальности. При нажатии спускового крючка одним из участников коллективного боя электрический сигнал замкнутой электрической цепи поступает на вход компьютера и соответственно с выхода компьютера на вход управления лазером 5 поступает сигнал, по которому формируется лазерный луч длительностью 40 мкс. Кроме того, компьютер формирует сигнал, имитирующий звук выстрела, который поступает на наушники 15. Отражение от лазерного пятна на экране с помощью цилиндрической линзы 9 собирается в световую полосу, пересекающую линейку 10 в месте, соответствующем угловому положению лазерного пятна.

Датчик 4Г работает следующим образом. Микроконтроллер 14 вырабатывает тактовые импульсы и импульсы сброса, поступающие на соответствующие входы ПЗС-линейки 10. Кроме того, одновременно с выдачей импульса сброса, в микроконтроллере обнуляется счетчик координат, а с выдачей каждого тактового импульса счетчик координат увеличивается на 1. При поступлении на линейку последовательности тактовых импульсов на ее выходе формируется видеосигнал, амплитуда которого в каждой точке линейки пропорциональна падающему световому потоку. Видеосигнал поступает на вход усилителя сигналов 12, а с его выхода - на вход компаратора 13. При превышении видеосигнала порогового уровня на прямом выходе компаратора появляется 1, а на инверсном 0. При поступлении с прямого выхода компаратора на соответствующий вход микроконтроллера переднего фронта сигнала запоминается значение счетчика координат XL. При поступлении с инверсного выхода компаратора на соответствующий вход микроконтроллера заднего фронта сигнала запоминается значение счетчика координат ХР и вычисляется положение центра световой полосы X=(XL+XP)/2, соответствующее горизонтальному положению лазерного пятна. Координата центра световой полосы передается из микроконтроллера в компьютер 12. Аналогично датчик 4В выдает вертикальную координату Y центра лазерного пятна.

Компьютер принимает от датчиков координаты X, Y места попадания лазерного пятна на экран и на своем мониторе отображает эти координаты с учетом установленной дальности, зарегистрированной в компьютере по сигналу от датчика положения прицельной планки. При попадании лазерного луча в цель компьютер изменяет мишенную обстановку, например путем удаления пораженной цели с экрана.

Источники информации 1. Патент 2060437 С1, кл. F 41 G 3/26 (Россия). Стрелковый тренажер Кудрякова по заявке 92006402/08 от 16.11.92, Бюл. 14, 1996.

2. US patent 4, 583, 950 by James E. Schroeder "Light pen marksmanship trainer", Apr. 22, 1986.

3. Патент на изобретение 2168145 от 27.05.2001 по заявке 99117071 от 02.08.1999. Стрелковый тренажер с оптико-электронным регистрирующим устройством.

4. Патент на изобретение 2147112 от 27.03.2000 по заявке 99117070 от 02.08.1999. Оптико-электронная мишень стрелкового тренажера.

5. Заявка на изобретение 94043628/02 от 09.12.1994, МПК F4175/056 (Россия). Стрелковый тир (прототип).

Формула изобретения

1. Оптико-электронный стрелковый тренажер коллективного боя, содержащий экран, проектор, учебное оружие с электрическими контактами, связанными со спусковым крючком, лазерные излучатели, оптико-электронные датчики координат, электронный блок, компьютер с устройством отображения информации, отличающийся тем, что широкоформатный экран разделен на секции, напротив которых установлены проекторы для создания сплошного реалистичного изображения местности и мишенной обстановки и по паре оптико-электронных датчиков для определения каждым из них вертикальной и горизонтальной координат в пределах секции экрана, каждый датчик состоит из цилиндрического объектива с расположенной поперек в его фокальной плоскости фотолинейкой и электронного блока, причем пары датчиков установлены так, что в одном из них линейка расположена вертикально, а в другом горизонтально, лазерные излучатели снабжены охлаждающими радиаторами, установленными стационарно и соединенными посредством оптических разъемов и световодов с коллимационными линзами, установленными на учебном оружии.

2. Тренажер по п. 1, отличающийся тем, что планка учебного оружия снабжена датчиком положения, электрически связанным с компьютером.

3. Тренажер по п. 1, отличающийся тем, что каждое учебное оружие снабжено наушниками, электрически соединенными с компьютером.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3