CN101796369A - 从仿真弹药无线读写数据的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及从仿真弹药无线读写数据的方法。武器仿真系统包括仿真武器和仿真弹药，仿真武器与主仿真计算机和指导者计算站电通信。仿真弹药包括安装于其中的射频识别RFID标签，RFID标签具有关于特别仿真弹药的信息。当把仿真弹药放在仿真武器中的插入部中时，仿真武器中的RFID收发器将利用天线读取来自RFID标签的信息，并进一步将仿真弹药的识别信息传输到武器控制器。武器控制器进一步与产生仿真的主仿真计算机电通信，主仿真计算机与指导者计算机电通信。

Description

从仿真弹药无线读写数据的方法

背景技术

武器仿真系统一般用于战斗训练和/或射击练习。这种系统被设计成利用特定的计算机产生的目标来仿真特定武器类型的效果。存在与诸如40mm榴弹(grenade)发射器的任何一种武器兼容的许多不同类型的弹药(不受制造商约束)。这些弹(round)类型的一部分包括高爆弹、空爆弹、集束炸弹、闪光弹、烟雾弹和训练弹。因为这个原因，对产生一种用于仿真在武器仿真系统中使用的不同类型弹药的方法、并能够监视武器仿真系统中使用的弹药类型，轻武器仿真制造商已经有过许多尝试。

用于读取迫击炮发射器(mortar launcher)上不同弹类型的一种方法是使用不同的颜色带电环(color charge ring)和兼容的颜色传感器来检测迫击炮上安装的是哪种带电环。一旦迫击炮停止移动则迫击炮会经由迫击炮和发射器上的联络来通信。这种系统在许多方面受到限制。最大的问题是引起较大偏移的日光和对颜色传感器的错误读数。另一问题是获取色差的能力。因为颜色必须在波长方面具有显著差异以便无差错地检测每种颜色，所以弹类型被限制到少于十种类型。另外，因为腐蚀和机械弹性(mechanical bounce)的缘故，经由电联络的通信被证实是不可靠的。最后，不具有在弹上存储任何其他数据的能力，其他数据诸如序列号或使用数据(usage data)。用于确定不同弹类型的其他方法受到非常类似的限制。

在专利号为5,201,658的专利中描述了用于检测弹类型的现有方法的另一示例。这个实施例使用频率谐振来检测不同的弹类型。使用这类检测存在几个缺点。最显著的缺点是除了弹类型之外不能传达更多信息。另外弹频率通过硬件设计进行设置，并且除非拆开弹并替换谐振电路，否则不能改变弹频率。

发明内容

一种在武器仿真情景期间用于从仿真弹药无线读写数据的系统和方法包括与主仿真计算机和指导者计算站电连接的仿真武器。该仿真武器包括接收仿真弹药的插入部。该插入部包括与射频识别(RFID)收发器连接的天线，该收发器进一步与武器控制器连接。RFID标签被安装在该仿真弹药内，当该仿真弹药经过该天线时，该RFID标签存储关于该仿真弹药的信息并将该信息经由该RFID收发器传输给该武器控制器。该武器控制器将进一步把该仿真弹药信息传输给该主仿真计算机以便在该武器仿真中正确识别。

附图说明

图1是包含仿真弹药的武器仿真系统的组件的方块图，仿真弹药具有与仿真武器的控制器的无线传输；

图2a是仿真武器中使用的仿真弹药的一个实施例的分解的侧截面图；

图2b是图2a中示出的装配仿真弹药的侧截面图；

图3a是插入部的第一实施例的透视图；

图3b是插入部的第二实施例的透视图；

图4是图2b中示出的仿真弹药与图3中示出的插入部在仿真武器中组合的合成侧截面图；

图5是仿真弹药与图4中示出的插入部组合的合成侧截面图，天线具有围绕插入部的延伸的圈；和

图6是与插入部相关的仿真弹药的分解的侧截面图，天线围绕插入部的边缘延伸。

具体实施方式

在附图1-6中示出从仿真弹药24无线读写数据的系统和方法。首先参见图1，该图显示具有仿真武器12的武器仿真系统10，仿真武器12诸如利用串行连接或无线(例如蓝牙)连接15与主仿真计算机14电连接。主仿真计算机14产生在屏幕或监视器上显示的电仿真情景来训练使用仿真武器12的使用者，并监视仿真武器12在情景中的使用。再次利用诸如串行连接或无线(例如蓝牙)连接17，主仿真计算机14进一步与指导者计算站16电通信。指导者计算站16可以是允许指导者进一步监视使用者的交互并控制武器仿真的任何计算机或类似的装置。

仿真武器12具有真实武器的外观，并包括武器控制器18，武器控制器18监视仿真武器12使用的各种传感器的工作，各种传感器诸如弹仓存在传感器(magazine present sensor)、扳机传感器、安全传感器、撞针位置传感器，以及由各种仿真武器12常规使用的其他传感器。武器控制器18可以是能够控制仿真武器12的工作的常规微控制器或微处理器，并且它还与被装入仿真武器12的射频识别(RFID)收发器20电通信。如本文中进一步介绍的那样，RFID收发器20与天线28连接，在仿真武器12使用仿真弹药24时天线28将与被装入仿真弹药24的RFID应答机标签26通信。

作为一点背景，RFID是依靠使用RFID标签26或应答机存储和远程检索数据的一种自动识别方法。RFID标签26是可应用于或包含在产品或项目的对象，目的是使用无线电波来识别。一些RFID标签26可从非常接近收发器20之处读取，而另一些RFID标签26可从数米之外、并超过读取者的视线之处读取，还有一些可从数百米之外访问。大部分RFID标签26包含至少两部分。第一部分是集成电路，用于存储和处理信息，调制和解调射频(RF)信号，和其他特定功能。第二组件是天线，用于针对收发器20接收和传输信号。

再参考图1，RFID收发器20经由阻抗匹配电路22与天线28连接。阻抗匹配电路22用于使收发器20的电阻与仿真弹药24匹配以便高效工作。将如上所述的RFID应答机标签26放在仿真弹药弹24的内部以存储关于系统10内仿真的是哪种类型弹药的信息。在仿真武器12中使用这个智能仿真弹药弹24。RFID标签26还存储其他数据，包括序列号、使用数据、服务历史、和对消费者或制造商有用的其他信息。由与仿真武器12连接的RFID收发器20读取RFID标签26，收发器20被附加在仿真武器12上或支撑在仿真武器12中。使用天线28实现RFID标签26与RFID收发器20之间的通信。通过阻抗匹配电路板22和同轴电缆23使RFID收发器20与天线28连接。在仿真弹药24被插入仿真武器12时、并且仿真弹药24已被放置在仿真武器12的枪管54或发射管(launchtube)之后，由RFID收发器20读取RFID标签26。在读取RFID标签26之后，武器控制器18将基于从RFID标签26读取的是何种类型的仿真弹药弹而做出决定。从RFID标签26读取的数据被传送到主仿真计算机14并接着传送到指导者计算站16，从而指导者计算站16将该信息可视听地显示给使用者。

继续观看图1，系统10的方块图显示系统10的数据流和处理块。指导者计算站16用于对由课程指导者(course instructor)实时运行的仿真进行控制、监视和更新。即，指导者计算站16将产生用于对仿真武器12的使用者进行交互和训练的图形和情景。在仿真期间，主仿真计算机14接收来自指导者计算站16和武器控制器18两者的数据和命令。主仿真计算机14基于其程序设计做出仿真决定并经由诸如投影到屏幕上的投影仪的视觉设备或使用电视或监视器(未示出)给受训者显示反馈。

在仿真武器12内存在能相互独立运行的两个分开的处理块。武器控制器18负责控制所有输出的武器定时、读取与仿真武器12有关的各种传感器、并与主仿真计算机14通信。RFID收发器20经由天线28执行对RFID标签或应答机26的命令并读取来自RFID标签26的响应。RFID收发器20分组化(packetizes)从RFID标签26接收的数据并经由串行总线19或另一电连接将该数据发送给武器控制器18。武器控制器18从串行总线19读入该数据并将来自RFID标签26的该数据解释为仅仅是另一传感器。基于来自RFID标签26连同与仿真武器12有关的其他武器传感器的数据，武器控制器18将对怎样引爆(fire)仿真武器12做出决定。将来自RFID标签26的数据以不同格式分组化并发送给主仿真计算机14，在主仿真计算机14处该数据用于视觉反馈给使用仿真武器12的受训者。

作为一个示例，如果将仿真弹药24设计成具有诸如“烟雾弹”的弹类型，则当仿真武器12被引爆时，主仿真计算机14将在屏幕上相应于弹被引爆之处显示烟雾。不过，如果仿真弹药24的弹类型是高爆榴弹，则主仿真计算机14将在屏幕上显示爆炸。因此，使用者的训练中可包含各种仿真弹药24。来自RFID标签26的数据还可用于由指导者在指导者计算站16上观看。要进一步注意到用于RFID的系统10的所有部分(参见图1中虚线内)都是与其他仿真武器12可互换的。另外，注意到需要做出机械变化来满足对各种仿真武器12的空间约束。

所示出系统10中使用的RFID标签26是无源的，虽然可预见也可实施其他类型的RFID标签26。即，RFID标签一般是无源的、有源的或半无源的。无源标签不需要内部电源，所以它们仅当读者在附近给其供电时是有源的。反之，半无源和有源的标签需要诸如小型电池的电源。对于没有内部电源的无源RFID标签，由进入的射频信号在天线中感应的微小电流提供仅够用于标签中的集成电路的电能，以上电和传输响应。无源标签的实际读取距离范围是从大约4英寸上至将近600英尺。

与无源RFID标签相比，有源RFID标签具有其自己的内部电源，该电源用于给集成电路供电和将响应信号广播给读者。从有源标签到读者的通信比从无源标签到读者的通信通常更加可靠。由于有源标签的板上电源的缘故，有源标签可比无源标签传输更高的功率电平(powerlevel)，这使得在更长距离和不同环境中有源标签更耐用(robust)。如今许多有源标签都具有数百米的工作范围，而电池寿命多至十年。有源标签比无源标签可包括更大的存储器，并可包括存储从读者接收到的附加信息的能力。虽然本文显示的实施例包括无源RFID标签26，但显然可为使用者实施有源或半无源的RFID标签26以获得所需结果。

参考图2-6，图中仿真武器12和仿真弹药24的各种实施例被示出。在这些实施例中，仿真榴弹发射器能够以40mm榴弹40的形式引爆仿真弹药24。虽然示出了榴弹，但可实施各种类型的弹药。虽然如此，仿真榴弹40由类似于真实的40mm榴弹的两部分组成，即，仿真发射弹头42和铝弹壳44。用向下弯(turned down)的尼龙棒制造仿真发射弹头42以匹配实弹的剖面。发射弹头42的内部被镗孔(boreout)并且母螺纹46在直径上被切开以与弹壳44紧密配合，弹壳也名为壳(shell)。弹壳44可由铝制成，并具有与实弹相当类似的外部直径。弹壳44还具有旋入尼龙发射弹头42的更小螺纹直径47。一旦弹壳44完全旋入发射弹头42，则小腔体48被限定用于放置RFID标签26。根据被仿真的弹药，在许多情况下RFID标签26不会完全适贴配合(snugly fit)地装配到小腔体48中。在这种情况下，可以包括诸如尼龙隔离部和/或一个或多个泡沫垫49的隔离部50，以确保RFID标签26在位并有助于防止RFID标签26由于不必要的物理动作而致的故障。参见图2b和图4，由泡沫垫49a、49b支撑RFID标签26，而一个泡沫垫49b邻接隔离部50。

参见图3a，将薄壁插入部52设计成适贴配合装配到诸如仿真武器12的枪管54的内表面的仿真武器12的内表面中或与其邻接(虽然可将插入部52按照适合于武器工作的方式与仿真武器12的其他组件相关地进行定位)。参见图4，将枪管插入部52设计成装配到仿真发射器或轻武器的枪管54中，并可使用诸如胶合、压配合、或螺旋或通过枪管54和插入部52延伸的其他连接器的任何常规的已知方法将枪管插入部52固定到枪管54或发射器上。枪管插入部52具有纵向的槽切口(grove cut)56，用于装入使收发器板与天线连接的同轴电缆23。枪管插入部52中的工艺切口(relief cut)58沿着槽切口56延伸，并用于支撑天线阻抗匹配电路板。参见图3a和3b，枪管插入部52在围绕枪管插入部52的圆周的纵向槽切口56的一端可另外具有至少一个横向的槽切口60，用于为RFID收发器26接纳线圈天线28。在图3a和图4中显示的实施例中，线圈天线28将围绕枪管插入部52缠绕有限次数，诸如围绕枪管插入部52三圈。天线28围绕枪管插入部52的圈数与传输频率(frequencytransmission)成反比。圈越少，传输频率越高。不过，要注意到可将天线28围绕枪管插入部52的多圈(multiple wraps)并入设计中。例如，在图3b中显示的实施例中，枪管插入部52具有在纵向槽切口56的一端围绕枪管插入部52的圆周延伸的三个独立的横向槽切口60a、60b和60c。因此，在这个实施例中，将存在三个实例，在这三个实例中当仿真弹药24被插入枪管插入部52时RFID标签26将与天线28通信。另外，参考图5中显示的实施例，天线28可具有围绕插入部52的多圈，在这个实施例中示出大约100圈的天线28。另外，参考图6，另一实施例示出天线28被布置在插入部52的末端。在这个实施例中，当仿真弹药24被带入天线28的范围时RFID标签26将与RFID收发器20通信。

一旦仿真弹药20被插入枪管插入部52，则RFID标签26一般将位于天线线圈28的圆周内。RFID标签26的位置可根据枪管54中的材料和仿真弹药26的特别应用而变化，但期望使RFID标签26定位成尽可能地靠近天线28的圆周中心。在图4中显示的实施例中，估计可将RFID标签26定位在天线28的圆周平面之上或之下0.25英寸处。线圈天线28的末端与装配在工艺切口(relief)58中且切入枪管插入部52中的阻抗匹配电路板22连结。

枪管插入部52的一端是中空凹部53，用于在枪管插入部52的内部接纳仿真40mm榴弹40。对与RFID标签26的通信进行控制的收发器电路板20位于仿真武器12上空间允许之处。同轴电缆23使天线阻抗匹配电路板22与收发器电路板20连接。收发器电路板20经由诸如串行数据总线的电连接与武器控制器卡18通信，以中继弹药数据。

对仿真弹药弹类型检测采用射频识别具有许多优点。例如，只要RFID标签26处在与收发器20连接的天线28的范围内，就能在任何时候读写RFID标签26。这提供了这种优点，即，只轻微改变RFID标签26的程序设计，便可以允许在仿真武器12的所有应用中使用相同硬件。如果需要对弹药弹RFID标签26上的任何数据进行更新，则可在任何时候从兼容的RFID收发器20进行此事，而不需要与RFID标签26的电连接。这包括弹类型、服务历史和使用数据。另外，RFID标签26可能不需要供电(如果是无源的，如上所述)并如同商用现货产品以非常小的成本购买。这在整个产品寿命期对定制应用提供较大的成本节省。RFID标签在存储器容量方面从32Byte到多于256Byte发生变化。小到32Byte将允许存储255个不同的弹类型和几字节的服务历史和使用历史。还可将弹类型扩展得更大，不过多于255个弹类型可能是过多的。这个数据存储量比其他弹类型检测方法提供非常大的优点。最后，由于RFID的无线和不接触的性质，不存在需要制动(brake)或维护的机械连接。这允许具有高可靠性的几乎免除维护的产品。

虽然上述弹药的示例是榴弹，但要注意到在系统10中可使用任何其他弹药。例如，仿真弹药24可采用子弹、导弹、弹头、或在实践武器的使用中使用的一些其他类型的弹药的形式。

第一原型RFID天线28围绕塑料管52建立，塑料管52允许将弹插入其中用于测试。由安装的RFID标签26使用40mm接近于产品的仿真弹。沿着塑料管的中心线离开线圈天线28具有大约2.5英寸的读取范围。为了测试更接近于产品装配的版本，枪管插入部52用尼龙制造，具有用于阻抗匹配电路板22和线圈天线28的工艺切口58。将这个枪管插入部52放入具有3/16英寸厚壁的铝管中，该铝管接近地模仿了40mm榴弹发射器的真实枪管。最初，将仿真铝枪管54从天线28的谐振频率偏移得足以使RFID标签26不可读。重新调谐天线28之后，对系统10进行测试以具有沿着枪管54的中心线离开线圈天线28的中心大约三英寸的读取范围。

具有这样描述的从仿真弹药无线读写数据的方法的示例性实施例，本领域技术人员应注意到本公开仅是示例性的，在本发明的范围内可以做出各种其他替换例、适应和更改。因而，本发明不限于本文示出的特定实施例，而仅受所附权利要求的限制。

Claims (18)

1.一种在武器仿真系统中用于识别插入仿真武器中的仿真弹药的方法，该武器仿真系统具有为使用者产生训练情景的主仿真计算机，所述方法包括下列步骤：

a.将关于该仿真弹药的信息存储在被装入该仿真弹药的射频识别标签中；

b.将该仿真弹药放到该仿真武器中的插入部中；

c.将该信息从该射频识别标签传输到被装入该仿真武器的射频识别收发器；

d.将来自该射频识别收发器的该信息传输到该仿真武器的武器控制器；和

e.将来自该武器控制器的该信息传输到该主仿真计算机。

2.如权利要求1中所述的方法，其中步骤b)进一步包含：

将该仿真弹药完全定位在该插入部中用于使该射频识别标签与缠绕该插入部的天线基本对齐；和

将来自该射频识别标签的信息经由该天线传输到该射频识别收发器。

3.如权利要求1中所述的方法，其中在步骤a)之前包括下列步骤：

通过使仿真发射弹头与弹壳连结以在该仿真发射弹头与该弹壳之间限定腔体来装配该仿真弹药。

4.如权利要求1中所述的方法，进一步包含下列步骤：

将该射频识别标签放入该腔体和至少一个隔离器中以保护该射频识别标签。

5.一种武器仿真系统，包含：

主仿真计算机，其产生仿真情景；

仿真武器，其具有与该主仿真计算机电通信的武器控制器；

射频识别收发器，其与该仿真武器连接，该收发器与该武器控制器电通信；

插入部，其与该仿真武器连接；

天线，其与该收发器连接，该天线由该插入部支撑在该仿真武器中；

仿真弹药，其可移动地接合该仿真武器中的该插入部；

射频识别标签，其被装入该仿真弹药中，当该仿真弹药被支撑在该插入部中时该标签与该收发器电通信。

6.如权利要求5中所述的武器仿真系统，其中所述仿真弹药进一步包含具有仿真发射弹头的壳和限定腔体以装入该射频识别标签的弹壳。

7.如权利要求6中所述的武器仿真系统，进一步包含被装入该腔体的尼龙隔离器。

8.如权利要求7中所述的武器仿真系统，进一步包含在该腔体中围绕该射频识别标签的第一泡沫垫和第二泡沫垫，该第二泡沫垫邻接该尼龙隔离器。

9.如权利要求5中所述的武器仿真系统，其中所述插入部包含预定的直径和纵向轴，该天线的一部分缠绕该插入部的该直径以形成基本垂直于该纵向轴的平面。

10.如权利要求9中所述的武器仿真系统，其中当该仿真弹药被该插入部支撑时该射频识别标签基本处在缠绕该插入部的该直径的该天线的平面内。

11.如权利要求5中所述的武器仿真系统，进一步包含围绕该插入部延伸的一个或多个槽以接纳该天线。

12.一种用于为武器使用者产生训练情景的武器仿真系统，所述系统包含：

主仿真计算机，其产生该仿真情景；

仿真武器，其装有与该主仿真计算机电通信的武器控制器，该仿真武器具有轻武器枪管；

射频识别收发器，其被装入该仿真武器中，该收发器与该武器控制器电通信；

插入部，其与该仿真武器的该枪管连接；

天线，其与该收发器连接并围绕该插入部，该天线由该插入部支撑在该仿真武器中；

仿真弹药，其可移动地接合该仿真武器中的该插入部；

射频识别标签，其被装入该仿真弹药中，当该仿真弹药被支撑在该插入部中时该射频识别标签与该收发器电通信。

13.如权利要求12中所述的武器仿真系统，其中所述仿真弹药进一步包含具有仿真发射弹头的壳和限定腔体以装入该射频识别标签的弹壳。

14.如权利要求13中所述的武器仿真系统，进一步包含装入该腔体中的至少一个隔离器。

15.如权利要求14中所述的武器仿真系统，进一步包含在该腔体中围绕该射频识别标签的第一泡沫垫和第二泡沫垫，该第二泡沫垫邻接该隔离器。

16.如权利要求12中所述的武器仿真系统，其中所述插入部包含预定的直径和纵向轴，该天线的一部分缠绕该插入部的该直径以形成基本垂直于该纵向轴的平面。

17.如权利要求16中所述的武器仿真系统，其中当该仿真弹药被该插入部支撑时该射频识别标签基本处在缠绕该插入部的该直径的该天线的平面内。

18.如权利要求12中所述的武器仿真系统，其中该插入部包括第一边缘和第二边缘，该天线围绕该插入部的该第一边缘延伸。

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