CN105608950A - 一种热像仪半实物仿真训练系统及训练方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热像仪半实物仿真训练系统,包括：控制系统、信号调理装置，半实物训练仿真热像仪；所述控制系统用于与所述信号调理装置通信，将由所述控制系统产生的仿真信号传输给所述信号调理装置，并且接收来自所述信号调理装置的反馈信号；所述信号调理装置将来自所述控制系统的仿真信号进行转换处理，并将经转换处理后的仿真信号传输到所述半实物训练仿真热像仪；所述半实物训练仿真热像仪接收来自所述信号调理装置的经转换处理后的仿真信号，以产生多种仿真状态，从而针对所述多种仿真状态，训练操作者进行相应的训练科目和训练考核。本发明采用半实物热像仪代替真实的热像仪用于使用维护及维修保障训练，节约了训练成本并提高了训练效益。

Description

一种热像仪半实物仿真训练系统及训练方法

技术领域

本发明涉及一种热像仪半实物仿真训练系统及其训练方法，特别是涉及一种用于新型装甲装备的热像仪半实物仿真训练系统及其训练方法。

背景技术

训练仿真技术在国外起步较早，二战期间，美英等国军队为了使飞行员快速掌握和提升飞行技能，设计制造了以机电为基础的飞行训练仿真器。也是最早的训练仿真装备。

第二次世界大战以后，随着自动化武器系统的研制以及计算机技术的进步，半实物仿真技术快速发展，并被应用于训练仿真之中。半实物仿真(HILS，HardwareIntheLoopSimulation)即硬件(实物)在回路中的仿真，指的是将所研究系统的部分实物接入仿真试验系统回路中的仿真。半实物仿真技术在节约训练成本和提高训练效益方面有着巨大优势，例如美军资料显示，采用半实物仿真技术的坦克训练仿真器训练费用仅为实车训练费用的10％，而使用训练仿真器进行坦克驾驶训练1小时获得的驾驶经验超过半年实车驾驶所获得的经验。正因如此，世界主要军事强国大力推动半实物仿真技术在训练仿真方面的应用，研发并装备了一大批先进的训练仿真器。仅就以外军在装甲装备方面为例。美军装备的洛马公司研制的先进射击训练仿真系统，可提供162种不同困难程度的练习，对坦克装甲车辆乘员进行全面系统的技能训练；法军装备的汤姆逊公司研制的“勒克莱尔”坦克驾驶训练仿真器可对驾驶员进行昼夜全气象条件全路况驾驶培训；德军装备的韦格曼公司研制的“豹”2坦克维修训练仿真器能够仿真火控、电气、火炮在内的共计255种主要炮塔部件故障，可有效增强受训人员排除故障的能力。

目前，国内所展开的维修训练一般是利用维修手册、说明书、录像等资源，结合实际装备展开训练。但是，这些训练方式已经不能适应当前装备信息化发展的要求。由于受到维修操作方式和提供故障现象有限的制约，这些训练方式很难为受训方式和受训人员的数量提供保障。经过二十余年的理论研究与实践，中国在半实物训练仿真方面积累了丰富的经验，半实物训练仿真器的开发也趋于成熟，达到世界领先水平。但是热像仪半实物维修训练模拟器较少，发展相对落后。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于新型装甲装备的热像仪半实物仿真训练系统和训练方法，其采用半实物热像仪代替真实的热像仪用于使用维护及维修保障训练，以节约训练成本和提高训练效益。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种热像仪半实物仿真训练系统,包括：控制系统、信号调理装置，半实物训练仿真热像仪；所述控制系统用于与所述信号调理装置通信，将由所述控制系统产生的仿真信号传输给所述信号调理装置，并且接收来自所述信号调理装置的反馈信号；所述信号调理装置将来自所述控制系统的仿真信号进行转换处理，并将经转换处理后的所述仿真信号传输到所述半实物训练仿真热像仪；所述半实物训练仿真热像仪接收来自所述信号调理装置的经转换处理后的所述仿真信号，以产生多种仿真状态，从而针对所述多种仿真状态，训练操作者进行相应的训练科目和训练考核。

本发明还提供了一种热像仪半实物仿真训练方法,包括以下步骤：提供控制系统，用于与信号调理装置通信；将由所述控制系统产生的仿真信号传输给所述信号调理装置，并且接收来自所述信号调理装置的反馈信号；采用所述信号调理装置将来自所述控制系统的所述仿真信号进行转换处理；将经转换处理后的所述仿真信号传输到半实物训练仿真热像仪；采用所述半实物训练仿真热像仪接收来自所述信号调理装置的经转换处理后的所述仿真信号，以产生多种仿真状态；针对所述多种仿真状态，训练操作者进行相应的热像仪训练科目和训练考核。

本发明的热像仪半实物仿真训练系统及训练方法技术效果如下：

(1)热像仪半实物仿真训练系统是光机电一体化的，集构造展示、运用训练、性能检测、故障模拟和维修训练于一体，可代替真实热像仪进行维修训练，降低了热像仪维修训练的成本；

(2)基于热像仪半实物仿真训练系统的训练模式，形成了训练操作和训练考核一体化的完整训练闭环，可设置不同训练科目，评估训练效果，提高维修训练针对性和科学性。

附图说明

下面通过附图，对本发明的原理和实施方式进行进一步地详细说明：

图1是本发明的热像仪半实物仿真训练系统整体布局图；

图2是本发明的热像仪半实物仿真训练系统电气原理图；

图3是本发明的半实物训练仿真热像仪的结构爆炸图；

图4是本发明的热像仪半实物仿真训练系统的软件流程图；

图5是本发明的热像仪半实物仿真训练方法的流程图。

具体实施方式

图1示出本发明的热像仪半实物仿真训练系统整体布局图。如图1所示，本发明的热像仪半实物仿真训练系统包括：控制系统1、信号调理装置2、半实物训练仿真热像仪3。所述控制系统1包括控制主机11、微型工控机13、CAN通信卡110、显示器13；微型工控机13与控制主机11之间通过串口进行数据交互；CAN通信卡110通过总线与控制主机11连接；显示器12通过视频连接线与控制主机11连接。所述信号调理装置2包括壳体20、所述壳体20容纳有程控电源模块21、信号调理板22、视频信号转换板23、音频信号放大板24、数据采集卡25。

图2是本发明的热像仪半实物仿真训练系统电气原理图；图3是本发明的半实物训练仿真热像仪结构爆炸图。参照图2和3，所述半实物训练仿真热像仪3包括光机组件31、操控显示组件32、热传感头组件33。所述光机组件31包括仿真上物镜311、调焦模块312、倍率变换模块313；所述操控显示组件32包括护额装置321、操纵装置322、操纵信号处理模块323、显示舱324、视频信号处理模块325、微型显示器326；所述热传感头组件33包括本体舱331、仿真制冷机组件332、仿真主控模块333、仿真前端信号放大模块334、电源模块335、仿真红外CCD模块336。所述光机组件31的调焦模块312和倍率变换模块313间隔固定周期采集一次自身信号并通过CAN总线传给仿真主控模块333。所述操控显示组件32的操纵信号处理模块323间隔固定周期采集一次操纵装置信号并通过CAN总线传给仿真主控模块333。微型显示器326实时显示视频信号处理模块325的视频信息。电源模块335提供工作电压。仿真前端信号放大模块334间隔固定周期采集一次仿真放大信号并通过CAN总线传给仿真主控模块333。仿真制冷机组件332接受仿真主控模块333的振动控制和音频信号并产生振动和声音。仿真红外CCD模块336间隔固定周期采集一次自身状态信号并通过CAN总线传给仿真主控模块333。

参照图1-3，控制系统1的控制主机11通过CAN总线控制信号调理装置2的程控电源模块21电压的输出与关闭。信号调理装置2的视频信号转换板23接收控制系统1的微型工控机13的VGA视频信号并转换成电视视频信号，通过电缆传至半实物训练仿真热像仪3的视频信号处理模块325。信号调理装置2的音频信号放大板24接收控制系统1的微型工控机13的音频信号并放大，通过电缆传至半实物训练仿真热像仪3的仿真制冷机组件332。信号调理装置2的信号调理板22接收控制系统1的微型工控机13的振动控制信号并整形放大，通过电缆传至半实物训练仿真热像仪的仿真制冷机组件332。信号调理装置2的信号调理板22接收半实物训练仿真热像仪3的电压信号并处理，通过数据采集卡25采集数据，并通过电缆传至控制系统1的控制主机11。信号调理装置2的信号调理板22接收半实物训练仿真热像仪3的CAN信号，并通过电缆传至控制系统1的控制主机11的CAN通信卡110。

在控制主机11的存储装置中存储有训练软件的主控软件模块，主控软件模块包括操作使用模块、整体性能检测维修模块、操控性能检测维修模块、考评模块、初始设置模块；在微型工控机的存储装置中存储有训练软件的训练仿真软件模块，包括视频仿真模块，图像仿真模块，音频仿真模块。图4示出本发明的热像仪半实物仿真训练系统的软件流程图。

图5示出本发明还的热像仪半实物维修训练方法，包括以下步骤：

步骤501：提供控制系统，用于与信号调理装置通信；

步骤502：将由所述控制系统产生的仿真信号传输给所述信号调理装置，并且接收来自所述信号调理装置的反馈信号；

步骤503：采用所述信号调理装置将来自所述控制系统的所述仿真信号进行转换处理；将经转换处理后的仿真信号传输到半实物训练仿真热像仪；

步骤504：采用所述半实物训练仿真热像仪接收来自所述信号调理装置的经转换处理后的仿真信号，以产生多种仿真状态；

步骤505：针对所述多种仿真状态，训练操作者进行相应的热像仪训练科目和训练考核。

所述训练科目包括使用训练、维修训练。

维修训练实施例

以热像仪调焦故障为例

在控制主机11上启动系统，并进入软件故障设置界面，设置调焦故障；控制主机11通过总线将故障设置信息传给微型工控机13和CAN通信卡110。

微型工控机13模拟产生失焦热辐射图像，并以VGA视频线传至信号调理装置2内的视频信号转换板23，视频信号转换板23将VGA视频转成电视视频信号，并通过视频线传至半实物训练仿真热像仪3内的操控显示组件32；操控显示组件32内的视频信号处理模块325将视频信号驱动微型显示器326，并显示失焦热辐射图像。操作员根据观察到的微型显示器图像，分析故障原因、故障部位和排除方法。

CAN通信卡110将故障设置信息通过CAN总线传至信号调理装置2内的信号调理板22，信号调理板22通过CAN总线传至半实物训练仿真热像仪3内的热传感头组件33内的仿真主控模块333，仿真主控模块333通过CAN总线传至操控显示组件32内的操纵信号处理模块323，操纵信号处理模块323每间隔20毫秒采集1次操纵装置322的数据，并按照前述信号传递过程逆序传至CAN通信卡110，CAN通信卡110将接收的操纵装置322的数据通过总线传至控制主机。

控制系统处理接收的操纵装置322的数据，如果操作正确则通过上述流程控制微型显示器326显示图像正常。

训练考核具体实施例

以热像仪调焦故障排除为例

在控制主机11上启动系统，并进入软件故障设置界面，设置调焦故障；控制主机11通过总线将故障设置信息传给微型工控机13和CAN通信卡110，并开始计时。

微型工控机13模拟产生失焦热辐射图像，并以VGA视频线传至信号调理装置2内的视频信号转换板23，视频信号转换板23将VGA视频转成电视视频信号，并通过视频线传至半实物训练仿真热像仪3内的操控显示组件32；操控显示组件32内的视频信号处理模块325将视频信号驱动微型显示器326，并显示失焦热辐射图像。操作员根据观察到的微型显示器图像，分析故障原因、故障部位和排除方法。

CAN通信卡110将故障设置信息通过CAN总线传至信号调理装置2内的信号调理板22，信号调理板22通过CAN总线传至半实物训练仿真热像仪3内的热传感头组件33内的仿真主控模块333，仿真主控模块333通过CAN总线传至操控显示组件32内的操纵信号处理模块323，操纵信号处理模块323每间隔20毫秒采集1次操纵装置322的数据，并按照前述信号传递过程逆序传至CAN通信卡110，CAN通信卡110将接收的操纵装置322的数据通过总线传至控制主机。

控制系统处理接收的操纵装置322的数据，并实时计时，如果在规定时间内操作员操作正确，则通过上述流程控制微型显示器326显示图像正常，并根据操作员用时时间自动生成优秀、良好、合格等成绩；如果超过规定时间，则判断操作员考核不合格。

Claims (9)

1.一种热像仪半实物仿真训练系统,其特征在于，包括：控制系统、信号调理装置，半实物训练仿真热像仪；

所述控制系统用于与所述信号调理装置通信，将由所述控制系统产生的仿真信号传输给所述信号调理装置，并且接收来自所述信号调理装置的反馈信号；

所述信号调理装置将来自所述控制系统的仿真信号进行转换处理，并将经转换处理后的所述仿真信号传输到所述半实物训练仿真热像仪；

所述半实物训练仿真热像仪接收来自所述信号调理装置的经转换处理后的所述仿真信号，以产生多种仿真状态，从而针对所述多种仿真状态，训练操作者进行相应的训练科目和训练考核。

2.根据权利要求1所述的热像仪半实物仿真训练系统，其特征在于，所述仿真信号包括仿真视频信号、仿真音频信号和振动控制信号。

3.根据权利要求1所述的热像仪半实物仿真训练系统，其特征在于，所述控制系统包括控制主机、微型工控机、CAN通信卡、显示器；所述微型工控机与所述控制主机之间通过串口进行数据交互；所述CAN通信卡通过总线与所述控制主机连接；所述显示器通过视频连接线与所述控制主机连接，所述CAN通信卡设置在所述控制主机内。

4.根据权利要求1所述的热像仪半实物仿真训练系统，其特征在于，所述信号调理装置包括壳体、所述壳体容纳有程控电源模块、信号调理板、视频信号转换板、音频信号放大板、数据采集卡板。

5.根据权利要求1所述的热像仪半实物仿真训练系统，其特征在于：

所述半实物训练仿真热像仪包括光机组件、操控显示组件、热传感头组件；

所述光机组件包括仿真物镜、调焦模块、倍率变换模块；

所述操控显示组件包括护额装置、操纵装置、操纵信号处理模块、显示舱、视频信号处理模块、微型显示器；

所述热传感头组件包括本体舱、仿真制冷机组件、仿真主控模块、仿真前端信号放大模块、电源模块、仿真红外CCD模块。

6.一种热像仪半实物仿真训练方法,其特征在于，包括以下步骤：

提供控制系统，用于与信号调理装置通信；

将由所述控制系统产生的仿真信号传输给所述信号调理装置，并且接收来自所述信号调理装置的反馈信号；

采用所述信号调理装置将来自所述控制系统的所述仿真信号进行转换处理；将经转换处理后的所述仿真信号传输到半实物训练仿真热像仪；

采用所述半实物训练仿真热像仪接收来自所述信号调理装置的经转换处理后的所述仿真信号，以产生多种仿真状态；

针对所述多种仿真状态，训练操作者进行相应的热像仪训练科目和训练考核。

7.根据权利要求6所述的热像仪半实物仿真训练方法，其特征在于，所述仿真信号包括热像仪仿真视频信号、仿真音频信号和振动控制信号。

8.根据权利要求6所述的热像仪半实物仿真训练方法，其特征在于，所述训练科目包括热像仪使用训练和维修训练。

9.根据权利要求6所述的热像仪半实物仿真训练方法，其特征在于，所述训练考核包括热像仪故障设置和系统自动判断操作人员操作成绩。