CN106508013B - 室内外通用型导弹模拟训练器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及导弹模拟训练器领域，具体涉及一种室内外通用型导弹模拟训练器。该模拟训练器主要由主控计算机、集成电缆和射击训练装置、蓄电池组、充电器组成。主控计算机由硬件和软件组成，硬件主要包括加固计算机硬件、多屏控制及视频传输装置、集成电缆插座和电源；软件主要包括室内训练软件和后处理软件。本发明提供的室内外通用型导弹模拟训练器是在传统的室内模拟训练器的基础上，对常用的双屏显卡进行改造，研制出了多屏控制及图像采集卡，实现了1～4名射手能够同时进行训练，大大提高了训练效率；同时，通过增加观瞄装置、CCD相机、视频采集传输装置和后处理软件，实现了室外模拟训练功能。

Description

室内外通用型导弹模拟训练器

技术领域

本发明涉及导弹模拟训练器领域，具体涉及一种室内外通用型导弹模拟训练器。

技术背景

针对单兵或兵组使用的反坦克导弹武器系统的模拟训练器，国内或国外的技术方案基本相同，都是由1个射手分系统和1个教练员分系统组成，并且均是只能在室内训练使用，野外训练时，需要另外一套模拟训练设备，系统集成度不高。比如美国“标枪”反坦克导弹武器的室内训练装置，就是由学员站和教练员站组成，见图1所示，而室外训练由另一套设备完成，见图2所示。国内反坦克导弹武器的模拟训练器的技术方案与标枪的室内训练装置基本一致，且国内尚无能够在野外进行训练的模拟训练器。

国内传统的模拟训练器由硬件系统和软件系统组成，硬件系统包括主控计算机、模拟训练装置和集成电缆等；软件系统包括虚拟场景模块、主控模块、数据库模块和计算模块等。

主控计算机由教练员操作，用于安装软件系统，同时还通过集成电缆给模拟训练训练装置供电；模拟训练装置的外形、操作动作、操作响应、各可操作件的安装位置与真实装备相同，由射手操作，用于进行目标搜索、跟踪、识别和射击等动作的模拟训练；集成电缆由于连接主控计算机和模拟训练装置，用于传输视频、数据和电信号。如国内定型的PF11式93毫米单兵火箭弹系列室内模拟训练器，其组成见图3所示。

训练时，教练员操作主控计算机，并设置训练科目后，虚拟战场场景及模拟火箭筒的辅助信息显示在主控计算机显示屏和模拟火箭筒的瞄准镜中。射手根据训练科目的要求，观察模拟瞄准镜中的战场环境，操作模拟发射筒进行瞄准和击发训练；模拟火箭筒中安装的传感器测量姿态信息，用于驱动场景运动；射手对模拟瞄准镜的操作结果传递给主控计算机，用于计算；射手扣动扳机，将发射信号传递给主控计算机，主控计算机计算弹道，并判断对目标的命中情况。主控计算机对射手的训练成绩进行评定、存储和管理，从而完成模拟训练。

国内外传统的室内模拟训练器的技术方案存在以下三个缺点：

(1)每次训练只能训练1名射手，训练效率不高；

(2)只能在室内虚拟环境下进行训练，或者只能在野外真实环境下进行训练，不同同时完成两种环境下的模拟训练，系统集成度不高；

(3)国内尚无能够在野外进行模拟训练的装备。

发明内容

本发明提供的室内外通用型导弹模拟训练器是在传统的室内模拟训练器的基础上，对常用的双屏显卡进行改造，研制出了多屏控制及图像采集卡，实现了1～4名射手能够同时进行训练，大大提高了训练效率；同时，通过增加观瞄装置、CCD相机、视频采集传输装置和后处理软件，实现了室外模拟训练功能。

本发明提供的技术方案为：

室内外通用型导弹模拟训练器主要由主控计算机、集成电缆和射击训练装置、蓄电池组、充电器等组成。见图4所示。

室内训练时，1台主控计算机与4套射击训练装置连接，使用市电供电，

可以满足1～4名射手同时训练。室外训练时，1台主控计算机与1套射击训练装置连接，使用蓄电池供电，可以满足1名射手训练。

主控计算机由硬件和软件组成，硬件主要包括加固计算机硬件、多屏控制及视频传输装置、集成电缆插座和电源；软件主要包括室内训练软件和后处理软件。室内训练时，主控计算机启动室内训练软件，用于设置训练科目，生成场景、目标(含红外场景与目标)、音响，记录并回放训练过程，评定、管理训练成绩。野外使用时，主控计算机启动后处理软件，实时记录射手操作训练过程、评定训练成绩。

射击训练装置由模拟观瞄制导装置壳体、模拟发射装置、观瞄装置、CCD相机及镜头、OLED显示模组等组成。在射击训练装置上，能够模拟真实装备中发射制导装置的绝大部分操作动作，能够采集操作信号；能够计算弹道；能够在射手视场中生成模拟的发射烟雾、弹迹；能够模拟真实装备的操作响应；野外使用时能够用于观察真实场景与目标；室内使用时能够用于显示三维场景与目标动画。

集成电缆用于连接主控计算机和射击训练装置，实现视频信号和数据信号传输，并给射击训练装置供电。

室外使用时，蓄电池组用于给主控计算机和射击训练装置供电。

充电器由充电电路和控制电路等组成。主要用于为蓄电池组充电。

具体工作原理为：

室内训练时，主控计算机生成三维场景与目标视频信号；射手操作射击训练装置搜索、瞄准跟踪目标后进行模拟射击，射击训练装置计算制导飞行的弹道，并生成弹迹及烟尘视频信号。以上两路视频信号经过视频混合装置进行视频混合，然后显示在OLED显示模组中。OLED显示模组上的图像经过观瞄装置供射手观察。

射击训练装置中的所有传感器信息，弹道数据均被实时传送到主控计算机。当射手操作高低机、方向机使瞄准线转动时，角度传感器的输出信号将驱动主控计算机生成的三维场景与目标向相反方向转动，使射手通过目镜感受到正确逼真的视觉相对运动。

主控计算机依据弹道数据判断目标是否被命中，或导弹是否触地。利用传感器信息和弹道数据进行综合计算，然后评定训练成绩，绘制跟踪误差曲线，以及进行训练过程视频回放。完成一次模拟射击训练后，综合评定、存储与管理训练成绩。

射击训练装置与主控计算机通过集成电缆进行信息交互。

室内模拟训练器室内训练工作原理见图5。

野外训练时，射手操作射击训练装置搜索、瞄准、跟踪目标后进行模拟射击，射击训练装置计算制导飞行的弹道，并生成弹迹及烟尘视频信号，该视频信号显示在OLED显示模组中，OLED显示模组上的图像和进入观瞄装置的自然景像经过观瞄装置的光学混合作用后供射手观察。射击训练装置中的所有传感器信息，弹道计算数据及CCD相机录制的视频图像均被实时采集传送到主控计算机，主控计算机实时接收并存储上述数据。主控计算机上运行的后处理软件，利用录制存储的视频图像、弹道数据和传感器数据，综合计算，评定训练成绩，绘制跟踪误差曲线。完成训练成绩评定后，主控计算机存储和管理训练成绩。射击训练装置与主控计算机之间的信息交互通过集成电缆实现。野外训练工作原理见图6。

OLED显示器用于显示经视频混合装置混合处理后的虚拟场景、目标等视频信号，其信号格式微VGA图像，分辨率为800×600，真彩色。

视频混合装置用于将主控计算机和综合处理器生成的视频进行混合处理，然后输出至OLED显示屏，供射手观察。其输入是两路800×600分辨率的VGA格式视频图像，两路信号经过图像混合算法处理后，输出即为混合后的VGA视频图像。

有益效果

1.通过研制多屏控制卡，解决了在室内1台主控计算机配1～4套射击训练装置，训练人员可为1～4人，不但节省了装备采购费用，而且解决多人同时训练问题，并能够实现协同训练，提高了训练效率。

2.通过研制视频和光学混合装置，实现了同一装置完成室内和室外训练功能，解决我军反坦克导弹在室外训练的难题，提高了模拟训练装备的使用率和训练效果。

附图说明

图1为美国“标枪”室内训练装置

图2为美国“标枪”室外训练装置

图3为93单兵火箭室内模拟训练器

图4为模拟训练器组成

图5为室内训练时工作原理

图6为野外白天训练工作原理

图7为主控计算机

图8为多屏控制及图像采集卡

图9为CCD相机与观瞄装置的安装示意图

图1O为观瞄装置

图11为CCD相机结构

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

在主控计算机中安装了5屏输出的3D显卡，同时集成了图像采集模块，不但解决了在室内1～4名射手同时训练，而且解决了室外训练的问题，主控计算机和多功能显卡见图7和图8所示。

室内训练时，主控计算机的每个室内输出接口连接1套射击训练装置，共连接4套射击训练装置，主控计算机运行的训练软件生成的虚拟场景通过5屏显卡作用，显示在主控计算机显示屏和每套射击训练装置的OLED显示屏中，射手观察OLED显示屏，操作射击训练装置，完成模拟训练。

5屏显卡的技术方案是首先优化主控计算机主板上的集成显卡，将集成显卡输出调整为双通道分辨率为1600*1200的LVDS视频信号，经运算处理后，将其中一路视频信号等分为4路分辨率为800*600的DVI输出，从而实现5路图像输出功能。

室外训练时，主控计算机的室外输出接口连接1套射击训练装置，射手通过观瞄装置观察真实战场环境，操作射击训练装置，主控计算机运行后处理软件，采集并存储与观瞄装置平行安装的CCD相机实时采集射手的训练过程。每次训练结束后，教练员操作后处理软件，对录制的训练视频进行处理，评判射手的训练过程。

射击训练装置是模拟训练过程中射手操作的对象，是模拟训练器的主要部件，其外形尺寸、主要操作件、操作体感等与真实装备相同。射击训练装置壳体内安装了观瞄装置、CCD相机、OLED显示模组、视频混合装置和综合处理器等部件，观瞄装置和CCD相机的安装示意图见图9所示。

观瞄装置是光学部件，供射手观瞄真实景像或模拟训练器自己生成的景像。其组成与结构见图10所示。观瞄装置安装在观瞄制导装置壳体内，由物镜、分划板、分光棱镜、转向棱镜组、转像镜组、反射镜、目镜组、数码显示投影镜组所组成，见图10所示。室外训练时，当可见光经过分光棱镜后，一半光线被反射，一半光线被透射。OLED显示器上的图像和进入物镜的景像经分光棱镜混合后，进入目镜组，射手可以看到真实的场景与目标，同时看到的是OLED显示器上的弹迹与烟尘。

CCD相机的作用主要是清晰拍摄观瞄装置视场内中心区域的场景与目标，以便在训练记录处理器中能够准确判断导弹是否命中目标。为了提高CCD相机拍摄2公里景像的分辨率，经多次试验验证，其横向视场角应为2°。CCD探测器的分辨率确定为752×582像元(1/3英寸、灰度)。CCD相机与观瞄装置的光轴应平行，视场的相互关系见图11。

综合处理器采用了基于Linux系统环境下嵌入式的多线程技术，完成了所有传感器信号的采集处理、弹道仿真计算、弹迹和发射烟雾的图像仿真和所有数据的传输。

Claims (7)

1.一种室内外通用型导弹模拟训练器，其特征在于：该模拟训练器主要由主控计算机、集成电缆和射击训练装置、蓄电池组、充电器组成；

室内训练时，1台主控计算机与4套射击训练装置连接，使用市电供电，可以满足1～4名射手同时训练；主控计算机由硬件和软件组成，硬件主要包括加固计算机硬件、多屏控制及视频传输装置、集成电缆插座和电源；软件主要包括室内训练软件和后处理软件；室内训练时，主控计算机启动室内训练软件，用于设置训练科目，生成场景与目标、音响，记录并回放训练过程，评定、管理训练成绩；所述场景包括红外场景；

其中射击训练装置由模拟观瞄制导装置壳体、模拟发射装置、观瞄装置、CCD相机及镜头、OLED显示模组组成；射击训练装置是模拟训练过程中射手操作的对象，是模拟训练器的主要部件，其外形尺寸、主要操作件、操作体感与真实装备相同；在射击训练装置上能够采集操作信号、计算弹道、在射手视场中生成模拟的发射烟雾、弹迹；能够模拟真实装备的操作响应；室内使用时能够用于显示三维场景与目标动画；集成电缆用于连接主控计算机和射击训练装置，实现视频信号和数据信号传输，并给射击训练装置供电；充电器由充电电路和控制电路组成，用于为蓄电池组充电；

主控计算机的每个室内输出接口连接1套射击训练装置，共连接4套射击训练装置，主控计算机运行的训练软件生成的虚拟场景通过5屏显卡作用，显示在主控计算机显示屏和每套射击训练装置的OLED显示屏中，射手观察OLED显示屏，操作射击训练装置，完成模拟训练。

2.如权利要求1所述的室内外通用型导弹模拟训练器，其特征在于：

室内训练时，主控计算机生成三维场景与目标视频信号；射手操作射击训练装置搜索、瞄准跟踪目标后进行模拟射击，射击训练装置计算制导飞行的弹道，并生成弹迹及烟尘视频信号；以上两路视频信号经过视频混合装置进行视频混合，然后显示在OLED显示模组中，OLED显示模组上的图像经过观瞄装置供射手观察；

射击训练装置中的所有传感器信息、弹道数据均被实时传送到主控计算机，当射手操作高低机、方向机使瞄准线转动时，角度传感器的输出信号将驱动主控计算机生成的三维场景与目标向相反方向转动，使射手通过目镜感受到正确逼真的视觉相对运动；

主控计算机依据弹道数据判断目标是否被命中，或导弹是否触地；利用传感器信息和弹道数据进行综合计算，然后评定训练成绩，绘制跟踪误差曲线，以及进行训练过程视频回放；完成一次模拟射击训练后，综合评定、存储与管理训练成绩；射击训练装置与主控计算机通过集成电缆进行信息交互。

3.如权利要求1所述的室内外通用型导弹模拟训练器，其特征在于：优化主控计算机主板上的集成显卡，将集成显卡输出调整为双通道分辨率为1600*1200的LVDS视频信号，经运算处理后，将其中一路视频信号等分为4路分辨率为800*600的DVI输出，从而实现5路图像输出功能。

4.一种室内外通用型导弹模拟训练器，其特征在于：该模拟训练器主要由主控计算机、集成电缆和射击训练装置、蓄电池组、充电器组成；室外训练时，1台主控计算机与1套射击训练装置连接，使用蓄电池供电，可以满足1名射手训练；主控计算机由硬件和软件组成，硬件主要包括加固计算机硬件、多屏控制及视频传输装置、集成电缆插座和电源；软件主要包括室内训练软件和后处理软件；室外使用时，主控计算机启动后处理软件，实时记录射手操作训练过程、评定训练成绩；

其中射击训练装置由模拟观瞄制导装置壳体、模拟发射装置、观瞄装置、CCD相机及镜头、OLED显示模组组成；在射击训练装置上能够采集操作信号、计算弹道、在射手视场中生成模拟的发射烟雾、弹迹；能够模拟真实装备的操作响应；室外使用时能够用于观察真实场景与目标；室外使用时，蓄电池组用于给主控计算机和射击训练装置供电；充电器由充电电路和控制电路组成，用于为蓄电池组充电。

5.如权利要求4所述的室内外通用型导弹模拟训练器，其特征在于：

室外训练时，射手操作射击训练装置搜索、瞄准、跟踪目标后进行模拟射击，射击训练装置计算制导飞行的弹道，并生成弹迹及烟尘视频信号，该视频信号显示在OLED显示模组中，OLED显示模组上的图像和进入观瞄装置的自然景像经过观瞄装置的光学混合作用后供射手观察；射击训练装置中的所有传感器信息、弹道计算数据及CCD相机录制的视频图像均被实时采集传送到主控计算机，主控计算机实时接收并存储传感器信息、弹道数据和视频图像；主控计算机上运行的后处理软件，利用录制存储的视频图像、弹道数据和传感器数据，综合计算，评定训练成绩，绘制跟踪误差曲线；完成训练成绩评定后，主控计算机存储和管理训练成绩；射击训练装置与主控计算机之间的信息交互通过集成电缆实现。

6.如权利要求4所述的室内外通用型导弹模拟训练器，其特征在于：OLED显示器用于显示经视频混合装置混合处理后的虚拟场景、目标视频信号，其信号格式为VGA图像，分辨率为800×600，真彩色。

7.如权利要求5所述的室内外通用型导弹模拟训练器，其特征在于：视频混合装置用于将主控计算机和综合处理器生成的视频进行混合处理，然后输出至OLED显示屏，供射手观察；其输入是两路800×600分辨率的VGA格式视频图像，两路信号经过图像混合算法处理后，输出即为混合后的VGA视频图像；所述综合处理器位于所述射击训练装置中，并连接主控计算机、传感器和CCD相机。