DE69812912T2 - Flugkörperschiesssimulator mit eintauchen des schützen in einen virtuellen raum - Google Patents
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Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Flugkörper-Abschusssimulator für das Training von Schützen von Flugkörpern, wobei sie in einen virtuellen Raum eingetaucht sind und ihnen verschiedene Szenarien vorgeschlagen werden.
- Stand der Technik
- Für das Training von Schützen (auch "Schüler" genannt) zum Abschuss von Flugkörpern ist es bekannt, Simulations- vorrichtungen einzusetzen. Diese ermöglichen die Ausbildung von Schützen, indem ihnen das Anlegen und Zielen auf ein Ziel beigebracht wird, ohne dabei wirkliche Projektile und insbesondere Flugkörper zu verwenden. Im allgemeinen ist in diesen Simulationsvorrichtungen das Geschoss ein fiktives Geschoss; ein Rechner führt die Definition bzw. Festlegung der Position des fiktiven Geschosses aus, vergleicht diese Position mit derjenigen des anvisierten Ziels und schätzt dann die Qualität des Schusses ein, indem er insbesondere bestimmt, ob das Anlegen (oder Anvisieren), wenn der Schuss real wäre, das Geschoss zu einem Auftreffen auf dem Ziel führen würde.
- Es bestehen derzeit Simulationssysteme, die auf der Assoziierung eines Lasersystems beruhen, wobei die Lokalisierung der Visierrichtung des Schützen mit einer Video-Wiedergabe ermöglicht wird, die entweder durch Projektion der vom Schützen anvisierten Landschaft auf einen Bildschirm oder durch Übermitteln dieser Landschaft auf einen im Schießstand bzw. Schießposten integrierten Mikromonitor ausgeführt wird. Solche Vorrichtungen sind insbesondere in den Patentanmeldungen
FR-A-2 531 201 EP-A-0 151 053 undEP-A-0 100 719 von Giravions Dorand S. A. beschrieben. - Bei diesen Vorrichtungen ist die Position des Schützen starr, was dazu führt, dass nur die Winkelbewegungen des Schießpostens autorisiert sind. Es ist aber wichtig, dass der Schütze eine ausgeweitete Sicht des Schussfeldes hat und dass er nicht darauf beschränkt ist, den Sektor zu inspizieren, der sich unmittelbar vor ihm befindet. Am Anfang der Übung sind dem Schützen nämlich mehrere Standardpositionen gestattet, die während der gesamten Dauer der Schießübung beibehalten werden müssen. Für die Positionen im Stehen oder auf Knien ist es jedoch unmöglich, zu garantieren, dass der Schüler diese Anfangspositionen während der gesamten Dauer der Schießübung durchhält. Eine Modifikation dieser Anfangspositionen führt also zu Fehlern bei der Lenkung des Flugkörpers. Außerdem muss vor dem Beginn der Schießübung der Simulator so harmonisiert werden, dass er eine Übereinstimmung des projizierten oder zum Mikromonitor geschickten Bildes mit dem Erfassungsraum der Kamera sicherstellt, welche den mit dem Schüler verbundenen Laserstrahl ortet. Außerdem kann der Schüler ein Gefühl des Unwohlseins infolge der Zeitverschiebung, die zwischen dem, was er im Augenblick des Schusses fühlt, und dem, was er auf dem Bildschirm sieht, erleben.
- Solche Vorrichtungen weisen somit den Nachteil auf, keine ausreichende Realitätsnähe und keinen genügenden Benutzungskomfort für die Schützen zu bieten.
- Diese Vorrichtungen weisen darüber hinaus den Nachteil auf, die Anwendung eines Lasersystems sowie einer Erfassungskamera zu erfordern, was Harmonisierungsschwierigkeiten und Umsetzungsschwierigkeiten mit sich bringt.
- Abriss der Erfindung
- Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der vorher beschriebenen Vorrichtungen zu beseitigen. Zu diesem Zweck schlägt sie eine Simulationsvorrichtung des Abschusses von Flugkörpern über Schulter oder am Tripod vor, wobei auf eine Verbesserung der Realitätsnähe und des Benutzungskomforts der Schützen während ihres Trainings abgezielt wird, indem sie in einen virtuellen Raum eingetaucht werden.
- Genauer gesagt betrifft die Erfindung einen Flug körper-Abschusssimulator zum Training von Schützen von Flugkörpern mit Schulterauflage oder vom Tripod aus auf feststehende oder bewegliche Ziele, die umfasst:
mindestens einen Schießstand bzw. Schießposition, der mit Mitteln zum Auslösen fiktiver Schüsse versehen ist,
Mittel zum Anzeigen von Bildern,
Mittel zur Verarbeitung von Bildern, und
einen Instruktionsposten,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Instruktionsposten einen Video-Bildschirm umfasst, der Entscheidungsmitteln zugeordnet ist, anhand derer eine Ausbilder ein virtuelles Szenario wählt, das sich auf das Schussfeld, auf die Art von Lenkflugkörper und auf die Schießbedingungen bezieht,
der Schießstand Mittel zur räumlichen Lokalisierung umfasst,
die Mittel zum Anzeigen von Bildern eine Visualisierungsvorrichtung, welche virtuelle Bilder in reeller Größe, die repräsentativ für das Gesichtsfeld des Schützen in dem vom Ausbilder gewählten Szenario sind, sowie einen Mikromonitor, der im Schießstand angeordnet ist, und die gleichen Bilder wie die der Visualisierungsvorrichtung, jedoch gemäß einem für das Waffensystem charakteristischen Koeffizienten vergrößert anzeigt, umfassen, und
die Bildverarbeitungsmittel eine zentrale Verarbeitungseinheit aufweisen, welche mit einer Bilderzeugungsvorrichtung verbunden ist, die die Bilder am Instruktionsposten, die Bilder des Mikromonitors und die Bilder der Visualisierungsvorrichtung erzeugt. - Vorteilhafterweise kann die Bilderzeugungseinrichtung gleichzeitig zwei Bilder am Instruktionsposten erzeugen, wobei eines der Bilder eine Draufsicht auf das Schussfeld ist und das andere Bild das Blickfeld des die Schussszene beobachtenden Ausbilders darstellt.
- Gemäß der Erfindung ist der Simulator in der Lage, ein unterschiedliches Fadenkreuz für jede Art von Waffensystem zu erzeugen. Er kann auch Bilder des Schussfeldes gemäß einer variablen Lichtstärke erzeugen, die für die Variationen des Wetters und der Sonnenbestrahlung repräsentativ ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Simulator Mittel zur Nachbildung von Störungen, die vom Abschuss des Flugkörpers hervorgerufen werden.
- Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Instruktionsposten Speichermittel für jede Schießübung, um eine spätere Analyse des Schießergebnisses zu gestatten.
- Beschreibung der Zeichnungen
- Es zeigen:
-
l eine schematische Darstellung der verschiedenen Elemente, welche die Vorrichtung der Erfindung bilden, sowie ihrer Verbindungen, und -
2 eine schematische Darstellung des Prinzips der Nachbildung von Störungen infolge des Abschießens des Flugkörpers von dem Schießstand bzw. Schießposten. - Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Flugkörper-Abschusssimulator, der zum Training von Schützen von Flugkörpern auf bewegliche Ziele durch Integrieren des Schützen in einen virtuellen Raum vorgesehen ist.
- Der im folgenden beschriebene Simulator ist dazu vorgesehen, das Training des Abschusses von Flugkörpern auf ein bewegliches Ziel zu erleichtern, das ein Landfahrzeug, beispielsweise ein Panzer, oder ein Flugobjekt, beispielsweise ein Hubschrauber, sein kann. In der folgenden Beschreibung wird daher einfach von beweglichem Ziel gesprochen.
- Dieser Flugkörper-Abschusssimulator ist um eine mit der Durchführung der Datenverarbeitung betraute Zentraleinheit und um zwei Arbeitsposten herum gelenkig angebracht: einen Instruktionsposten und einen Schießposten.
- Als "Schießstand" bzw. "Schießposten" ("poste tireur") wird die Gesamtheit bezeichnet, die aus einem angepassten Schießposten, einem Munitionsrohr, das mit einem eventuellen Entsorgungssystem ausgerüstet ist, und aus Visualisierungsmitteln des Schussfeldes gebildet ist. Der angepaßte Schießposten ist ein mit einem realen Schießposten identischer Schießposten hinsichtlich der Ergonomie (Position der Steuerteile, Massen, Zentrierungen), deren Funktionen aber durch mit der Simulation verknüpfte Funktionen ersetzt wurden.
- Ein solcher Schießposten ist insbesondere in der französischen Patentanmeldung
FR-A-2 685 464 - Im Gegensatz zum realen Schießposten bzw. Schießstand fehlt dem angepassten Schießposten der Erfindung ein Visiersystem; dieses ist durch einen Mikromonitor ersetzt, auf dem die virtuellen Bilder angezeigt werden, welche das Blickfeld des Schützen in einem Format (Abmessungen, Vergrößerung) darstellt, das identisch mit demjenigen der Sicht über das Visiersystem eines wirklichen Schießpostens ist. An diesem Mikromonitor werden virtuelle Bilder angezeigt, welche den virtuellen Raum darstellen, in dem sich der "in Übung" befindliche Schütze bewegt. Andererseits umfasst dieser Schießposten der Erfindung einen dreidimensionalen Positionsfühler (3D), der mindestens teilweise im Innern des Schießrohrs positioniert ist. Dieser 3D-Positionsfühler, der auch "Vorrichtung zur räumlichen Lokalisierung" genannt wird, ermöglicht die Bestimmung der Bewegungen des Schießpostens während der Schießübung. Dieser 3D-Positionsfühler schickt die Daten hinsichtlich dieser Bewegungen zu einer Zentraleinheit, die sie analysiert und daraus die Folgerungen für den simulierten Flug des Flugkörpers und für das angezeigte Bild ableitet.
- Der Instruktionsposten ist der Posten, von dem aus der Ausbilder das Trainingsszenario erzeugt, das er dem Schüler vorschlägt, die Übungen zum Training startet, den Schüler anleitet und die Ergebnisse der Schießübung sowie das Verhalten des Schülers während der Übung analysiert. Dieser Instruktionsposten kann physisch vom Schießposten entfernt sein. Er ist mit dem Schießposten über die Zentraleinheit verbunden, die in der Folge genauer beschrieben wird. Dieser Schießposten umfasst einen Video-Bildschirm, der bei Bedarf mehrere Bilder anzeigen kann, sowie Entscheidungsmittel, die es ihm gestatten, zum Schießposten über die Zentraleinheit Befehle zu senden.
- Dieser Instruktionsposten sowie der Schießposten sind schematisch in
1 dargestellt. In dieser1 trägt der, Schießposten die Bezugsziffer1 , die zentrale Verarbeitungseinheit die Bezugsziffer8 und der Instruktionsposten die Bezugsziffer9 . - Genauer gesagt umfasst der Instruktionsposten
9 einen Video-Bildschirm9a , der mit Entscheidungsmitteln9b , wie zum Beispiel einer Tastatur, einer Maus etc. assoziiert ist. Von diesem Instruktionsposten9 . aus erzeugt der Ausbilder das Szenario, indem der Schütze trainiert wird. Unter Szenario versteht man die Gesamtheit, die aus dem graphischen dreidimensionalen Objekt, welches das Schussfeld darstellt, aus der Art von Flugkörper, den der Schüler abschießen muss, aus den Bewegungsbahnen der Ziele und aus den Schießbedingungen gebildet ist. Dieses Szenario wird anhand einer Auswahl von Terrains bestimmt, die vom Simulator dem Ausbilder vorgeschlagen werden. Dieser wählt eines dieser Terrains aus, und wählt dann auf dem Terrain bestimmte Schießbedingungen aus, wie zum Beispiel den Ort, an dem der Schütze plaziert ist, und seinen Blickwinkel. Der Ausbilder wählt auch auf dem Terrain den Ort aus, an dem er selbst plaziert sein muss, um gleichzeitig den Schützen und das bewegliche Ziel einsehen zu können. Der Ausbilder definiert auch die Wege bzw. Bahnen der verschiedenen Ziele. - Er kann auch die Art des Waffensystems auswählen, an dem der Schüler trainiert wird, wobei jedes Waffensystem durch unterschiedliche Lenkungs-/Steuerungsgesetze, unterschiedliche kinematische Parameter sowie spezifische Schießposten und Fadenkreuze charakterisiert ist.
- Der Ausbilder kann auch andere Schießbedingungen wählen, wie zum Beispiel die klimatischen und Sonneneinstrahlungsbedingungen, in denen der Schütze arbeiten muss: Tag, Nacht, Nebel etc.. Diese Schießbedingungen können durch den Ausbilder selbst, im Verlauf der Übung modifiziert werden.
- Der Instruktionsposten kann ein Speichermittel aufweisen, das zur Speicherung der Szenarien sowie der Schießergebnisse vorgesehen ist, um so eine spätere Analyse des Abschusses des Flugkörpers zu ermöglichen.
- Der Schießstand
1 umfasst einen bereits beschriebenen Schießposten2 , der mit einem Schießsteuerteil4 (das heißt dem Zündknopf, der dem Handgriff des Schießpostens zugeordnet ist, wie bereits beschrieben wurde), einer räumlichen Lokalisierungsvorrichtung5 (3D-Positionsfühler) sowie einem Mikromonitor3 ausgestattet ist. - Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schießposten eine Vorrichtung zur Nachbildung von Störungen, die mit
6 bezeichnet ist. - Diese Elemente
4 ,5 und6 sind am Schießposten2 befestigt, sind jedoch in der1 durch Blöcke schematisiert worden, um die Zeichnung zu vereinfachen. - Der Schießposten
1 umfasst außerdem eine Sichtanzeigevorrichtung7 , die ein Standard-Videobildschirm oder vorzugsweise ein großer Bildschirm sein kann. Diese Sichtanzeigevorrichtung7 zeigt identische Bilder zu den vom Mikromonitor3 angezeigten an. Die an dieser Vorrichtung7 angezeigten Bilder sind jedoch von realer Größe, während die vom. Mikromonitor angezeigten Bilder gemäß einem Koeffizienten vergrößert sind, der demjenigen des Standard-Visiersystems des Waffensystems entspricht, so dass das vom Schützen gesehene Bild dem Bild entspricht, das ein Schütze an einem realen Schießposten sieht (im Format). - Die gleichzeitige Verwendung der Sichtanzeigevorrichtung
7 und des Mikromonitors3 hat den Zweck, dem Schützen zu ermöglichen, die Szene ohne Vergrößerung zu sehen, wenn er den Kopf hochhebt, womit sein Eintauchen in den virtuellen Raum gewährleistet wird. Das Training des Schützen wird auf diese Weise unter Bedingungen vorgenommen, die soweit wie möglich den realen Schießbedingungen gleichen. - Die räumliche Lokalisierungsvorrichtung
5 , die zumindest teilweise in dem Schussrohr plaziert ist, ermöglicht die Bestimmung der Position und der Haltungen des Schützen. Wenn diese erfasst worden sind, werden sie zur Zentraleinheit übertragen, die daraus die Position des Schützen im virtuellen Raum ableitet. Um alle Modifikation der Positionen des Schützen zu berücksichtigen, ist der verwendete Messfühler ein Messfühler mit sechs Freiheitsgraden (nach drei Achsen und drei Winkeln). Dieser Messfühler kann beispielsweise ein elektromagnetisches System sein, das den Vorteilhat, stabil zu sein und keine Zeitabweichung zu präsentieren. Insbesondere kann das Modell FASTRAK der Firma POLHEMUS® verwendet werden. Dieser elektromagnetische Messfühler umfasst insbesondere einen Empfänger, der im Schießrohr positioniert ist und mit einem Sender assoziiert ist, der sich außerhalb des Schießrohrs befindet und den festen Bezugspunkt darstellt. - Der Positionsfühler kann auch ein pyrometrischer Fühler sein, der den Vorteil hat, präzise und gegenüber elektromagnetischen Wellen der Umgebung unempfindlich zu sein. Andere Arten von 3D-Positionsfühlern können ebenfalls in Betracht kommen.
- Die Zentraleinheit
8 hat die Rolle, die Befehle des Ausbilders zu interpretieren, das vom Ausbilder gewählte Szenario dem Instruktionsposten und dem Schießposten zur Verfügung zu stellen, den Schießbefehl zu berücksichtigen und eventuell den Einsatz von Vorrichtungen zur Nachbildung von Störungen zu übernehmen. Diese Zentraleinheit kann beispielsweise ein Generator von Synthesebildern oder auch ein Rechner vom PC-Typ sein. - Wenn das Szenario vom Ausbilder festgelegt ist, werden die Befehl bezüglich dieses Szenarios der Zentraleinheit
8 gesendet, die zusammen mit einem Bilderzeuger10 alle zur Übung notwendigen Bilder erzeugt. Genauer gesagt ist es der Bilderzeuger10 , der alle Bilder anhand von durch die Zentraleinheit8 gelieferten Daten bildet. Er generiert insbesondere das oder die Bilder) für den Instruktionsposten. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt der Instruktionsposten zwei Bilder an: eine Karte des Schussfeldes und eine Ansicht, die das Blickfeld des Aus- bilders darstellt, wenn dieser den Schützen betrachtet. Der Bilderzeuger10 erzeugt auch zwei weitere Bilder, die für den Schützenposten bestimmt sind. - Dieser Bilderzeuger kann beispielsweise der Synthese-Bilderzeuger Onyx Reality Engine2, vertrieben von SILICON GRAPHICS, und der im Simulator der Erfindung mit einem ebenfalls von SILICON GRAPHICS vertriebenen Multi-Channel-Option-Gehäuse assoziiert ist.
- Es ist anzumerken, dass der Simulator der Erfindung für den Fall beschrieben wurde, bei dem er nur einen einzigen Schießposten umfasst; er kann jedoch auch mehrere Schießposten aufweisen. Zwei Ausführungsformen sind dabei möglich: eine, bei der jeder Schießposten seinem eigenen Bilderzeuger zugeordnet ist, und einen, bei dem die Schießposten einem gleichen Bilderzeuger zugeordnet sind.
- Übrigens treten währen eines Abschusses eines Flugkörpers verschiedene Störungen auf, wie dies in der Patentanmeldung
FR-A-2 685 464 - – Störungen, die mit dem Abwurf des Gewichts des Flugkörpers verbunden sind;
- – laterale Störungen, die mit den vom Flugkörper während seines Austritts aus dem Rohr erzeugten Reibungen verbunden sind;
- – Störungen, die mit der Zugbeanspruchung des Drahts am Schießposten verbunden sind, wenn es sich um einen drahtgesteuerten Flugkörper handelt.
- Um diese Störungen zu simulieren, wird eine Vorrichtung zur Nachbildung der Störungen, durch den Block
6 in1 schematisiert und. in der PatentanmeldungFR-A-2 685 464 - Für ein besseres Verständnis der Erfindung ist in
2 diese Nachbildungsvorrichtung von durch das Abschießendes Flugkörper hervorgerufenen Störungen dargestellt. - Diese Vorrichtung umfasst ein System mit Massen m1, m2, die in dem Schießrohr positioniert sind und bei dem fiktiven Abschießen des Flugkörpers aus dem Rohr geschleudert werden. Diese Vorrichtung umfasst außerdem Abstandsfühler c1, c2, die auf der Achse angeordnet sind, an der die elektromagnetischen Massen befestigt sind. Diese Fühler dienen zur Erfassung des Vorhandenseins der Massen, um zu ermitteln, ob es notwendig ist oder nicht, sie mit Energie zu. versorgen, das heißt, um zu wissen, ob diese Massen abgestossen werden oder nicht. Anders gesagt liefern diese Abstandsfühler einem Massensteuergehäuse
11 eine Information bezüglich des Vorhandenseins oder Nicht-Vorhandenseins der Massen. Dieses Steuergehäuse11 empfängt auch eine Information bezüglich der Steuerung des Schusses sowie der notwendigen Energieversorgung, um die Massen m1 und m2 abzustossen. - Diese Vorrichtung zum Nachbilden der Störungen umfasst außerdem ein Draht-Ziehsystem-, das mit
12 bezeichnet ist, und dessen Rolle es ist, die Störungen infolge der Zugbeanspruchung des Drahts am Schießposten nachzubilden, wenn der Flugkörper drahtgesteuert ist. Dieses Draht-Zuggehäuse12 wird durch einen Befehl COM2 gesteuert, der durch den Simulator nach einer Zeit Δt nach dem Abschuss des Flugkörpers erzeugt wird. Damit der Zug des Drahts immer in der Richtung des Flugkörpers erfolgt, wie dies der Fall für die realen Schießposten ist, wird das Draht-Zugsystem12 in seiner Relativposition zum Schießposten im Verhältnis zum Flugkörper durch einen Servomotor13 , gesteuert von einem Befehl COM1, gesteuert.
Claims (6)
- Flugkörper-Abschusssimulator für das Training von Schützen von Flugkörpern mit Schulterauflage oder vom Tripod aus auf bewegliche Ziele, mit: mindestens einem Schießstand (
2 ), der mit Mitteln zum Auslösen fiktiver Schüsse versehen ist, Mitteln zum Anzeigen von Bildern (3 ,7 ), Mitteln zur Verarbeitung von Bildern (8 ,10 ), und einem Instruktionsposten (9 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Instruktionsposten einen Video-Bildschirm (9a ) umfasst, der Entscheidungsmitteln (9b ) zugeordnet ist, anhand derer ein Ausbilder ein virtuelles Szenario wählt, das sich auf das Schussfeld, auf die Art von Lenkflugkörper und auf die Schießbedingungen bezieht, der Schießstand Mittel zur räumlichen Lokalisierung (5 ) umfasst, die Mittel zum Anzeigen von Bildern eine Visualisierungsvorrichtung (7 ), welche virtuelle Bilder in reeller Größe, die repräsentativ für das Gesichtsfeld des Schützen in dem vom Ausbilder gewählten Szenario sind, sowie einen Mikromonitor (3 ), der im Schießstand angeordnet ist und die gleichen Bilder wie die der Visualisierungsvorrichtung, jedoch gemäß einem für das Waffensystem charakteristischen Koeffizienten vergrößert anzeigt, umfassen, und die Bildverarbeitungsmittel eine zentrale Verarbeitungseinheit (8 ) aufweisen, welche mit einer Bilderzeugungseinrichtung (10 ) verbunden ist, die die Bilder am Instruktionsposten, die Bilder des Mikromonitors und die Bilder der Visualisierungsvorrichtung erzeugt. - Simulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderzeugungseinrichtung gleichzeitig zwei Bilder am Instruktionsposten erzeugen kann, wobei eines der Bilder eine Draufsicht in 3D des Schussfeldes ist und das andere Bild das Blickfeld des die Schussszene beobachtenden Ausbilders darstellt.
- Simulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Fadenkreuz für jede Art von Flugkörper erzeugen kann.
- Simulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er Bilder des Schussfeldes gemäß einer variablen Lichtstärke erzeugen kann, die für die Variationen des Wetters und der Sonnenbestrahlung repräsentativ ist.
- Simulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel (
6 ) zur Behebung von Störungen infolge des Abschusses des Lenkflugkörpers vom Schießstand umfasst. - Simulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Instruktionsposten Speichermittel für jede Schießübung umfasst, um eine spätere Analyse des Schießergebnisses zu gestatten.
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