ES2224831B1 - Sistema simulador de artilleria de precision y metodo. - Google Patents
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Abstract
Sistema simulador de artillería de precisión y
método.
Un cañón montado en torreta sobre un tanque
disparador con un transmisor de explorador láser en su tubo emite un
haz láser al apretar el mecanismo de disparo. El haz láser está
dirigido hacia un tanque de blanco, basado en telemetría y
seguimiento del disparador, usando una computadora estándar de
control de fuego para proporcionar telemetría y seguimiento usuales.
El tanque de blanco es explorado con el haz láser para medir el
azimut de blanco y elevación de blanco con respecto a un visor del
ánima del cañón del tanque disparador. Los receptores ópticos
montados sobre la torreta del tanque de blanco detectan el haz
láser, y una unidad de control del sistema determina el momento de
apriete del mecanismo de disparo, el azimut de blanco y la super
elevación de blanco. El control del sistema determina, también, una
distancia al tanque de blanco comparando un conjunto de coordenadas
GPS de los dos tanques. Basado en el azimut de blanco, la super
elevación de blanco, la distancia al blanco y el momento de apriete
del mecanismo de disparo, la unidad de control del sistema computa
un punto de impacto con relación al tanque de blanco de un proyectil
balístico simulado, disparado desde el cañón del primer tanque en el
momento de apriete del mecanismo de disparo. Se realiza evaluación
de bajas, y se retransmite el punto de impacto al disparador para su
realimentación inmediata.
Description
Sistema simulador de artillería de precisión y
método.
La presente invención se refiere a sistemas y
métodos de entrenamiento militar, y más particularmente, a un
sistema y a un método adaptados, particularmente, para simular
fuego de tanque en juegos de guerra simulados.
La artillería motorizada por combustión ha sido
clasificada largo tiempo según el recorrido o la trayectoria de su
proyectil. Un motor lanza su proyectil con un recorrido parabólico
alto. El proyectil disparado desde un cañón, tal como un cañón de
tanque, tiene un nivel algo directo y un recorrido curvado
ligeramente hacia abajo. El proyectil desde un obús realiza un
compromiso útil, desplazándose sobre un recorrido arqueado de
distancia considerable que requiere menos explosivo propulsivo y un
tubo más ligero que el de un cañón.
El Ejército de los Estados Unidos ha
desarrollado y usado extensamente el Sistema de Aplicación Láser
Integrado Múltiple (MILES) para entrenar a las fuerzas terrestres
en operaciones militares. Los rifles están acoplados con láseres de
baja energía y se realizan muertes simuladas impactando a un soldado
que lleva un chaleco que porta detectores ópticos. En
implementaciones más elaboradas, se puede simular fuego indirecto
desde morteros y obuses, así como campos de minas, en algunos casos
usando unidades de jugador equipadas con localizadores con Sistema
de Posicionamiento Global (GPS). Se han añadido pirotecnia y sonido
para proporcionar realismo mejorado.
Los tanques son todavía un componente muy
importante en operaciones de asalto terrestres. Cualquier sistema
con base láser para simular fuego de cañón desde un tanque debe
tener en cuenta el hecho de que un proyectil real, tal como uno de
ciento veinte milímetros, sigue una trayectoria curvada y toma una
cantidad sustancial de tiempo para moverse desde el tanque hasta el
blanco o hasta la zona del blanco. En contraste, un haz láser se
mueve en línea recta a la velocidad de la luz. Se han desarrollado
numerosos sistemas de entrenamiento de cañones, tales como los
descritos las Patentes de EE.UU. N^{os} 3.588.108; 3.609.883; y
3.832.791. La Patente de EE.UU. N° 4.218.834 de Robertson, titulada
SCORING OF SIMULATED WEAPONS FIRE WITH SWEEPING
FAN-SHAPED BEAMS (Tiro de fuego de armas
simulado con haces de barrido en abanico) describe un sistema de
entrenamiento de artillería diseñado para simular con más precisión
fuego de tanque en situaciones: tácticas complejas que los sistemas
de las tres patentes de EE.UU. mencionadas anteriormente. Los haces
de barrido angular en modo plano de radiación láser se emiten en o
alrededor del instante del fuego de cañón simulado. Estos mismos
haces se usan, también, para medir la posición de un
retrorreflector de blanco en distancia, en términos de azimut y
elevación. Durante este mismo periodo de tiempo, se realiza un
cálculo de la posición instantánea en términos de distancia, azimut
y elevación de un proyectil simulado. Se calcula la relación entre
el proyectil simulado y cada haz en su posición angular en la
interceptación por el retrorreflector. En el instante de tiro,
cuando la distancia arma-a-reflector
iguala a la distancia
arma-a-proyectil, o cuando el
proyectil está a una elevación predeterminada con relación al
reflector, el tiro se basa en la relación del proyectil con la
posición angular del haz en el instante antes mencionado. Los
resultados de tiro se presentan en el tanque y/o se transmiten al
blanco en modulación de haz, para evaluación del efecto de impacto
en el blanco.
Aunque el sistema y el método de la patente de
Robert son antes mencionada se han comercializado con algún grado
de éxito, sería deseable proporcionar un sistema de entrenamiento
de artillería más preciso, que aproveche los localizadores GPS y
que tenga capacidades y flexibilidades mejoradas para realzar
además el realismo del ejercicio de entrenamiento de artillería con
tanques en situaciones tácticas complejas.
De acuerdo con la presente invención, un sistema
de simulación de artillería incluye un cañón con un emisor en su
tubo que emite un haz de radiación óptica en un primer lugar al
apretar el mecanismo de disparo. El haz está dirigido hacia un
blanco en un segundo lugar, basado en una telemetría y seguimiento
usuales de un disparador. El blanco es explorado con el haz de
radiación para medir un azimut de blanco y una elevación de blanco
con respecto a un visor del ánima del cañón. Un momento de apriete
del mecanismo de disparo es transmitido al segundo lugar. Los
receptores ópticos en el segundo lugar detectan el haz de radiación
óptica y una unidad de control del sistema determina el azimut de
blanco y la elevación de blanco. El control del sistema determina,
también, una distancia al blanco comparando un conjunto de
coordenadas GPS del cañón y del blanco. Basado en el azimut de
blanco, en la elevación de blanco, en la distancia al blanco y en
el momento de apriete del mecanismo de disparo, el sistema de
control computa un punto de impacto con relación al blanco de un
proyectil balístico simulado disparado desde el cañón en el momento
de apriete del mecanismo de disparo.
Los objetos, ventajas y características de este
inventase apreciarán más fácilmente a partir de la siguiente
descripción detallada, cuando se lea en conjunto con los dibujos
anejos, en los que:
La Fig. 1A es una ilustración diagramática de
dos tanques en un enfrentamiento simulado, que utilizan el sistema
y el método de la presente invención.
La Fig. 1B es una vista fragmentaria agrandada
de la boca de un cañón de uno de los tanques ilustrados en la Fig.
1A que muestra las antenas y el transmisor de exploración de láser
montado en la boca;
La Fig. 2 es un diagrama de bloques de una
realización preferida de la electrónica montada en cada tanque, de
acuerdo con el sistema de la presente invención.
La Fig. 3 es un diagrama de temporización que
ilustra la secuencia de etapas del método de la presente
invención.
La arquitectura total de una realización
preferida de nuestro sistema simulador de artillería de precisión
se ilustra en la Fig. 1. Un primer tanque o disparador amigo 10 se
muestra aplicando y disparando su cañón 12 sobre un segundo tanque
enemigo 14. El tanque amigo 10 está en un primer lugar y el tanque
enemigo 14 está en un segundo lugar, que podría estar, típicamente,
a varios cientos de metros del primer lugar. Se entenderá que uno o
ambos tanques 10 y 14 podrían estar estacionarios o en movimiento,
a velocidades de hasta sesenta kilómetros por hora, y más. El cañón
12 del primer tanque 10 está montado sobre una torreta estabilizada
16 de forma usual. De modo similar, el cañón 18 del segundo tanque
14 está montado, también, sobre una torreta estabilizada 20. A modo
de ejemplo, los tanques 10 y 14 pueden ser tanques M1Al con cañones
de ciento veinte milímetros, y con una distancia normal de disparo
de 3.500 metros (SABOT) y 2.500 metros (HEAT).
Haciendo referencia, todavía, a la Fig. 1, cada
uno de los tanques 10 y 14 ha montado sobre su boca 22 del cañón
una antena 24 de enlace de datos y una antena 26 GPS. Cada uno de
los tanques 10 y 14 tiene, también, un transmisor 28 del explorador
láser montado en el ánima de la boca 22 del cañón. Un cable 30
conecta operativamente la antena 24 de enlace de datos, la antena 26
GPS y el transmisor 28 del explorador láser con la electrónica del
sistema portada en el interior de la torreta 16 o del casco 32 del
tanque asociado. La antena 26 GPS montada sobre la boca 22 del
cañón de cada tanque recibe señales de localización geográfica de
enlace descendente desde doce satélites diferentes 34 y 36 GPS en
órbita alrededor de la Tierra, solamente dos de los cuales se
muestran en la Fig. 1A. Opcionalmente, señales de localización
geográfica más precisas, en forma de señales de corrección DGPS, se
transmiten a la antena 26 GPS de cada uno de los tanques 10 y 14
mediante una estación de referencia 38 GPS situada en tierra. La
estación de referencia 38 GPS recibe señales de localización de
enlace descendente desde los satélites 34 y 36. Opcionalmente, la
estación de referencia GPS, puede, también, transmitir datos de
radiofrecuencia (RF) entre los tanques 10 y 14 y una estación 40 de
órdenes, con el fin de proporcionar informes, supervisar
aplicaciones o controlar el sistema simulador de artillería de
precisión de algún modo, tal como proporcionando protocolos de
misión. En la Fig. 1A, la delgada línea continua en
zig-zag ilustra la transmisión de las señales del
GPS, las líneas de trazos en zig-zag ilustran la
transmisión de señales de corrección del DGPS, y la línea continua
gruesa en zig-zag que entra en la boca 22 del cañón
12 del tanque 10 que dispara, ilustra la respuesta de RF al
interrogador.
Preferiblemente, las antenas 24 y 26, el
transmisor 28 del explorador láser y el cable 30 pueden ser
instalados y retirados fácilmente sin interferir con el fuego
normal de cartuchos sin explosionar, de manera que los tanques 10 y
14 estarán siempre preparados para batalla real. El transmisor 28
del explorador láser emite un haz de radiación de longitud de onda
óptica que se usa, tanto para explorar la posición del tanque
contrario, como para actuar como un cartucho balístico simulado
disparado desde el cañón en el que esta montado, y como un enlace
de datos para transmitir información al tanque contrario de modo que
se permita computar el impacto del proyectil simulado.
La Fig. 2 es un diagrama de bloques de una
realización preferida de la electrónica montada, preferiblemente,
en el compartimento de tripulación de cada tanque 10 y 14, de
acuerdo con el sistema de la presente invención. Una unidad 42 de
control del sistema forma el núcleo de la electrónica. La unidad 42
de control tiene su propio suministro de energía y está basada,
preferiblemente, en microprocesador. Incluye amplia memoria para
almacenar un programa operacional inalterable. Preferiblemente, la
unidad 42 de control del sistema tiene un teclado u otro
dispositivo de entrada 43, conectado con la misma, a través de un
ordenador 44 de control de disparo (FCC) para los fines de las
órdenes de entrada de la tripulación. El dispositivo de entrada 43
permite que datos de tipo de munición, datos Met, datos inerciales,
y así sucesivamente, sean introducidos por la tripulación. El
dispositivo de entrada 43 tiene, preferiblemente, un interruptor
del mecanismo de disparo que puede ser apretado por la tripulación
para disparar un cartucho simulado. El dispositivo de entrada 43 y
el FCC 44 puede ser proporcionado por el hardware existente en el
tanque, o pueden ser dispositivos paralelos que simulan a los
homólogos reales del tanque. Un dispositivo de almacenamiento (no
ilustrado de medios que se puede retirar está conectado,
preferiblemente, con la unidad 42 de control del sistema a fin de
facilitar la carga de cambios en el programa operacional. El
suministro de energía de la unidad de control 42 obtiene su energía
desde el suministro de energía 45 del vehículo.
Haciendo referencia, todavía, a la Fig. 2, un
estroboscopio 46 de muertes y un generador 48 de estallido de
fogonazo pueden ser activados por la unidad 42 de control de
control del sistema. Los altavoces de audio y los amplificadores de
audio (no mostrados), así como los generadores de humo (no
mostrados), pueden estar conectados, también, con la unidad 42 de
control del sistema, para mejorar además el realismo de la batalla
simulada entre tanques. Un sensor Met 50 opcional puede estar
conectado con la unidad 42 de control del sistema. La antena 26 GPS
está conectada con la unidad 42 de control del sistema por medio de
un receptor 52 DGPS. La antena 24 de enlace de datos está conectada
con la unidad 42 de control del sistema a través de una unidad
transductora 54 de enlace de datos CTC y una unidad transductora 56
de enlace de datos PGS. Las señales de corrección DGPS desde la
estación 38 de referencia GPS son recibidas a través de la antena
24 de enlace de datos y alimentadas por medio de la unidad
transductora 54 de enlace de datos CTC al receptor 52 DGPS. El
transmisor 28 del explorador láser es accionado por un explorador
láser, por un interrogador y por un circuito 58 de enlace de datos,
controlados por la unidad 42 de control del sistema.
El visor principal 60 del artillero (Fig. 2)
tiene un montaje 62 de lentes y un alza de trazador 64 que comunica
con la unidad 42 de control del sistema a través de un circuito de
accionamiento 66 del alza de trazador. Una primera agrupación 68 de
sensores ópticos está espaciada alrededor de la torreta 16 de
tanque. Una segunda agrupación 70 de sensores ópticos está espaciada
alrededor del casco 32 de tanque. Las agrupaciones 68 y 70 pueden
incluir lentes y cubiertas protectoras 68a, 68b y 70a, 70b,
respectivamente. Cada una de las agrupaciones está hecha de
detectores láser individuales que generan señales y las transmiten
a la unidad de control del sistema, cuando es golpeado por el haz
láser desde el transmisor 28 del explorador láser de un tanque
contrario. Como se muestra en la Fig. 1, los detectores de las
agrupaciones 68 y 70 están espaciados alrededor de la torreta y del
casco, de manera que puedan detectar una exploración láser o un
proyectil láser simulado desde todos los ángulos en los que es
probable que sean encontrados. Un sensor 72 de orientación de la
torreta (tal como un codificador óptico), una unidad inercial 74 y
un sensor 76 de orientación del casco, alimentan, todos, señales de
datos en la unidad 42 de control del sistema. Un módulo 78 de sólo
blanco, un módulo 80 de sólo disparador, un módulo 82 de disparador
y blanco y un módulo 84 de sistema externo pueden estar conectados,
opcionalmente, con la unidad de control 42 del sistema.
Antes del apriete del mecanismo de disparo, el
disparador lleva a cabo funciones de telemetría y seguimiento. Esto
se consigue explorando ópticamente el tanque 14 de blanco. El campo
de visión (FOV) del disparador es suficientemente grande para
incluir todos los tipos de munición que pueden ser disparados por el
tanque 10. El transmisor 28 del explorador láser del tanque 10 de
disparador transmite, periódicamente, datos ópticos al tanque 14 de
blanco durante una exploración. El tanque 14 de blanco descodifica
los datos ópticos, codifica su posición DGPS, su ID, el ID del
disparador, el azimut y elevación ópticos y emite un mensaje de RF
al tanque 10 de disparador. El mensaje de RF es procesado por el
tanque 10 de disparador, mientras su ID concuerde con el mensaje de
retorno, siendo entendido que nuestro sistema permite que más de dos
tanques se apliquen uno al otro simultáneamente. Se realizan,
entonces, de forma usual el apunte y seguimiento del blanco por el
FCC 44, y esto genera la predicción del cañón requerida.
En el apriete del mecanismo de disparo, la
geometría del disparador/blanco se determina por una combinación de
mediciones ópticas directas a través del transmisor 28 del
explorador láser disparador, del DGPS y de los enlaces de datos
ópticos/de RF. En el apriete del mecanismo de disparo (TP), el
transmisor 28 del explorador láser se usa para medir el azimut (AZ)
y la super elevación (EL) de blanco con respecto al visor del ánima
del disparador. La duración de exploración es mucho más rápida que
el tiempo de salida de disparo (suficientemente rápido para impedir
degradación de la precisión total). Los detalles adicionales de
técnicas de exploración se describen en la Patente de EE.UU. Nº
4.218.834 de Hans R. Robertson, concedida el 26 de agosto de 1980,
cuya descripción entera se incorpora a esta memoria por referencia.
El transmisor 28 del explorador láser disparador transmite datos
completos de disparador en el momento de parada del haz sobre el
blanco, incluyendo el momento TP, el ID de disparador, el tipo de
arma, el tipo de munición, los ángulos de inclinación y paso del
cañón, los datos GPS (x, y, z), los datos GPS (Vx, Vy, Vz), los
datos Met (opcional), etc. Los datos, que se transmiten
ópticamente, son descodificados por la electrónica en el tanque 14
de blanco, que son los mismos que los del tanque 10 de disparador,
e ilustrados en la Fig. 2. El tanque 14 de blanco determina el
blanco AZ y el blanco super EL con respecto al visor del ánima del
disparador, bien 1) conociendo el momento de apriete del mecanismo
de disparo y el régimen de exploración, o bien 2) descodificando
los datos de posición angular de exploración transmitidos. La
distancia al blanco se determina comparando las coordenadas del
disparador y GPS del blanco. La orientación de la geometría
completa de disparador/blanco con respecto a la gravedad se
determina a partir de los sensores DGPS o de inclinación y paso 72,
74 y 76.
La unidad 42 de control del sistema del tanque
14 de blanco desarrolla una simulación balística usando los datos
transmitidos ópticamente desde el tanque 10 de disparador. Obtiene
el AZ y la super EL del visor del ánima a través de la
temporización o los datos de exploración. El tanque 14 de blanco
sigue su propio movimiento durante la salida a través de DGPS y de
la fase portadora. A partir de toda esta información, la unidad 42
de control del sistema del tanque 14 blanco determina el punto de
impacto del proyectil imaginario. Si se determina un fallo, en vez
de eso, se determina el perigeo de arma/blanco. La tripulación del
tanque 14 de blanco es informada de los resultados del fuego
enemiga, preferiblemente por intercomunicador, y se simula daño
colateral. Si se determina un impacto, el ángulo de forma de
disparo se calcula a partir de los datos de los detectores y del
codificador de la torreta. La unidad 42 de control del sistema
lleva a cabo, entonces, una evaluación de bajas de acuerdo con los
datos de las coordenadas del impacto, la distancia, el ángulo de
forma del disparo, la vulnerabilidad conocida del arma/blanco, y
así sucesivamente. La unidad 42 de control del sistema notifica,
entonces, al tanque 10 de disparador a través del estroboscopio de
muertes 46 y de enlace de datos de RF. Las coordenadas de Pk, de
distancia y de impacto se presentan sobre una pantalla 86 (Fig. 2)
en la cabina de la tripulación del tanque de disparador.
Una simulación simplificada de la salida del
arma es llevada a cabo, también, por la unidad 42 de control del
sistema del tanque 10 de disparador. Esto permite una presentación
trazadora de la salida del arma hasta el disparador a través de un
alza sobre el visor del artillero. Se realiza la compensación para
el movimiento del tanque 10 de disparador durante la salida del
arma. Se graban datos suficientes a través de una cámara (no
mostrada) para soportar un diagnóstico después de la revisión de la
acción (AAR).
La Fig. 3 es un diagrama de temporización
autoexplicatorio que ilustra la secuencia de etapas del método de
la presente invención.
En nuestro sistema, no se requiere ningún
retrorreflector para medir la distancia, el AZ y la EL de blanco
con respecto al visor del ánima. No se requiere ninguna unidad de
medición inercial de alta precisión a fin de predecir la caída del
disparo, es decir, para corregir la trayectoria del proyectil. En
nuestro sistema, la simulación balística se desarrolla en el tanque
14 de blanco y se usa DGPS para seguimiento del blanco. El uso de
un enlace de datos de RF y de GPS conduce a costo mucho más bajo
que los sistemas simuladores de artillería de la técnica anterior.
Nuestro sistema se puede usar en modos, bien de disparo y olvido, o
bien de seguimiento. Se mejora su precisión de impacto/fallo sobre
los sistemas de simulación de artillería anteriores, debido a un
régimen de exploración más rápido y debido a que el seguimiento
DGPS del tanque 14 de blanco es independiente del tiempo de salida
del disparo. Nuestro sistema se puede usar para entrenar en modos
normal, degradado, manual y de emergencia. El usuario sigue las
mismas etapas operacionales implicadas en disparar sobre un tanque
con un proyectil sin explosionar en una situación de combate.
Nuestro sistema y método se adapta a múltiples disparadores y a
múltiples blancos. La distancia al blanco genera desplazamiento
super EL del cañón. Se sigue al blanco para generar desplazamiento
de predicción del cañón. Nuestro sistema es capaz de determinar el
punto de impacto (o perigeo de fallo) con respecto al centro de
masas del tanque de blanco. Se presenta al disparador un trazador de
salida del arma y se proporciona realimentación inmediata. Se
llevan a cabo evaluaciones de PK y de bajas realistas. Nuestro
sistema y método disemina resultados de aplicación casi en tiempo
real. Se pueden grabar ejercicios de aplicación para apoyar el
diagnóstico AAR. Se emparejan inequívocamente disparadores y
blancos.
Aunque se han descrito realizaciones preferidas
de nuestro sistema y método, se deberá entender que nuestra
invención puede ser modificada tanto en disposición, como en
detalle. Por lo tanto, la protección otorgada a nuestra invención
deberá estar solamente limitada de acuerdo con el alcance de las
reivindicaciones que siguen.
Claims (9)
1. Un sistema de simulación de artillería, que
comprende:
medios (28) para emitir un haz de radiación
óptica desde un cañón (12) en un primer lugar (10), al apretar el
mecanismo de disparo, hacia un blanco (14) en un segundo lugar,
basándose en una telemetría y seguimiento usuales del
disparador;
medios (58) para explorar el blanco (14) con el
haz de radiación, para medir un azimut de blanco y una elevación de
blanco con respecto a un visor del ánima del cañón (12);
medios (28, 42, 58) para transmitir un momento
del apriete del mecanismo de disparo;
medios (70) para detectar en el blanco (14) el
haz del radiación óptica para determinar el azimut de blanco y la
elevación de blanco;
medios (24, 26, 42, 54, 56) para determinar una
distancia al blanco (14) comparando un conjunto de coordenadas GPS
del cañón (12) y del blanco (14) ; y
medios (42) para computar en el blanco (14) un
punto de impacto con relación al blanco (14) de un proyectil
balístico simulado disparado desde el cañón (12) en el momento del
apriete del mecanismo de disparo, basándose en el azimut de blanco,
la elevación de blanco, la distancia al blanco (14) y el momento de
apriete del mecanismo de disparo, y
medios (24, 42, 46, 54, 56) para notificar al
tirador el punto de impacto calculado.
2. El sistema de la reivindicación 1, en el que
el azimut de blanco y la elevación de blanco con respecto al visor
del ánima del cañón (12) se determinan basándose en el momento de
apriete del mecanismo de disparo y en un régimen de
exploración.
3. El sistema de la reivindicación 1, en el que
el azimut de blanco y la elevación de blanco con respecto al visor
del ánima del cañón (12) se determinan basándose en los datos de
posición angular de exploración transmitidos desde el primer lugar
(10).
4. El sistema de la reivindicación 1, en el que
el cañón (12) y el blanco (14) se están moviendo ambos, y la etapa
de computar el punto de impacto se basa, también, en correcciones
DGPS.
5. El sistema de la reivindicación 1, en el que
el cañón (12) y el blanco (14) se están moviendo ambos, y la etapa
de computar el punto de impacto se basa, también, en la salida
sensores (72) de inclinación y paso montados sobre el cañón (12) y
sobre el blanco (14).
6. El sistema de la reivindicación 1, y que
comprende además medios (28, 42, 58) para transmitir desde el
primer lugar (10) al segundo lugar (14) una señal codificada sobre
el haz de radiación óptica que incluye datos GPS (V_{x}, V_{y},
V_{z}).
7. El sistema de la reivindicación 1, en el que
el cañón (12) está montado sobre un tanque (10) y el haz de
radiación óptica se emite desde un transmisor (28) de explorador
láser. instalado en un tubo del cañón (12).
8. El sistema de la reivindicación 1, en el que
el blanco (14) es un tanque equipado con una pluralidad de
receptores ópticos (70) montados en el casco del tanque.
9. El sistema de la reivindicación 1, en el que
el blanco (14) es un tanque equipado con una pluralidad de
receptores ópticos montados sobre una torreta (20) del tanque.
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