RU136618U1

RU136618U1 - SYSTEM OF IMITATION OF THE EXTERNAL VISUAL SITUATION IN ON-BOARD MEANS FOR OBSERVING THE EARTH SURFACE OF THE SPACE SIMULATOR

Info

Publication number: RU136618U1
Application number: RU2013129489/11U
Authority: RU
Inventors: Виктор Игоревич Брагин; Алексей Иванович Митин; Константин Сергеевич Рябов; Валерий Иванович Васильев; Василий Станиславович Бартош; Станислав Александрович Кузиковский
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2014-01-10

Abstract

1. Система имитации внешней визуальной обстановки в бортовых средствах наблюдения земной поверхности космического тренажера, содержащая формирователи изображений каналов имитации иллюминаторов, связанные с устройством коммутации видеосигналов и с сетевым коммутатором, управляющую ЭВМ, связанную со всеми блоками системы, сетевой коммутатор, передающий команды от/для вычислительной системы тренажера, управляющей ЭВМ и формирователей изображений, системный коммутатор, связанный с формирователями изображений и управляющей ЭВМ, устройство коммутации видеосигналов, получающее сигналы от формирователей изображений и передающее их на устройства воспроизведения изображений в иллюминаторах рабочего места космонавта-оператора тренажера, средства управления и контроля формирователей изображений, средства отображения информации пульта контроля и управления тренажера, комплект программного обеспечения, отличающаяся тем, что в нее введены формирователь изображений канала имитации инструментального средства наблюдения (бортовой фотокамеры), выход которого соединен со вторым входом устройства коммутации видеосигналов, имитатор бортовой фотокамеры, вход которого подключен к третьему выходу устройства коммутации видеосигналов, а первый и второй выходы соединены соответственно с первым и вторым входами управляющей ЭВМ, устройство трекинга имитатора бортовой фотокамеры, сигналы с выхода которого поступают на третий вход управляющей ЭВМ.2. Система имитации внешней визуальной обстановки в бортовых средствах наблюдения земной поверхности космического тренажера по п.1, отличающаяся тем, что имитатор борто�1. A system for simulating the external visual situation in the on-board means of observing the Earth’s surface of the space simulator, containing imaging channels for imitating windows, connected to a video switching device and a network switch, controlling a computer connected to all system units, a network switch transmitting commands from / to computer system of the simulator, controlling the computer and imaging devices, the system switch associated with the imaging devices and the managing computer, device your switching of video signals, receiving signals from imaging devices and transmitting them to image reproducing devices in the windows of the workplace of the cosmonaut-operator of the simulator, control and monitoring means of imaging devices, information display devices of the control and simulator control unit, software package, characterized in that the imager of the imitation channel of the observation instrument (on-board camera), the output of which is connected to the input of the video switching device, an onboard camera simulator, the input of which is connected to the third output of the video switching device, and the first and second outputs are connected respectively to the first and second inputs of the control computer, the tracking device of the onboard camera simulator, the signals from which are fed to the third input of the control Computer 2. A system for simulating the external visual situation in on-board means of observing the earth's surface of a space simulator according to claim 1, characterized in that the on-board simulator

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области тренажерной техники и предназначена для применения в космических тренажерах и моделирующих стендах при подготовке космонавтов к решению задач в области геофизических исследований и мониторинга Земли с борта пилотируемого космического аппарата (ПКА) методом визуально-инструментальных наблюдений (ВИН).The proposed utility model relates to the field of simulator technology and is intended for use in space simulators and modeling stands when preparing cosmonauts for solving problems in the field of geophysical research and Earth monitoring from a manned spacecraft (PKA) by visual instrumental observation (VIN).

Для обеспечения отработки космонавтом-оператором профессиональных навыков выполнения сеансов ВИН необходимо, чтобы система имитации внешней визуальной обстановки тренажера ПКА обеспечивала формирование и отображение управляемых в реальном масштабе времени цветных динамических изображений земной поверхности, соответствующих условиям наблюдения в иллюминаторах ПКА как невооруженным глазом, так и через бортовые инструментальные средства визуального наблюдения (цифровая фотокамера с изменяемой кратностью увеличения ее объектива).To ensure that the cosmonaut-operator develops professional skills for performing VIN sessions, it is necessary that the system for simulating the external visual environment of the PCA simulator provide for the formation and display of real-time color dynamic images of the earth’s surface that correspond to the observation conditions in the PCA portholes with both the naked eye and through the airborne visual observation tools (digital camera with a variable zoom ratio of its lens).

Авторами предлагаемой полезной модели проведен патентный поиск, который показал, что имеется множество патентов, посвященных системам имитации внешней визуальной обстановки тренажеров: RU 50032, U1, G09B 9/08, 2004: RU 44403, U1, G09B 9/08, 2004; RU 2325706, C1, G09B 9/08, 2006; RU 2299471, C2, G06T 17/00, 2005.The authors of the proposed utility model conducted a patent search, which showed that there are many patents devoted to systems for simulating the external visual environment of simulators: RU 50032, U1, G09B 9/08, 2004: RU 44403, U1, G09B 9/08, 2004; RU 2325706, C1, G09B 9/08, 2006; RU 2299471, C2, G06T 17/00, 2005.

Несмотря на разную целевую направленность рассмотренных устройств, их общим недостатком является отсутствие технической возможности моделирования изображения объектов земной поверхности, соответствующего условиям их обнаружения, распознавания и регистрации с использованием бортовых средств наблюдения ПКА. Так в патенте на полезную модель RU 50032, U1 представлен имитатор визуальной обстановки авиационного тренажера, предназначенный для обучения задачам визуальной дозаправки топливом в полете, взлета-посадки и полета по маршруту. Данный имитатор обеспечивает обучаемому пилоту видимость имитируемой местности и объектов через остекление кабин тренажеров при отработке на тренажере навыков визуального пилотирования летательного аппарата. Технические средства, входящие в состав данного имитатора (компьютерный генератор изображения, устройство отображения визуальной информации с оптико-коллимационным устройством), могут быть использованы для моделирования изображения поверхности Земли в иллюминаторах космического тренажера. Однако они не позволяют решить техническую задачу имитации изображения земной поверхности в бортовом инструментальном средстве наблюдения ПКА с изменяемой кратностью увеличения его объектива.Despite the different target orientation of the considered devices, their common drawback is the lack of technical ability to simulate images of objects on the earth's surface, corresponding to the conditions for their detection, recognition and registration using on-board surveillance devices PKA. So in the patent for utility model RU 50032, U1 a simulator of the visual environment of an aircraft simulator is presented, intended for training in the tasks of visual refueling in flight, takeoff and landing and flight en route. This simulator provides the trained pilot with the visibility of the simulated terrain and objects through the glazing of the simulator cabins while practicing visual flight piloting skills on the simulator. The technical tools that make up this simulator (a computer image generator, a visual information display device with an optical collimation device) can be used to model the image of the Earth's surface in the windows of a space simulator. However, they do not allow to solve the technical problem of simulating the image of the earth's surface in the on-board instrument for observing the PKA with a variable magnification of the increase in its lens.

Также известна система визуализации по патенту на изобретение RU 2325706, C1, G09B 9/08, 2006, предназначенная для применения в космических моделирующих стендах и тренажерах. Эта система обеспечивает имитацию внешней визуальной обстановки в полях зрения оптического визира ВСК, входящего в состав бортовых средств отечественных пилотируемых транспортных космических кораблей. Технические принципы построения этой системы визуализации не могут быть использованы для решения задачи имитации работы бортового инструментального средства наблюдения земной поверхности, поскольку визир ВСК предназначен для решения других полетных задач экипажа ПКА (сближение и стыковка с орбитальной станцией, ориентация ПКА относительно Земли).The imaging system according to the invention patent RU 2325706, C1, G09B 9/08, 2006, intended for use in space modeling stands and simulators, is also known. This system provides a simulation of the external visual environment in the fields of view of the optical sight of the VSK, which is part of the on-board means of domestic manned transport spacecraft. The technical principles for constructing this visualization system cannot be used to solve the problem of simulating the work of an onboard instrument for observing the earth's surface, since the VSK sight is designed to solve other flight tasks of the spacecraft crew (approaching and docking with the orbital station, orientation of the spacecraft relative to the Earth).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является система имитации внешней визуальной обстановки (ИВО) в бортовых средствах наблюдения земной поверхности космического тренажера служебного модуля Российского сегмента Международной космической станции (СМ РС МКС), основанная на компьютерной генерации изображений земной поверхности [Система компьютерной генерации изображений «Альтаир», руководство по эксплуатации, ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина, 2003]. Эта система ИВО, принимаемая за прототип, представляет собой комплекс программно-аппаратных средств, включающий в себя комплект программного обеспечения и следующие основные аппаратные средства: формирователи изображений каналов имитации иллюминаторов СМ РС МКС, управляющая ЭВМ, сетевой коммутатор, системный коммутатор, средства управления и контроля формирователей изображений, устройство коммутации видеосигналов, устройства воспроизведения изображений (УВИ) в иллюминаторах рабочего места космонавта-оператора (РМО) тренажера СМ РС МКС, средства отображения информации пульта контроля и управления (ПКУ) тренажера.The closest in technical essence to the proposed utility model is a system for simulating the external visual environment (IOI) in on-board means of observing the earth’s surface of a space simulator of the service module of the Russian segment of the International Space Station (SM RS ISS), based on computer-generated image of the earth’s surface images “Altair”, operation manual, FSBI “Research Institute of the CPC named after Yu.A. Gagarina, 2003]. This IVO system, taken as a prototype, is a set of software and hardware tools that includes a software package and the following main hardware: imaging channels for imitating windows of the SM RS ISS windows, a host computer, a network switch, a system switch, management and control tools imaging devices, video signal switching device, image reproducing devices (UVI) in the windows of a workplace of an astronaut-operator (RMO) simulator SM RS ISS, means for displaying information of the control and management panel (PKU) of the simulator.

Недостатками известной системы ИВО являются невозможность отработки космонавтами важных практических навыков, необходимых для успешного выполнения сеансов ВИН с использованием инструментальных средств визуального наблюдения и регистрации (бортовой фотокамеры), а также низкий уровень разрешающей способности формируемого изображения земной поверхности 1000 м на пиксел, что не соответствует условиям наблюдения Земли невооруженным глазом с высоты 350-400 км, которые должны быть в диапазоне 120-150 м на пиксел. Указанные недостатки существенно ограничивают обучающие возможности тренажера при подготовке космонавтов к решению задач в области геофизических исследований и мониторинга Земли с борта ПКА методом визуально-инструментальных наблюдений.The disadvantages of the known IVO system are the impossibility of the astronauts mastering the important practical skills necessary for the successful completion of the VIN sessions using visual observation and recording tools (on-board cameras), as well as the low resolution level of the generated image of the earth’s surface 1000 m per pixel, which does not meet the conditions observations of the Earth with the naked eye from a height of 350-400 km, which should be in the range of 120-150 m per pixel. These shortcomings significantly limit the training capabilities of the simulator in preparing cosmonauts for solving problems in the field of geophysical research and Earth monitoring from aboard the spacecraft using visual instrumental observations.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение возможности моделирования изображения земной поверхности, соответствующего условиям наблюдения Земли не только в иллюминаторах ПКА (наблюдение невооруженным глазом), но и с использованием бортовой фотокамеры с изменяемой кратностью увеличения ее объектива.The technical task of the proposed utility model is to provide the ability to simulate an image of the earth’s surface corresponding to the Earth’s observation conditions, not only in the PCA portholes (observation with the naked eye), but also using an onboard camera with a variable magnification of its lens zoom.

Техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели, является расширение функциональных возможностей тренажеров пилотируемых космических аппаратов при подготовке космонавтов к решению задач ВИН земной поверхности в интересах повышения эффективности полетной деятельности экипажей ПКА.The technical result achieved by using the utility model is the expansion of the functional capabilities of the simulators of manned spacecraft in the preparation of astronauts to solve the problems of the Earth's spacecraft in order to increase the efficiency of the flight activity of the spacecraft crews.

Технический результат предлагаемой полезной модели достигается тем, что в известную систему ИВО, содержащую формирователи изображений каналов имитации иллюминаторов, связанные с видео-коммутатором и сетевым коммутатором, управляющую ЭВМ, связанную со всеми блоками системы, сетевой коммутатор, передающий команды от/для вычислительной системы тренажера, управляющей ЭВМ, формирователей изображений, системный коммутатор, связанный с формирователями изображений и управляющей ЭВМ, устройство коммутации видеосигналов, получающее сигналы от формирователей изображений и передающее их на устройства воспроизведения изображений, устройства воспроизведения изображений в иллюминаторах рабочего места космонавта-оператора тренажера, средства отображения информации пульта контроля и управления тренажера, подключенные к выходам устройства коммутации видеосигналов, средства управления и контроля формирователей изображений, подключенные к системному коммутатору, комплект программного обеспечения, введены формирователь изображений канала имитации инструментального средства наблюдения (бортовой фотокамеры), выход которого подключен к одному из входов устройства коммутации видеосигналов, имитатор бортовой фотокамеры, вход которого подключен к одному из выходов устройства коммутации видеосигналов, а выходы подключены ко входам управляющей ЭВМ, устройство трекинга, сигналы которого поступают на один из входов управляющей ЭВМ. Кроме того, программное обеспечение заявляемой системы ИВО содержит цифровые визуальные модели поверхности Земли для формирователей изображений с разрешением текстур 120-150 м на пиксель для режима наблюдения невооруженным глазом и с разрешением текстур 15-20 м на пиксел для режима наблюдения с помощью инструментального средства (бортовой фотокамеры).The technical result of the proposed utility model is achieved by the fact that into the well-known IVO system, which contains imaging channels for imitators of windows, connected to a video switch and a network switch, controls a computer connected to all blocks of the system, a network switch that transmits commands from / to the computer system of the simulator controlling a computer, image shapers, a system switch associated with the shapers and a control computer, a video switching device receiving signals from imaging devices and transmitting them to the image reproducing devices, image reproducing devices in the windows of the workstation of the cosmonaut-operator of the simulator, information displaying devices of the simulator control and control panel connected to the outputs of the video signal switching device, control and monitoring means of the imaging devices connected to the system switch , software package, imaging tool imaging channel imager introduced surveillance camera (on-board camera), the output of which is connected to one of the inputs of the video switching device, an on-board camera simulator, whose input is connected to one of the outputs of the video switching device, and the outputs are connected to the inputs of the control computer, the tracking device, whose signals are fed to one of control computer inputs. In addition, the software of the inventive IVO system contains digital visual models of the Earth’s surface for imaging devices with a texture resolution of 120-150 m per pixel for the observation mode with the naked eye and with a texture resolution of 15-20 m per pixel for the observation mode using a tool (onboard cameras).

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, включающим фигуры 1, 2. На фигуре 1 приведена функциональная схема заявляемой системы имитации внешней визуальной обстановки в бортовых средствах наблюдения земной поверхности космического тренажера, на фигуре 2 приведена функциональная схема заявляемого имитатора бортовой фотокамеры с устройством трекинга.The essence of the claimed technical solution is illustrated by the drawing, including figures 1, 2. Figure 1 shows the functional diagram of the inventive system for simulating the external visual situation in the on-board means of observing the earth's surface of the space simulator, figure 2 shows the functional diagram of the inventive simulator of the onboard camera with a tracking device.

Функциональная схема заявляемой системы ИВО, представленная на фигуре 1, содержит: формирователи изображений каналов имитации иллюминаторов ПКА 1₁-1_n; формирователь изображений канала имитации инструментального средства наблюдения (бортовой фотокамеры) 2; управляющая ЭВМ 3; сетевой коммутатор 4; системный коммутатор 5; устройство коммутации видеосигналов 6; устройства воспроизведения изображений в иллюминаторах рабочего места космонавта-оператора 7₁-7_n; рабочее место космонавта-оператора на тренажере 8: средства управления и контроля формирователей изображений 9: системный монитор 10, клавиатура 11, манипулятор «мышь» 12; средства отображения информации пульта контроля и управления тренажера 13; имитатор бортовой фотокамеры 14; устройство трекинга имитатора бортовой фотокамеры 15.The functional diagram of the inventive system of IVO, presented in figure 1, contains: imaging channels for simulating porthole windows ПКА 1 ₁ -1 _n ; imager of the imitation channel of the surveillance instrument (on-board camera) 2; control computer 3; network switch 4; system switch 5; video switching device 6; image reproducing devices in the windows of a workplace of an astronaut-operator 7 ₁ -7 _n ; the workplace of the astronaut-operator on the simulator 8: control and monitoring means for imaging devices 9: system monitor 10, keyboard 11, mouse manipulator 12; means for displaying information of the control and simulator 13 control panel; simulator of an onboard camera 14; on-board camera simulator tracking device 15.

Формирователи изображений (ФИ) 1₁-1_n предназначены для компьютерной генерации полноцветных, текстурированных, управляемых в реальном масштабе времени по командам от вычислительной системы тренажера изображений трехмерных динамических сюжетов внешней визуальной обстановки. Количество формирователей изображений определяется числом моделируемых на тренажере иллюминаторов.Shapers of images (FI) 1 ₁ -1 _n are intended for computer generation of full-color, textured, controlled in real time on commands from the computer system of the simulator images of three-dimensional dynamic scenes of the external visual environment. The number of imaging devices is determined by the number of portholes modeled on the simulator.

Управляющая ЭВМ (УЭВМ) 3 предназначена для управления формирователями изображений и отвечает за их взаимодействие с вычислительной системой тренажера (ВСТ). Обмен данными в системе ФИ↔УЭВМ↔ВСТ осуществляется по локальной вычислительной сети Ethernet.The host computer (UEM) 3 is designed to control imaging devices and is responsible for their interaction with the computer system of the simulator (VST). Data is exchanged in the FI↔UEVM↔VST system via a local Ethernet network.

Сетевой коммутатор 4 предназначен для обеспечения информационного обмена между аппаратными средствами УЭВМ, ФИ и вычислительной системой тренажера по единой локальной вычислительной сети.The network switch 4 is designed to provide information exchange between the hardware of the computer, FI and the computer system of the simulator on a single local area network.

Устройство коммутации видеосигналов 6 предназначено для произвольной коммутации каждого из N сформированных сигналов на потребители видеоинформации тренажера.The device for switching video signals 6 is designed for arbitrary switching of each of the N generated signals to consumers of the video information of the simulator.

Устройства воспроизведения изображений (УВИ) 7₁-7_n в иллюминаторах рабочего места космонавта-оператора 8 предназначены для обеспечения визуальных условий наблюдения сформированного изображения земной поверхности. Они включают в себя монитор компьютерных сигналов изображения и коллимационное устройство, создающее эффект «бесконечного» удаления плоскости наблюдаемого изображения.Image playback devices (UVI) 7 ₁ -7 _n in the windows of the workplace of the astronaut-operator 8 are designed to provide visual conditions for observation of the formed image of the earth's surface. They include a monitor of computer image signals and a collimation device that creates the effect of "infinite" removal of the plane of the observed image.

Системный монитор 10, клавиатура 11 и манипулятор «мышь» 12, входящие в состав средств управления и контроля ФИ 9, предназначены для обеспечения доступа к программно-аппаратным средствам УЭВМ и ФИ с помощью системного коммутатора 5.The system monitor 10, the keyboard 11 and the mouse 12, which are part of the FI 9 control and monitoring tools, are designed to provide access to the UWM and FI software and hardware using the system switch 5.

Системный коммутатор 5 предназначен обеспечивать возможность оператору системы ИВО последовательно подключать клавиатуру, манипулятор «мышь» и системный монитор к системным платам УЭВМ и ФИ каналов.The system switch 5 is designed to provide the ability of the operator of the IVO system to sequentially connect the keyboard, the mouse and system monitor to the computer boards of the computer and the channel channels.

Средства отображения информации ПКУ тренажера 13 предназначены для визуального контроля инструктором за действиями космонавта при отработке навыков выполнения задач ВИН и содержат мониторы компьютерных сигналов изображения.Information display means PKU of the simulator 13 are intended for visual control by an instructor of the astronaut's actions during the development of skills for performing VIN tasks and contain monitors of computer image signals.

Имитатор бортовой фотокамеры 14 предназначен для моделирования на тренажере условий работы космонавта-оператора с реальной бортовой цифровой фотокамерой с изменяемой кратностью увеличения ее объектива при отработке им на тренажере навыков выполнения сеансов визуально-инструментальных наблюдений. Имитатор бортовой фотокамеры 14 представляет собой макет реального бортового цифрового фотоаппарата и содержит: микродисплей 16, окуляр 17, датчик кратности увеличения объектива имитируемой бортовой фотокамеры 18, датчик команды «Спуск затвора» 19, модуль излучателя 20 устройства трекинга 15.The on-board camera simulator 14 is designed to simulate on the simulator the operating conditions of an astronaut-operator with a real on-board digital camera with a variable magnification of its lens magnification when it develops on the simulator the skills of performing visual-instrumental observation sessions. The on-board camera simulator 14 is a mock-up of a real on-board digital camera and contains: a microdisplay 16, an eyepiece 17, a zoom factor of the zoom lens of a simulated on-board camera 18, a shutter command sensor 19, an emitter module 20 of the tracking device 15.

Вход микродисплея 16 соединен с выходом 3 устройства коммутации видеосигналов 6, на вход 2 которого поступают видеосигналы с выхода формирователя изображений канала имитации инструментального средства наблюдения (бортовой фотокамеры) 2.The microdisplay input 16 is connected to the output 3 of the video switching device 6, to the input 2 of which the video signals from the output of the imager of the imitation channel of the monitoring instrument (on-board camera) 2 are received.

С выхода 1 имитатора бортовой камеры 14 сигналы датчика кратности увеличения объектива имитируемой бортовой фотокамеры 18 подаются на вход 1 управляющей ЭВМ. С выхода 2 имитатора бортовой камеры 14 сигналы датчика команды «Спуск затвора» 19 подаются на вход 2 управляющей ЭВМ. Выходы датчика кратности увеличения 18 объектива имитируемой бортовой фотокамеры и датчика команды «Спуск затвора» 19 соединены со входами 1, 2 управляющей ЭВМ 3 по интерфейсу USB. Сигналы датчика 18 обеспечивают создание с помощью формирователя изображений 2 визуального эффекта изменения масштаба наблюдаемого космонавтом-оператором изображения земной поверхности в окуляре 17 имитатора бортовой фотокамеры 14, соответствующего трансфокации объектива реального инструментального средства наблюдения. По сигналам датчика команды «Спуск затвора» 19 в формирователе изображений 2 фиксируются и запоминаются кадры сформированного изображения земной поверхности для их последующего анализа при разборе тренировки и оценки инструктором действий космонавта-оператора при отработке навыков выполнения сеансов ВИН.From the output 1 of the simulator of the on-board camera 14, the signals of the sensor of the magnification factor of the lens of the simulated on-board camera 18 are fed to the input 1 of the control computer. From the output 2 of the simulator of the on-board camera 14, the signals of the sensor command "Shutter Release" 19 are fed to input 2 of the control computer. The outputs of the sensor of magnification 18 of the lens of the simulated onboard camera and the sensor of the “Shutter” command 19 are connected to the inputs 1, 2 of the control computer 3 via USB. The signals of the sensor 18 provide the creation, with the help of the imager 2, of the visual effect of zooming in on the image of the earth's surface observed by the astronaut-operator in the eyepiece 17 of the on-board camera simulator 14, corresponding to the zoom of the lens of a real observation tool. According to the sensor signals of the “Shutter” command 19 in the imager 2, the frames of the formed image of the earth's surface are recorded and stored for subsequent analysis during training analysis and assessment by the instructor of the astronaut-operator actions during the development of skills for performing VIN sessions.

Устройство трекинга 15 предназначено для определения в реальном времени линейных и угловых координат имитатора бортовой фотокамеры 14 относительно иллюминатора (УВИ 7₁) и формирования с помощью управляющей ЭВМ 3 команд управления визуальной моделью Земли формирователя изображений 2. Формируемое изображение поверхности Земли при этом зависит от текущего положения оптической оси виртуального объектива имитируемой бортовой фотокамеры 14 относительно иллюминатора (УВИ 7₁). Устройство трекинга 15 представляет из себя комбинацию аппаратного и программного обеспечения. В основу его построения могут быть использованы различные физические принципы: акустические, оптические, электромагнитные, инерционные [A. Mulder. “Human movement tracking technology”. Technical report, School of Kinesiology, Simon Fraser University, 1994; C. Youngblut, R.E. Johnson, S.H. Nash, R.A. Wienclaw, and A.W. Craig, “Review of Virtual Environment Interface Technology”, Institute for Defense Analysis, 1996; G. Welch, E. Foxlin, “Motion Tracking: no silver bullet, but a respectable arsenal”, Computer Graphics and Applications, 2002]. Представленное на фигурах 1, 2 устройство 15 использует технологию ультразвукового трекинга. Оно содержит: модуль излучателя с ультразвуковым передатчиком 20, приемные модули 21, модуль управления 22.Tracking device 15 is designed to determine in real time the linear and angular coordinates of the onboard camera simulator 14 relative to the porthole (UVI 7 ₁ ) and generate using the host computer 3 commands to control the visual model of the Earth imaging device 2. The generated image of the Earth’s surface depends on the current position the optical axis of the virtual lens of the simulated onboard camera 14 relative to the porthole (UVI 7 ₁ ). Tracking device 15 is a combination of hardware and software. The basis of its construction can be used various physical principles: acoustic, optical, electromagnetic, inertial [A. Mulder. “Human movement tracking technology”. Technical report, School of Kinesiology, Simon Fraser University, 1994; C. Youngblut, RE Johnson, SH Nash, RA Wienclaw, and AW Craig, “Review of Virtual Environment Interface Technology”, Institute for Defense Analysis, 1996; G. Welch, E. Foxlin, “Motion Tracking: no silver bullet, but a respectable arsenal”, Computer Graphics and Applications, 2002]. Presented in figures 1, 2, the device 15 uses ultrasonic tracking technology. It contains: a radiator module with an ultrasonic transmitter 20, receiving modules 21, a control module 22.

Модуль излучателя 20 с ультразвуковым передатчиком размещается на имитаторе бортовой фотокамеры 14, приемные модули 21 и модуль управления 22 размещаются в рабочей зоне расположения иллюминатора тренажера (УВИ 7₁). Модуль управления 22 осуществляет синхронизацию работы всего устройства, обработку данных с приемных модулей 21 и их передачу со своего выхода на вход 3 управляющей ЭВМ 3 по интерфейсам USB или RS-232, RS-422, RS-485.The emitter module 20 with an ultrasonic transmitter is placed on the simulator of the onboard camera 14, the receiving modules 21 and the control module 22 are located in the working area of the simulator’s window (UVI 7 ₁ ). The control module 22 synchronizes the operation of the entire device, data processing from the receiving modules 21 and their transmission from its output to input 3 of the control computer 3 via USB or RS-232, RS-422, RS-485.

Комплект программного обеспечения системы ИВО предназначен для синтеза и отображения трехмерных анимационных сцен в реальном времени и управления формирователями изображений от вычислительной системы тренажера. Комплект программного обеспечения содержит программу управления, цифровую визуальную модель земной поверхности, систему отображения визуальных моделей. Основным элементом программы управления является программа ROUTER, которая исполняется на управляющей ЭВМ. Эта программа обеспечивает прием командных пакетов от вычислительной системы тренажера, трансляцию их в локальные сессии каналов формирователей изображений, управление этими каналами и устройством коммутации видеосигналов. Цифровая визуальная модель земной поверхности представляет собой упорядоченную совокупность данных, содержащих графическую информацию о земной поверхности. Система отображения визуальных моделей представляет собой пакет программ, обеспечивающих функционирование каналов формирователей изображений и обеспечивает синтез и отображение трехмерных анимационных сцен в реальном времени.The software package of the IVO system is designed for the synthesis and display of three-dimensional animated scenes in real time and for controlling imaging devices from the computer system of the simulator. The software package contains a control program, a digital visual model of the earth’s surface, and a visual model display system. The main element of the control program is the ROUTER program, which is executed on the host computer. This program provides the reception of command packets from the computer system of the simulator, broadcasting them to the local sessions of the channels of the imaging devices, controlling these channels and the device for switching video signals. A digital visual model of the earth’s surface is an ordered collection of data containing graphical information about the earth’s surface. The visual model display system is a software package that ensures the functioning of the imaging channels and provides the synthesis and display of three-dimensional animated scenes in real time.

Система имитации внешней визуальной обстановки в бортовых средствах наблюдения земной поверхности космического тренажера функционирует следующим образом. Формирователи изображений 1₁-1_n обеспечивают формирование изображения поверхности Земли в иллюминаторах тренажера ПКА для его наблюдения невооруженным глазом с помощью устройств воспроизведения изображений 7₁-7_n. При этом используется цифровая визуальная модель поверхности Земли с разрешением текстур 120-150 м на пиксель. Сигналы изображений поверхности Земли с выходов формирователей изображений поступают на входы 1, 2, …, n устройства коммутации видеосигналов 6. управляемого с помощью управляющей ЭВМ 3. С выходов устройства коммутации видеосигналов 6 сигналы изображений подаются на устройства воспроизведения изображений 7₁-7_n иллюминаторов рабочего места космонавта-оператора 8. С выхода 3 сигналы изображений поступают на вход микродисплея 16 имитатора бортовой фотокамеры 14, а с выхода 1 сигналы изображений поступают на средства отображения информации пульта контроля и управления тренажера 13.The system for simulating the external visual situation in the on-board means of observing the earth's surface of the space simulator operates as follows. Shapers of images 1 ₁ -1 _n provide the formation of images of the Earth's surface in the windows of the PCA simulator for observation with the naked eye using image reproducing devices 7 ₁ -7 _n . In this case, a digital visual model of the Earth’s surface is used with a texture resolution of 120-150 m per pixel. The signals of the images of the Earth’s surface from the outputs of the imaging devices are fed to the inputs 1, 2, ..., n of the video switching device 6. controlled by a control computer 3. From the outputs of the video switching device 6, the image signals are fed to the image reproducing devices 7 ₁ -7 _n portholes of the worker the space of the astronaut-operator 8. From output 3, the image signals are fed to the input of the microdisplay 16 of the onboard camera simulator 14, and from output 1, the image signals are sent to the means for displaying bullet information and the monitoring and control of the simulator 13.

Формирователь изображений 2 обеспечивает компьютерную генерацию изображения поверхности Земли, соответствующего условиям его наблюдения с помощью бортовой фотокамеры с изменяемой кратностью увеличения ее объектива. При этом используется цифровая визуальная модель с разрешением текстур 15-20 м на пиксел. Выход формирователя изображений 2 соединен со входом 2 устройства коммутации видеосигналов 6, а с его выхода 3 сигналы изображений подаются на микродисплей 16 имитатора бортовой фотокамеры 14. Наблюдение имитируемого изображения Земли на экране микродисплея производится через окуляр 17.Imaging device 2 provides computer-generated image of the Earth’s surface, corresponding to the conditions of its observation with the help of an onboard camera with a variable magnification ratio of its lens. In this case, a digital visual model is used with a texture resolution of 15-20 m per pixel. The output of the image former 2 is connected to the input 2 of the video switching device 6, and from its output 3, the image signals are fed to the microdisplay 16 of the onboard camera simulator 14. Observation of the simulated image of the Earth on the microdisplay screen is done through the eyepiece 17.

Сигналы, несущие информацию о пространственном положении имитатора фотокамеры 14 относительно иллюминатора 7₁, с выхода модуля управления 22 устройства трекинга 15 поступают на вход 3 управляющей ЭВМ 3. Управляющая ЭВМ 3 формирует соответствующие команды управления визуальной моделью Земли формирователя изображений имитатора бортовой фотокамеры 2, в результате которых создается визуальный эффект изменения положения оптической оси и поля зрения имитируемой фотокамеры относительно иллюминатора, который наблюдается космонавтом-оператором в окуляре 17 имитатора бортовой фотокамеры 14. При воздействии космонавтом-оператором на датчик кратности увеличения объектива имитируемой бортовой фотокамеры 18 с выхода 1 имитатора бортовой фотокамеры 14 на вход 1 управляющей ЭВМ поступают сигналы, по которым управляющая ЭВМ формирует команды управления масштабом имитируемого изображения Земли, отрабатываемые формирователем изображений канала имитации бортовой фотокамеры 2. В результате для наблюдателя создается визуальный эффект изменения кратности увеличения объектива имитируемой бортовой фотокамеры при выполнении сеанса ВИН Земли на тренажере. При выдаче космонавтом-оператором команды с помощью датчика «Спуск затвора» 19 с выхода 2 имитатора бортовой фотокамеры 14 управляющий сигнал поступает на вход 2 управляющей ЭВМ. По этой команде формирователь изображений канала имитации бортовой фотокамеры 2 осуществляет фиксацию и запоминание кадров сформированного изображения земной поверхности с целью их последующего анализа при разборе тренировки и оценки инструктором действий космонавта-оператора при отработке навыков выполнения сеансов ВИН.The signals carrying information about the spatial position of the camera simulator 14 relative to the porthole 7 ₁ , from the output of the control module 22 of the tracking device 15 are fed to input 3 of the control computer 3. The control computer 3 generates the corresponding commands for controlling the visual model of the Earth of the imaging device of the onboard camera simulator 2, as a result which creates the visual effect of changing the position of the optical axis and field of view of the simulated camera relative to the porthole, which is observed by the astronaut-operator m in the eyepiece 17 of the onboard camera simulator 14. When the astronaut-operator acts on the zoom factor of the lens of the simulated onboard camera 18 from the output 1 of the onboard camera simulator 14 to the input 1 of the host computer, signals are received by which the host computer generates commands for controlling the scale of the simulated image of the Earth, processed by the imager of the imitation channel of the onboard camera 2. As a result, the visual effect of changing the magnification factor of the lens is simulated for the observer th on-board camera while performing the Earth VIN session on the simulator. When the astronaut-operator issued a command using the shutter-release sensor 19 from the output 2 of the on-board camera simulator 14, the control signal is fed to input 2 of the control computer. On this command, the imager of the on-camera camera simulation channel 2 captures and stores the frames of the formed image of the earth’s surface for the purpose of their subsequent analysis during training analysis and assessment by the instructor of the astronaut-operator’s actions in developing skills for performing VIN sessions.

Преимуществами предлагаемой системы ИВО перед известной, расширяющими ее функциональные возможности, являются:The advantages of the proposed IVO system over the well-known, expanding its functionality, are:

1. Наличие в заявляемой системе ИВО формирователя изображений канала имитации инструментального средства наблюдения (бортовой фотокамеры) 2 и имитатора бортовой фотокамеры 14 с устройством трекинга 15 обеспечивают техническую возможность одновременного формирования и отображения изображения поверхности Земли как в иллюминаторах тренажера ПКА для его наблюдения невооруженным глазом, так и в бортовом инструментальном средстве наблюдения, соответствующем реальным условиям его наблюдения с помощью бортовой фотокамеры с изменяемой кратностью увеличения ее объектива.1. The presence of the imaging system of the IO system of the imager of the imitation channel of the monitoring tool (onboard camera) 2 and the onboard camera simulator 14 with the tracking device 15 provide the technical ability to simultaneously form and display an image of the Earth’s surface both in the illuminators of the PCA simulator for observation with the naked eye, and in the on-board monitoring tool, corresponding to the real conditions of its observation using an on-board camera with a variable multiple the augmentation lens.

2. Использование в имитаторе бортовой фотокамеры 14 устройства трекинга 15 обеспечивает техническую возможность отработки космонавтами на тренажере ПКА важных практических навыков наведения оптической оси фотокамеры на объект земной поверхности, его «захвата» на сопровождение и синхронизации движения оптической оси объектива фотокамеры с «бегом» местности в условиях острого дефицита времени сеанса ВИН (30-40 секунд).2. The use of tracking device 15 in the simulator of the on-board camera 14 provides the technical possibility for astronauts to work out important practical skills on the PCA simulator to point the camera’s optical axis to an object on the earth’s surface, to “capture” it to track and synchronize the motion of the camera’s optical axis with terrain “running” in conditions of acute shortage of time of the VIN session (30-40 seconds).

3. Использование в заявляемой системе ИВО цифровых визуальных моделей поверхности Земли с разрешением текстур 120-150 м на пиксель для режима наблюдения невооруженным глазом и с разрешением текстур 15-20 м на пиксел для режима наблюдения с помощью инструментального средства (бортовой фотокамеры) позволяет отрабатывать на тренажере навыки обнаружения и распознавания детальных объектов земной поверхности при решении задач ВИН Земли.3. The use of digital visual models of the Earth’s surface with the texture resolution of 120-150 m per pixel for the observation mode with the naked eye and with the texture resolution of 15-20 m per pixel for the observation mode using the tool (onboard camera) in the inventive IVO system allows to work on simulator skills in detecting and recognizing detailed objects of the earth’s surface when solving problems of the Earth’s VIN.

Таким образом, предлагаемая полезная модель обеспечивает устранение недостатков известной системы имитации внешней визуальной обстановки космического тренажера, а ее использование позволяет расширить функциональные возможности тренажеров пилотируемых космических аппаратов при подготовке космонавтов к решению задач в области геофизических исследований и мониторинга Земли с борта пилотируемого космического аппарата методом визуально-инструментальных наблюдений.Thus, the proposed utility model eliminates the disadvantages of the known system for simulating the external visual environment of a space simulator, and its use allows you to expand the functionality of simulators of manned spacecraft in preparing astronauts to solve problems in the field of geophysical research and Earth monitoring from a manned spacecraft using the method of visual instrumental observations.

Claims

1. A system for simulating the external visual situation in the on-board means of observing the Earth’s surface of the space simulator, containing imaging channels for imitating windows, connected to a video switching device and a network switch, controlling a computer connected to all system units, a network switch transmitting commands from / to computer system of the simulator, controlling the computer and imaging devices, the system switch associated with the imaging devices and the managing computer, device your switching of video signals, receiving signals from imaging devices and transmitting them to image reproducing devices in the windows of the workplace of the cosmonaut-operator of the simulator, control and monitoring means of imaging devices, information display devices of the control and simulator control unit, software package, characterized in that the imager of the imitation channel of the observation instrument (on-board camera), the output of which is connected to the input of the video switching device, an onboard camera simulator, the input of which is connected to the third output of the video switching device, and the first and second outputs are connected respectively to the first and second inputs of the control computer, the tracking device of the onboard camera simulator, the signals from which are fed to the third input of the control COMPUTER.

2. The system for simulating the external visual situation in the onboard means of observing the Earth’s surface of the space simulator according to claim 1, characterized in that the onboard camera simulator is made in the form of a mockup of a real onboard camera and contains a microdisplay that displays the signal from the output of the imaging channel of the imaging instrument of observation eyepiece, sensor for adjusting the magnification factor of the lens of a simulated onboard camera, issuing a signal to the first input of the control computer, sensor of the shutter release command a "simulated on-board camera, which provides a signal to the second input of the host computer, the emitter module of the tracking device of the on-board camera simulator, mounted on the camera’s layout, while the video signal from the imaging channel imaging channel of the observation tool from the third output of the switching device is input to the on-board simulator video signals, and the receiving modules and the control module of the tracking device of the on-board camera simulator are located in the working area of the illumination Inator simulator.