RU1784829C - Лазерный тренажер дл обучени стрельбе из стрелкового оружи - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к тренажерной технике, а именно к оптическим имитаторам стрелкового оружи . Цель изобретени  - повышение точности определени  координат , 2 точки прицеливани . Лазерный тренажер дл  обучени  стр ельбе из стрелкового оружи  содержит оптические сопр женные лазер 1, модул тор 2, формирующую оптическую систему 9, одномодовый световод 8, объектив 11 и блок выделени  координат , выполненный в виде волоконно-оптической мишени 13. А также он содержит синхронизатор 7, блок 6 задани  кода модул ции, посто нное 5 и оперативное 4 запоминающее устройства, преобразователь 3 параллельного кода в последовательный , линию 21 задержки, циф- роаналоговый преобразователь 20, два усилител  24,25, два регистра 26,27, две схемы сравнени  28,29, две схемы И 30,31, четыре накапливающих сумматора 32-35 и два делител  36,37. 1 з,п.ф-лы, 3 ил. 1 Уч

Description

Изобретение относитс  к тренажерной технике, а именно к оптическим имитаторам стрелкового оружи .

Известен р д оптических имитаторов стрельбы из ручного огнестрельного оружи , содержащее источник излучени  (лазер или светодиод) с оптической системой и фотоприемник, вырабатывающий сигнал о попадании излучени  на мишень, Например , е способе обучени  стрельбе из ручного огнестрельного оружи  используют приемопередающее оптическое устройство , располохсенное на оружии и поверх- , отличающуюс  от окружающей среды характеристиками отражени  или рассе ни  (мишень). Прм этом попадание или непопадание луча фиксируетс  приемником по результатам оценки отраженного луча.

Известна система, содержаща  оптический передатчик и фотоприемник, мишень в виде плоскопараллелЈного прозрачШго диска с флуоресцирующими зародышами. Свечение флуоресцирующего материала дает информацию о попадании

Известно устройство наиболее близкое к изобретению и включающее источник излучени , в котором используетс  светодиод или лазер, световод, объектив, дифракционную решетку и приемник, устанавливаемый на цели Решетка освещаетс  параллельным пучком света, формируемым с помощью объектива. Угловое распределение интенсивности света после решетки обратно пропорционально квадрату угла от оси пучка, что позвол ет создать зону, в которой при движении цели паралпельно оси пучка сигнал приемника не зависит от дальности. Однако известное устройство имеет недостаточную точность и помехозащитен- нбсть.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности определени  координат точки прицеливани .

Это достигаетс  тем, что в известное устройство, содержащее лазер, светодиод, объектив и блок выделени  координат, введены модул тор, электрический вход которого соединен через преобразователь параллельного кода в последовательный с оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) хранени  адресов сканировани  пол  зрени  фотоприемника, управл емым через блок задани  кода модул ции синхрогене- ратором.

На выходе модул тора по ходу оптического луча размещены одномодовый световод с элементом ввода излучени , выходной торец которого и объектна закреплены на стволе орухси .

Блок выделени  координат выполнен в виде волоконно-оптической мишени, два выходных торца которой оптически сопр жены через цилиндрические объективы и

дефлекторы с фотоприемниками

Мишень выполнена в виде волоконно- оптического делител  изображени  лазерного пучка во входной плоскости мишени на два ортогональных канала.

0 В каждом канале последовательно размещены по ходу лазерного луча и информационных электрических сигналов цилиндрический объектив, одномерный дефлектор по ос м X и Y, электрический вход

5 каждого из которых соединен через общий цифро-аналоговый преобразователь и линию задержки с оперативным запоминающим устройством хранени  адресов сканировани  пол  зрени  фотоприемника.

0 Кроме того, устройство содержит два усилител  формировани  цифровых информационных сигналов; два регистра преобразовани  последовательного кода цифрового сигнала в параллельный, выход каждого из

5 которых соединен с одним из входов логической схемы сравнени , второй вход которой соединен через линию задержки с выходом оперативного запоминающего устройства хранени  адресов сканировани 

0 пол  зрени  фотоприемника; две схемы И, один вход каждой из которых соединен с выходом логической схемы сравнени  а второй ее вход св зан с выходом регистра, выходы логических схем сравнени  кодов и

5 схем И соединены со входами схемы делени , вычисл ющей геометрический центр положени  лазерного пучка на мишени.

На фиг.1 представлена функциональна  схема устройства; на фиг.2 представлена

0 конструктивна  схема блока выделени  координат; на фиг.З показаны временные диаграммы управл ющих и информационных сигналов в электронной схеме обработки лазерного тренажера.

5 Лазерный тренажер дл  обучени  стрельбе из стрелкового оружи  (фиг.1) содержит лазер 1, модул тор (МД) 2 интенсивности лазерного излучени , соединенный через преобразователь параллельного кода

0 в последовательный (P/S) 3 с запоминающим устройством хранени  адресов сканировани  пол  зрени  фотоприемника 4,5 (блок ОЗУ RAM-4, блок ПЗУ PRPOM-5), управл емым через блок задани  кода модул 5 ции СОМ б синхрогенератором GN 7. За модул тором по ходу оптического излучени  размещены одномодовый волоконный световод 8 с. элементом ввода излучени  9, выходной торец которого 10 и объектив 11 закреплены на стволе оружи  12. Далее по

ходу лазерного луча установлена мишень, выполненна  в виде волоконнооптического делители изображени  13 лазерного пучка во входной плоскости мишени Р на два ортогональных канала (Рх, Ру) 14, 15.

В каждом канале последовательно размещены по ходу лазерного луча и информа- ционных электрических сигналов цилиндрические объективы 16,17, одномерные дефлекторы D(X) 18 и D(X) 19. электрические входы которых соединены через цифро-аналоговый преобразователь Д/А 20 и линию задержки DL 21 с запоминающим устройством хранени  входа модул ции адресов сканировани  пол  зрени  фотоприемников DM(X) 22 и DM(Y) 23. усилитель-формирователь цифровых информационных сигналов F(X) 24 и F(Y) 25, регистры преобразовани  последовательного кода цифрового сигнала в параллельный 26, 27, выходы которых соединены с одним из выходов логических схем сравнени  28,29, вторые выходы которых соединены через линию задержки DL с выходом запоминающего устройства RAM хранени  кода модул ции и адресов сканировани  пол  зрени  фотоприемника, схем И 30. 31, один из выходов которых соединен с выходом логической схемы сравнени , а вторые их входы св заны с выходами регистра, выходы логических схем сравнени  кодов и схем И со входами соответствующих накапливающих сумматоров SM 32; 33, 34, 35, выходы которых соединены со входами схем делени  DIV 36, 37, вычисл ющими геометрический центр положени  лазернб- го пучка на мишени.

Блок выделени  координат 38 (фиг.2) содержит волоконно-оптический делитель 13 изображени  лазерного пучка во входной плоскости мишени на два ортогональных канала (Рх.Ру) 14,15. В каждом канале последовательно размещены цилиндрические объективы 16,17, одномерные дефлекторы D(x). D(y) 18,19, управл емые через цифро- аналоговый преобразователь 20, и фотоприемники 22,23.

На фиг.З показаны временные диаграммы управл ющих Uc, Us, Un6 D(x,y) и информационных F(x), F(y), Цх), L(y) сигналов; на фиг.За - сигнал Uc с длительностью Тс, определ ющий врем  сканировани  строки пол  зрени  фотоприемника; на фиг.Зб - сигнал иэ с длительностью Тэ, определ ющий период времени, в течение которого передаетс  последовательный адресный цифровой код каждого элемента пол  зрени  фотоприемника; на фиг.Зв - синхросигнал Uu, определ ющий длительность Ти и период повторени  Ти кодовых импульсов

0

5

0

5

0

адреса элементов пол  зрени  фотоприемника; на фиг.Зг - адресные, цифровые кодовые сигналы элементов пол  зрени  и модул ции в два различных момента времени; на фиг.Зд - сигнал с выхода усилител  24 Р(х) цифровых сигналов Х-канала; на фиг.Зе - сигнал -с выхода усилител  25 F(y) цифровых сигналов Y-канала; на фиг.Зж - сигнал с выхода логической схемы 28 Цх) сравнени  канала X; на фиг.Зз - сигнал с выхода логической схемы 29 Цу) сравнени  канала Y.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.

от лазера t модулируетс  по интенсивности модул тором 2, на вход которого подаетс  электрический сигнал с преобразовател  3 параллельного кода в последовательный . Модулирующий код формируетс  устройством хранени  адресов сканировани  пол  зрени  фотоприемника, включающим ОЗУ РВМ 4 -и ПЗУ РРРОМ 5, управл емыми синхрогенератором 7 через блок заданит кода модул ции 6. Модулированный пучок лазера вводитс  в одномодо- вый волоконный световод 8 через устройство ввода 9. По световоду лазерное излучение подводитс  к излучателю, формирующему узкую диаграмму направленности . Излучатель образован выходным торцом световода 19 и объективом 11, закрепленным на стволе оружи  12.

С выхода излучател  лазерный пучок попадает на входную плоскость Р мишени, об- разованной волоконно-оптическим 5 делителем изображени  13. формирующим два идентичных изображени  лазерного п тна в выходных плоскост х Р(14) и Р(15). С помощью цилиндрических объективов исходное двумерное изображение пребразу- |тс  в два изображени  по X и Y. Одномерные дефлекторы 18 и 19 осуществл ют сканирование пол  зрени  фотопри- емников 22,23.

rig

Управление дефлекторами производит- с  от блоков ОЗУ 4 через линию задержки 21, учитывающую врем  распространени  сигнала от модул тора до фотоприемника, и цифроаналоговый преобразователь 20. Поскольку сканирование лазерного пучка и пол  зрени  фотоприемников производитс  синхронно, электрический сигнал с фотоприемников по вл етс  только в тот момент времени, когда положение освещенного п тна на мишени совпадает с адресом сканировани  пол  зрени  фотогфиемника, что позвол ет существенно повысить помехоза- щищенность системы. Фотоприемники 22,23 по каналам X и Y выдел ют модулирующий адресный код, формируют его усилител ми-формировател ми цифровых

0

5

0

5

информационных сигналов 24,25, которые усиливают фотосмгнал и производ т его ограничение . Сформированные сигналы поступают на регистры 26,17 преобразовани  последовательного кода цифрового сигнала в параллельный. Выходной параллельный цифровой код сравниваетс  логическими схемами сравнени  28,29 с исходным модулирующим кодом из запоминающего устройства хранени  адресов сканировани  пол  зрени  4,5, поступающим через линию задержки 21.

При совпадении кодов модуп цмм принимаемого излучени  и адреса сканировани  срабатывают схемы И 30,31. Поскольку в реальной системе размер пучка на мишени всегда больше, чем требуема  точность измерени , совпадение кодов будет иметь место не дл  одного элемента адреса сканировани  пол  зрени  фотоприемника, а дл  нескольких. Поэтому необходимо определить геометрический центр пучка, что производитс  с помощью накаливающих сумматоров 32,33,34,35 и последующих схем делени  36,37 Сумматоры 32,35 подсчитывают число ПХ,ПУ совпадений кодов соответственно по ос м X и Y, а сумматоры 33,34 - суммируют значение координат по X и Y..Определение геометрического центра пучка производитс  по алгоритму:

X,

X 1 X 2 + X з + ... + X , 4-,.. + X

П х

Yu

у1+у2+Уз+. .Ч-Yi-h...+Y

Пу

где Хц, Y4 - координаты центра пучка; Xi, YJ - координаты точек совпадени  кодов модул ции и адреса сканировани  пол  зрени  фотоприемника; пх, пу - число точек совпадени  кодов по ос м X и Y соответственно. Положение центра лазерного п тна относительно системы координат (ХО Y ) в центре мишени (фиг.2) можно определить на основе формул параллельного переноса осей

Y YU-R,

где R - радиус мишени, вписанной в квадрат волоконнооптического делител  изображени  и равный половине стороны квадрата, Определение геометрического центра пучка по сравнению с энергетическим позвол ет устранить вли ние распределени 

мощности в сечении пучка на точность определени  координат.

Временные диаграммы (фиг.З) по сн ют работу системы. Синхрогенератор 7 фор5 мирует импульс строки длительностью Тс (фиг,За), в течение которого генерируютс  импульсы длительности элемента изображени  Тз (фиг.Зб) и короткие импульсы Ти (фиг.Зв), из которых формируетс  код адреса

10 D(x), 0(у)(фиг.3г). На фиг.Зг условно показан семиразр дный код, на практике дл  обеспечени  высокой точности необходимо использовать дес тиразр дный код. На фиг.Зд и фиг.Зе показаны сигналы с выходом уси15 лителей-формирователей цифровых информационных сигналов при условии совпадени  кода модул ции и кода адреса D(x), D(y) сканировани  пол  зрени  фотоприемников , что приводит к по влению им20 пульсов Цх), (у) (фиг Зж,з) на выходах логических схем сравнени  28,29

Такиг 4 образом, информаци  о координате лазерного пучка во входной плоскости мишени будет получена на выходе системы

25 только при выполнении следующих условий

положение пучка на мишени совпадает с адресом сканировани  пол  зрени  фото- приемника;

30 модулирующий код лазерного пучка в донный момент времени совпадает с кодом адреса сканировани  пол  зрени  фотоприемника ,

Это позвол ет существенно повысить

35 устойчивость системы при воздействии непрерывных и импульсных (как в пространстве; так и во времени) оптических помех, а в конечном счете повысить точность определени  координат точки прицеливани 

40 Таким образом, по своим параметрам предложенное техническое решение превосходит известные по скорости в 10 раз; по разрешению в 2 раза; по помехоустойчивости примерно в 10 раз (при длине кода 10

45 разр дов). При увеличении длины кода помехоустойчивость возрастает, Указанные преимущества обеспечивают в предложенном устройстве повышение точности определени  координат точки прицеливани .

50 Электронный блок обработки может быть реализован на микропроцессорном комплекте К 1800 или быстродействующих матричных БИС серии К 1520ХМ1, К 1520ХМ2.

55 Лини  задержки 21 выравнивает по времени момент прихода в пространстве оптического сигнала и сигньпов кода адреса сканировани  на дефлекторы, логические схемы сравнени  28,29 и схемы И - 30,31.

Преобразование двумерного пол  изображени  мишени цилиндрическими объективами в одномерную строку (столбец) вдоль оси X и Y, позвол ет сократить врем  сканировани  пол  зрени  фотоприемников в число строк (столбцов), а следовательно , в целом увеличить быстродействие тренажера.

Стробирование схем сравнени  кодом адреса сканировани  пол  зрени  фотоприемников позвол ет повысить помехозащищенность системы в целом. Ясно, что дл  подавлени  общего оптического фона на входе мишени должен быть установлен традиционный интерференционный фильтр, согласованный с линией излучени  лазера. Возможна дополнительна  селекци  по пол ризации лазерного излучени  за счет установки на входе мишени пол ризационных фильтров.

Размер входного окна волоконно-оптического делител  изображени  может быть равен размеру пол  мишени (в этом случае разрешение максимальное) или может быть меньше размера пол  мишени, но при этом перед мишенью должен быть установлен объектив. В этом последнем случае пространственное разрешение будет меньше в коэффициент усилени  объектива.

Claims (2)

1. Лазерный тренажер дл  обучени  стрельбе из стрелкового оружи , содержащий оптически сопр женные лазер, объектив и блок выделени  координат, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности определени  координат точки прицеливани , в него введены последовательно установленные синхрогенера- ,тор, блок задани  кода модул ции, посто нное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, преобразо ватель параллельного кода в последовательный , а также лини -задержки, цифроаналоговый преобразователь, два усилител , два регистра, две схемы сравнени , две схемы И,-четыре накапливающих

сумматора, два делител , а также между лазером и объективом последовательно уста- новлены модул тор, формирующа  оптическа  система и одномодовый световод , выходной торец которого и объектив закреплены на стволе оружи , при этом выход преобразовател  параллельного кода в последовательный подключен к модул тору , первый выход оперативного запоминающего устройства соединен с линией задержки, а второй выход - с вторыми входами первого и второго регистров соответственно , первые входы которых через соответствующие усилители соединены соответственно с первым и вторым выходами блока выделени  координат, вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразовател , вх од которого соединен с выходом линии задержки, выход которой

также соединен с вторыми выходами первой и второй схем сравнени  соответственно , выходы которых соединены с первыми входами первого и четвертого накапливающих сумматоров, а также с первыми входами первой и второй схем И, вторые входы которых и первые выходы первой и второй схем сравнени  соединены соответственно с выходами первого и второго регистров соответственно , выходе в первой и второй схем

И подключены к ле рвым входам второго и третьего накапливающих сумматоров соответственно , выходы накапливающих сумматоров подключены к своим вторым входам, а также к первому и второму, третьему и

четвертому входам первого и второго делителей соответственно.,

2. Тренажер по п.1.отличающийс  тем, что блок Ёыделени  координат выполнен Ё виде волоконно-оптической мишени, два

выходных торца которой оптически сопр жены через цилиндрические объективы и дефлекторы с фотоприемниками, выходы которых  вл ютс  соответственно первым и вторым выходами блока выделени  координат , а входы дефлекторов объединены и  вл ютс  входом блока выделени  координат.

1784829

X

1 X

ЪН(ч) вых.