RU2369909C2

RU2369909C2 - Method for modeling of psychophysiological effects in simulator and device for its realisation

Info

Publication number: RU2369909C2
Application number: RU2007109198/28A
Authority: RU
Inventors: Виктор Николаевич Прошкин (RU); Виктор Николаевич Прошкин; Ярослав Александрович Туровский (RU); Ярослав Александрович Туровский; Павел Анатольевич Бояров (RU); Павел Анатольевич Бояров
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2009-10-10
Also published as: RU2007109198A

Abstract

FIELD: instrument making.

SUBSTANCE: invention is related to the field of simulator engineering and is aimed at provision of possibility to reproduce psychophysiological feelings that occur with trained operator, at certain modes of transport means operation, namely: naupathia condition, pain feelings, fear, euphoria, fatigue. At the same time, according to invention, from instructor's panel they synthesise infrasound oscillations in information channels separately or in complex interconnection, and operator is exposed to frequency and intensity, at which feelings of fear, euphoria, fatigue, naupathia and pain occur, at the same time simulator cabin with workplace of operator, with source and analyser of infrasound is placed into acoustic damper.

EFFECT: result is provided due to the fact that on a real time basis they calculate parametres of object behaviour, synthesise N physical effects and transform them into feelings of spatial movement, visual cabin and out-of-cabin information, auditory, tactile-kinesthetic information.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к тренажерной технике, в частности к способам моделирования у операторов в тренажерах психофизиологических эффектов по физиологическому влиянию наиболее схожих с ощущениями на реальном объекте и может быть использовано для обучения экипажей транспортных средств, операторов энергетических и стратегически важных объектов, а также при подготовке персонала, профессиональная или иная деятельность которых сопряжена с нервно-психологическим напряжением и где повышены требования к эмоционально-волевым качествам, памяти, восприятию, психической и психологической выносливости.The invention relates to a simulator, in particular, to methods for simulating psychophysiological effects in operators of simulators on the physiological influence of the most similar to sensations on a real object and can be used to train crews of vehicles, operators of energy and strategically important objects, as well as in training personnel, professional or other activities which are associated with neuropsychological stress and where requirements for emotional-volitional qualities are increased, pa Yati, perception, mental and psychological endurance.

В настоящее время известен ряд способов и средств моделирования психофизиологических эффектов в тренажере визуальной иллюзии, акселерационных ощущений [1, 2], слуховой информации [3], ставящих основной целью создание у операторов физических эффектов, сопровождающих ощущения пространственного движения, зрительной внекабинной и внутрикабинной информации, слуховой (шумовой, речевой) информации. Так, устройство [1], реализующее известный способ моделирования визуальных и акселерационных ощущений, содержит имитатор визуальной информации (неподвижный макет местности), имитатор акселерационных эффектов (подвижная модель транспортного средства), органы управления. Устройство [3], реализующее способ звуковых ощущений, содержит имитатор шумов, в состав которого входит звуковоспроизводящая аппаратура для создания потока звуковых колебаний в диапазоне частот, воспринимаемых органами слуха человека.Currently, a number of methods and tools for modeling psychophysiological effects in the simulator of visual illusion, acceleration sensations [1, 2], and auditory information [3] are known, which are aimed at creating physical effects for operators that accompany sensations of spatial movement, visual extracabinet and intracabin information, auditory (noise, speech) information. So, the device [1], which implements the known method of modeling visual and acceleration sensations, contains a simulator of visual information (fixed layout of the terrain), a simulator of acceleration effects (moving vehicle model), and controls. The device [3], which implements the method of sound sensations, contains a noise simulator, which includes sound-reproducing equipment for creating a stream of sound vibrations in the frequency range perceived by the human hearing organs.

Основным недостатком известных способов является отсутствие воспроизведения психофизиологических ощущений, возникающих у обучающегося оператора при определенных режимах работы имитируемого объекта, например:The main disadvantage of the known methods is the lack of reproduction of the psychophysiological sensations arising from the learning operator in certain modes of operation of the simulated object, for example:

- при движении автомобиля со скоростью 100-120 км/час возникают не только вибрации с частотами 0,2-20 Гц, но и срыв потока воздуха позади автомобиля, рождающий инфразвук. Вращение колес возбуждает вертикальные колебания кузова автомобиля с частотами около 10 Гц. Неровности дорожного полотна вызывают колебания в диапазоне 0,5-11 Гц, вибрация двигателя 11-17 Гц и т.д. Интенсивность колебаний достигает 100-115 дБ. При длительной езде на большой скорости воздействие инфразвука снижает быстроту зрительной реакции водителя, особенно реакции на дорожные сигналы и на усложнения дорожной обстановки, нарушает координацию его действий при управлении автомобилем. У водителя возникают примерно такие же явления, что и при опьянении или морской болезни [4];- when the car moves at a speed of 100-120 km / h, not only vibrations with frequencies of 0.2-20 Hz occur, but also a disruption of the air flow behind the car, giving rise to infrasound. The rotation of the wheels excites vertical vibrations of the car body with frequencies of about 10 Hz. Roughnesses in the roadway cause fluctuations in the range of 0.5-11 Hz, engine vibration 11-17 Hz, etc. The oscillation intensity reaches 100-115 dB. When driving at high speeds for a long time, the influence of infrasound reduces the speed of the driver’s visual reaction, especially the reaction to traffic signals and to the complications of the road situation, disrupts the coordination of his actions when driving. The driver has about the same phenomena as with intoxication or motion sickness [4];

- затуманивания зрения, судорожное подергивание глазного яблока, нарушение чувства равновесия, усталость, нередко даже страх. Исследования показали, что аналогичные явления возникают в ряде случаев у водителей грузовых автомобилей, тракторов, самоходных машин и летательных аппаратов [4 - стр.31];- blurred vision, convulsive twitching of the eyeball, imbalance, fatigue, often even fear. Studies have shown that similar phenomena occur in a number of cases for truck drivers, tractors, self-propelled vehicles and aircraft [4 - p. 31];

- турбулентность атмосферы, вызывающая вибрацию самолета со знакопеременными перегрузками, возникающими при сгибании складок местности и наземных препятствий, а также влияние инфразвукового поля на летчика, полученного при движении самолета в турбулентной атмосфере [5 - стр.178]. Длительное действие полета в турбулентной атмосфере может вызвать так называемую воздушную болезнь или укачивание. Причем наиболее важны замаскированные симптомы, такие как головокружение, вялость, безразличие, снижение продуктивности памяти и мышления, влияющие на дееспособность летчика.- atmospheric turbulence, causing the aircraft to vibrate with alternating overloads arising from the folding of terrain folds and ground obstacles, as well as the influence of the infrasound field on the pilot received when the aircraft moves in a turbulent atmosphere [5 - p. 178]. Prolonged flight in a turbulent atmosphere can cause air sickness or motion sickness. Moreover, the most important masked symptoms, such as dizziness, lethargy, indifference, decreased productivity of memory and thinking, affecting the capacity of the pilot.

- ощущения морской болезни, вялости и других симптомов у водителей катеров. Катер с двигателем мощностью 400 л.с. при поступлении во всасывающее отверстие карбюратора потока воздуха создает инфразвук 134 дБ на частоте 13 Гц [6];- sensations of motion sickness, lethargy and other symptoms in boat drivers. Boat with 400 hp engine when air flows into the suction port of the carburetor, it creates an infrasound of 134 dB at a frequency of 13 Hz [6];

- болевое ощущение в ушах водителей и пассажиров в троллейбусе, при работе компрессора воздушного тормоза [7].- pain in the ears of drivers and passengers in the trolley, when the compressor of the air brake [7].

Данные виды информации играют важную роль при обучении экипажа на тренажере, так как по ним он судит о текущем состоянии и местонахождении имитируемого транспортного средства и где необходимо проявить волевые усилия обучающегося персонала, чтобы, несмотря на все отрицательные симптомы, проявившиеся в данной ситуации, задание было выполнено на должном уровне. Все указанные особенности вызывают нервно-психологическое напряжение у операторов, повышают требования к его эмоционально-волевым качествам, памяти, восприятию, мышлению, физической и психологической выносливости.These types of information play an important role in the training of the crew on the simulator, since it judges the current state and location of the simulated vehicle and where it is necessary to show the volitional efforts of the training personnel, so that, despite all the negative symptoms that appeared in this situation, the task was performed at the proper level. All these features cause psychological stress among operators, increase the requirements for his emotional-volitional qualities, memory, perception, thinking, physical and psychological stamina.

Известен другой способ и средства моделирования психофизиологических эффектов в тренажере, реализованные в устройстве [8] и выбранный в качестве прототипа, согласно которому вычисляют в реальном времени параметры движения (поведения) объекта, синтезируют в информационных каналах психофизиологические эффекты и преобразуют их в ощущения пространственного движения, зрительной внутрикабинной и внекабинной информации, слуховой (шумовой, речевой), тактильно-кинестетической (от органов управления) в комплексной взаимосвязи, сопровождающие работу управляемого объекта с имитатора движения (параметров поведения объекта). Устройство [8], реализующее способ моделирования психофизиологических эффектов в тренажере, содержит имитатор акселерационных воздействий (кабина оператора, механически связанная с блоком имитации движения объекта, блок коммутации имитатора движения), имитатор зрительной внекабинной информации (узел индикации движения на местности), имитатор слуховой информации (узел звуковой индикации), имитатор зрительной внутрикабинной информации (приборная информация: указатель давления масла, блок сигнализации о подготовке к запуску, блок сигнализации о съезде с маркерной линии и т.п.), имитатор тактильно-кинестетической информации (имитатор органов управления: рычаг включения приводной шестерни муфты сцепления, педаль подачи топлива, рычаг управления топливным насосом, рычаг переключения передач, включатель массы стартера и т.п.), имитатор параметров поведения объекта (узел управления, блок выбора режима имитации, блок диагностики правильности перехода от пускового к основному движению, электрический генератор инфранизкой частоты, частотно - управляемой генератор импульсов, анализатор готовности к запуску, интегрирующий усилитель), пульт инструктора (информационное табло).There is another method and means for modeling psychophysiological effects in the simulator, implemented in the device [8] and selected as a prototype, according to which the parameters of the object's motion (behavior) are calculated in real time, the psychophysiological effects are synthesized in the information channels and converted into sensations of spatial movement, visual intra-cabin and extra-cabin information, auditory (noise, speech), tactile-kinesthetic (from the controls) in a complex relationship, accompanying operation of a controlled object with a motion simulator (parameters of the object's behavior). The device [8], which implements a method for simulating psychophysiological effects in a simulator, contains a simulator of acceleration effects (an operator’s cabin mechanically coupled to an object’s motion simulation unit, a motion simulator switching unit), an off-camera visual information simulator (a motion indication unit on the ground), an auditory information simulator (audible indication unit), simulator of visual intra-cab information (instrument information: oil pressure indicator, start-up alarm block, signal block information about the exit from the marker line, etc.), a tactile-kinesthetic information simulator (control simulator: the clutch drive gear lever, the fuel supply pedal, the fuel pump control lever, the gear shift lever, the starter switch, etc. .), a simulator of the object’s behavior parameters (control unit, simulation mode selection unit, diagnostics unit for the correct transition from the start to the main movement, an infra-low frequency electric generator, a frequency-controlled pulse generator, and ready-to-run analyzer, integrating amplifier), instructor's console (information board).

К недостаткам известного тренажера относятся: неполное воспроизведение информации, воспринимаемой оператором, например, в реальном полете. Это объясняется тем, что из-за конструктивных и динамических ограничений исполнительных приводов современных имитаторов акселерационных воздействий невозможно воспроизводить перемещения с амплитудами, выходящими за указанные пределы, при которых синтезируются инфразвуковые колебания той интенсивности и частоты, как на реальном объекте. В случае же масштабирования (уменьшения), по сравнению с реальным, величины воспроизводимого сигнала во всем диапазоне часть полезной информации восприниматься органами чувств оператора не будет, т.к. станет ниже порога их чувствительности. Кроме того, современные имитаторы слуховой, шумовой, речевой информации также не способны создать те ощущения, которые испытывает оператор в реальных объектах, т.к. указанные имитаторы предназначены только для воспроизведения тех диапазонов частот, которые воспринимаются органами слуха человека (свыше 20 Гц).The disadvantages of the known simulator include: incomplete reproduction of information perceived by the operator, for example, in real flight. This is due to the fact that due to the structural and dynamic limitations of executive drives of modern simulators of acceleration effects, it is impossible to reproduce movements with amplitudes that go beyond the specified limits at which infrasonic vibrations of that intensity and frequency are synthesized, as on a real object. In the case of scaling (reduction), in comparison with the real one, the magnitude of the reproduced signal in the entire range, some of the useful information will not be perceived by the operator’s sensory organs, because will be below the threshold of their sensitivity. In addition, modern imitators of auditory, noise, and speech information are also not able to create the sensations experienced by the operator in real objects, because These simulators are intended only for reproducing those frequency ranges that are perceived by the human hearing organs (over 20 Hz).

При использовании указанной совокупности признаков известного способа и устройства в тренажерах транспортных средств невозможно полно воспроизвести те ощущения, которые возникают на реальном объекте, например при движении реального транспортного средства с определенной скоростью по неровной дороге возникают инфразвуковые колебания с частотами в диапазоне от 0,2 до 20 Гц, вибрация двигателя создает инфразвуковые колебания в диапазоне от 11 до 17 Гц, с интенсивностью 100-115 дБ. В связи с этим у водителя появляются следующие симптомы: чувство морской болезни, снижается быстрота зрительной реакции, особенно реакции на дорожные сигналы и на усложнения дорожной обстановки, нарушается координация движений при управлении транспортным средством [4 - стр.31].When using the specified set of features of the known method and device in the simulators of vehicles, it is impossible to fully reproduce the sensations that arise on a real object, for example, when a real vehicle moves at a certain speed along an uneven road, infrasound vibrations occur with frequencies in the range from 0.2 to 20 Hz, engine vibration creates infrasonic vibrations in the range from 11 to 17 Hz, with an intensity of 100-115 dB. In this regard, the driver has the following symptoms: a feeling of motion sickness, the speed of the visual reaction decreases, especially the reaction to traffic signals and to the complication of the road situation, coordination of movements is disturbed when driving a vehicle [4 - p.31].

Кроме того, в известном способе и устройстве инструктор (преподаватель) играет пассивную роль, квалифицируя правильность или неправильность режима обучения, не имея возможности в процессе выполнения тренировок оператором вводить штатные программы возмущающих воздействий, например:In addition, in the known method and device, the instructor (teacher) plays a passive role, qualifying the correctness or incorrectness of the training mode, not being able to introduce regular disturbing programs in the process of training the operator, for example:

- воспроизведения ощущения психофизиологического дискомфорта в виде страха, возникающего на реальном объекте в аварийных ситуациях. Ощущение страха зачастую проявляется в экстремальных условиях полета, например, в турбулентной атмосфере. Турбулентная атмосфера наблюдается на малых высотах полета. А малые высоты и большие скорости придают полетам свои особенности, основными из которых являются близость земли, существенно увеличивающая риск полета, своеобразие самолетовождения: специфика пилотирования и воздействие внешних факторов. Более строгое, чем в других видах полета выдерживание высоты диктуется соображением безопасности, ибо превышение необходимой высоты увеличивает возможность обнаружения летательного аппарата радиолокационными средствами, а уменьшение ее вызывает опасность столкновения с препятствием на земле. Другой отличительной особенностью пилотирования является характер переключения внимания. Если в полетах на больших высотах на просмотр внекабинных ориентиров затрачивается около 5% общего времени полета, то на малых высотах - до 90% [9 - стр.83]. Кроме того, на процесс пилотирования дополнительно накладывается влияние инфразвукового поля, полученного при движении самолета в турбулентной атмосфере [5 - стр.178]. Длительное действие перечисленных факторов может вызвать так называемую воздушную болезнь или укачивание. Причем наиболее важны замаскированные симптомы ее: головокружение, вялость, безразличие, снижение продуктивности памяти и мышления, влияющие на дееспособность летчика. Данные виды информации в сочетании с ощущением страха, играют важную роль при обучении экипажа на тренажерах. В такой ситуации необходимо волевое усилие обучающегося, чтобы, несмотря на все отрицательные симптомы, задание было выполнено на должном уровне;- reproduction of the sensation of psychophysiological discomfort in the form of fear arising at a real object in emergency situations. A sense of fear often manifests itself in extreme flight conditions, for example, in a turbulent atmosphere. A turbulent atmosphere is observed at low altitudes. And low altitudes and high speeds give flights their own characteristics, the main of which are the proximity of the earth, which significantly increases the risk of flight, the peculiarity of aircraft navigation: the specifics of piloting and the influence of external factors. More stringent than in other types of flight, maintaining the altitude is dictated by safety considerations, because exceeding the required altitude increases the possibility of detection of the aircraft by radar, and reducing it causes the risk of collision with an obstacle on the ground. Another distinctive feature of piloting is the nature of the shift of attention. If in flights at high altitudes about 5% of the total flight time is spent viewing out-of-cabin landmarks, then at low altitudes it takes up to 90% [9 - p. 83]. In addition, the influence of the infrasound field obtained when the aircraft moves in a turbulent atmosphere [5 - p. 178] is additionally superimposed on the piloting process. The prolonged action of these factors can cause the so-called air sickness or motion sickness. Moreover, the most important disguised symptoms are: dizziness, lethargy, indifference, decreased productivity of memory and thinking, affecting the capacity of the pilot. These types of information, combined with a sense of fear, play an important role in training crew on simulators. In such a situation, the student’s volitional effort is necessary so that, despite all the negative symptoms, the task is performed at the proper level;

- воспроизведение психофизиологического дискомфорта в виде ощущения болей в ушах обучающегося летчика при частичной разгерметизации кабины, при повышении или понижении давления воздуха в кабине летательного аппарата;- reproduction of psychophysiological discomfort in the form of a sensation of pain in the ears of a trained pilot with partial depressurization of the cockpit, with an increase or decrease in air pressure in the cockpit of the aircraft;

- воспроизведение психофизиологических эффектов в форсированном режиме, когда есть необходимость создать те или иные ощущения незамедлительно.- reproduction of psychophysiological effects in a forced mode, when there is a need to create certain sensations immediately.

Все указанные особенности вызывают нервно-психологическое напряжение у оператора, повышают требования к его эмоционально-волевым качествам, памяти, восприятию, мышлению, физической и психологической выносливости [10].All these features cause the operator psychological and psychological stress, increase the requirements for his emotional-volitional qualities, memory, perception, thinking, physical and psychological endurance [10].

Техническим результатом предполагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей тренажера за счет воспроизведения психофизиологических ощущений, возникающих у обучающегося оператора при определенных режимах работы транспортных средств, а именно: состояние укачивания, болевых ощущений, утомления, страха, эйфории и т.п.The technical result of the proposed invention is to expand the functionality of the simulator by reproducing the psychophysiological sensations arising from the learning operator under certain operating modes of vehicles, namely: the state of motion sickness, pain, fatigue, fear, euphoria, etc.

Это достигается тем, что согласно способу моделирования психофизиологических эффектов в тренажере, заключающемуся в том, что в реальном времени вычисляют параметры движения объекта, синтезируют в информационных каналах психофизиологические эффекты и преобразуют их в ощущения пространственного движения, зрительной внутрикабинной и внекабинной информации, звуковой (шумовой, речевой), тактильно-кинестетической (органы управления) информации, сопровождающие работу управляемого объекта с имитатора параметров поведения объекта, дополнительно вычисляют в реальном времени параметры движения объекта, при которых происходит синтезирование в информационных каналах инфразвуковых колебаний, по частотному и энергетическому спектру адекватных колебаниям на реальном объекте, и преобразуют их в ощущения страха, состояния укачивания, болевых ощущений, утомления, эйфории и т.п.This is achieved by the fact that according to the method of modeling psychophysiological effects in the simulator, which consists in the fact that in real time the parameters of the object’s motion are calculated, the psychophysiological effects are synthesized in the information channels and converted into sensations of spatial movement, visual intra-cabin and extra-cabin information, sound (noise, speech), tactile-kinesthetic (governing bodies) information accompanying the operation of a managed object with a simulator of object behavior parameters, add They thoroughly calculate in real time the motion parameters of the object, at which synthesis of infrasonic vibrations in the information channels occurs, using the frequency and energy spectrum that are adequate to vibrations on a real object, and transform them into feelings of fear, motion sickness, pain, fatigue, euphoria, etc. .

Для воспроизведения психофизиологических ощущений состояния укачивания, болевых ощущений, утомления, страха, эйфории и т.п. в форсированном режиме пораздельно или в определенной (комплексной) взаимосвязи производят синтезирование в информационных каналах с пульта инструктора инфразвуковых колебаний, воздействуют на обучающегося оператора частотой и интенсивностью, адекватной частотному и энергетическому спектру колебаний, при которых у оператора проявляются эти ощущения, находясь на реальном объекте.To reproduce the psychophysiological sensations of the state of motion sickness, pain, fatigue, fear, euphoria, etc. in forced mode, infrasound vibrations are synthesized in information channels from the remote control of an instructor of infrasound vibrations in an accelerated mode, and they influence the learner operator with a frequency and intensity that is adequate to the frequency and energy spectrum of vibrations at which the operator manifests these sensations while being on a real object.

Для ограничения неблагоприятного воздействия инфразвука на окружающую обстановку рабочее место оператора с источником инфразвука помещают в акустический демпфер.To limit the adverse effects of infrasound on the environment, the operator’s workstation with the infrasound source is placed in an acoustic damper.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства, реализующая предложенный способ моделирования психофизиологических эффектов в тренажере.Figure 1 shows the structural diagram of the device that implements the proposed method for modeling psychophysiological effects in the simulator.

На фиг.2 приведен вариант технической реализации моделирования ощущений укачивания, утомления, эйфории, болевых ощущений и т.п.Figure 2 shows a variant of the technical implementation of modeling the sensations of motion sickness, fatigue, euphoria, pain, etc.

На фиг.3 показан вариант технической реализации источника инфразвука.Figure 3 shows a variant of the technical implementation of the source of infrasound.

На фиг.4 показан вариант технической реализации демпфера инфразвуковых колебаний.Figure 4 shows a variant of the technical implementation of the damper infrasonic vibrations.

Устройство для реализации способа моделирования психофизиологических эффектов в тренажере (фиг.1) содержит имитатор 1 параметров поведения объекта, пульт 2 инструктора, имитатор 3 акселерационного воздействия, имитатор 4 слуховой информации, имитатор 5 зрительной внекабинной информации, имитатор 6 зрительной внутрикабинной информации, имитатор 7 тактильно-кинестетической информации, генератор 8 инфранизкочастотных колебаний, регулируемый усилитель 9 интенсивности инфранизкочастотных колебаний, источник 10 инфразвука, анализатор 11 инфразвуковых колебаний, рабочее место оператора 12, демпфер 13 инфразвуковых колебаний.A device for implementing a method for simulating psychophysiological effects in a simulator (Fig. 1) contains a simulator 1 of the behavior parameters of an object, a remote instructor 2, a simulator 3 of acceleration effect, a simulator 4 of auditory information, a simulator 5 of visual extra-cab information, a simulator 6 of visual intra-cab information, a simulator 7 tactile -kinesthetic information, generator 8 infra-low-frequency oscillations, adjustable amplifier 9 intensity infra-low-frequency oscillations, source 10 infrasound, analyzer 11 infra sound vibrations, operator workstation 12, damper 13 infrasonic vibrations.

Вход имитатора 3 акселерационного воздействия электрически связан с помощью шины 14 данных с первым выходом имитатора 1 параметров поведения объекта.The input of the accelerator simulator 3 is electrically connected via the data bus 14 to the first output of the object behavior simulator 1.

Вход имитатора 4 слуховой информации электрически связан с помощью шины 15 данных со вторым выходом имитатора 1 параметров поведения объекта.The input of the simulator 4 of auditory information is electrically connected using the data bus 15 with the second output of the simulator 1 of the behavior parameters of the object.

Вход имитатора 5 зрительной внекабинной информации электрически связан с помощью шины 16 данных с третьим выходом имитатора 1 параметров поведения объекта.The input of the simulator 5 of visual extra-cab information is electrically connected via the data bus 16 to the third output of the simulator 1 of the object behavior parameters.

Вход имитатора 6 зрительной внутрикабинной информации электрически связан с помощью шины 17 данных с четвертым выходом имитатора 1 параметров поведения объекта.The input of the simulator 6 of the visual intra-cab information is electrically connected via the data bus 17 to the fourth output of the simulator 1 of the object behavior parameters.

Вход имитатора 7 тактильно-кинестетической информации электрически связан с помощью шины 18 данных с пятым выходом имитатора 1 параметров поведения объекта, а электрический выход имитатора 7 связан с помощью шины 19 данных с первым входом имитатора 1 параметров поведения объекта.The input of the tactile-kinesthetic information simulator 7 is electrically connected via the data bus 18 to the fifth output of the object behavior parameters simulator 1, and the electrical output of the simulator 7 is connected via the data bus 19 to the first input of the object behavior parameters simulator 1.

Первый вход усилителя 9 электрически связан, с помощью шины 20 данных с шестым выходом имитатора 1 параметров поведения объекта.The first input of the amplifier 9 is electrically connected, using the data bus 20 with the sixth output of the simulator 1 of the object behavior parameters.

Второй вход усилителя 9 электрически связан с помощью шины 21 данных с выходом генератора 8.The second input of the amplifier 9 is electrically connected using the data bus 21 with the output of the generator 8.

Третий вход усилителя 9 электрически связан с помощью шины 22 данных с анализатором 11.The third input of the amplifier 9 is electrically connected using the data bus 22 with the analyzer 11.

Выход усилителя 9 электрически связан с помощью шины 23 со входом источника 10 инфразвуковых колебаний.The output of the amplifier 9 is electrically connected via a bus 23 to the input of the infrasound oscillation source 10.

Вход генератора 8 электрически связан с помощью шины 24 данных с седьмым выходом имитатора 1 параметров поведения объекта.The input of the generator 8 is electrically connected using the data bus 24 with the seventh output of the simulator 1 of the object behavior parameters.

Выход пульта 2 инструктора электрически связан с помощью шины данных 25 со вторым входом имитатора 1 параметров поведения объекта.The output of the instructor console 2 is electrically connected via the data bus 25 to the second input of the object behavior simulator 1.

Вход пульта 2 инструктора электрически связан с помощью шины 26 данных с восьмым выходом имитатора 1 параметров поведения объекта.The input of the remote control 2 of the instructor is electrically connected using the data bus 26 with the eighth output of the simulator 1 of the behavior parameters of the object.

Рабочее место оператора 12 механически связано с имитатором 3 акселерационного воздействия, акустически связано с имитатором 4 слуховой информации и с источником 10 инфразвука, визуально связано с имитаторами 5, 6 зрительной внекабинной и внутрикабинной информации, тактильно-кинестетически связано с имитатором 7 тактильно-кинестетической информации.The operator’s workstation 12 is mechanically connected to the simulator 3 of the acceleration effect, acoustically connected to the simulator 4 of auditory information and to the source 10 of infrasound, visually connected to the simulators 5, 6 of visual extra-cabin and intra-cabin information, tactile-kinesthetically connected to the simulator 7 of tactile-kinesthetic information.

Анализатор 11 акустически связан с источником 10 инфразвука.The analyzer 11 is acoustically coupled to the infrasound source 10.

Кабина тренажера с рабочим местом оператора 12, анализатором 11, источником 10 инфразвука помещены в демпфер 13 инфразвуковых колебаний.The simulator cabin with the operator’s workstation 12, analyzer 11, infrasound source 10 is placed in the damper 13 of the infrasound vibrations.

Устройство для реализации способа моделирования психофизиологических эффектов в тренажере работает следующим образом.A device for implementing the method of modeling psychophysiological effects in the simulator works as follows.

В процессе выполнения тренировочного задания оператор 12 воздействует на органы управления, расположенные в имитаторе 7. При этом электрические сигналы, сформированные в имитаторе 7 по шине 19 данных, поступают на первый вход имитатора 1 параметров поведения объекта. Имитатор 1 представляет собой комплекс вычислительных и программных средств, с помощью которых обеспечивается решение уравнений для моделирования в реальном масштабе времени работы имитатора поведения объекта, например транспортного средства, вычисление динамических, аэродинамических и других коэффициентов, кинематических соотношений, логических и дифференциальных уравнений, описывающих динамику поведения имитируемого объекта и его бортовых систем.In the process of performing the training task, the operator 12 acts on the controls located in the simulator 7. In this case, the electrical signals generated in the simulator 7 via the data bus 19 are fed to the first input of the simulator 1 of the object behavior parameters. Simulator 1 is a complex of computing and software tools that help to solve equations for real-time modeling of the simulator of an object’s behavior, for example, a vehicle, calculating dynamic, aerodynamic and other coefficients, kinematic relationships, logical and differential equations describing the dynamics of behavior simulated object and its on-board systems.

По сигналам, полученным с имитатора 7 тактильно-кинестетической информации, имитатор 1 синтезирует параметры режима движения и по шинам 14…18, 20, 24, 26 данных воздействует на имитаторы 3…7, пульт 2 инструктора, генератор 8 инфранизкочастотных колебаний, усилитель 9 интенсивности колебаний. В ответ на эти сигналы имитатор 3 акселерационного воздействия по программе синтеза имитации ощущения движения с помощью динамического стенда воздействует на оператора 12 и создает у него иллюзию пространственного перемещения.According to the signals received from the tactile-kinesthetic information simulator 7, the simulator 1 synthesizes the parameters of the driving mode and acts on the data simulators 14 ... 18, 20, 24, 26, 3 ... 7, the instructor’s console 2, the infrared oscillation generator 8, the intensity amplifier 9 fluctuations. In response to these signals, the accelerator 3 simulator 3 acts on the operator 12 and creates the illusion of spatial movement in accordance with the program for the synthesis of simulating the sensation of movement using a dynamic stand.

Имитатор 4 слуховой информации по сигналам, полученным из имитатора 1, синтезирует звуковые сигналы и воздействует на органы слуха оператора 12, создавая у него иллюзию о работе двигателей, агрегатов внутреннего оборудования, имитируемого объекта, шумовой внекабинной обстановки и т.п.The auditory information simulator 4, based on the signals received from the simulator 1, synthesizes sound signals and acts on the hearing organs of the operator 12, creating an illusion for him about the operation of engines, units of internal equipment, a simulated object, noise outside the cabin, etc.

Имитатор 5 зрительной внекабинной информации по сигналам, полученным из имитатора 1, преобразует их в информацию, пригодную для ввода в устройство генерации изображения внекабинной обстановки, создавая у оператора 12 иллюзию зрительного присутствия и движения в некотором пространстве, подобном реальному пространству.The simulator 5 of visual extra-cab information from the signals received from simulator 1 converts them into information suitable for input into an extra-cab environment image generating device, creating for the operator 12 the illusion of visual presence and movement in a certain space similar to real space.

Имитатор 6 зрительной внутрикабинной информации по сигналам, полученным из имитатора 1, выдает оператору 12 информацию о положении имитируемого объекта в пространстве с помощью приборов и индикаторов, на которых отражаются значения параметров движения транспортного средства.The simulator 6 of visual intra-cab information on the signals received from the simulator 1, gives the operator 12 information about the position of the simulated object in space using instruments and indicators, which reflect the values of the vehicle motion parameters.

Имитатор 7 тактильно-кинестетической информации по сигналам, полученным из имитатора 1 обеспечивает реалистические характеристики ощущения усилий на органах управления.The simulator 7 of tactile-kinesthetic information on the signals obtained from the simulator 1 provides realistic characteristics of the sensation of effort on the controls.

Пульт 2 инструктора по сигналам, полученным из имитатора 1, выдает инструктору информацию о работе систем имитируемого объекта, действиях оператора 12 в текущий момент времени, по которым в дальнейшем дается объективная оценка о его профессиональной подготовке. В процессе выполнения тренировочного задания инструктор, не предупреждая оператора 12, вводит с пульта 2 на второй вход имитатора 1 различные аварийные внештатные ситуации, которые могут иметь место на реальном объекте.The instructor’s console 2, based on the signals received from simulator 1, provides the instructor with information about the operation of the systems of the simulated object, the actions of the operator 12 at the current time, on which an objective assessment of his professional training is given in the future. In the process of completing the training task, the instructor, without warning the operator 12, enters from the console 2 to the second input of the simulator 1 various emergency emergencies that may occur on a real object.

Источник 10 инфразвука преобразует электрические сигналы, поданные на его вход с регулируемого усилителя 9 интенсивности инфранизкочастотных колебаний в акустические волны. Частота и интенсивность этих колебаний определяется состоянием электрических сигналов на входе генератора 8 и первом входе усилителя 9 и характеризует обстановку имитируемого объекта.Infrasound source 10 converts the electrical signals supplied to its input from an adjustable amplifier 9 of the intensity of infra-low-frequency oscillations into acoustic waves. The frequency and intensity of these oscillations is determined by the state of the electrical signals at the input of the generator 8 and the first input of the amplifier 9 and characterizes the situation of the simulated object.

Анализатор 11 осуществляет непрерывный контроль временных, энергетических и частотных характеристик инфразвуковых колебаний источника 10. При достижении или превышении предельного значения уровня интенсивности инфразвука формируется аварийный сигнал, который подается на третий вход усилителя 9 и уменьшает коэффициент усиления до безопасного значения.The analyzer 11 continuously monitors the temporal, energy, and frequency characteristics of the infrasonic vibrations of the source 10. Upon reaching or exceeding the limit value of the infrasound intensity level, an alarm signal is generated that is fed to the third input of the amplifier 9 and reduces the gain to a safe value.

Для ограничения воздействия инфразвука на окружающую обстановку кабину тренажера с местом оператора 12, анализатором 11 с источником 10 помещают в акустический демпфер 13.To limit the impact of infrasound on the environment, the simulator’s cabin with an operator’s seat 12, an analyzer 11 with a source 10 is placed in an acoustic damper 13.

Для имитации психофизиологических воздействий на оператора 12 тренажера транспортных средств используются следующие параметры, характеризующие фазовое состояние имитируемого объекта и параметры вычислительного процесса в имитаторе 1 параметров поведения объекта.To simulate the psychophysiological effects on the operator 12 of the vehicle simulator, the following parameters are used that characterize the phase state of the simulated object and the parameters of the computing process in the simulator 1 of the object behavior parameters.

В таблице 1 в качестве примера приведены параметры, характеризующие фазовое состояние имитируемого объекта и параметры вычисленного процесса в имитаторе 1, при которых проявляются у оператора 12 такие психофизиологические ощущения, как укачивание, боль, утомление, страх, эйфория и т.п. с указанием источника информации, подтверждающего эти ощущения. На фиг.2 приведена структурная схема моделирования вышеуказанных ощущений на примере автомобильного транспорта.Table 1 shows, as an example, parameters characterizing the phase state of the simulated object and the parameters of the calculated process in simulator 1, at which operator 12 exhibits such psychophysiological sensations as motion sickness, pain, fatigue, fear, euphoria, etc. indicating the source of information confirming these feelings. Figure 2 shows the structural diagram of the simulation of the above sensations on the example of road transport.

1. Автомобильный транспорт1. Road transport

ν_а - троекторная скорость автомобиля в текущий момент времени [км/час];ν _a - three-speed vehicle speed at the current time [km / h];

А_пол - признак включения состояния дорожного полотна [А_пол=0 - не включено,And the _floor is a sign of the inclusion of the state of the roadway [A _floor = 0 - not included,

А_пол=1 - включено];And _gender = 1 - included];

S_пол - заданный процент неровностей дорожного полотна [%];S _floor - a given percentage of road surface irregularities [%];

f_каб - частота вертикальных колебаний кузова автомобиля [Гц];f _cab - the frequency of vertical vibrations of the car body [Hz];

f_дв - частота вибрации двигателя [Гц];f _dv - frequency of vibration of the engine [Hz];

V_дв - рабочий объем двигателя [см³];V _dv - engine displacement [cm ³ ];

С - признак состояния окон кузова автомобиля [С=0 - закрыты, С=1 - открыты];C - a sign of the state of the car body windows [C = 0 - closed, C = 1 - open];

t_зад - время выполнения тренировочного задания [час].t _ass - time to complete the training task [hour].

2. Летательный аппарат2. Aircraft

ν_ла - траекторная скорость летательного аппарата в текущий момент времени [км/сек];ν _la - trajectory speed of the aircraft at the current time [km / s];

В_тур - признак включения турбулентности [В_тур=0 - не включен, В_тур=1 - включен];In the _tour - a sign of the inclusion of turbulence [In the _tour = 0 - not included, In the _tour = 1 - included];

T_тур - заданный процент турбулентности [%];T _tour - a given percentage of turbulence [%];

P_каб - давление воздуха в кабине летательного аппарата [атм];P _cab - air pressure in the cockpit of the aircraft [atm];

3. Катер3. Boat

M_дв - мощность двигателя [л.с.];M _dv - engine power [hp];

D - признак поступления во всасывающее отверстие карбюратора потока воздуха [D=0 - не поступает, D=1 - поступает];D - a sign of the flow of air into the suction port of the carburetor [D = 0 - not received, D = 1 - received];

4. Троллейбус4. Trolleybus

М_квт - признак включения компрессора воздушного тормоза [М_квт=0 - не включен, М_квт=1 - включен];M _kW - sign of turning on the air brake compressor [M _kW = 0 - not turned on, M _kW = 1 - turned on];

5. Все виды транспортных средств5. All kinds of vehicles

F_инф - частота инфразвуковых колебаний, синтезируемая транспортным средством [Гц];F _inf - the frequency of infrasonic vibrations synthesized by the vehicle [Hz];

L_инф уровень интенсивности инфразвуковых колебаний [дБ];L _{inf the} level of intensity of infrasonic vibrations [dB];

6. Психофизиологические параметры6. Psychophysiological parameters

α_ук; β_бол; γ_ут; δ_стр; ε_эйф - признаки, соответственно характеризующие ощущения укачивания, боли, утомления, страха, эйфории.α _yk ; β _bol ; γ _ut ; δ _p ; ε _eif - signs correspondingly characterizing the sensations of motion sickness, pain, fatigue, fear, euphoria.

ПРИМЕЧАНИЯ:NOTES:

1. Укачивание (α_ук) или морская болезнь - болезненное состояние, возникающее у человека во время качки на море, при "болтанке" самолетов и выполнении сложного пилотажа (воздушная болезнь), при быстрой езде по извилистой, неровной дороге. Обусловлено длительным раздражением вестибулярного аппарата, внутреннего уха, а также воздействием на вегетативную нервную систему импульсов, возникающих в этих условиях во внутренних органах [10]. Симптомы: чувство усталости (резкая слабость), головокружение, головная боль, тошнота, рвота, холодный пот, бледность кожного покрова, а в тяжелых случаях полная прострация (изнеможение), безотчетный страх [11, 12 - стр.529, 530].1. Motion sickness (α _yk ) or motion sickness - a painful condition that occurs in a person during rolling at sea, when the planes are "chattering" and performing complex aerobatics (air sickness), when driving fast along a winding, rough road. It is caused by prolonged irritation of the vestibular apparatus, inner ear, as well as the impact on the autonomic nervous system of impulses arising under these conditions in the internal organs [10]. Symptoms: a feeling of fatigue (severe weakness), dizziness, headache, nausea, vomiting, cold sweat, pallor of the skin, and in severe cases, complete prostration (exhaustion), unaccountable fear [11, 12 - p. 529, 530].

2. Боль (β_бол) - психическое состояние, возникающее в результате сверхсильных воздействий на организм при угрозе его существованию и целостности. С точки зрения эмоционального переживания болевое ощущение имеет гнетущий и тягостный характер, служит стимулом для разнообразных оборонительных реакций, направленных на устранение внешних или внутренних раздражителей, обусловивших возникновение этого ощущения [13 - стр.43, 44].2. Pain (β _bol) - mental condition resulting from superstrong effects on the body by the threat to its existence and integrity. From the point of view of emotional experience, the pain sensation is depressing and painful in nature, serves as an incentive for a variety of defensive reactions aimed at eliminating the external or internal stimuli that caused this sensation to occur [13 - p. 43, 44].

3. Утомление (γ_ут) - временное снижение работоспособности. Умственное утомление характеризуется снижением продуктивности труда, падением внимания, трудностью сосредоточения, замедленностью мышления. Физическое утомление характеризуется снижением мышечной работоспособности, замедлением движения, падением интенсивности работы, нарушением точности, согласованности, ритмичности, координации [12 - стр.935-938]. Одной из форм проявления утомления является сонливость.3. Fatigue (γ _ut ) - a temporary decrease in performance. Mental fatigue is characterized by a decrease in labor productivity, a drop in attention, difficulty concentrating, and a slowdown in thinking. Physical fatigue is characterized by a decrease in muscle performance, a slowdown in movement, a drop in work intensity, a violation of accuracy, consistency, rhythm, coordination [12 - p. 935-938]. One of the manifestations of fatigue is drowsiness.

Сонливость - состояние организма, при котором почти прекращаются его активные связи с внешним миром, наблюдается замедление ряда функциональных процессов [12 - стр.845].Drowsiness is a state of an organism in which its active connections with the outside world almost cease, a slowdown in a number of functional processes is observed [12 - p. 845].

4. Страх (δ_стр) - эмоция, возникающая в ситуациях угрозы биологическому существованию индивида и направленная на источник действенной или воображаемой опасности. В зависимости от характера угрозы интенсивность и специфика переживания страха варьирует в достаточно широком диапазоне оттенков (опасение, боязнь, испуг, ужас). Если источник опасности является неопределенным или неосознанным, возникающее состояние называется тревогой. Фундаментально страх служит предупреждением субъекта о предстоящей опасности, позволяет сосредоточить внимание на ее источнике, побуждает искать пути ее избегания. В случае, когда страх достигает силы аффекта (панический страх, ужас), он способен навязать стереотипы поведения (бегство, оцепенение, защитная агрессия). Сформировавшаяся реакция страха является сравнительно стойкой и способна сохраняться даже при понимании их бессмысленности [13 - стр.386]. Одной из форм проявления страха является тревога.4. Fear (δ _p ) - an emotion that arises in situations of threat to the biological existence of an individual and is aimed at a source of effective or imagined danger. Depending on the nature of the threat, the intensity and specificity of the experience of fear varies in a fairly wide range of shades (fear, fear, fear, horror). If the source of the hazard is uncertain or unconscious, the condition that occurs is called an alarm. Fundamentally, fear serves as a warning to the subject of impending danger, allows you to focus on its source, and encourages you to look for ways to avoid it. In the case when fear reaches the power of affect (panic fear, horror), it is able to impose stereotypes of behavior (flight, numbness, defensive aggression). The formed reaction of fear is relatively persistent and can persist even if they understand their meaninglessness [13 - p. 386]. One form of fear is anxiety.

Тревога - эмоциональное состояние, возникающее в ситуациях неопределенной опасности и проявляющееся в ожидании неблагополучного развития событий. В отличие от страха, как реакции на конкретную угрозу, тревога представляет собой генерализованный, диффузный или беспредметный страх. Функционально тревога не только предупреждает субъект о возможной опасности, но и побуждает к поиску и конкретизации этой опасности [13 - стр.407].Anxiety is an emotional state that occurs in situations of uncertain danger and manifests itself in anticipation of an unfavorable development of events. Unlike fear, as a reaction to a specific threat, anxiety is a generalized, diffuse or pointless fear. Functionally, anxiety not only warns the subject of a possible danger, but also encourages the search and specification of this danger [13 - p. 407].

5. Эйфория - (ε_эйф) - повышенное радостное, веселое настроение, состояние благодушия и беспечности, не соответствующее ее объективным обстоятельствам, при котором наблюдается мимическое и общее двигательное оживление, психомоторное оживление [13 - стр.455].5. Euphoria - (ε _eif ) - increased joyful, cheerful mood, a state of complacency and carelessness that does not correspond to its objective circumstances, in which there is a mimic and general motor revival, psychomotor revival [13 - p. 455].

Вид имитируемого объектаType of simulated object Фазовые параметры имитатора параметров поведения объектаPhase parameters of an object behavior parameter simulator Частотный и энергетический спектр, синтезируемый имитируемым объектомFrequency and energy spectrum synthesized by a simulated object Признаки, характеризующие ощущения оператораSigns that characterize the sensations of the operator Источник информации, подтверждающий это ощущениеSource of information confirming this sensation АвтомобильCar ν_а=80…90ν _a = 80 ... 90 F_инф=2…16F _inf = 2 ... 16 α_ук; γ_ут α _yk ; γ _ut [4] - стр.36[4] - p. 36 V_дв=1000V _dv = 1000 С=0C = 0 L_инф=108L _inf = 108 t_зад>0t _ass > 0 ν_а=80…90ν _a = 80 ... 90 F_инф=2…16F _inf = 2 ... 16 α_ук; β_бол; γ_ут α _yk ; β _bol ; γ _ut [4] - стр.31, 36[4] - p. 31, 36 V_дв=1000V _dv = 1000 C=1C = 1 L_инф=117L _inf = 117 t_зад>0t _ass > 0 ν_а=100…120ν _a = 100 ... 120 F_инф=0,5…11F _inf = 0.5 ... 11 α_ук; γ_ут; δ_стр α _yk ; γ _ut ; δ _p [4] - стр.31[4] - p. 31 f_каб=10f _cab = 10 S_пол>0S _floor > 0 L_инф=100…115L _inf = 100 ... 115 f_дв=11…17f _dv = 11 ... 17 t_зaд>0t _back > 0 ν_a=100…200ν _a = 100 ... 200 -- ε_эйф ε _eif [4] - стр.31[4] - p. 31 КатерBoat М_дв=400M _dv = 400 F_инф=13F _inf = 13 -- [6] - стр.162[6] - p. 162 D=1D = 1 L_инф=134L _inf = 134 ТроллейбусTrolley bus М_квт=1M _kW = 1 -- δ_стр δ _p [5], [14] - стр.82[5], [14] - p. 82 СамолетAirplane ν_ла>0ν _la > 0 F_инф=2…15F _inf = 2 ... 15 α_ук; γ_ут; δ_стр α _yk ; γ _ut ; δ _p [4] - стр.28
[5] - стр.178[4] - p. 28
[5] - p. 178 В_тур=1In _tour = 1 Т_тур>0T _tour > 0 L_инф=95…105L _inf = 95 ... 105 t_зад>0t _ass > 0 Р_каб≠1R _cab ≠ 1 F_инф=10 ГцF _inf = 10 Hz β_бол β _bol [4] - стр.7[4] - p. 7 L_инф=f(P_каб)L _inf = f (P _cab )

Следует отметить, что таблица не в полной мере отражает реальную картину возникновения ощущений при различных условиях движения транспортного средства, это зависит, в первую очередь, от недостаточной базы данных динамических и инерционных характеристик объекта, на которые можно положиться при моделировании этих ощущений. Заявленный способ даст оптимальные результаты лишь в том случае, если будут дополнительно исследованы и уточнены ряд параметров динамики движения транспортных средств с одновременным измерением и регистрацией временных, частотных и энергетических характеристик спектра инфразвуковых колебаний и полученные при этом ощущения. Все это в конечном итоге будет способствовать укреплению доверия к тренажеру в целом, подтверждая правильность его характеристик.It should be noted that the table does not fully reflect the real picture of the occurrence of sensations under various conditions of vehicle movement, it depends, first of all, on an insufficient database of dynamic and inertial characteristics of the object that you can rely on to model these sensations. The claimed method will give optimal results only if a number of parameters of the dynamics of the movement of vehicles with simultaneous measurement and recording of the temporal, frequency and energy characteristics of the spectrum of infrasonic vibrations and the sensations obtained are further investigated and clarified. All this ultimately will help to strengthen confidence in the simulator as a whole, confirming the correctness of its characteristics.

В процессе выполнения учебного задания оператором 12 тренажера автомобильного транспорта (фиг.2), с выхода имитатора 1 по шинам 20, 24 поступает на генератор 8 и первый вход усилителя 9 поток информации, отражающий фазовое состояние имитируемого объекта. Информация может быть выражена как в аналоговом, так и в цифровом виде.In the process of completing the training task by the operator 12 of the automobile transport simulator (Fig. 2), from the output of the simulator 1 via buses 20, 24, the information stream reflecting the phase state of the simulated object is transmitted to the generator 8 and the first input of the amplifier 9. Information can be expressed both in analogue and in digital form.

Генератор 8 инфранизкочастотных колебаний предпочтительнее выполнить на микросхеме КМ1813 ВЕ1 [15], представляющий собой микроэлектронную систему обработки данных на цифровых процессорах с устройством аналогового ввода-вывода. Функциональную схему микросхемы условно разделяют на три составные части: аналогового или цифрового ввода-вывода, устройство цифровой обработки и память команд. Набором программ может быть охвачен широкий круг задач цифровой или аналоговой обработки сигналов с имитатора 1, в том числе и синтезирование сигналов инфранизкочастотного диапазона. С выхода генератора 8 сигнал в аналоговом виде или в его цифровом эквиваленте по шине 21 поступает через второй вход усилителя 9 интенсивности инфранизкочастотных колебаний в источник 10 инфразвука. В качестве усилителя 9 может быть использован усилитель переменного тока общего назначения фирмы Врюль и Кьер (модель 2708) [16], работающий в диапазоне частот от 0,1 Гц до 20 Гц. Необходимая мощность усилителя 9 устанавливается по сигналам, поданным на его первый вход и схемы управления, входящей в состав усилителя. Источник 10 инфразвука в такт с изменяющимся током усилителя 9 синтезирует инфразвуковые колебания. Идеальным источником 10 инфразвука является преобразовать в виде абсолютно жесткого и невесомого поршня. Сейчас уже разработаны несколько типов акустических излучателей - механических, гидравлических, гидропневматических - с плоскими или цилиндрическими мембранами [4 - стр.52, 53, рисунки 13, 14]. Однако указанные излучатели весьма далеки от этого идеала, так как жесткость их диафрагмы (диффузора) конечна и массой их подвижной системы пренебречь нельзя. В результате появляются нелинейные искажения и ограничения интенсивности излучения в области крайне низких частот. Стремясь приблизиться к идеалу, ученые и конструкторы создали ряд нетрадиционных источников инфразвука различного принципа действия. Наиболее приемлемым для заявленного способа и устройства является источник инфразвука, выполненный в виде магнепланарного типа [17]. Магнепланар (фиг.3) представляет собой плоскую полимерную диафрагму 27, которая крепится на прямоугольный жесткий каркас 28 (рама из дерева, металла и пластика) и приводится в движение электромагнитными силами. На диафрагму 27 в виде меандра наклеены алюминиевые проводники 29, они ориентированы параллельно боковой стороне каркаса 28. Расстояние между соседними отрезками проводника постоянно и равно заданной величине для данного диапазона частот (от 0,1 до 16 Гц). Параллельно диафрагме на расстоянии от 0,5 до 1,3 мм расположены полосовые магниты 30. Магниты 30 имеют форму сильно удлиненных параллелепипедов, ширина которых меньше расстояния между отрезками проводников 29. Диафрагма 27 помещена перед магнитами 30 так, что каждый длинный отрезок проводника 29 находится против зазора между магнитами 30. Магниты 30 закреплены на жестком магнитопроводе так, что их полярности чередуются. При подключении проводника 29 диафрагмы к источнику 9 ток в каждом удлиненном отрезке взаимодействует с магнитным полем магнита 30 и приводит в движение проводник 29 с током вдоль оси, перпендикулярной плоскости магнепланара. В соседних витках ток течет в противоположных направлениях. Поскольку полярность магнитов чередуется, то чередуется и направление витков магнитной индукции в зазорах. Поэтому сила, действующая на каждый проводник 29, в некоторый момент времени направлена вдоль оси, перпендикулярной плоскости магнепланаров в одном направлении, и, следовательно, все точки поверхности диафрагмы 27 движутся в одной фазе. При прохождении по проводнику 29 сигнала инфразвуковой частоты диафрагма 27 колеблется в такт с изменяющимся током. Колебания диафрагмы 27, в свою очередь, порождают инфразвуковые колебания. Особенностью магнепланаров является то, что возбуждающая сила так распределена по поверхности диафрагмы 27, что для каждого поддиапазона частот обеспечивается оптимальный режим воспроизведения. Плоская конструкция и малая толщина (от 8 до 44 мм) легко может быть размещена в кабине оператора 12, не нарушая общего интерьера имитационной модели имитируемого средства. В кабине оператора 12 с источником 10 инфразвука находится анализатор 11 инфразвуковых колебаний (модель 2031 фирмы Брюль и Кьер), предназначенный для автоматического определения энергетического спектра инфразвука в частотном диапазоне от 0,01 до 20 Гц и интенсивности до 166 дБ. Время, затрачиваемое на определение энергетического спектра частот не превышает 200 мс. Прибор 2031 содержит цифровую клавиатуру, с помощью которой вводятся пороговые значения контролируемых процессов, при совпадении или превышении последних формируются аварийные сигналы, которые по шине 22 подаются на третий вход усилителя 9 и уменьшают коэффициент усиления до безопасного значения.The generator 8 infra-low-frequency oscillations is preferable to run on the chip KM1813 BE1 [15], which is a microelectronic data processing system on digital processors with an analog input-output device. The functional circuit of the microcircuit is conventionally divided into three components: analog or digital input-output, a digital processing device, and a command memory. A set of programs can cover a wide range of tasks of digital or analog signal processing from simulator 1, including the synthesis of signals of the infra-low-frequency range. From the output of the generator 8, the signal in analog form or in its digital equivalent via bus 21 enters through the second input of the amplifier 9 of the intensity of infra-low-frequency oscillations to the source 10 of infrasound. As an amplifier 9, a general-purpose AC amplifier of the Vryul and Kier firm (model 2708) [16] operating in the frequency range from 0.1 Hz to 20 Hz can be used. The required power of the amplifier 9 is set according to the signals supplied to its first input and the control circuit included in the amplifier. Infrasound source 10, in step with the changing current of amplifier 9, synthesizes infrasound vibrations. An ideal source of 10 infrasound is to transform as an absolutely rigid and weightless piston. Several types of acoustic emitters — mechanical, hydraulic, hydropneumatic — with flat or cylindrical membranes have already been developed [4 - p. 52, 53, figures 13, 14]. However, these emitters are very far from this ideal, since the stiffness of their diaphragm (diffuser) is finite and the mass of their mobile system cannot be neglected. As a result, nonlinear distortions and limitations of the radiation intensity appear in the region of extremely low frequencies. In an effort to approach the ideal, scientists and designers have created a number of unconventional sources of infrasound of a different principle of action. The most acceptable for the claimed method and device is a source of infrasound, made in the form of magneplanar type [17]. Magneplanar (figure 3) is a flat polymer diaphragm 27, which is mounted on a rectangular rigid frame 28 (a frame made of wood, metal and plastic) and is driven by electromagnetic forces. Aluminum conductors 29 are glued onto the diaphragm 27 in the form of a meander, they are oriented parallel to the side of the frame 28. The distance between adjacent segments of the conductor is constant and equal to a given value for a given frequency range (from 0.1 to 16 Hz). Strip magnets 30 are arranged parallel to the diaphragm at a distance of 0.5 to 1.3 mm. The magnets 30 are in the form of highly elongated parallelepipeds, the width of which is less than the distance between the segments of the conductors 29. The diaphragm 27 is placed in front of the magnets 30 so that each long section of the conductor 29 is against the gap between the magnets 30. The magnets 30 are mounted on a rigid magnetic circuit so that their polarities alternate. When connecting the diaphragm conductor 29 to the source 9, the current in each elongated segment interacts with the magnetic field of the magnet 30 and drives the conductor 29 with the current along the axis perpendicular to the plane of the magneplanar. In adjacent turns, current flows in opposite directions. Since the polarity of the magnets alternates, the direction of the turns of magnetic induction in the gaps alternates. Therefore, the force acting on each conductor 29, at some point in time, is directed along the axis perpendicular to the plane of the magnetoplanars in one direction, and, therefore, all points on the surface of the diaphragm 27 move in one phase. When passing through the conductor 29 of the infrasonic frequency signal, the diaphragm 27 oscillates in time with a changing current. Oscillations of the diaphragm 27, in turn, generate infrasonic vibrations. A feature of magneplanars is that the exciting force is so distributed over the surface of the diaphragm 27 that for each frequency sub-range an optimal reproduction mode is ensured. The flat design and small thickness (from 8 to 44 mm) can easily be placed in the operator's cab 12, without violating the overall interior of the simulation model of the simulated tool. In the operator’s cabin 12 with the infrasound source 10, there is an infrasound vibration analyzer 11 (model 2031 from Bruhl and Kier) designed to automatically determine the energy spectrum of infrasound in the frequency range from 0.01 to 20 Hz and intensity up to 166 dB. The time taken to determine the energy spectrum of frequencies does not exceed 200 ms. The device 2031 contains a numeric keypad, with which the threshold values of the controlled processes are entered, when the latter coincides or is exceeded, alarms are generated that are sent to the third input of the amplifier 9 via bus 22 and reduce the gain to a safe value.

На фиг.4 показана простая конструкция инфразвукопоглощающей панели [4 - стр.44, рисунок 11], служащей для ограничения интенсивности инфразвука на окружающую обстановку. Инфразвукопоглощающая панель (демпфер инфразвуковых колебаний) состоит из корпуса 31, на котором с помощью каркаса 32 крепится жесткая панель 33 с упругим воротником 34, сплошным по периметру панели 33. Корпус 31 демпфера 13 размещают перпендикулярно фронту распространения инфразвуковой волны (на фиг.4 показан штрихпунктирной линией) под кабиной 35 тренажера. Демпфер 13 представляет собой колебательную систему с одной степенью свободы. Роль массы выполняет панель 33, а упругость системы складывается из упругости воздушного зазора 36 между панелью 33 и каркасом 32 и упругости элементов подвески системы. Энергия инфразвуковых колебаний воздуха расходуется на отклонение панели 33 от равновесного состояния. Поглощение инфразвука в этом случае происходит в результате изгибных колебаний панели 33 за счет внутреннего трения, а также потерь энергии в воздушном промежутке 36. Наибольших значений коэффициент звукопоглощения достигает в области резонансных частот системы, которая зависит от массы панели 33 и воздушного зазора 36.Figure 4 shows the simple design of the infrasound-absorbing panel [4 - p. 44, Figure 11], which serves to limit the intensity of infrasound on the environment. The infrasound-absorbing panel (infrasonic vibration damper) consists of a housing 31, on which a rigid panel 33 is fastened with a frame 32 with an elastic collar 34 continuous along the perimeter of the panel 33. The housing 31 of the damper 13 is placed perpendicular to the propagation front of the ultrasonic wave (Fig. 4 shows a dash-dotted line line) under the cockpit 35 simulator. Damper 13 is an oscillatory system with one degree of freedom. The role of the mass is performed by the panel 33, and the elasticity of the system consists of the elasticity of the air gap 36 between the panel 33 and the frame 32 and the elasticity of the suspension elements of the system. The energy of the infrasonic vibrations of the air is spent on the deviation of the panel 33 from the equilibrium state. Infrasound absorption in this case occurs as a result of bending vibrations of the panel 33 due to internal friction, as well as energy losses in the air gap 36. The sound absorption coefficient reaches its highest values in the region of resonant frequencies of the system, which depends on the mass of the panel 33 and the air gap 36.

На основании проведенных патентных исследований не обнаружено технических решений с совокупностью признаков и решаемых задач идентичных с заявленным устройством, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию изобретения «неочевидность».Based on the patent research, no technical solutions were found with a combination of features and tasks that are identical with the claimed device, which allows us to conclude that it meets the criteria of the invention "non-obviousness".

Таким образом, предложенный способ моделирования психофизиологических эффектов в тренажере и устройство для его реализации позволит расширить функциональные возможности обучающих систем за счет воспроизведения дополнительных психофизиологических ощущений, возникающих у оператора при определенных режимах работы имитируемого объекта, а именно: состояния укачивания, утомления, страха, болевых ощущений, эйфории и т.п.Thus, the proposed method for modeling psychophysiological effects in the simulator and a device for its implementation will expand the functionality of training systems by reproducing additional psychophysiological sensations arising from the operator during certain modes of operation of the simulated object, namely: the state of motion sickness, fatigue, fear, pain euphoria, etc.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство СССР N 1401503, G09B 9/04, аналог.1. USSR author's certificate N 1401503, G09B 9/04, analogue.

2. Патент ЧССР N 168079, G09B 9/08, аналог.2. Patent of Czechoslovakia N 168079, G09B 9/08, analogue.

3. Авторское свидетельство СССР N 940202, G09B 23/14, аналог.3. USSR author's certificate N 940202, G09B 23/14, analogue.

4. Е.Е.Новогрудский и др. "Инфразвук: враг или друг?", г.Москва, "Машиностроение", 1989 г.4. EE Novogrudsky and others. "Infrasound: an enemy or a friend?", Moscow, "Engineering", 1989

5. И.Г.Хорбенко "Звук, ультразвук, инфразвук", г.Москва, "Знание", 1986 г., стр.178, 2-6 строки снизу.5. I.G. Khorbenko "Sound, ultrasound, infrasound", Moscow, "Knowledge", 1986, p. 178, 2-6 lines from the bottom.

6. Г.Чедд, "Звук", г.Москва, "Мир", 1975 г., стр.162.6. G. Chedd, “Sound”, Moscow, “Mir”, 1975, p. 162.

7. Большая Советская Энциклопедия, том 18, второе издание, г.Москва, "Советская Энциклопедия", стр.331, 332.7. The Great Soviet Encyclopedia, Volume 18, Second Edition, Moscow, “The Soviet Encyclopedia”, pp. 331, 332.

8. Авторское свидетельство СССР N 678501, G09B 9/04, прототип.8. Copyright certificate of the USSR N 678501, G09B 9/04, prototype.

9. Б.Л.Покровский "Летчику о психологии", г.Москва, Военное издательство министерства обороны СССР, 1974 г., стр.83.9. B. L. Pokrovsky "To the pilot about psychology", Moscow, Military Publishing House of the Ministry of Defense of the USSR, 1974, p. 83.

10. Н.Ф.Измеров и др. "Инфразвук как фактор риска здоровью человека (гигиенические, медико-биологические и патогенетические механизмы), г.Воронеж, Воронежский государственный университет, 1998 г.10. NF Izmerov et al. "Infrasound as a risk factor for human health (hygienic, biomedical and pathogenetic mechanisms), Voronezh, Voronezh State University, 1998

11. Большая Советская Энциклопедия, том 26, 1977 г., стр.532.11. The Great Soviet Encyclopedia, Volume 26, 1977, p. 532.

12. Бакулев А.Н., Петров Ф.Н. "Популярная медицинская энциклопедия", г.Москва, "Советская Энциклопедия", 1965 г.12. Bakulev A.N., Petrov F.N. "Popular Medical Encyclopedia", Moscow, "Soviet Encyclopedia", 1965

13. Психология. Словарь. Под общей редакцией А.Б.Петровского, М.Г.Ярошевского, 2-е издание, г.Москва, "Политиздат".13. Psychology. Dictionary. Under the general editorship of A.B. Petrovsky, M.G. Yaroshevsky, 2nd edition, Moscow, Politizdat.

14. Б.Л.Покровский "Летчику о психологии", г.Москва, Военное издательство Министерства обороны СССР, 1974 г.14. B. L. Pokrovsky "To the pilot about psychology", Moscow, Military Publishing House of the Ministry of Defense of the USSR, 1974

15. В.Г.Федоров, В.А.Телец, "Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение", г.Москва, "Энергоатомиздат", 1990 г., стр.269…288.15. V.G. Fedorov, V.A. Taurus, "DAC and ADC chips: operation, parameters, application", Moscow, Energoatomizdat, 1990, pp. 269 ... 288.

16. Каталог 1985/86 г.г., "Электронная аппаратура", Брюль и Кьер.16. Catalog 1985/86, "Electronic Equipment", Bruhl and Kier.

17. Г.Н.Шведов, А.В.Соловьев, И.И.Чулина "Нетрадиционные электроакустические преобразователи". Обзоры по электронной технике. Серия 7. Технология, организация производства и оборудование. Выпуск 7 [1196], г.Москва, ЦНИИ "Электроника", 1986 г., стр.12…23.17. G.N.Shvedov, A.V. Soloviev, I.I. Chulina "Unconventional electro-acoustic transducers". Reviews on electronic technology. Series 7. Technology, organization of production and equipment. Issue 7 [1196], Moscow, Central Research Institute "Electronics", 1986, p. 12 ... 23.

Claims

1. A method for simulating psychophysiological effects in a simulator, which consists in real-time calculating the behavior parameters of an object, synthesizing N physical effects and transforming them into sensations of spatial movement, visual intra-cabin and extra-cabin information, auditory, tactile-kinesthetic information that accompany the work of controlled object with a simulator of the parameters of the object’s behavior, during synthesis in the information channels, the parameters of infrasonic vibrations, frequency and intensity adequate to the frequency and energy spectrum that occurs on a real object, they are converted in the information channels into infrasonic vibrations and act on the operator, characterized in that the instructor remote control synthesizes in the information channels separately or in the complex relationship of the infrasonic vibrations and affects the operator with the frequency and intensity, in which there are feelings of fear, euphoria, fatigue, motion sickness and pain, while the simulator cabin with a working environment by the operator’s mouth, with a source and an infrasound analyzer, they are placed in an acoustic damper.

2. A device for implementing a method for simulating psychophysiological effects in a simulator containing an operator’s workstation, an object behavior parameter simulator, electrically connected to an instructor’s console, acceleration effect simulators, auditory information, visual extra-cabin and intra-cabin information, tactile-kinesthetic information, and the operator’s workplace is connected mechanically with a simulator of acceleration effect, acoustically - with a simulator of auditory information, visually with simulators of a viewer of extra-cabin and intra-cabin information, tactile-kinesthetically with a control simulator, characterized in that an infra-low-frequency oscillation generator, an adjustable infra-low-frequency oscillation intensity amplifier, an infrasound source, an infrasound vibrations analyzer, an infrasonic vibrations damper are introduced into the amplifier, and the amplifier input via electric data buses connected with a simulator of dynamics of movements, the output of the generator through the second input of the amplifier of the intensity of infra-low-frequency oscillations of electric Eski connected to a source of infrasound, yield infrasound source acoustically coupled to the analyzer by the operator and infrasonic waves, the output of the analyzer electrically connected to a third input of the amplifier, the workplace of the operator with infrasound source and analyzer placed in the infrasonic oscillation damper.