TW466330B - Precision gunnery simulator system and method - Google Patents

Description

46 63 3 Ο --i號90106834 年月日 佟正__ 五、發明說明~ ^ 本發明涉及一種軍用訓練系統和方法，尤其涉及用於 實戰演習中模擬坦克發射的系統和方法。 與本發明相關的背景技術 燃燒推進火炮一直是根據其炮彈的彈道或路徑進行分 類的。動力以高拋物線彈道推動炮彈行進。例如從坦克的 搶炮中發射出來的炮彈基本是直平發射並且其彈道是向了 的曲線。從榴彈炮發射出來的炮彈則取二者之折衷，其炮 彈在相當長的距離上按弓形彈道行進，進而要求的推進力 更小並且比常規武器的搶管更輕。 美國部隊已經研究和廣泛使用了多功能集成激光交戰 系統（Multiple Integrated Laser Engagement System )’用於訓練地面部隊的實戰能力。將來福搶配備低功率 的激光器’並且通過擊中帶有光檢測器的士兵，以實現模 擬的技能。在更多的實際操作中，從迫擊炮和榴彈炮發射 的炮火可被模擬，在某些情況下，通過使用配備有全球定 位系統定位器的演習設備，可模擬雷區。煙霧和聲音可被 加入以便有更好的實戰效果。 坦克是地面攻擊部隊所使用的非常重要的武器.所有 用於模擬坦克武器炮火的基於激光的系統必須要考慮—個 事實’即炮火發射的拋物線彈道（例如1 20毫米抱彈）有 一個曲線彈道並且要花費一定的時間從坦克到達目標或目 標區。與之對比地激光則以光速按直線行進。現在已有了 許多射擊訓練系統’例如美國專利3, 588, 1 08、 3，609,883、和3，832，791 所彼露的。美國專利4，218，834

第6頁 修正___ y，目為具有扇形掠掃光束的模擬武器發射的評分”）公 ‘更為ί m"束系統’其用於比上述美國專利被露的系 克射擊。激光轄射 ί些相同的光束也用於根據目標後向反射器 :二=測量其位置距離。•同-期間，根據被 、方位角、和仰角，計算當前位置°按 攔：處的角度篡置’在被模擬的彈道和每個 的關秦。☆當武器到反射器的距離 與，裔=無道的距離相等^ί下進行評分時，或當彈道盘 反射器有-預定的仰角$基於彈道與前述情況下成角度 的激光位置之間的關^行評分。評分結果在坦克中顯又 示，或以激光調制的方$傳送到目標以” 雖然上述專利的系統和方法已較為成：::二羊…曰 希望提供更為精確的射擊訓練系统，其可利用全球定 統定位器並且增強在綜合戰術條件下對習 的功能和靈活性。 > 识自 根據本：明的射擊模擬系統包括在其搶筒上具 器的搶’該發射器在扣動扳機的時候將光束發射到第1 置。該光束根^射擊者的—般距離和轨跡將光束導向位农 第二位置的目標。該目標被輻射的光束掃描，以測量 於槍枝的搶膛的目標方位角和目庐也 ^ 被傳送到該第二位置。該^二角：扳㈣擊的時" 的光束，-個系統控制單元確定目：光t收益檢測輻务 平几雊疋目標方位角和目標仰角。

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案號 90106834 五'發明說明（3) 該系統控制單元還通過比較搶炮和目標的一組全球定位參 數確定目標的距離。根據目標方位角、目標仰角、目標的 距離、和扣動扳機的時間系統控制單元計算相對於由扳機 扣動時刻由搶炮發射的模擬彈道炮彈的目標的彈著點。 參閱圖1所示’為精確射擊模擬系統優選實施例的總 圖。輛第一友軍坦克或發射方正與一輛第二敵軍坦克 1 4父戰並通過其搶炮1 2 。友軍坦克1〇處於第一位置而 敵軍坦克14處於第二％#通常兩者相距幾百米之遙。可以 理解的是，坦克1 0或f或二者都可以是靜態的或以高於每 小時60公裡的速笔。第一坦克1 〇的搶炮丨2以常規方式 安裝在炮塔1 6上。Is似的第二坦克1 4的搶炮1 8也安裝在炮 塔20上。為示例起見’坦克1〇和14可以是M1A1型坦克，其 具有120毫米口徑的搶炮，射擊距離在3500米和2500米。 參見圖1B，坦克10和14都在其搶口 22上裝有數據連接 天線24和全球定位系統天線26。每個坦克都有裝在其搶口 22的搶膛之中的激光掃描發射器28。一根電纜30與數據連 接天線24，全球定位系統天線2 6，和激光掃描發射器28連 接到位於相關的坦克的炮塔1 6或外殼32中的系統電路。裝 在每個坦克上的槍口 22上的全球定位系統天線26從1 2個不 同的全球定位系統衛星34和36 (在圖中隻示出了兩個）接 收下發的地理位置信號。任選地’更精確的以DGPS修正信 號格式的地理定位信號通過標號為3 8的全球定位系統地面 站被傳送到坦克1 0和1 4的全球定位系統天線2 6。任選地， 地面站3 8從衛星3 4和3 6接收下發的定位信號。任選地’地

第8頁 46 63 3 Ο SS_9〇] 06834 面站也* 率數據 告，監 中，細 示 DGPS 搶炮1 2 優 易於安 擊，以 激光掃 敵方坦 搶炮發 克以便 可以在坦克1 〇和1 4 以便以某種方式（例 視交戰情況，或者控制 的實折線表示全球定位 修正信號的傳送，粗的 的搶口 2 2 )表示對詢問 選地’天線24和26，激 裝和拆卸，而無須影響 便坦克1 〇和1 4總是處於 描發射器28發射具有-克的位置或者作為從該 射的模擬炮彈，而且作 允許模擬回合被計算的 個指揮部4 0之間 如提供行動方案 精確射擊模擬系 系統信號的傳送 實折線（進入射 者的無線頻率響 光掃描發射器2 8 現場演習回合中 隨時可以進入戰 定光波長的光束 激光掃描發射器 為用於將信息傳 數據鍵路。 轉播無線頻 )提供報 統。在圖1A *虛折線表 擊坦克1 0的 應。 和電纜3 0應 的正常射 鬥的狀態。 ，用於掃描 裝於其中的 送到對方坦 圖2是根據本發明的系統的坦克丨〇和“的戰鬥人員艙 中安裝的電路的優選實施例框圖，系統控制單元42構成了 該電路的核心。控制單元4 2有自己的電源而且最好是基於 微機。它包括用於存貯交戰程序的大容量存貯器。優選 地’系統控制單元42有一個鍵盤或通過開火控制計算機44 與之相連的輸入設備43 ’以便讓戰鬥員輸入指令。輸入設 備43允許軍火型號，Met數據，慣性數據等由戰鬥員輸 入。輸入没備4 3最好由一個觸發開關’它可以由戰鬥員開 動以發射一個模擬回合。通過坦克中的現有硬件可以提供 輸入設備4 3和開火控制計算機4 4，該二設備可以是用於模 擬交戰雙方坦克的並行設備。一個可拆卸媒介存貯設備

第9頁 ^ ο 63 3 Ο 案號 90106834 年 Η 修正 五、發明說明（5) (未不出）最好與系統控制單元42相連’以便於在操作程 序中裝載變化。控制單元4 2的電源來自於坦克電源4 5。 仍然參見圖2 ’ 一個殺傷選通4 6和一個光閃脈衝發生 器48可由系統控制單元42觸發。音頻揚聲器和音頻放大器 f未示出）以及煙霧發生器（未示出）也可與系統控制單 元42連接以進一步加強模擬的坦克交戰真實效果。任選 地’Met傳感器50也可與系統控制單元42相連。通過—個 DGPS接收器52，全球定位系統天線26與系統控制單元42相 連。數據連接天線24通過一個CTC數據鏈接接收轉發器單 元54和一個全球定位系統數據鏈接接收轉發器單元56與系 統控制單元42連接。來自於全球定位系統地面站38的卯“ 修正信號通過數據連接天線24接收並通過CTC數據鏈接接 收轉發器單元5 4饋送到D G P S接收器5 2。激光掃描傳輸器2 8 由系統控制單元42控制的激光掃描儀/詢問方/數據連接電 路5 8所驅動。 射擊者的主要視域有一個透鏡组件62和一個示縱器蓋 知64 ’ g玄示縱器蓋鏡64通過示蹤器蓋鏡驅動電路μ與系統 控制單元42通信。具有光學傳感器的第一陣列68間隔分布 在坦克炮塔1 6周圍。具有光學傳感器的第二陣列7〇間隔分 布在坦克殼體32上。陣列68和70可以分別包括透鏡和保護 性盍鏡68a、68b、70a、70b。每個陣列由各個激光檢測器 構成，當被從對方坦克的激光掃描發射器28的激光光束所 擊中時’這些激光檢測器產生信號並將其傳送到系統控制 單元。如圖1所示，陣列68和70的檢測器間隔分布在炮塔

-案號 46 63 3 Ο 年 月 修正 五、發明說明（6) 和坦克殼體上，以便可以檢測來自幾乎可以接收到的各個 角度的激光掃描或模擬的激光拋物線。炮塔朝向僖咸_ 7 2 ^如^學編碼器），慣性單元74，和坦克車體朝向傳感 益76將數據信號饋送到系統控制單元42。目標模塊78，射 擊模塊80，射擊和目標模塊82，以及外部系統模塊84最好 與系統控制單元4 2相連。 在扣動扳機之前先實施測距和追蹤功能π通過對目標 =14的光學掃描，即可達到這—目的。射擊者的視覺範 =要足夠大，以便包括各種可由坦克1〇發射的彈藥。在掃 J :間，射擊坦克10的激光掃描發射器28周期性的將光學 據达到目標坦克14。目標坦克14對這些光學數據進行解 亚對它的DGPS位置，它的標識，射擊者的標識，光學 角：方位角進行編碼’並且將射頻信息發送到射擊坦克 。又要當其標識與返回的信息相符，該射擊坦克丨〇便對 射頻信息進行處理。可以理解太糸 J 乂理解本糸統允許兩個以上的坦 的；：：3父戰。^目標瞄準和追蹤按照開火控制計算機 ，規方式進行，並且這樣便生成了需要的射擊引導。 光學/在:上扳上·時’通過射擊激光掃描傳輪器28，DGPS和 標幾何關聲在路’由直接光學測量组合確定射擊者/目 與射擊者的搶脖線相關：目vn:: 8用於測量 快於射擊時間(其 二ΪΓ進318步8二(，為1980 年8 月 从W的進一步細即，該文蛀人 、，-α σ於此以為參考。發射激光掃 第11頁 b 63 3 Ο 案號 9010fi834 五、發明說明（7) 描傳輸器28在對目標的光束駐留時間中傳輸所有射擊數 據’包括扳機扣動時間、射擊者的標識、武器類型、彈藥 種類搶炮的翹起和歪曲角度，全球定位系統的Gps (χ y ^ )數據，GPS (Vx，Vy，Vz )數據，和Met數據（任選）等’ 等°光學發送的數據由目標坦克1 4的電路解碼，這些電路 的結構和圖2所示的以及射擊坦克10中的電路相同。通過 了解扳機扣動時間和掃描速率或對傳輪的掃描角度位置數 據進行解碼，目標坦克14確定相對於射擊者的搶膛的目標 方位角和目標超仰角丨目標的距離通過比較射擊者和目 球定位系統坐數便可確定。相對於重力的整個射 f者/目標幾何關'^方向根據DGPS，或翹起和歪曲傳感 器72 ’ 74，和76 f。目標坦克14的系統控制單⑽利用 從射擊坦克10傳蠢的數據模擬實彈射擊。通過掃描時間和 數據可以從搶膛得到方位角和超仰角。目標坦克丨4在開火 期間通過DGPS和載波相位追蹤其運動。從所有的信息中， 目標坦克14的系統控制單元42確定虛擬的拋物線的^著 ，。如果確定了一個行動’武器/目標近地點便應被確 2二f過對講系統’目標坦克1 4的戰鬥人員接到敵方開火 ' 通知而且模擬間接破壞。如果禮定擊中’則由於 ”碼器數據計算射擊角度。系統=單St / S二ir二點的坐標參數’距離’射擊角*，已知的武器 /Λ Λ 等進行傷亡估算。錢线㈣單元42 ϋ杈込通46和射頻數據鏈路通知射擊坦克10的戰鬥人 員釦，通過顯示器86 (圖2 )顯示Pk，距離，和擊中坐

第12頁 46 63 3 Ο ____life 90106834_年月日 條左 五、發明說明（8) '- 標。通過射擊坦克1 〇的系統控制單元42還實現了對簡化武 器開火的模擬。這允許武器開火,追蹤器可通過蓋鏡，在射 擊者的視覺上顯示武器開火追蹤器。在武器開火期間，對 發射時坦克的運動進行了補償。通過一個攝像機（未示出 )記錄足夠的數據以便在演習觀賞結束後支持對演習的診 斷。 “ 〇 圖3是表示根據本發明的方法的步驟順序的時序圖。 在本系統中，無須後向反射器以測量相對於搶膛的目 標距離、方位角、和仰角。為了預定射擊的落差（即用於 修正拋物線彈道），無須高精度慣性測量單元。在本系統 中，目標坦克14處進行彈道模擬，而且DGPS用於目標追、 蹤。釆用射頻數據電路和全球定位系統導致比現有^術的 射擊模擬系統更低的費用。本系統可用於開火和忘記或追 =板式，。它的擊中精度比現有技術的射擊模擬系統大大提 為其具有更快的掃描速率，並且目標坦克14的DGPS 亞*〜射擊開火時間無關。本系統也可用於常規條件下、 ;m 了，手控’和緊急情況下的訓練°使用者的操作 入相η戰鬥條件下實際交戰回合中垣克開火的操作步驟完 ^^。本系統和方法可用於多個射擊者和多個目標。到 搶：離產生搶炮超仰角偏移。對目標進行追蹤以產生 的^ -向偏移。本系統能夠確定相對於目標坦克群的中心 :點。武器開火追蹤器向射擊者顯示並提供立即反 實昉：現真實_和人員傷亡估算。I系統和方法以幾乎 ，才 ' 方式發布交戰結果。交戰演習可被記錄以支持診

第13頁 “·; 6 3 3 Ο 二_案號 90】06834_年月日__ 五、發明說明（9) 斷。射擊者和目標被明白無誤的成對配置。 以上所述僅為本發明較佳實施例，並非用來限定本發 明實施的範圍。凡依本發明申請專利權利要求所做的等同 變化與修飾，皆為本發明專利權利要求範圍所涵蓋。

第14頁 Μ 6 63 3 〇 案號 90106834 年 月 曰 修正 圖式簡單說明 圖1是利用本本發明的和方法在實戰模擬演習中 的兩個坦克的示圖； ί 圖1Β是圖1Α所示坦克的槍炮搶口的放大視圖，其 示出了安裝於搶口上的天和激光掃描發射器； 圖2是根據本發明的#统在每個坦克上安裝的電路的 框圖；和 々 圖3是一個表示本發明的方法的步驟順序的時序圖。 圖式標號說明 10--- -坦克 12 —— -搶炮 14--- —坦克 16--- —炮塔 18--- -搶炮 20--- ----炮塔 22--- ----槍P 24--- ----天線 26 —— ----系統天線 28--- ——激光掃描傳輸器 30--- ----電纜 32--- ——外殼 34--- ——衛星 36--- ——衛星 38--- - 地面站 4 0--- ----指揮部

4 6 63 3 Q案號90106834_年月日 修正 圖式簡單說明 42------系統控制單元 4 3 輸入設備 44 ------控制計算機 45 ------電源 46 ------殺傷選通 48------光閃脈沖發生器 5 0------Met傳感器 52------DGPS接收器 54------CTC數據鏈接接收轉發器單元 56------全球定位系統數據鏈接接收轉發器單元 58------數據連接電路 62------透鏡組件 64------示蹤蓋鏡 66------示蹤器蓋鏡驅動電路 68------第一陣列 70------第二陣列 68a、68b、70a、70b------保護性蓋鏡 72------傳感器 7 4-------償性單元 78------目標模塊 80------射擊模塊 84------外部系統模塊 86------顯示器

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Claims (1)

1. zj 6 63 3〇案號 9n丨⑽834 六、申請專利範圍 1. 一種射擊模擬系統，包括： 用於根據發射者的常規測距和追蹤，從位於第—位置 的槍炮針對位於第二位置的目標扣動扳機發射光輻射 的裝置； 用於通過所述光束對所述目標進行掃描以測量相對於 所述搶炮的搶腔的目標方位角和目標仰角的裝置. 用於傳輸扳機扣動時間的裝置； 用於檢測所述目標的所述光束以確定所述目標方位角 和目標仰角的裝置； $ 用於通過比較所述搶炮和所述目標的一組全球定位系 統坐標以確定與所述目標的距離的裝置；以及 、 用於根據所述目標方位角、目標仰角、到目標的距 離、和扣動扳機的時間，計算相對於由扳機扣動時刻由所 述搶炮發射的模擬彈道炮彈的目標的彈著點的裝置。 2 ·如申請範圍第1項所述之射擊模擬系統，其中所述的 目標方位角和目標仰角由所述的扳機扣動時間和掃描速率 所確定。 3. 如申請範圍第1項所述之射擊模擬系统，其中所述目 標方位角和目標仰角由所述第一位置發出的掃描角度位置 數據確定。 4. 如申請範圍第1項所述之^射^擊模擬系繞，其中所述搶 炮和目標處於運動狀態炎真^算彈著點的步驟也基於DGPS 5. 如申請範圍第1項所述之子擊換擬系統，其中所述搶

   第17頁 u b3 3 Ο 案號90106834 ---^--δ日 修正 六、申請專利範圍 炮和目標處於運動狀態炎且所述彈著點的計算步驟基於安 裝在所述搶炮的目標上的麵起和歪曲傳感器的輸出 6.如申請範圍第1項所述之射擊模擬系統，進而包括用於 從所述第一位置向所述第一位置傳輪一個信號的裝置，所 述信號是在包括全球定位系統（X，y，z )數據的所述光束 上進行編碼的。 7_如申請範圍第1項所述之射擊模擬系統，進而包括用於 從所述弟一位置向所述第·一位置傳輸—個信號的裝置，所 述信號是在包括全球定位系統G P S ( V X，V y，V z )數據的所 述光束上進行編碼的。 8. 如申請範圍第1項所述之射擊模擬系統，進而包括安 裝在坦克上的所述搶炮，而且所述光束是從位於的述槍炮 的槍管中的激光掃描發射器所發出的。 9. 如申請範圍第1項所述之射擊模擬系統，其中所述目 標是一個配備有多個安裝於所述坦克殼體上的光學接收器 的坦克。 1 0.如申請範圍第1項所述之射擊模擬系統，其中所述目 標是一個配備有多個安裝於所述坦克炮塔上的光學接收器 的坦克。 11. 一種射擊模擬方法，包括以下步驟： 根據發射者的常規測距和追蹤，從位於第一位置的槍 炮針對位於第二位置的目標扣動扳機發射光轄射光東； 通過所述光束對所述目標進行掃描以測量相對於所述 搶炮的搶膛的目標方位角和目標仰角；

   第18頁 46 63 3 Ο ---- 苤號.9〇1〇6^- 六、申請專利範圍 傳輸扳機扣動時間 檢測在所述目標處 標仰角； 通過比較所述槍炮 標以確定與所述目標的 根據所述目標方位 扣動扳機的時間，計算 發射的模擬彈道炮彈的 1 2 ·如申請範圍第1 1項 目標方位角和目標仰角 所確定。 1 3 ·如申請範圍第11項 標方位角和目標仰角由 數據確定。 14.如中請範圍第11項 炮和目標處於運動狀態 修正Q 1 5.如申請範圍第1 1項 炮和目標處於運動狀態 裝在所述搶炮的目標上 1 6 .如申請範圍第1丨項 於從所述第一位置向所 所述信號是在包括全球 束上進行編瑪的D 曰 的光束以確定所述目標方位角和目 和所述目標的一組全球定位系統坐 距離；以及 角、目標仰角、到 相對於由扳機扣動 目標的彈著點。 所述之射擊模擬方 由所述的扳機扣動 目標的距離、和 時刻由所述搶炮 法，其中所述的 時間和掃描速率 所述之射擊模擬方法，其中所述目 所述第一位置發出的掃描角度位置 所述之射擊模擬方 並且計算彈著點的 所述之射擊模擬方 並且所述彈著點的 的翹起和歪曲傳感 所述之射擊模擬方 述第二位置傳輪一 定位系統（X, y, Z ) 法，其中所述搶 步驟也基於DGPS 法，其中所述搶 計算步驟基於安 器的輸出。 法，進而包括用 個信號的步驟， 數據的所述光

   第19頁 麵 46 63 3 Ο _案號 90106834_年月日___ 六、申請專利範圍 1 7.如申請範圍第1 1項所述之射擊模擬方法，進而包括用 於從所述第一位置向所述第二位置傳輸一個信號的步驟， 所述信號是在包括全球定位系統GPS (Vx，Vy，Vz)數據的 所述光束上進行編碼的。 1 8.如申請範圍第11項所述之射擊模擬方法，進而包括安 裝在坦克上的所述槍炮，而且所述光束是從位於的述搶炮 的搶管中的激光掃描發射器所發出的。 1 9.如申請範圍第11項所述之射擊模擬方法，其中所述目 標是一個配備有多個安裝於所述坦克殼體上的光學接收器 的坦克。 2〇, 如申請範圍第11項所述之射擊模擬方法，其中所述 目標是一個配備有多個安裝於所述坦克炮塔上的光學接收 器的坦克。

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