НАШЛЕМНАЯ СИСТЕМА ИНДИКАЦИИ Российский патент 1997 года по МПК G02B23/10 G02B27/30 G09B9/08 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к приборам наблюдения с отражением в поле зрения дополнительного изображения, например, от коллиматоров, разрешаемых на защитном шлеме водителя транспортного средства.

Существуют различные схемы построения системы индикации с выводом в поле зрения водителя (оператора) транспортного средства различных индикаторных меток и изображений, с помощью оптического коллиматорного визира, располагаемого на шлеме водителя, так называемые нашлемные системы индикации (НШИ). Наиболее широко НШИ применяется в авиационных комплексах управления, где они скомплексированы с устройствами определения ориентации поля зрения НШИ (оптической оси визира).

НШИ содержат располагаемый на защитном шлеме датчика оптический колиматорный визир, состоящий из коллимирующего объектива с оптическим элементом (полупрозрачной пластиной) совмещения выводимой индикации с визуально наблюдаемым пространством, формирователь изображения, оптически связанный с фокальной поверхностью объектива, а также размещаемые на борту транспортного средства блок управления формирователем изображения и устройство определения ориентации оптической оси визира, состоящий в свою очередь, из нашлемного реперного узла, совмещенного с визиром определения ориентации реперного узла (авт. св. СССР N 505983, кл. G 02 B 27/30, 1974). Более детально структура НШИ описана в (Бородин В. Т, Рыльский Г. И. Пилотажные комплексы и системы управления самолетов и вертолетов, М. Машиностроение, 1978, с. 214).

Основные функции, выполняемые НШИ формирование сигнале целеуказания отметки выбранных целей, воспроизведение в поле зрения летчика (водителя) информации, аналогичной выводимой на бортовом коллиматорном индикаторе.

Известные НШИ обладают следующими недостатками: не обеспечивают возможность оперативного контроля навыков водителя по управлению транспортным средством в различных ситуациях, возникающих на местности, и тренировки водителя оптимальным приемам управления транспортным средством и его оборудованием, а также проверку работоспособности оборудования транспортного средства на этапе предполетной подготовки и непосредственно в процессе управления транспортным средством.

Наиболее близкой к заявленной системе является нашлемная система индикации, содержащая нашлемный коллиматорный визир, формирователь изображения с блоком управления формирователем изображения, блок совмещения индицируемого изображения с визируемым внешним пространством и устройство определения ориентации оси визира.

Недостатком известной системы является невозможность контроля навыков водителя в широком спектре ситуаций, возникающих на местности.

Цель технического решения заключается в создании в поле зрения нашлемной системы индикации, входящей в состав оборудования транспортного средства, отметок синтезированного изображения управляемых как по ранее установленной программе, так и по сигналам от органов управления транспортного средства и сигналов об ориентации поля зрения НШИ причем, положение этих отметок под воздействием сигналов, индицируемых водителем, характеризуют как степень подготовки водителя к управлению данного транспортного средства, так и работоспособность блоков оборудования. Это позволит производить контроль действий водителя по управлению, а также контроль работоспособности оборудования непосредственно на этапе подготовки транспорта к движению (предполетной подготовки самолета).

Технический результат достигается тем, что в нашлемную систему индикации, включающую объектив коллиматора, оптически сопряженный с формирователем изображения и блоком совмещения сформированного изображения с визируемым внешним пространством, а также блок управления формирователем изображения, выход которого соединен со вторым формирователем изображения, и устройство определения ориентации оси визире, введены блок с управляемым светопропусканием, установленный перед блоком совмещения сформированного изображения с визируемым внешним пространством, блок задания вида формируемого изображения внешнего пространства, блок определения относительного перемещения изображения внешнего пространства и поля зрения нашлемного и коллиматорного визира, блок данных об элементах изображения внешнего пространства, блок формирования синтезированного изображения внешнего пространства и блок совмещения синтезированного изображения внешнего пространства и пилотажной информации, причем первый и второй выхода блока задания вида формируемого изображения внешнего пространства соединены, соответственно, со входами блока с управляемым светопропусканием и блока данных об элементах изображения внешнего пространства, второй вход которого соединен с выходом блока определения относительного перемещения изображения внешнего пространства и поля зрения нашлемного коллиматорного визира, первый вход которого соединен с выходом устройства определения ориентации оси визира, а второй вход является первым входом системы, выход блока данных об элементах изображения внешнего пространства через блок формирования синтезированного изображения внешнего пространства соединен с первым входом блока совмещения синтезированного изображения внешнего пространства и пилотажной информации, второй вход которого является вторым входом системы, а выход соединен со входом блока управления формирователем изображения.

Существующие тренажеры не позволяют провести оперативную проверку готовности водителя работать на данном конкретном транспортном средстве и с его конкретным оборудованием, т. к. характеристики стационарных тренажеров, параметры его имитаторов и моделей не адекватны параметрам оборудования конкретного транспортного средства, не учитывают разброс реальных физических характеристик конкретного оборудования.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемой НШИ; на фиг. 2 геометрическая схема формирования схема формирования изображения внешнего пространства при имитации полета самолета.

Нашлемная система индикации, блок схема которой представлена на фиг. 1, содержит нашлемный визир 1 с объективом коллиматора 2 и с полупрозрачной пластиной 3 совмещения сформированного изображения с визируемым внешним пространством, блоком с управляемым светопропусканием 4, формирователем изображения 5, блок управления формирователем изображения 6, реперный узел (РУ) 7, устройство ориентации оси, блок задания вида формируемого изображения внешнего пространства 9, блок определения относительного перемещения изображения внешнего пространства и поля зрения, блок 11 данных элементов изображения внешнего пространства 11, блок формирования синтезированного изображения внешнего пространства 12, блок совмещения синтезированного изображения внешнего пространства и пилотажной информации 13. Объектив 2 с полупрозрачной пластиной 3 оптически сопряжен с блоком 4, располагаемым в поле зрения объектива. Блок 13 совмещения сигналов изображений, один вход которого является первым входом системы (А), на который поступает пилотажная информация от системы индикации самолета, а второй вход соединен с блоком 12 формирования синтезированного изображения соединен своим выходом через блок 6 управления с формирователем 5 изображения, который оптически сопряжен с входом объектива 2. Выходы блока 9 задания вида изображения соединены с входом блока 4 с управляемым светопропусканием и с входом блока 11 данных, на второй вход которого подсоединен выход 10 определения относительного перемещения изображения, первый вход которого соединен с выходом устройства 8 определения ориентации оси визира, а второй вход является вторым входом системы (Б), соединенным с системой управления самолета, причем, выход блока 11 данных соединен с входом блока 12 формирования синтезированного изображения.

Блок 4 с управляемым светопропусканием может быть выполнен на основе стеклянной прозрачной пластины с электрохромным покрытием, которое при подключении к источнику электрической энергии, изменяет коэффициент пропускания света. Формирователь изображения может быть выполнен на основе малогабаритной ЭЛТ, а блок управления формирователя выполнен на основе усилителей и генераторов, обеспечивающих управление и развертку электронного луча ЭЛТ в соответствии с поступающими на вход сигналами. Реперный узел 7 выполнен в виде набора реперных излучателей реперных детекторов излучения). Устройство 8 определения ориентации может быть выполнено на основе оптико-электронных блоков, определяющих пеленги на реперные точки узла 7.

Блок 9 задания режима формирования изображения может быть выполнен в виде набора переключателей, управляющих коммутационным полем, набор замкнутых контактов которого определяет набор сигналов, соответствующих кодам наименования координатной сетки изображения. Блок 10 определения относительного перемещения может быть выполнен в виде функционального преобразователя, либо арифметического устройства, решающего геометрическую задачу по определению координат удаления самолета от поверхности земли и координат пересечения вектора направления поля зрения НШИ с поверхностью. Блок 11 данных о элементах изображения может быть выполнен на основе постоянного запоминающего устройства, построенного на основе набора микросхем типа 556РТ7. Блок 12 формирования синтезированного изображения может быть выполнен на основе вычислительного устройства, которое при получении сигналов о виде изображения, формирует набор линий, отрезков и т. п. составляющих это изображение, в принятом виде его формирования.

В начале работы НШИ в режиме обучения (контроля действий) летчика, с помощью блока 9 формируется сигнал о начале работы, в соответствии с которым блок 4 уменьшает свое светопропускание и тем самым, закрывается зона видимости реального пространства, а также сигнал о виде синтезированного изображения, т. е. определяются наименования элементов заполнения квадратной сетки изображения, (фиг. 2), например, поле, пашня, роща, строения. Далее в блоке 11 из банка данных выбираются необходимые элементы изображения. Сигналы от органов управления самолета, например, соответствующие положению рулевой колонки, педалей управления и сектора газа, поступают из системы управления самолетом на вход НШИ, т. е. на вход блока 10, на второй вход которого поступают сигналы от устройства 8 определения ориентации РУ, т. е. ориентации поля зрения визира. В блоке 10 определяется относительное положение самолета и подстилающей поверхности, причем, выбирается поверхность, совпадающая с полем зрения летчика. Данные относительного положения поступают в блок 11, где определяются соответствующие им квадраты видимого изображения с учетом соответствующего заполнения элементами изображения. Полученные данные поступают на блок 12 синтеза изображения, где формируется синтезированное изображение внешнего пространства. Сигнал с выхода блока 12, соответствующий синтезированному изображению, поступает на блок 13 совмещения, где они суммируется с сигналами индикации пилотажных данных из системы индикации самолета.

Включив НШИ, летчик в начале работы видит изображение, соответствующее виду из кабины самолета, состоящего на взлетной полосе (зона 14, фиг. 2). Затем, оперируя органами управления самолета в соответствии с штатными операциями взлета, датчик будет видеть изменение изображения пространства в его поле зрения, соответствующее взлету зона 15, которое будет и далее изменяться в процессе осуществления полета, зона 16, и т. д. Ориентируясь по синтезированному изображению местности, выполняет все необходимые действия для осуществления полета и решения поставленной перед ним задачи (например, для летчика сельскохозяйственной авиации оптимальный выход на заданный участок пашни, проведение его обработки). При выходе синтезированного изображения на внешний монитор возможно контролировать и оценивать действия летчика по пилотированию и работоспособность оборудования самолета, т. е. его средств управления полетом, системы индикации.

Изобретение позволяет расширить функциональные возможности нашлемных индикаторов за счет реализации дополнительного режима: тренировки водителя транспортного средства, контроля его действия по управлению транспортным средством, а также контроля работоспособности оборудования.

Использование: в области оптического приборостроения, а именно относится к приборам наблюдения с отражением в поле зрения дополнительного изображения, например, от коллиматоров, размещаемых на защитном шлеме водителя транспортного средства. Нашлемная система индикации водителя транспортного средства, содержащая нашлемный коллиматорный визир 1, формирователь изображения 5 и устройство определения ориентации оси визира 8, которая дополнена блоком с управляемым светопропусканием 4, совмещенным с полем зрения водителя и визира 1, блоком задания режима формирования изображения внешнего пространства 9, блоком определения относительного перемещения изображения внешнего пространства и поля зрения визира 10, блоком данных о элементах изображения внешнего пространства 11, блоком формирования синтезированного изображения внешнего пространства 12. 2 ил.

Нашлемная система индикации, содержащая нашлемный коллиматорный визир, включающий объектив коллиматора, оптически сопряженный с формирователем изображения и блоком совмещения сформированного изображения с визируемым внешним пространством, а также блок управления формирователя изображения, выход которого соединен с входом формирователя изображения, и устройство определения ориентации от визира, отличающаяся тем, что в нее введены блок с управляемым светопропусканием, установленный перед блоком совмещения сформированного изображения с визируемым внешним пространством, блок задания вида формируемого изображения внешнего пространства, блок определения относительного перемещения изображения внешнего пространства и поля зрения нашлемного коллиматорного визира, блок данных об элементах изображения внешнего пространства, блок формирования синтезированного изображения внешнего пространства и блок совмещения синтезированного изображения внешнего пространства и пилотажной информации, причем первый и второй выходы блока задания вида формируемого изображения внешнего пространства соединены соответственно с входами блока с управляемым светопропусканием и блока данных об элементах изображения внешнего пространства, второй вход которого соединен с выходом блока определения относительного перемещения изображения внешнего пространства и поля зрения нашлемного коллиматорного визира, первый вход которого соединен с выходом устройства определения ориентации от визира, а второй вход является первым входом системы, выход блока данных об элементах изображения внешнего пространства через блок формирования синтезированного изображения внешнего пространства соединен с первым входом блока совмещения синтезированного изображения внешнего пространства и пилотажной информации, второй вход которого является вторым входом системы, а выход соединен с входом блока управления формирователем изображения.