СТРЕЛКОВЫЙ ВИДЕОТРЕНАЖЕР Российский патент 1999 года по МПК F41G3/26 F41J1/18 

Изобретения относится к устройствам для обучения или тренировки прицеливания и к области учебных пособий, а именно к стрелковым тренажерам для подготовки военнослужащих, стрелков охранных служб, тренировки спортсменов и охотников.

Известно устройство оптико-электронного стрелковою тренажера (авторское свидетельство РФ N 445822, М. Кл. F 41 J 1/18), состоящее из имитатора оружия, снабженного направленным источником света и радиопередатчиком, фотоэлектрической мишени из матрицы светочувствительных элементов и средств проекции на мишень различных световых движущихся мишеней. Такое устройство позволяет имитировать стрельбу по летающим тарелочкам, стрельбу по летящей утке, стрельбу по бегущему кабану, однако наглядность такой имитации не достаточна, а число вариантов имитаций стрелковой ситуации ограничено.

Известно оборудование для имитации стрельбы в боевых действиях (Патент США N 4917609, кл. 434 - 20), которое содержит учебное оружие с оптическим прицелом, систему отслеживания направления оружия с датчиками вертикальной, горизонтальной и азимутальной ориентации, систему введения телевизионного изображения в оптический прицел. Это оборудование позволяет наглядно имитировать различные боевые ситуации, однако стрелок при этом видит обстановку в узком поле зрения оптического прицела, хотя в большинстве реальных случаев военнослужащему, охраннику или охотнику приходится оценивать оперативную обстановку в большом секторе окружающего пространства.

Прототипом является устройство комнатного тренажера (Патент США N 4657551, кл. 434- 20), которое состоит из экрана, проекционных средств перед экраном для демонстрации движущегося изображения, содержащего по крайней мере одну цель на экране в видимом свете, по крайней мере одно оружие, имеющее спусковой механизм дня производства выстрела, источника инфракрасного излучения, видеокамеру перед экраном для преобразования видеоизображения на экране, отводимый фильтр инфракрасного излучения перед видеокамерой, вычислительные средства для коррекции позиции следа инфракрасного излучателя в зависимости от условий стрельбы. Средства представления результатов стрельбы, а также средства звуковой имитации.

Недостатком описанного устройства является существенное ограничение сектора наблюдения (до 60 -70 град), в котором моделируется учебно-тактическая обстановка, что связано с технической невозможностью воспроизведения на одном экране неискаженного изображения больших угловых размеров. А это существенно ограничивает возможность использования описанною устройства для тренировки личного состава охранных и военных организаций по решению задач обороны охраняемого объекта или лица, при которых, как правило, встречаются ситуации, когда атака на объект (лицо) ведется с нескольких направлений, что требует наблюдения и применения оружия на поражение в секторе до 360 град. Аналогичные проблемы возникают при тренировке спортсменов и охотников, для которых сектор применения оружия составляет от 180 до 270 град.

Целью изобретения является расширение возможностей моделирования различных ситуаций с применением стрелкового оружия и приближения тренировочного процесса к реальным условиям широкого пространственного обзора оперативной обстановки. Эти требования возникают, например, при подготовке охранников, которые обычно ведут наблюдение в секторе с большими угловыми размерами, или тренировке охотников, у которых цель может появляться в любой точке всего окружающего пространства, для тренировки спортсменов в стрельбе на круговом стенде. Указанная цель достигается за счет применения экрана, выполненного в виде вогнутого многогранника, в сочетании с несколькими видеопроекторами, каждый из которых направлен на соответствующую грань экрана. Такое исполнение экрана в сочетании с многопроекторной системой дает возможность получения яркого изображения с углом охвата тренирующегося стрелка вплоть до 360 град по горизонтали и 180 град по вертикали. Однако простое применение многопроекторной системы не позволяет получить качественное изображение из-за присутствия несовпадений проекций отдельных проекторов как в пространстве, так и во времени. Поэтому необходимым условием достижения поставленной цели является введение в устройство системы координатного и временного согласования (юстировки) работы проекторов. При этом система юстировки должна включать набор координатных меток, нанесенных на грани многогранного экрана флуоресцентной краской, юстировочных (направляющих) механизмов, на которые установлены видеопроекторы, снабженные трансфокаторами с электрическими приводами, видеомагнитофонов соединенных видеовыходами с видеовходами видеопроекторов, а входами управления подсоединенными к блоку синхронизации, а также источников ультрафиолетового излучения, при этом управляющие входы юстировочных механизмов, приводов трансфокаторов, источников ультрафиолетового излучения подсоединены соответственно к выходам контроллера юстировки, контроллера трансфокаторов и контроллера ультрафиолетового излучателя, которые в свою очередь своими управляющими входами подсоединены параллельно с управляющими входами блока синхронизации к шине персонального компьютера.

Введение перечисленных элементов позволяет проводить юстировку проекционной системы таким образом, чтобы обеспечить координатное и временное совпадение изображений на отдельных гранях экрана.

Введение в устройство экрана, выполненного в виде вогнутого многогранника и многопроекторной системы, снабженной системой координатной и временной юстировки, позволяет получить по сравнению с прототипом новое качество, а именно увеличить угол пространственного обзора тренирующегося и обеспечить расширение возможностей моделирования различных стрелковых ситуаций.

На основании этого можно сделать вывод о том, что по сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия" и критерию "новизна".

На фиг. 1 показан общий вид стрелкового видеотренажера в плане, на фиг. 2 показан общий вид стрелкового видеотренажера сбоку, на фиг. 3 приведена структурная схема электронной аппаратуры стрелкового видеотренажера, на фиг. 4 показано устройство юстировочного механизма.

На фиг. 1 и фиг. 2 показан общий вид видеотренажера, который состоит из экрана 1, работающего на просвет и выполненного в виде вогнутого многогранника из полупрозрачного материала, содержащего десять плоских экранов и размещенного в пространстве с помощью системы растяжек, учебного оружия 2 с установленным на нем источником инфракрасного излучения 3, десяти видеопроекторов 4, прикрепленных к юстировочным механизмам 5, которые в свою очередь установлены на кронштейны 6. На юстировочные механизмы также установлены приводы трансфокаторов 7, которые находятся в зацеплении с рычагами трансфокаторов видеопроекторов. На кронштейнах 6 также установлены десять видеокамер 8, которые снабжены подвижными инфракрасными светофильтрами 9, закрепленными на оси приводов 10. За экраном установлено четыре ультрафиолетовых излучателя 11, а на каждой грани экранов с помощью флуоресцентной краски нанесены координатные метки в виде двух точек, одна из которых расположена в геометрическом центре грани, а вторая - на линии пересечения грани вертикальной плоскостью, проходящей через центр грани и верхнего ребра грани.

Входящая в состав видео тренажера электронная аппаратура и сигнальные связи показаны на фиг. 3. Входной сигнал стандарта VHS подается на видеопроекторы 4 с соответствующих им видеомагнитофонов 12, управляющие входы видеомагнитофонов 12 соединены с выходами блока синхронизации 13, выполненного в стандарте RS232. На управляющие входы юстировочных механизмов 5 подаются ТТЛ сигналы с выходов контроллера юстировки 14, а управляющие входы приводов трансфокаторов 7 подсоединены к ТТЛ выходам контроллера трансфокаторов 15. Выходные VHS сигналы с видеокамер 8 подаются на входы десяти блоков аналого-цифрового преобразования 16, а входы приводов 10 инфракрасных светофильтров подсоединены к ТТЛ выходам контроллера инфракрасного режима 17, Ультрафиолетовые излучатели 11 соединены с выходом контроллера ультрафиолетового излучателя 18. Блок аудио-синтезатора 19 подсоединен к аудиоусилителю с аудиосистемой 20, контроллер принтера 21 подсоединен к цветному лазерному принтеру 22. Блок синхронизации 13, контроллер юстировки 14, контроллер приводов трансфокаторов 15, блоки аналого-цифрового преобразования 16, контроллер инфракрасного режима 17, контроллер ультрафиолетового излучателя 18, блок аудио-синтезатора 19 и контроллер принтера 21 установлены в крейт персонального компьютера 23 типа "Пентиум" и соединены с его информационно - управляющей шиной.

На фиг. 4 показано устройство юстировочного механизма, который состоит из основания 24, с установленным на нем шаговым электродвигателем поворота 25 и шаговыми электродвигателями наклона 26, 27. Над основанием на опорно-радиальных подшипниках установлено червячное колесо 28, находящееся в зацеплении с червяком, закрепленным на оси двигателя 25. На червячном колесе имеются посадочные отверстия для крепления юстировочного механизма к кронштейну 6. Снизу к основанию крепится шарнирный палец 29, на который через шарнирное соединение подвешен стол 30. Снизу к основанию через опорно-радиальные подшипники крепятся червячные колеса 31, имеющие в осевых каналах винтовую нарезку. Червячные колеса 31 находятся в зацеплении с червяками, закрепленными на оси электродвигателей 26, 27. В винтовые каналы червячных колес 31 установлены винтовые траверсы 32, на которые через тяги 33 с крестовинами на концах подвешен стол 30 с закрепленным на нем видеопроектором 4. На столе 30 установлен также шаговый электродвигатель привода трансфокатора 7, который через вилку 34, закрепленную на его оси, находится в зацеплении с рычагом трансфокатора видеопроектора.

Устройство работает следующим образом. С клавиатуры персонального компьютера 23 в диалоговом режиме выбирается необходимый учебный фильм. При этом через блок синхронизации видеомагнитофонов 13 по интерфейсу RS232 передается соответствующий код номера метки начала данного фильма и видеомагнитофоны 12 устанавливаются в исходную позицию, одновременно с этим по команде через контроллер инфракрасного режима 17 включаются приводы инфракрасных светофильтров, при этом инфракрасные светофильтры отводятся от объективов видеокамер. С временной задержкой на время срабатывания приводов инфракрасных светофильтров по команде через контроллер ультрафиолетового излучателя 18 включаются ультрафиолетовые излучатели 11, которые своим излучением возбуждают флуоресценцию координатных меток на гранях экрана 1. Видеокамеры 8, направленные на грани экрана, считывают изображение координатных меток и через блоки аналого-цифрового преобразования 16 передают видеосигнал в память персонального компьютера. После считывания видеосигнала координатных меток генерируется команда на отключение ультрафиолетовых излучателей, а на видеомагнитофоны 12 подается команда установки первого кадра юстировочной таблицы. В этом кадре на каждую грань экрана 1 проецируется точка, соответствующая центру проекции видеопроекторов 4. Видеоизображения центров проекций видеопроекторов 4 считываются видеокамерами 8 и сопоставляются с видеоизображениями геометрических центров граней экрана, которые были считаны при включении ультрафиолетовых источников излучения. Результатом такого сопоставления являются расстояния по горизонтали и вертикали между центрами граней экрана и центрами проекций соответствующих видеопроекторов. Цифровые значения этих расстояний с обратным знаком через контроллер юстировки 14 подаются на шаговые двигатели юстировочных механизмов 5. При этом код горизонтального смещения подается на шаговый двигатель поворота 25, а код вертикального смещения подается параллельно на шаговые двигатели наклона 26 и 27, за счет чего обеспечивается совмещение центров проекций видеопроекторов с центрами граней экрана. (При необходимости более точного совмещения может быть проведено несколько итераций этого процесса). После совмещения центров проекций видеопроекторов с центрами соответствующих граней экрана видеомагнитофоны 12 переводятся в режим демонстрации второго кадра юстировочной таблицы, на котором нанесена вертикальная линия, проходящая через центр проекции. Видеокамеры 8 передают эти изображения в персональный компьютер, где эти изображения сравниваются с изображением координатных меток граней экрана 1. При этом вычисляются расстояния от вертикальных прямых в проецируемом изображении до точек, находящихся на вертикальной прямой над метками центров граней экрана. Цифровые значения этих расстояний через контроллер юстировки 14 подаются на шаговые двигатели наклона 27 юстировочных механизмов соответствующих граней экрана с положительным знаком, а на шаговые двигатели наклона 26 с отрицательным знаком, что вызывает поворот проекторов вокруг их оптических осей и обеспечивает совпадение вертикалей проецируемых изображений и вертикалей граней экрана. (При необходимости более точного совмещения может быть проведено несколько итераций этого процесса). После этого видеомагнитофоны 12 переводятся в режим демонстрации третьего кадра юстировочной таблицы, который демонстрирует верхнюю линию кадровой рамки видеопроекторов 4. Видеокамеры 8 считывают изображения верхних линий кадровых рамок, которые затем сопоставляются с изображениями координатных меток на соответствующих верхних ребрах граней экрана. В результате этого сопоставления вычисляются расстояния между соответствующими изображениями верхних линий кадровых рамок проекторов и изображениями координатных меток на верхних ребрах граней экрана. Цифровые значения этих расстояний с обратным знаком через контроллер приводов трансфокаторов 15 подаются на соответствующие приводы трансфокаторов видеопроекторов 7, в результате чего изменяются масштабы проецируемых изображений и достигается совпадение размеров кадровых рамок видеопроекторов с размерами соответствующих граней экрана, что обеспечивает при демонстрации учебного фильма геометрическое совпадение изображений на всех гранях многогранного экрана 1. Этот процесс также может быть повторен несколько раз для более точного совмещения.

После юстировки проекционной системы на видеомагнитофоны 12 через блок синхронизации 13 начинает подаваться тактовая частота, синхронизирующая одновременный покадровый показ учебного фильма на многогранном экране. За счет применения такого режима работы видеомагнитофонов и использования тактировки их работы обеспечивается временная синхронность показа видеосюжета на всех гранях экрана 1.

Одновременно с началом показа учебного фильма через контроллер инфракрасного режима 17 подается команда на введение в поле зрения видеокамер 8 инфракрасных светофильтров 9, а тренирующийся стрелок занимает стрелковую позицию в центре многогранного экрана.

Во время демонстрации учебного фильма тренирующийся стрелок следит за оперативной ситуацией действий, развивающихся на экране, и при обнаружении цели открывает огонь. Во время срабатывания спускового механизма учебного оружия 2 источник инфракрасного излучения 3 испускает сфокусированный луч на экран. При этом в видеосигнале одной из видеокамер появляется всплеск, который определяет место попадания выстрела в экран. При появлении всплеска в видеосигнале блок аудиосинтезатора 19 через аудиоусилитель с аудиосистемой 20 воспроизводит звуковой эффект выстрела. Координаты места попадания выстрела запоминаются в памяти компьютера. Основываясь на этих координатах и таблицах исходных данных к демонстрируемому учебному фильму, определяется время полета пули (дроби) в моделируемой ситуации на дальность нахождения цели. По прошествии этого времени запоминается номер текущего кадра учебного фильма, показ же фильма не прерывается, а стрелок, при необходимости поражения другой цели, производит следующий выстрел, координаты которого также фиксируются в памяти компьютера 23 вместе с номером кадра видеофильма, соответствующего расчетной временной задержке. Аналогично фиксируются и последующие выстрелы.

После окончания учебного фильма по команде через контроллер инфракрасного режима 17 подается команда на приводы инфракрасных светофильтров 10, которые отводят инфракрасные светофильтры из поля зрения видеокамер 8, а по команде через блок синхронизации видеомагнитофоны начинают показ кадра учебного фильма, соответствующего первому выстрелу. Изображение этого кадра считывается видеокамерами 8 и через блок аналого-цифрового преобразования 16, персональный компьютер 23 и контроллер принтера 21 выводится на цветной лазерный принтер 22, при этом на изображение накладывается поле поражения примененного боеприпаса (пуля, картечь, дробь). При необходимости то же изображение выводится на монитор компьютера, оценивается инструктором, самим тренирующимся и записывается на винчестер. Аналогичным образом выводится информация о всех выстрелах, произведенных стрелком во время учебного фильма.

Описанное устройство позволяет воспроизводить качественное, неискаженное изображение окружающего пространства в большом угле обзора, что создает эмоциональное и психологическое воздействие на тренирующегося, максимально приближенное к реальной (боевой) обстановке. Таким образом, использование многоэкранной системы, снабженной системой координатной и временной юстировки (привязки) фрагментов многоэкраниого изображения между собой, обеспечивает возможность моделирования широкого класса ситуаций (сюжетов) с применением стрелковою оружия при максимальной приближенности тренировочного процесса к реальной обстановке, в которой приходится действовать, учитывая факторы всего окружающего пространства.

Стрелковый видеотренажер относится к учебным пособиям для обучения применению стрелкового оружия. Техническим результатом изобретения является расширение возможностей моделирования различных ситуаций с применением стрелкового оружия и приближения тренировочного процесса к реальным условиям. Указанный результат достигается за счет применения в видеотренажере экрана, выполненного в виде вогнутого многогранника, на который с помощью флуоресцирующей в ультрафиолетовых лучах краски нанесены координатные метки, ультрафиолетового излучателя с возможностью управления, юстировочных механизмов, на каждый из которых установлен видеопроектор, направленный на одну из граней экрана, при этом видеопроекторы снабжены приводами трансфокаторов с возможностью управления, а видеовход каждого проектора подсоединен к выходу соответствующего видеомагнитофона, который, в свою очередь, соединен с блоком синхронизации. 4 ил.

Стрелковый видеотренажер, содержащий экран, видеопроекторы, подсоединенные к видеомагнитофонам с учебным фильмом, оружие с установленным на нем источником инфракрасного излучения, видеоприемную аппаратуру, снабженную подвижными инфракрасными фильтрами, а также аппаратуру управления и представления информации в виде персонального компьютера, отличающийся тем, что экран выполнен в виде вогнутого многогранника с нанесенными на его грани флуоресцирующей в ультрафиолетовых лучах краской координатными метками, при этом видеотренажер снабжен управляемым ультрафиолетовым излучателем и соединенным с ним контроллером ультрафиолетового излучателя, юстировочными механизмами, на каждый из которых установлен видеопроектор, направленный на одну из граней экрана, электрическими приводами трансфокаторов, которые находятся в зацеплении с рычагами трансфокаторов видеопроекторов, блоком синхронизации, управляющие выходы которого подсоединены к управляющим входам видеомагнитофонов, каждый из которых своим видеовыходом подключен к видеовходу соответствующего видеопроектора, контроллером юстировки, выходы которого подсоединены к юстировочным механизмам, и контроллером приводов трансфокаторов, выходы которого соединены с входами электрических приводов трансфокаторов, при этом входы блока синхронизации, контроллера юстировки, контроллера приводов трансфокаторов, контроллера ультрафиолетового излучателя параллельно подсоединены к информационно-управляющей шине персонального компьютера.