МИШЕНЬ СТРЕЛКОВОГО ТРЕНАЖЕРА С БЕГУЩИМИ ЛУЧАМИ Российский патент 2000 года по МПК F41G3/26 F41J5/08 

Изобретение относится к мишеням стрелковых тренажеров для обучения стрельбе и может быть использовано для обучения приемам и навыкам стрельбы из стрелкового оружия.

Известна мишень [1] , содержащая лазерный излучатель, установленный на учебном оружии, и телевизионный приемник (камеру), установленный стационарно против экрана тренажера. При нажатии на спусковой крючок на экране от лазера, работающего в импульсном режиме, образуется световое пятно в точке попадания. Координаты пятна определяются с помощью телекамеры.

Недостатком устройства является низкая точность измерения из-за малой разрешающей способности телекамеры. Кроме того, размеры поля регистрации (экрана) ограничены из-за ограниченного угла поля зрения телекамеры, а увеличение размеров приводит к уменьшению точности измерений.

Известно устройство [2], содержащее оптическую головку, установленную на прицельные приспособления (мушку и целик) оружия, и две взаимно перпендикулярные линейки, набранные из светодиодов с шагом h, установленные в плоскости мишени. В фокальной плоскости оптической головки установлена диафрагма с двумя взаимно перпендикулярными щелями, а за диафрагмой установлен фотоприемник (фотодиод). При наведении оружия в точку в пределах мишени изображение горизонтальной линейки светодиодов в плоскости диафрагмы пересекает вертикальную щель, а горизонтальной - вертикальную. Координаты точек пересечения зависят от координат точки наведения оружия. Светодиоды зажигаются в импульсном режиме последовательно и номера светодиодов, изображения которых попали на щели и вызвали срабатывание фотоприемников, определяют координаты точки наведения.

Недостаток устройства состоит в низкой точности, определяемой шагом h между светодиодами. Уменьшение шага приводит к увеличению количества светодиодов, а также к увеличению времени между двумя соседними измерениями координат точки наведения. Увеличение количества светодиодов приводит к снижению надежности устройства.

Кроме того, возникает погрешность измерения координат из-за свала оружия, так как при этом изображения щелей в плоскости экрана отклоняются от вертикали и горизонтали. Даже при отсутствии свала в случае большого экрана (больших углов по верху и боку) изображение горизонтальной щели отклоняется от горизонтали.

Задача изобретения заключается в создании мишени стрелкового тренажера большой протяженности (панорамной мишени), которая при высокой надежности обеспечивает высокую точность измерения координат в тренажере для стрелкового оружия.

Задача решается тем, что в качестве приемного устройства в мишени применена расположенная на дульном срезе оптическая головка (датчик), диафрагма которой имеет две пересекающиеся с оптической осью щели, фотоприемник имеет две (верхнюю и нижнюю) чувствительные площадки, по экрану тренажера развертывается пара горизонтальных лазерных лучей от блока развертки, содержащего приводной двигатель, вращающий с постоянной скоростью барабан с плоскими зеркалами, против которых установлена пара лазерных излучателей, работающих в режиме постоянного излучения, а на линиях лазерных лучей слева и справа от экрана установлено по одному реперному фотоприемнику (фотодиоду).

В диафрагме выполнены две пересекающиеся с оптической осью щели, что обеспечивает инвариантность измерения координат по отношению к свалу оружия и при больших углах по верху и по боку.

На фиг. 1 изображена общая схема мишени стрелкового тренажера с бегущими лучами, на фиг. 2 изображена оптическая головка, на фиг. 3 - диафрагма со щелями, на фиг. 4 - изображение щелей диафрагмы и бегущие лучи в плоскости экрана тренажера, на фиг. 5 - модель блока развертки лазерного луча.

Устройство содержит учебное оружие 1 со спусковым механизмом, снабженным контактом, замыкающим электрическую цепь при нажатии на спусковой крючок; оптическую головку 2, установленную на дульном срезе, блок развертки лазерных лучей 3, экран тренажера 4 с реперными фотоприемниками 5, измеритель времени прихода видеоимпульсов 6, вычислитель (ЭВМ) 7 и устройство отображения результатов выстрела 8.

Блок развертки лазерных лучей 3 содержит приводной двигатель 9, вращающий с постоянной скоростью барабан с зеркалами 10 и лазеры 11. Оптическая головка 2 (фиг. 2) состоит из корпуса 12, объектива 13, диафрагмы со щелями 14, установленной в фокальной плоскости объектива, фотоприемника с двумя чувствительными площадками 15 (или двух фотоприемников (верхнего и нижнего) и усилителей фототоков 16.

В диафрагме 14 (фиг. 3) выполнены две щели 17, пересекающиеся с оптической осью. На фиг. 4 изображения щелей пересекаются с бегущими лазерными лучами Л1, Л2 в точках с абсциссами Z1...Z4. Y_п, Z_п - координаты точки попадания (точки пересечения оптической оси устройства 2 с плоскостью экрана 4), H1, H2 - координаты точек пересечения бегущих лучей с осью Y; K1, K2 - тангенсы углов наклона лучей к оси Z. На фиг. 5: L - расстояние между экраном и зеркалом, Z_н, Z_к - абсциссы начальной (левой) и конечной (правой) реперных точек, Z_б - смещение зеркала относительно начала координат (центра) экрана 4, ω₀ - угловая скорость вращения луча, равная удвоенной скорости вращения зеркала.

Из геометрических соотношений в соответствии с фиг. 4 в случае параллельных лучей Л1, Л2 (К1=К2) имеем


где

Следовательно, по отношению к Y_п, Z_п мишень инвариантна к положению позиции (дальности стрельбы, смещению позиции по верху и по боку) и обеспечивает измерение при большом размере экрана по боку, определяемом длиной бегущих лазерных лучей, а не углом поля зрения оптической головки.

Угол свала оружия ϕ оценивается по углу наклона средней линии, проходящей через середину отрезков между точками Z1, Z2 и Z3, Z4, то есть

Дополнительно, с погрешностью не более 5%, свал оружия оценивается по формуле

Так как линия наведения, проходящая через прицельные приспособления (мушку и целик) оружия, расположена на Y_q выше оптической оси, совпадающей с осью канала ствола, то при условии их коллинеарности, что обеспечивается регулировкой прицельных приспособлений (мушки) оружия, можно определить координаты точки наведения по формулам
Y_н = Y_п+Y_qcosϕ; Z_н = Z_п+Y_qsinϕ. (5)
В соответствии с моделью блока развертки лазерного луча (фиг. 5) имеем для Z_i, i=1...4.

где t_i - время перемещения бегущего луча от точки Z_н до точки Z_i, а t_k - от точки Z_н до точки Z_к.

Устройство работает следующим образом. Лучи лазеров 11, отражаясь от вращающихся зеркал барабана 10, изменяют направление и пробегают на экране 4 по линиям Л1, Л2. При пересечении лучами реперных фотодиодов 5 слева от экрана (точки Z_н) на их выходах формируются электрические сигналы, по которым запускаются измерители времени в блоке 6. В момент времени пересечения лучами точек Z1...Z4 и правых реперных фотодиодов 5 (в точках Z_к) на выходах фотодидов и соответственно усилителей фототоков формируются электрические сигналы, времена появления которых t₁...t₄ и t_k относительно начала отсчета (времени пересечения точки Z_н) фиксируются блоком 6. При этом фиксация времен блоком 6 и последующая передача информации в блок 7 осуществляется после нажатия на спусковой крючок с замыканием электрической цепи его контактом и прохождения сигналов t_k от обоих лучей, после чего логическая схема блока 6 разрешает прохождение сигналов для измерения. По сигналам t_k информация с блока 6 передается в вычислитель (ЭВМ) 7, в котором по формуле (6) t_i пересчитываются в Z_i, а затем по формулам (1) - (5) определяются координаты точки наведения.

Предложенная мишень стрелкового тренажера с бегущими лучами обеспечивает высокие надежность и точность измерения координат при большой протяженности мишени (панорамная мишень), так как времена появления сигналов практически не зависят от неравномерности чувствительности фотоприемника, разрешающая способность определяется тактовой частотой блока измерения времен и может достигать десятки мегагерц, измеренные времена являются цифровыми сигналами и дальнейшие вычисления производятся в цифровой форме, не требуется угол поля зрения датчика, охватывающий всю панорамную мишень.

Источники информации
1. United States Patent N 4,824,374, Apr. 25, 1989, Target trainer.

2. Исследование способов и технических средств для создания устройства автоматического определения положения линии визирования. Отчет НИР ГП-1-80 N гос. рег. 80069998, Ижевск. ВИНИТИ, инв. N 0285.0050046, 1985 (прототип).

Изобретение относится к тренажерам для обучения приемам и навыкам стрельбы из стрелкового оружия. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и точности измерения координаты в тренажере при его большой протяженности. Сущность изобретения заключается в том, что мишень тренажера с бегущими лучами содержит оптическую головку, установленную на дульном срезе учебного оружия, экран, регистрирующую аппаратуру, измеритель времени и вычислитель. При этом в нее введены блок развертки лазерных лучей, реперные фотоприемники и в установленной в фокальной плоскости объектива оптической головки диафрагме выполнены две пересекающиеся с оптической осью щели. Блок развертки выполнен в виде вращающегося барабана с зеркалами, развертывающими два параллельных бегущих луча на экране, причем линии бегущих лучей проходят через реперные фотоприемники, установленные слева и справа от экрана. Вычислитель позволяет определять координаты точки наведения по измеренному измерителем времени координат точки наведения. 5 ил.

Мишень стрелкового тренажера с бегущими лучами, содержащая учебное оружие с оптической головкой, экран и регистрирующую аппаратуру, отличающаяся тем, что в нее введены блок развертки лазерных лучей и реперные фотоприемники, при этом в установленной в фокальной плоскости объектива оптической головки диафрагме выполнены две пересекающиеся с оптической осью щели, блок развертки выполнен в виде вращающегося барабана с зеркалами, развертывающими два параллельных бегущих луча на экране, причем линии бегущих лучей проходят через реперные фотоприемники, установленные слева и справа от экрана.