ЛАЗЕРНЫЙ ИМИТАТОР СТРЕЛЬБЫ Российский патент 2002 года по МПК F41G3/26 

Изобретение относится к лазерным учебно-тренировочным средствам и может быть использовано для имитации стрельбы прямой наводкой в широком диапазоне дальностей, преимущественно из стрелкового оружия, гранатометов и управляемого вооружения (ПТУР).

Известен имитатор стрельбы, формирующий на дальности стрельбы лазерное пятно постоянного размера. Имитатор стрельбы содержит оптически сопряженные источник излучения (лазер) и формирующую оптическую систему с приводом, соединенным с блоком задания дальности до цели. Оптическая формирующая система установлена с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Имитация поражения осуществляется с помощью размещенных на цели фотоприемников и блока индикации результатов выстрела.

При задании дальности оптическая формирующая система перемещается так, чтобы пятно лазерного излучения на заданной дальности имело определенный размер, что необходимо для имитации вероятности попадания в цель. При правильном вводе дальности, при условии точного прицеливания, лазерное пятно "накрывает" определенное количество фотоприемников, что оценивается как попадание в цель (СССР, а. с. 1605673, з. 2279778/40-22 от 26.05.80 г., F 41 G 3/26).

Указанный имитатор имеет следующий недостаток. Оптическая формирующая система формирует постоянный размер лазерного пятна на вводимой дальности стрельбы, но не обеспечивает в этом пятне постоянной плотности мощности. При этом, если плотность мощности излучения в пятне на введенной дальности превышает пороговую величину, определяемую фотоприемниками, то такой луч будет зарегистрирован фотоприемниками и на больших дальностях, причем с большей вероятностью из-за расходимости луча. Т.о. в некотором диапазоне дальностей, превышающих заданную дальность, вероятность попадания в цель из имитатора больше, чем из имитируемого оружия.

Известен лазерный имитатор стрельбы и поражения, состоящий из имитатора стрельбы, формирующего в имитируемом диапазоне дальностей лазерное пятно определенного размера с определенной плотностью мощности излучения в пятне, и имитатора поражения. Имитатор стрельбы содержит оптически сопряженные последовательно установленные источник излучения, светофильтр переменной оптической плотности и объектив. Имитатор поражения содержит приемник излучения и блок определения попадания.

Светофильтр переменной оптической плотности выполнен в виде диафрагмы и состоит из ряда зон с соответствующими коэффициентами пропускания: зона с наибольшим размером имеет наименьший коэффициент пропускания и наоборот.

В этом имитаторе дальность стрельбы стрелком не вводится, расходимость луча не изменяется. Имитатор формирует луч с максимальной расходимостью, необходимой для обеспечения пятна определенного размера на дальности 100 м. Увеличение размеров пятна на больших дальностях сопровождается уменьшением плотности мощности в пятне, т.о. с увеличением дальности все большая часть пятна "обрезается", т.е. не воспринимается приемником излучения. Постоянный размер пятна обеспечивается выбором начального распределения плотности мощности в луче при фиксированном пороге срабатывания приемного устройства имитатора поражения. Правильная оценка дальности стрельбы стрелком контролируется путем оценки ввода угла прицеливания: на минимальной дальности приемник срабатывает в любой точке лазерного пятна, а на максимальной - только в самой нижней его части. (СССР, а.с. 2037767, з. 3135227/09 от 21.02.86 г., F 41 G 3/26).

Недостатком указанного имитатора стрельбы является малый диапазон изменения дальности имитации стрельбы. Пятно необходимых размеров с заданной плотностью мощности излучения в имитируемом диапазоне дальностей достигается светофильтром с большим перепадом коэффициента пропускания в зонах: на дальностях от 100 до 1000 м - oт 100% до 3%. На больших дальностях используется малая часть пятна, подавляющее количество излучения отсекается.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению - прототипом - является лазерный имитатор стрельбы, содержащий оптически связанные источник излучения (лазер) и формирующий объектив, а также привод. Кроме того, лазерный имитатор стрельбы содержит панкратическую систему, перемещаемую приводом, расположенную между источником излучения и формирующим объективом. Имитатор поражения содержит мишень с фотоприемным устройством.

При выполнении имитационного выстрела стрелок вводит дальность до цели, воздействуя на панкратическую систему. При перемещении компонентов панкратической системы формирующий объектив строит на различных дальностях в имитируемом диапазоне за счет изменения расходимости луча лазерное пятно постоянного размера, обеспечивая соответствующую оружию вероятность попадания в цель (СССР, а.с. 1646366, з. 2288843/23 от 15.10.80 г., F 41 G 3/26).

Недостатком прототипа является сложность конструкции за счет сложности панкратической системы, содержащей, по крайней мере, два подвижных компонента, причем взаимосвязь их перемещения имеет нелинейную зависимость.

Кроме того, такой имитатор обеспечивает недостаточную точность имитации вероятности попадания в цель. В формируемом на введенных дальностях стрельбы лазерном пятне постоянного размера плотность мощности не одинакова. На минимальной дальности стрельбы, которой соответствует максимальная расходимость луча, плотность мощности в пятне больше требуемой, поэтому такой луч, если пройдет мимо цели, будет иметь достаточную плотность мощности для его регистрации в некотором диапазоне больших дальностей, а т.к. размер пятна на этих дальностях больше, чем на введенной дальности стрельбы, то вероятность попадания при имитационном выстреле будет больше, чем для реального оружия.

Кроме того, в таком лазерном имитаторе стрельбы невозможна имитация ввода угла прицеливания, т.к. оптическая система имеет неподвижную ось круговой симметрии. При движении компонентов панкратической системы изменяется только расходимость луча, а положение его оптической оси остается постоянным.

Задачей изобретения является упрощение конструкции лазерного имитатора стрельбы.

Кроме того, в частных случаях реализации решаются следующие задачи: повышение технологичности лазерного имитатора стрельбы, приближение вероятности попадания при имитации стрельбы к реальной - из имитируемого оружия, имитация ввода углов прицеливания. Задачи приближения вероятности попадания к реальной решается при достижении следующего технического результата: формирования лазерного луча, обеспечивающего пятно постоянного размера с постоянной плотностью мощности во всем имитируемом диапазоне дальностей.

Поставленная задача - упрощение конструкции - в лазерном имитаторе стрельбы, содержащем оптически связанные лазер и объектив, привод и устройство питания лазера достигается тем, что лазер остановлен под углом α к оптической оси объектива, между лазером и объективом установлен оптически связанный с ними отражатель, связанный с приводом и имеющий по меньшей мере две отражающие поверхности, причем отражатель установлен с возможностью перемещения в направлении под углом β = 0,5α-90^° к оптической оси объектива.

Кроме того, отражающие поверхности могут быть наклонены к оптической оси объектива под углами: первая под углом γ, вторая - под углом δ = 0,5α-γ.
Отражатель может быть реализован в виде призмы ВР-180^o.

Повышение технологичности лазерного имитатора стрельбы достигается, если одна из отражающих поверхностей выполнена в виде двугранного уголкового отражателя с углом между отражающими поверхностями 90^o.

С целью обеспечения лазерного пятна с постоянной плотностью мощности на различных дальностях стрельбы в ходе луча установлен светофильтр переменной оптической плотности. Он может быть установлен между отражающими поверхностями отражателя, если отражатель не выполнен в виде призмы, между источником излучения и отражателем, или между отражателем и объективом. В двух последних случаях при этом светофильтр переменной оптической плотности установлен с возможностью перемещения посредством привода. Перемещения отражателя и светофильтра переменной оптической плотности должны быть синхронизированы, т. е. осуществляться одновременно. Каждому положению отражателя соответствует конкретное положение светофильтра переменной оптической плотности, обеспечивающее рабочий участок с соответствующим пропусканием.

С целью дополнительного упрощения конструкции подвижной части имитатора при различных реализациях, кроме случаев, когда светофильтр установлен между отражающими поверхностями отражателя, отражатель и светофильтр переменной оптической плотности могут быть жестко связаны между собой и оптически связаны с дополнительным отражателем, установленным между ними.

В имитаторах с отражателем, одна из отражающих граней которого не выполнена в виде двугранного уголкового отражателя с углом между отражающими поверхностями 90^o, может осуществляться имитация ввода углов прицеливания, для чего плоскость главного сечения отражателя располагается перпендикулярно плоскости углов прицеливания оружия, и обеспечивается наклон отражателя в плоскости прицеливания, причем наклон синхронизирован (производится одновременно) с перемещением отражателя.

Обеспечение постоянной плотности мощности в лазерном пятне на различных дальностях стрельбы достигается не только с помощью светофильтра переменной оптической плотности, но и другим путем: выполнением устройства питания лазера с возможностью изменения накачки лазера синхронно с перемещением отражателя. Привод связан, например, с переменным резистором или другим известным задающим элементом устройства питания лазера, а устройство питания выполнено, например, в виде регулируемого источника тока.

На фиг.1 представлена схема лазерного имитатора стрельбы с подвижным отражателем с двумя отражающими поверхностями и установленным между ними светофильтром переменной оптической плотности.

На фиг. 2 представлена схема лазерного имитатора стрельбы с подвижным отражателем в виде призмы и светофильтром переменной оптической плотности, установленным между отражателем и лазером.

На фиг. 3 представлена схема лазерного имитатора стрельбы с дополнительным отражателем.

На фиг. 4 представлена схема лазерного имитатора стрельбы с изменением мощности излучения за счет изменения накачки лазера.

Лазерный имитатор стрельбы (фиг.1) содержит лазер 1, устройство 2 питания лазера, объектив 3, отражатель с отражающими поверхностями 4 и 5, светофильтр 6 переменной оптической плотности и привод 7. Отражатель (фиг.2, 3) выполнен в виде призмы 8. Лазерный имитатор стрельбы (фиг.3) содержит дополнительный отражатель 9. Светофильтр 6 переменной оптической плотности (фиг. 1) установлен между отражающими поверхностями 4 и 5. Лазер 1 установлен под углом α к оптической оси объектива и оптически сопряжен с ним посредством отражающих поверхностей 4 и 5. Отражающая поверхность 4 наклонена к оптической оси объектива 3 под углом γ, а отражающая поверхность 5 - под углом δ = 0,5α-γ. Отражающие поверхности 4 и 5 связаны с приводом 7 и установлены с возможностью перемещения в направлении под углом β = 0,5α-90^° к оптической оси объектива 3.

Цифрами 4' и 5' обозначены отражающие поверхности 4 и 5 после их перемещения. Светофильтр 6 переменной оптической плотности установлен в ходе луча между отражающими поверхностями между их крайними положениями 4, 5 и 4' и 5'.

Плоскость главного сечения отражателя, образованного отражающими поверхностями 4 и 5, ориентирована перпендикулярно плоскости углов прицеливания, а сами отражающие поверхности 4, 5 установлены с возможностью синхронного с перемещением наклона в плоскости углов прицеливания (не показано).

В лазерном имитаторе стрельбы (фиг.2) отражатель выполнен в виде призмы 8 типа ВР-180^o, а светофильтр 6 переменной оптической плотности установлен в ходе луча между лазером 1 и призмой 8. Призма 8 и светофильтр 6 переменной оптической плотности связаны с приводом 7, т.е. установлены с возможностью синхронного перемещения.

Плоскость главного сечения призмы 8 расположена перпендикулярно плоскости углов прицеливания имитируемого оружия, а сама призма 8 установлена с возможностью наклона в плоскости углов прицеливания, синхронизированного с ее перемещением.

В лазерном имитаторе стрельбы (фиг.3) отражатель выполнен в виде призмы 8, в ходе луча между лазером 1 и призмой 8 установлен светофильтр 6 переменной оптической плотности и дополнительный отражатель 9. Призма 8 и светофильтр 6 переменной оптической плотности жестко связаны между собой и связаны с приводом 7. Плоскость главного сечения призмы 8 расположена перпендикулярно плоскости углов прицеливания имитируемого оружия, а сама призма 8 установлена с возможностью наклона в плоскости углов прицеливания, синхронизированного с ее перемещением.

В лазерном имитаторе стрельбы (фиг.4) устройство питания лазера 2 выполнено с возможностью изменения накачки лазера 1 синхронно с перемещением отражателя 8.

Устройство работает следующим образом.

При выполнении имитационного выстрела осуществляется воздействие на устройство 2 питания лазера (фиг.1). При этом лазер 1 посылает лазерный луч, ориентированный под углом α к оптической оси объектива 3. Луч, последовательно отражаясь от отражающих поверхностей 4 и 5, формируется объективом 3 в пучок с расходимостью, определяемой положением отражающих поверхностей 4 и 5. При установке отражающих поверхностей 4 и 5 под углами соответственно γ и δ = 0,5α-γ к оптической оси осевой луч движется между лазером 1 и объективом 3 по траектории, представляющей треугольник с углами (180^°-α), 2γ, 2δ.
За цикл имитационного выстрела происходит автоматическое перемещение посредством привода 7 отражающих поверхностей 4 и 5 в направлении под углом β = 0,5α-90^° к оптической оси объектива 3 в положение 4' и 5'. При этом ход луча между отражающими поверхностями 4' и 5' смещается параллельно первоначальному, а отраженный отражающей поверхностью 5' луч положения не меняет. Т.о., при перемещении отражателя, т.е. отражающих поверхностей 4 и 5, положение оптической оси лазерного луча, сформированного объективом 3, остается неизменным, а меняется длина хода луча от лазера 1 до объектива 3, что приводит к изменению расходимости луча, посылаемого на цель. Изменение расходимости луча прямо пропорционально смещению отражателя, т.е. отражающих поверхностей 4 и 5. Т.о., на имитируемых дальностях стрельбы путем изменения расходимости луча формируется лазерное пятно постоянного размера. Линейное перемещение отражателя не представляет сложности, является более простым по сравнению с нелинейным перемещением компонентов оптической схемы прототипа. Такой лазерный имитатор стрельбы имеет простую конструкцию.

При выполнении одной из отражающих поверхностей 4, 5 в виде двугранного уголкового отражателя с углом между отражающими поверхностями 90^o (не показано) требования к точности перемещения отражателя снижаются, т.е. повышается технологичность конструкции, т.к. возможные при перемещении наклоны отражателя с осью вращения в точке пересечения отражающих поверхностей не будут приводить к изменению положения выходного луча.

При установке между отражающими поверхностями 4 и 5 светофильтра 6 переменной оптической плотности, при перемещении отражающих поверхностей между положениями 4, 5 и 4', 5' луч попадает на соответствующий участок светофильтра 6 переменной оптической плотности и соответственно ослабляется. Светофильтр 6 переменной оптической плотности установлен так, что при начальном положении отражающих поверхностей 4, 5, когда формируется луч с минимальной расходимостью, необходимой для обеспечения требуемого размера пятна на максимальной дальности стрельбы, этот луч проходит через наиболее прозрачную часть светофильтра 6 переменной оптической плотности. В положении отражающих поверхностей 4', 5' луч с максимальной расходимостью, обеспечивающей пятно такого размера на минимальной дальности стрельбы, проходит через наименее прозрачную часть светофильтра 6 переменной оптической плотности и ослабляется в большей степени, что компенсирует большую прозрачность атмосферы на меньшей дальности стрельбы. Таким образом, лазерный имитатор стрельбы обеспечивает на имитируемых дальностях стрельбы лазерное пятно постоянного размера и с постоянной плотностью мощности, а следовательно, обеспечивает вероятность попадания при имитационной стрельбе соответствующую реальной, т.е. из имитируемого оружия.

При выполнении отражателя с тремя отражающими поверхностями в виде призмы ВР-180^o (фиг.2) и его линейном перемещении конструкция лазерного имитатора стрельбы также упрощается.

При установке светофильтра 6 переменной оптической плотности между лазером 1 и объективом 3 при перемещении отражателя - призмы 8 одновременно с ним посредством привода 7 перемещается светофильтр 6 переменной оптической плотности в направлении, отличном от направления перемещения призмы 8. Т.е. каждой имитируемой дальности соответствует конкретное положение светофильтра 6 переменной оптической плотности: луч с минимальной расходимостью проходит через участок с наименьшей оптической плотностью и наоборот. Таким образом обеспечивается постоянный размер пятна с постоянной плотностью мощности на имитируемой дальности стрельбы, а значит, при такой конструкции имитатора также достигается требуемая вероятность попадания.

В лазерном имитаторе стрельбы (фиг.3) при перемещении приводом 7 отражателя (призмы 8) перемещается жестко связанный с ним светофильтр 6 переменной оптической плотности. Луч от лазера 1 проходит через соответствующий участок светофильтра 6 переменной оптической плотности и, отразившись от дополнительного отражателя 9, попадает на призму 9 и затем на объектив 3. При этом также обеспечивается постоянная плотность мощности в пятне на дальности стрельбы. Подвижная часть имитатора при этом проста, т.к. осуществляется линейное перемещение двух жестко связанных элементов: призмы 8 и светофильтра 6 переменной оптической плотности.

Имитация ввода углов прицеливания оружия может быть осуществлена в лазерных имитаторах стрельбы с любыми из упомянутых отражателей, кроме случая, когда одна из отражающих поверхностей выполнена в виде двугранного уголкового отражателя с углом между отражающими поверхностями 90^o, со светофильтром переменной оптической плотности или без него (не показано).

При расположении отражающих поверхностей 4, 5 или призмы 8 т.о., что плоскость главного сечения располагается перпендикулярно плоскости углов прицеливания оружия, и наклоне отражающих поверхностей 4, 5 или призмы 8 в плоскости углов прицеливания, синхронизированном с их перемещением, происходит следующее. В результате перемещения под углом β и наклона отражающих поверхностей 4, 5 или призмы 8 наклоняется осевой луч пучка, выходящего из отражателя 4, 5 или призмы 8. После прохождения через объектив 3 световой пучок будет распространяться под углом к оптической оси объектива 3, соответствующим углу прицеливания. Каждой дальности стрельбы соответствует определенный угол прицеливания. Наклон отражателя при его перемещении на каждой определенной дальности стрельбы обеспечивает посылку имитационного луча под необходимым углом, соответствующим углу прицеливания.

При исполнении лазерного имитатора стрельбы без светофильтра 6 переменной оптической плотности и с изменением накачки лазера 1 привод 7, перемещающий отражающие поверхности 4, 5 или призму 8, воздействует на регулирующий элемент, например переменный резистор устройства 2 питания лазера (фиг. 4). Под воздействием привода 7 происходит перемещение отражающих поверхностей 4, 5 или призмы 8 и синхронное с ним изменение мощности излучения лазера 1 за счет изменения накачки устройством 2 питания лазера.

Этим обеспечивается постоянная плотность мощности в пятне и постоянный размер пятна на разных дальностях, и т.о. обеспечивается соответствие вероятности попадания в цель на имитаторе вероятности попадания из имитируемого оружия.

В таком варианте исполнения лазерного имитатора стрельбы может быть осуществлена также имитация ввода углов прицеливания аналогично вариантам со светофильтром 6 переменной оптической плотности.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемое изобретение позволяет упростить конструкцию лазерного имитатора стрельбы.

Кроме того, в частных случаях реализации изобретение позволяет повысить точность имитации вероятности попадания в цель, обеспечивает дополнительную функцию - имитацию ввода углов прицеливания, и повышает технологичность лазерного имитатора стрельбы.

Изобретение относится к лазерным учебно-тренировочным средствам и может быть использовано для имитации стрельбы прямой наводкой в широком диапазоне дальностей, преимущественно из стрелкового оружия, гранатометов и управляемого вооружения. Изобретение позволяет упростить конструкцию имитатора. Лазерный имитатор стрельбы содержит оптически связанные объектив и лазер, установленный под углом α к оптической оси объектива. Между лазером и объективом установлен оптически связанный с ними отражатель, имеющий по меньшей мере две отражающие поверхности. Отражатель связан с приводом и перемещается в направлении под углом β = 0,5α-90^° к оптической оси объектива. Перемещение отражателя приводит к пропорциональному изменению расходимости луча. Таким образом на имитируемых дальностях стрельбы формируется лазерное пятно постоянного размера. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Лазерный имитатор стрельбы, содержащий привод, устройство питания лазера и оптически связанные лазер и объектив, отличающийся тем, что лазер установлен под углом α к оптической оси объектива, между лазером и объективом установлен оптически связанный с ними отражатель, связанный с приводом, имеющий по меньшей мере две отражающих поверхности и выполненный с возможностью перемещения в направлении под углом β = 0,5α-90^° к оптической оси объектива. 2. Лазерный имитатор стрельбы по п. 1, отличающийся тем, что первая отражающая поверхность отражателя наклонена к оптической оси объектива под углом γ, а вторая - под углом δ = 0,5α-γ.
3. Лазерный имитатор стрельбы по п. 1, отличающийся тем, что отражатель выполнен в виде призмы ВР - 180^o. 4. Лазерный имитатор стрельбы по п. 1 или 2, отличающийся тем, что одна из отражающих поверхностей отражателя выполнена в виде двугранного уголкового отражателя с углом между отражающими поверхностям 90^o. 5. Лазерный имитатор стрельбы по любому из пп. 1, 2, 4, отличающийся тем, что между отражающими поверхностями установлен светофильтр переменной оптической плотности. 6. Лазерный имитатор стрельбы по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что он оснащен светофильтром переменной оптической плотности, установленным в ходе луча с возможностью перемещения посредством привода, синхронизованного с перемещением отражателя. 7. Лазерный имитатор стрельбы по любому из п. 1-4, 6, отличающийся тем, что отражатель и светофильтр переменной оптической плотности жестко связаны между собой и между ними установлен дополнительный отражатель. 8. Лазерный имитатор стрельбы по любому из пп. 1-3, 5-7, отличающийся тем, что плоскость главного сечения отражателя расположена перпендикулярно плоскости углов прицеливания имитируемого оружия, а отражатель выполнен с возможностью синхронизованного с его перемещением наклона в плоскости углов прицеливания имитируемого оружия. 9. Лазерный имитатор стрельбы по любому из пп. 1-4, 8, отличающийся тем, что устройство питания лазера выполнено с возможностью изменения накачки лазера синхронно с перемещением отражателя.