СИСТЕМА ВИЗУАЛИЗАЦИИ ДЛЯ СТЕНДА МОДЕЛИРОВАНИЯ С ОБЗОРНО-ПРИЦЕЛЬНЫМ УСТРОЙСТВОМ Российский патент 2003 года по МПК G09B9/00 G09B9/30 

Изобретение относится к области создания стендов моделирования или тренажеров для управления транспортными средствами, в особенности самолетами с обзорно-прицельными устройствами. Оно может быть применено для обучения летного состава и для отработки как отдельно обзорно-прицельного оборудования, так и в комплексе с остальным оборудованием кабины пилота. Предлагаемая система визуализации может быть использована для проведения полунатурного моделирования ближнего боя на режимах сверхманевренности истребителя с использованием реальных индикатора "на лобовом стекле" (ИЛС), обзорно-прицельных устройств и имитатора воздушной цели, установленных в безэховой камере.

Известны системы визуализации тренажеров летательных аппаратов, содержащие экран и как минимум один проектор, изображение которого создается с помощью вычислительного средства (US 5326266, кл. 434/44; US 5242306, кл. 434/44; WO 97/29472, G 09 B 9/30 и др.). Так как современные проекционные и вычислительные средства не позволяют сформировать на значительной площади изображение с приемлемым разрешением, часто используются два проектора: один - с широким полем - создает изображение с малым разрешением на всем экране или на значительной его части, а другой - с узким полем - создает изображение с высоким разрешением в той зоне, куда направлен взгляд пилота. Направление взгляда определяется обычно с помощью нашлемной системы целеуказания. Таким образом обеспечивается четкое изображение в основном поле зрения пилота и нечеткое - в периферийном поле зрения.

Общим недостатком систем визуализации внешней обстановки на экране с помощью проекторов является невозможность удалить экран до такой степени, чтобы проецируемые образы казались видимыми в бесконечности. Это происходит потому, что при использовании современных проекторов с удалением экрана падает яркость и ухудшается качество изображения. Несоответствие расстояния до экрана расстоянию до цели в реальной обстановке особенно проявляется в тренажерах с прицельными устройствами, например с индикатором на лобовом стекле.

Этого недостатка лишены системы с коллимационной оптикой (см., например, Меерович Г. Ш. Авиационные тренажеры и безопасность полетов, -М.: Воздушный транспорт, 1990, стр.294-295), в которых для создания эффекта удаления в бесконечность между экраном с изображением (например, кинескопом) и глазами пилота помещают коллимационные линзы. Такая оптика с линзами Френеля применяется в тренажерах класса MIDISIM фирмы "Треком Лтд.". Однако эти устройства имеют очень малое поле обзора, ограниченное размерами линзы, что неприемлемо для моделирования реальной обстановки вокруг кабины пилота.

Наиболее близким к изобретению является симулятор воздушного боя (патент UK GB 2101948, G 09 B 9/08), включающий модель кабины пилота, экран типа купола, проектор образов, средства для передачи к этому проектору сигналов от средства управления проектором. Проектор образов включает в себя первое - широкоугольное - проекционное устройство и второе устройство проекции узкого угла, установленные на общей платформе так, что поле изображения второго устройства лежит внутри поля изображения первого устройства. Платформа управляется в зависимости от ориентации направления обзора пилота по отношению к экрану так, что поле изображения центрируется относительно центра поля обзора пилота. К первому проекционному устройству поступают сигналы о воздушных целях, находящихся вне поля изображения второго проекционного устройства, а ко второму - о целях внутри поля изображения второго устройства.

Недостатком этого технического решения является описанное выше несоответствие расстояния до экрана расстоянию до цели в реальной обстановке и, как следствие, непригодность для стендов и тренажеров с прицельными устройствами.

Задачей изобретения является совмещение в одной системе визуализации возможностей широкого поля наблюдения за обстановкой вокруг кабины и рассмотрения хотя бы отдельных целей удаленными на большое расстояние в зоне обзора прицельных устройств, например индикатора на лобовом стекле.

Задача решается с помощью системы визуализации для стенда моделирования с обзорно-прицельным устройством, включающей первый экран, средства создания на нем изображений, вычислительные средства, отличающейся тем, что она содержит расположенный между первым экраном и оператором индикатор "на стекле", за которым (по отношению к оператору) находится коллимационная оптика, за которой находится второй экран, который загораживает часть первого экрана, а изображение на втором экране соответствует загораживаемой им части изображения на первом экране.

Упомянутые средства создания изображений включают проектор широкого поля для создания изображения на всем первом экране.

Упомянутые средства создания изображений включают также проектор узкого поля, направленный на первый экран с возможностью перемещения узкого поля по первому экрану в зависимости от положения нашлемной системы целеуказания, причем изображение, создаваемое проектором узкого поля, представляет собой имеющую более высокое разрешение часть изображения проектора широкого поля.

Второй экран может быть выполнен в виде дисплея или же расположен на поверхности первого экрана.

Упомянутая возможность перемещения узкого поля по первому экрану может быть реализована:
- установкой проектора узкого поля на подвижное основание,
- установкой подвижного зеркала перед проектором узкого поля.

Указанное исполнение позволяет осуществлять одновременное слежение за обстановкой в широком диапазоне углов визирования и отслеживать на реальном удалении движение цели за индикатором на лобовом стекле. При этом исключается явление параллакса между метками индикатора на лобовом стекле и визуализируемыми образами. Поэтому предлагаемая система может быть использована для отработки методов прицеливания и оценки точностных характеристик обзорно-прицельных устройств.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена структурная схема стенда моделирования управления самолетом с предлагаемой системой визуализации и обзорно-прицельным устройством (индикатором "на стекле").

Стенд моделирования с обзорно-прицельным устройством содержит систему (1) визуализации, включающую первый экран (2), средства создания изображений на нем, например, проектор (3) широкого поля, а также индикатор (4) "на стекле", второй экран (5), коллимационную оптику (6), вычислительные средства (вычислитель (7) визуализации и вычислитель (12) управления).

В русскоязычной литературе "индикатором "на стекле"" (см., например, ГОСТ 19186-81, п. 2.3.1. ) называют индикаторы, имеющие в своей конструкции прозрачный экран, помещаемый перед пилотом в непосредственной близости к лобовому стеклу летательного аппарата. Поэтому такие индикаторы часто называют также "индикаторами на лобовом стекле" (ИЛС).

Проектор (3) широкого поля имеет короткофокусный объектив и направлен на первый экран (2) с возможностью создания изображения на всем экране (2). Вход проектора (3) связан с выходом вычислителя (7) визуализации.

Индикатор (4) "на стекле" расположен между оператором (8) и экраном (2). За индикатором (4) "на стекле" (по отношению к оператору (8)) расположена коллимационная оптика (6), а за ней - второй экран (5), который находится в фокусе оптики (6). Размер второго экрана (5) перекрывает диапазон телесного угла визирования через индикатор (4) "на стекле". Такое построение визуализации за индикатором (4) "на стекле" позволяет исключить параллакс между метками на индикаторе "на стекле" (4) и объектами визуализации за индикатором (4) "на стекле".

При этом второй экран (5) загораживает часть первого экрана (2), а изображение на втором экране (5) соответствует загораживаемому им участку изображения на первом экране (2).

Второй экран (5) может быть выполнен, например, в виде дисплея. В таком варианте исполнения экран (5) связан с вычислителем (7) визуализации. В другом варианте исполнения второй экран (5) может находиться непосредственно на поверхности первого экрана (2). Тогда изображение на втором экране (5) будет создаваться теми же средствами создания (проектирования) изображений, которые используются и для создания изображений на первом экране (2).

Первый экран (2) имеет значительную площадь, а современные технические средства не позволяют создать на всей его поверхности достаточно четкое и яркое изображение. Поэтому в состав средств создания изображений на первом экране (2) входит также проектор (9) узкого поля, который тоже направлен на первый экран (2) с возможностью перемещения узкого поля по первому экрану (2) в зависимости от положения нашлемной системы целеуказания (НСЦ) (10), то есть от направления взгляда оператора (8). Создаваемое проектором (9) изображение представляет собой имеющую более высокое разрешение часть изображения проектора (3), что позволяет получить достаточное разрешение в зоне основного поля зрения пилота. Вход проектора (9) также связан с выходом вычислителя (7) визуализации.

Возможность перемещения поля проектора (9) по первому экрану (2) может быть обеспечена путем установки его на подвижное основание (11). Другой вариант реализации этой возможности состоит в использовании перед проектором (9) подвижного зеркала, направляющего лучи на первый экран (2).

Для обеспечения управления положением поля проектора (9) на экране (2) имеется вычислитель (12) управления, вход которого соединен с информационным выходом НСЦ (10), а выход связан со средством изменения направления луча проектора (9), например, с приводом упомянутого и показанного на чертеже подвижного основания (11).

В состав стенда входят также расположенные в моделируемой кабине органы (13) управления самолетом, вычислитель (14) динамики самолета и цели, реальное обзорно-прицельное устройство (15), электронно-механический имитатор (ЭМИЦ) (16) цели с рупором-излучателем.

Органы (13) управления самолетом связаны с входами вычислителя (14) динамики самолета и цели, а первый выход этого вычислителя соединен с входом вычислителя (7) визуализации.

Обзорно-прицельное устройство может быть оптико-электронным, радиолокационным, тепловизионным или любым другим по принципу действия.

Вход индикатора (4) "на стекле" соединен с выходом обзорно-прицельного устройства (15), которое в свою очередь связано со вторым выходом вычислителя (14) динамики самолета и цели. ЭМИЦ (16) установлен перед обзорно-прицельным устройством (15). ЭМИЦ (16) может представлять собой, например, координатор с двумя степенями свободы и с установленным в нем рупором-имитатором цели. ЭМИЦ (16) соединен с третьим выходом вычислителя (14).

Работа стенда и его системы визуализации состоит в следующем.

Положение моделируемого самолета и цели в пространстве определяет вычислитель (14) динамики самолета и цели. Информация об изменении положения моделируемого самолета поступает в этот вычислитель от органов (13) управления самолетом при воздействии на них оператора (8). Из вычислителя (14) информация о положении самолета и цели передается в вычислитель (7) визуализации, который формирует изображения, проецируемые проекторами (3) и (9) на первый экран (2), а также изображение на втором экране (5).

При этом НСЦ (10) определяет направление положения головы оператора (8) и выдает информацию об этом в вычислитель (12) управления, который, в свою очередь, управляет направлением луча проектора (9), например, путем изменения положения подвижного основания (11). Так обеспечивается четкая визуализация на первом экране (2) в зоне основного поля зрения оператора (8).

Вычислитель (14) по информации об относительном положении цели и самолета управляет положением рупора-имитатора цели ЭМИЦ (16). Когда ЭМИЦ (16) выходит на границу зоны возможного перемещения в безэховой камере, излучение отключается и обнаружение цели обзорно-прицельным устройством (15) становится невозможным.

Анализируя изображения на экранах (2) и (5), оператор (8) выполняет пилотирование самолета по траектории, обеспечивающей сближение с целью. Он добивается перемещения образа цели на экране (2) в зону за индикатором (4) "на стекле". Экран (5) через оптику (6) обеспечивает визуализацию цели за индикатором (4) "на стекле" на реальном удалении (то есть в масштабе, близком к реальному). После появления образа цели за индикатором (4) "на стекле", оператор управлением самолета добивается совмещения образа цели и зоны захвата, индицируемой на индикатор (4) "на стекле" по информации от обзорно-прицельного устройства. При этом рупор-имитатор цели ЭМИЦ (16) устанавливается внутри зоны возможных перемещений и включается его излучение. Воздействием на органы управления обзорно-прицельного устройства (15) оператор (8) дает разрешение на захват цели. Обзорно-прицельное устройство (15) должно обнаружить сигнал ЭМИЦ (16) и перейти в режим сопровождения обнаруженной цели. При этом обзорно-прицельные устройство (15) выдает на индикатор (4) "на стекле" индикацию, необходимую для управления самолетом, подготовки и применения оружия.

Таким образом, система визуализации для стенда моделирования с обзорно-прицельным устройством обеспечивает возможность моделирования и проверку эффективности ведения маневренного ближнего боя.

Изобретение предназначено для обучения летного состава и моделирования ближнего воздушного боя сверхманевренных истребителей с использованием реальных обзорно-прицельных устройств. Система включает первый экран и средства создания изображений, а также расположенные между оператором и первым экраном ИЛС, коллимационную оптику и второй экран. Изображение на втором экране соответствует загораживаемой им части изображения на первом экране. Второй экран может быть выполнен в виде дисплея или же расположен на поверхности первого экрана. Средства создания изображений включают направленные на первый экран проекторы широкого и узкого поля, причем последний управляется нашлемной системой целеуказания и его изображение соответствует части изображения проектора широкого поля, но имеет более высокое разрешение. Подвижность узкого поля реализуется установкой проектора на подвижное основание или же установкой перед проектором подвижного зеркала. Технический результат - исключение параллакса между метками индикатора "на стекле" (ИЛС) и визуализируемыми образами. 6 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Система визуализации для стенда моделирования с обзорно-прицельным устройством, включающая первый экран, средства создания на нем изображений и вычислительные средства, отличающаяся тем, что она содержит расположенный между первым экраном и оператором индикатор "на стекле", за которым (по отношению к оператору) находится коллимационная оптика, за которой находится второй экран, который загораживает часть первого экрана, а изображение на втором экране соответствует загораживаемой им части изображения на первом экране. 2. Система визуализации по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутые средства создания изображений включают проектор широкого поля. 3. Система визуализации по п. 2, отличающаяся тем, что упомянутые средства создания изображений включают также проектор узкого поля, направленный на первый экран с возможностью перемещения узкого поля по первому экрану в зависимости от положения нашлемной системы целеуказания, причем изображение, создаваемое проектором узкого поля, представляет собой имеющую более высокое разрешение часть изображения проектора широкого поля. 4. Система визуализации по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что второй экран выполнен в виде дисплея. 5. Система визуализации по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что второй экран расположен на поверхности первого экрана. 6. Система визуализации по любому из пп.3-5, отличающаяся тем, что для обеспечения упомянутой возможности перемещения узкого поля по первому экрану упомянутый проектор узкого поля установлен на подвижном основании. 7. Система визуализации по любому из пп.3-5, отличающаяся тем, что для обеспечения упомянутой возможности перемещения узкого поля по первому экрану перед упомянутым проектором узкого поля имеется подвижное зеркало.