Устройство для имитации движения судна вблизи берега Советский патент 1984 года по МПК G06G7/78 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь зовано для имитации движения судна относительно берега в радиолокацион ных тренажерах. Известно устройство для имитйции пространственного положения целей на экране индикатора, содержащее вычислитель, выход которого подключен через блок согласования к модулятору электроннолучевой трубки (ЭЛТ) индикатора5 генератор импульсов меток дальности, элемент И и подключенные к индикатору блок имитации вращения антенны и формирования развертки и блок формирования развертки дальности, а также счетчик импульсов меток дальности, выходы которого соединены, с входами вычислителя, а вход через элемент И подключен к генератору импульсов и выходу блока имитации вращения антенны и формирования раз вертки, и счетчик импульсов азимута, выходь которого подключены к соответствующим входам вычислителя а вход присоединен к .выходу переполнения счетчика импульсов меток дальности .и к выходу блока формирования развертки дальности Данное устройство может быть использовано для имитации движения судна относительно берега, если берег представить в виде конечной совокупности точек lj , Однако количество точек имитируемого берега ограничено возможностями вычислителя, т.е. его быстродействием и объемом па.мяти, и получение качественного радиолокационного изображения берега на экране индикатора возможно только при значительном усложнении схемы. , Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для отображения простран ственного положения цели на экране индикатора, содержащее элемент И, датчик напряжения, проп9РЦИональны положению цели, последовательно под ключе.нные согласующий усилитель и индикатор, синхронизирующий вход каждого соединения с выходом датчика напряжения, пропорционального положению антенны, а также синуснокосинусный преобразователь, две схемы сравнения и два интегратора, причем вход синусно-косинусного 302 преобразователя соединен с вторым вькодом датчика напряжения, пропорционального положению антенны, а кгивдьй выход синусно-косинусного преобразователя через соответствующий интегратор и схему сравнения подключен к одному из входов элемен,та И, соединенного выходом с входом блока согласования, другие входы интеграторов подключены к синхронизирующему выходу индикатора, а другой вход каждой схемы сравнения с соответствующим входом датчика нащ:1яжения, пропорционального положению цели 2 . Недостатком известного устройства является то, что при использова-; НИИ его для имитации движения вдоль берега количество точек береговой линии существенно ограничено количеством схем сравнения и возможностями датчику напряжений, пропорциональных положению цели, т.е. точность работы устройства недостаточна. Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей устройства, т.е. отображение имитируемого движения судна стносительно берега на индикаторе расположенной станции и отображение траектории движения судна на двухкоординатном блоке регистрации движения судна, на котором предварительно прописовыьается береговая линия. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее задатчик углового положения антенны, вход которого является первым информационным входом ус тройства, вход подачи тактовых импульсов которого соединен с первыми входами первого и второго интеграторов движения антенны, выход задатчика углового положения антенны подключен к входу синуснокосинусного преобразователя, первый и второй выходы которого подключены к вторым входам соответственно первого и второго интеграторов движения антенны, введены два сумматора, блок задания координат движения судна, дополнительный интегратор, три ключа, блок имитации берега, содержащи.й квадратор и дополнительный сумматор, блок сравнения и блок регистрации движения судна, причем выходы первого и второго интеграторов движения антенны подключены к первым входам соответственно первог и второго сумматоров, выходы которых соединены соответственно с первым входом блока сравнения и с первым информационным входом первого ключа, второй и третий информационные входы устройства соединены соот ветственно с первым и вторым входами блока задания координат движения судна, первьй выход которого соединен с вторым входом первого сумматора и с первым информационным входом второго ключа, выход которого подключен к первому входу блока регистрации движения судна, второй выход блока задания координат движения судна соединен с вторым входом второго сумматора и с первым ин формационным входом третьего ключа выход которого подключен к второму входу блока регистрации движения судна, вход запуска работы устройст ва соединен с управляющими входами ключей и подключен к входу дополнительного интегратора, выход которого соединен с вторым информационным входом третьего и первого ключа, выход которого подключен к первому входу дополнительного сум матора и к входу квадратора, выход которого соединен с вторым входом дополнительного сумматора, выход которого подключен к второму информационному входу второго ключа и к второму входу блока сравнения, выход которого является выходом ус ройства. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, на фиг. графическая информация, поясняющая работу устройства. Устройство содержит вход 1 пода чи тактовых импульсов, задатчик 2 углового положения антенны, синусно-косинусный преобразователь 3, интеграторы 4 и 5 движения антенны сумматоры 6 и 7, блок 8 задания координат движения судна, блок 9 сравнения, ключ 10, блок 11 имитации берега, ключи 12 и 13, блок 14 регистрации движения судна, дополнительный интегратор 15. Кроме того,блок 11 имитации берега содержит квадратор 16 и дополнительный сумматор 17, а синусно-косинусный преобразователь 3 содержит блок 18 памяти синуса, блок 19 памяти ко 04 нуса и два преобразователя код напряжение 20 и 21. Устройство имеет вход 22 запуска, выход-23 и информационные входы 24-26. Устройство предназначено для совместной работы с радиолокационной станцией (РЛС). Для этого соответствyюI p м образом соединяют входы и выходы РЛС с входами и выходами предлагаемого изобретения. Предлагаемое устройство используется в тренажерных системах для обучения судоводителей плаванию в тумане около берегов или в узкостях с использованием РЛС, Для имитации движения судна относительно берега необходимо на экране РЛС получать радиолокационную картину участка берега с учетом положения судна относительно береговой линии. При обучении судоводителей плаванию около берегов возникает необходимость в анализе действий судоводителя после, проведения тренинга. Для этого в устройстве деред началом тренинга инструктор прорисовывает на двухкоординатном блоке 14 регистрации движения судна в прямоугольной системе координат контур берега, вдоль которого затем двигается судно, управляемое судоводителем. После прорисовки контура береговой линии двухкоординатный самописец - блок 14 - переводится в режим отображения траектории движения судна. Таким образом, после проведения тренинга информация, отображенная на блоке 14, представляющая собой контур береговой линии и траекторию движения судна, позволяет в наглядной форме представить все действия судоводителя и квалифицированно провести их анализ. Устройство работает следующим образом. Перед началом тренинга сигналом запуска устройство переводится в режим прорисовки береговой линии на планшете двухкоординатного планшетного потенциометра, при этом запускается интегратор 15, выходной сигнал которого и через ключ 10 подключается к входу блока 11 имитации берега, а через ключ 13 - к входу X двухкоординатного планшетного потенциометра - блока 14. Вход Y двухкоординатного планшетного потенциометра - блока 14 - через ключ 12 подключается к выходу блока 11 имит ции берега. Управление ключами 10, 12 и 13 производится сигналом запус ка, поступающим на их управляющие входы. Выходной сигнал блока 11 имитации берега изменяется по нелинейному, закону согласно любой функции Y f(x) при линейном изменении входной величины X, т.е. каждому значению входной величины X ставится в соответствие значение выход ной величины Y по закону, определяемому реализациейфункцией. При этом в режиме прорисовки бер говой линии происходит одновременное линейное перемещение пера двухкоординатного планшетного потенциометра по оси X и нелинейное его перемещение по оси Y J определяемое характером функции f(x) относительно начала координат планшета, При снятии сигнала Запуск интегратор 15 сбрасывается в нулевое сос тояние, а перо двухкоординатного планшетного самописца возвращается в начало координат. При обратном ходе пера прорисовка линии на планшете запрещается. Таким образом, после возвращения пера двухкоординатного планшетного потенциометра в начало координат на планшете оста ется прорисованная линия, соответст вующая конфигурации береговой линии. Конфигурацию береговой черты можно изменять, меняя параметры бл ка 11 имитации берега. Блок 11 может быть построен различными способами. Один из способов реализации простейшей функции, например Y k X К 2 Х, приведен в предлагаемо устройстве, где l, коэффициенты, которые могут меняться при задании конфигурации берега. Входное напряжение Uj поступает на два входа квадратора 16 и вход сумматора 17. Значение напряжения, пропорциональное (U,() , с выхода умножителя поступает на второй вычитающий вход сумматора 17, с выхода которого снимается напряжение пропорциональное Uy KUj; - K(Ux) В качестве двухкоординатного планшетного самописца - блока 14 может использоваться серийньй прибор Двухкоординатньй планшетный самописец ПДПЧ-002, После отключения режима прорисовки береговой линии, т.е. снятия сигнала запуска, ключ 10 подключает вход блока 11 имитации берега к выходу сумматора 7, а ключи 13 и 12 подключают входы X и Y двухкоординатного планшетного самописца соответственно к выходам X и Y блока 8 задания вычислителя координат движения судна. С этого момента Еюзможна работа устройства в режиме обучения судоводителя. Устройство работает следующим образом, На вход блока В задания координат движения судна, входы 25 и 26 поступает информация соответственно о скорости судна V и его курсе k; в зависимости от действия судоводителя, связанных с-управлением судна. Блок 8 вычисляет координаты местоположения судна в прямоугольной системе координат относительно начала координат и выдает их в виде вьгходных напряжений согласно выраженийи ,f V sin К dt J V cos о выходное напряжение, пропорциональное координате местоположения судна относительно начала координат по оси X выходное напряжение, пропорциональное координате местоположения судна относительно начала координат по оси , t - текущее время. Ось Y прямоугольной системы координат совпадает с направлением на север, относительно которого отсчитывается курс судна К . В качестве блока 8 может использоваться лю§ая вычислительная машина цифровая или аналоговая, работающая по программе вычисления текущих координат судна. Напряжения с выхода блока 8 через ключи 12 и 13 поступают на соответствующие входы X и двухкоординатного планшетного потенциометра, производя перемещения пера согласно траектории движения сУдна.

В предлагаемом устройстве может использоваться любая серийно выпускаемая РЛС.

Цифровой код, соответствуюпщй углу поворота антенны РЛС, с выхода цифрового задатчика углового положения антенн поступает на вход синусно-косинусного преобразователя 3, который состоит из двух блоков 18 и 19 памяти, нагруженных на соответствующие преобразователи код - аналог 20 и 21.

В блоке 18 записаны цифровые значения синусов углов от О до 360 с необходимой дискретностью отсчетга угла и точностью представления информации.

В блоке 19 записаны цифровые значения косинусов этих же углов.

Адресные входы обоих блоков 18 и 19 объединены и являются входом синусно-косинусного преобразователя. При поступлении на их входы кода, соответствующего углу разворота антенны, с цифрового задатчика углового положения вала с выходов блоков 18 и 19 снимаются ци4фовые кодал, соответствующие синусу и косинусу угла разворота антеннны, которые преобразователями код - аналог 20 и 21 преобразовываются в соответствующие напряжения.

Таким-образом, при работе механизма вращения антенны вращается радиально-круговая развертка индикатора и синхронно с этим на выходах синусно-косинусного преобразователя изменяются значения напряжений, пропорциональные синусу и косинусу угла разворота ради 1льно-круговой разверт ки индикатора.

Напряжение с выходов синусно-косинусного преобразователя поступает на первые входы двух интеграторов 4 и 5, на вторые управляющие входы которых поступают тактовые импульсы с выхода синхронизатора РЛС. С приходом синхронизирующего импульса синхронизатора РЛС запускается радиальная развертка индикаторного устройства РЛС и одновременно с этим интеграторы 4 и 5.

Параметры интеграторов 4 и 5 подобраны так, что с их выходов снимают-ся пилообразные напряжения, прапорциональные проекциям на ось X и ось Y пути,пройденного зондирующим импульсом радиолокатора при данном угле

разворота антенны относительно местоположения судна со скоростью, вдвое меньшей скорости распространения радиоволн в атмосфере, т.е. выходные напряжения интеграторов описываются выражениями

UXHJ -JC 5in fidt ceinftt ,

и Y j - С-cos p 3-t - с COS pt,

CKopocTb распространения

де с луча радиолокатора в среде;

Pугол разворота антенны радиолокатора относительно направления на север;

UXHвыходное напряжение интегратора 5i

Uynвыходное напряжение интегратора 4,

iтекущее время, отсчитанное от начала синхроимпульса (фиг. 2).

Коэффициент 1/2 в вьфажениях введен по причине того, что. зондирующий луч радиолокатора проходит двойное расстояние до берега (прямой ход и обратный ход отраженного луча), в силу чего масштаб временной развертки серийньпс РЛС уменьшен в два раза и, значит, временной масштаб интегратора также необходимо уменьшить в два раза.

Выходные напряжения интеграторов складываются на сумматорах 6 и .7 с выходными напряжениями блока 8 задания координат движения судна.

С выходов сумматоров снимаются напряжения, пропорциональные по амплитуде проекциям на оси X и Y пути, пройденного зондирующим импульсом радиолокатора при данном угле разворота антенны относительно начала координат со скоростью, вдвое меньшей скорости распространения радиоволн в атмосфере, т.е. выходные напряжения сумматоров описьтаются выражениями

- V

и,

Uxcи

с sin

«н

f 4:

Uv

Vo

IK

и,

pt,

С COS

J V

Т« е Uj - выходное напряжение

сумматора 7

UY - выходйое напряжение сумматора Ь

t - текущее время, отсчитанное от начала синхроимпульса. Выходное напряжение Uj; сумматора 7 через ключ 10 поступает на вход блока 11. С выхода блока 11 в каждый момент времени с нимается напряжение, пропорциональное коорди 1ате Y любой точки береговой черты е координатой, соответствующей U)f , Согласно зависимости У f(x). Выходное напряжение блока 11 сравнивается с выходным напряжением иу сумматора 6. В какой-то момент времени наступает равенство этих напряжений. Этот момент времени t, отсчитанный от начала синхроимпульса, определяется равенством cospt WliPCil J - - .---- -Чл 9 I г/IT ,„ л t-. ) Пн гоответствуе f(U i-c sin ft t). OH соответствуе Jfo .2I - моме°нту достижения имитируемым зондирующим импульсом, движувщмся со скоростью, вдвое меньшей скорости распространения радиоволн в атмосфере , точки и имитируемой береговой линии. В этот момент времени выходным сигналом схемы 9 сравнения (выход 23), поступающим на вход ЭЛТ индикаторного устройства, производится засветка на индикаторе РЛС, соответствующая по дальности и угл засветки, которая получалась бы при облучении точки А береговой ли нии реальным зондирующим импульсом движущимся со скоростью распростра нения радиоволн в атмосфере. По окончании синхроимпульса интеграторы 4 и 5 сбрасьшаются в нул вое положение и схема переходит в режим ожидания новой посылки зонди рующего импульса. При вращении выходного вала меанизма вращения антенны меняются начения угла разворота антенны р очередные посылки имитируемого зовдирующего импульса облучают другие точки береговой линии, создавая на зкране индикатора радиолокационное изображение имитируемой береговой линии, которое зависит также от местоположения судна. Предлагаемое устройство может имитировать сложный характер береговой линии, соответствующий прохождению судна в узкостях. Для этого выходное напряжение сумматора 7 можно подать параллельно на второй блок имитации берега г и его выходной сигнал также сравни,i-n,, ти гулпнпй сигнал та вать с выходным сигналом сумматора 6. Пример второй такой функции У fл (х) изображен штриховой линией на фиг. 2. С целью повышения точности имитации предлагаемое устройство можно реализовать на цифровых функциональных узлах, применив цифровые интеграторы, цифровой блок имитации берега, цифровые схемы сравнения и вместо ключей цифровые коммутаторы. Устройство позволяет реализовать имитацию движения судна вблизи берег-а при создании радиолокационных судовых тренажеров, что значительно повышает качество обучения. Причем ре,ализация предлагаемого устройства не требует больших аппаратурных затрат и позволяет получить качественную имитацию процесса.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМИТАЦИИ ДВИЖЕНИЯ СУДНА ВБЛИЗИ БЕРЕГА, содержащее задатчик углового положения антенны, вход которого является первым информационным входом устройства, вход подачи тактовых импульсов которого соединен с первыми входами первого и второго интеграторов дв,ижения антенны, выход задатчика углового положения антенны подключен к входу синусно-косинусного преобразЪвателя, первый и второй выходы которого подключены к вторым входам соответственно первого и второго интеграторов движения антенны, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены два сумматора, блок задания координат движения судна, дополнительный интегратор, три ключа, блок имитации берега, содержащий квадратор и дополнительный сумматор, блок сравнения и блок регистрации движения судна, причем выходы первого и второго интеграторов движения антенны подключены к первым входам соответственно первого и второго сумматоров, выходы которых соединены соответственно с первым входом блока сравнения и с первым информационным входом первого ключа, второй и третий информационные входы устройства соединены соответственно с первым и вторым входами блока задания координат движения судна, первый выход которого соединен с вторым входом первого сумматора и с первым информационным входом второо го ключа, выход которого подключен к первому входу блока регистрации (Л движения судна, второй выход блока задания координат движения судна соединен с вторым входом второго сумматора и с пррвым информационным входом третьего ключа, выход которого подключен к второму входу блока регистрации движения судна, вход о запуска работы устройства соединен 00 4 00 с управляющими входами ключей и подключен к входу дополнительного интегратора, выход которого соедиСО нен с вторым информационным входом третьего и первого ключа, выход которого подключен к первому входу дополнительного сумматора и к входу квадратора, выход которого соединен с вторым входом дополнительного сумматора, выход которого подключен к второму информационному входу второго ключа и к второму входу блока сравнения , выход которого является выходом устройства.