Лазерный тренажер для обучения стрельбе из стрелкового оружия Советский патент 1992 года по МПК F41G3/26 

Изобретение относится к тренажерной технике, а именно к оптическим имитаторам стрелкового оружия.

Известен ряд оптических имитаторов стрельбы из ручного огнестрельного оружия, содержащее источник излучения (лазер или светодиод) с оптической системой и фотоприемник, вырабатывающий сигнал о попадании излучения на мишень, Например, е способе обучения стрельбе из ручного огнестрельного оружия используют приемопередающее оптическое устройство, располохсенное на оружии и поверх- , отличающуюся от окружающей среды характеристиками отражения или рассеяния (мишень). Прм этом попадание или непопадание луча фиксируется приемником по результатам оценки отраженного луча.

Известна система, содержащая оптический передатчик и фотоприемник, мишень в виде плоскопараллелЈного прозрачШго диска с флуоресцирующими зародышами. Свечение флуоресцирующего материала дает информацию о попадании

Известно устройство наиболее близкое к изобретению и включающее источник излучения, в котором используется светодиод или лазер, световод, объектив, дифракционную решетку и приемник, устанавливаемый на цели Решетка освещается параллельным пучком света, формируемым с помощью объектива. Угловое распределение интенсивности света после решетки обратно пропорционально квадрату угла от оси пучка, что позволяет создать зону, в которой при движении цели паралпельно оси пучка сигнал приемника не зависит от дальности. Однако известное устройство имеет недостаточную точность и помехозащитен- нбсть.

Целью изобретения является повышение точности определения координат точки прицеливания.

Это достигается тем, что в известное устройство, содержащее лазер, светодиод, объектив и блок выделения координат, введены модулятор, электрический вход которого соединен через преобразователь параллельного кода в последовательный с оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) хранения адресов сканирования поля зрения фотоприемника, управляемым через блок задания кода модуляции синхрогене- ратором.

На выходе модулятора по ходу оптического луча размещены одномодовый световод с элементом ввода излучения, выходной торец которого и объектна закреплены на стволе орухсия.

Блок выделения координат выполнен в виде волоконно-оптической мишени, два выходных торца которой оптически сопряжены через цилиндрические объективы и

дефлекторы с фотоприемниками

Мишень выполнена в виде волоконно- оптического делителя изображения лазерного пучка во входной плоскости мишени на два ортогональных канала.

0 В каждом канале последовательно размещены по ходу лазерного луча и информационных электрических сигналов цилиндрический объектив, одномерный дефлектор по осям X и Y, электрический вход

5 каждого из которых соединен через общий цифро-аналоговый преобразователь и линию задержки с оперативным запоминающим устройством хранения адресов сканирования поля зрения фотоприемника.

0 Кроме того, устройство содержит два усилителя формирования цифровых информационных сигналов; два регистра преобразования последовательного кода цифрового сигнала в параллельный, выход каждого из

5 которых соединен с одним из входов логической схемы сравнения, второй вход которой соединен через линию задержки с выходом оперативного запоминающего устройства хранения адресов сканирования

0 поля зрения фотоприемника; две схемы И, один вход каждой из которых соединен с выходом логической схемы сравнения а второй ее вход связан с выходом регистра, выходы логических схем сравнения кодов и

5 схем И соединены со входами схемы деления, вычисляющей геометрический центр положения лазерного пучка на мишени.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 представлена

0 конструктивная схема блока выделения координат; на фиг.З показаны временные диаграммы управляющих и информационных сигналов в электронной схеме обработки лазерного тренажера.

5 Лазерный тренажер для обучения стрельбе из стрелкового оружия (фиг.1) содержит лазер 1, модулятор (МД) 2 интенсивности лазерного излучения, соединенный через преобразователь параллельного кода

0 в последовательный (P/S) 3 с запоминающим устройством хранения адресов сканирования поля зрения фотоприемника 4,5 (блок ОЗУ RAM-4, блок ПЗУ PRPOM-5), управляемым через блок задания кода модуля5 ции СОМ б синхрогенератором GN 7. За модулятором по ходу оптического излучения размещены одномодовый волоконный световод 8 с. элементом ввода излучения 9, выходной торец которого 10 и объектив 11 закреплены на стволе оружия 12. Далее по

ходу лазерного луча установлена мишень, выполненная в виде волоконнооптического делители изображения 13 лазерного пучка во входной плоскости мишени Р на два ортогональных канала (Рх, Ру) 14, 15.

В каждом канале последовательно размещены по ходу лазерного луча и информа- ционных электрических сигналов цилиндрические объективы 16,17, одномерные дефлекторы D(X) 18 и D(X) 19. электрические входы которых соединены через цифро-аналоговый преобразователь Д/А 20 и линию задержки DL 21 с запоминающим устройством хранения входа модуляции адресов сканирования поля зрения фотоприемников DM(X) 22 и DM(Y) 23. усилитель-формирователь цифровых информационных сигналов F(X) 24 и F(Y) 25, регистры преобразования последовательного кода цифрового сигнала в параллельный 26, 27, выходы которых соединены с одним из выходов логических схем сравнения 28,29, вторые выходы которых соединены через линию задержки DL с выходом запоминающего устройства RAM хранения кода модуляции и адресов сканирования поля зрения фотоприемника, схем И 30. 31, один из выходов которых соединен с выходом логической схемы сравнения, а вторые их входы связаны с выходами регистра, выходы логических схем сравнения кодов и схем И со входами соответствующих накапливающих сумматоров SM 32; 33, 34, 35, выходы которых соединены со входами схем деления DIV 36, 37, вычисляющими геометрический центр положения лазернб- го пучка на мишени.

Блок выделения координат 38 (фиг.2) содержит волоконно-оптический делитель 13 изображения лазерного пучка во входной плоскости мишени на два ортогональных канала (Рх.Ру) 14,15. В каждом канале последовательно размещены цилиндрические объективы 16,17, одномерные дефлекторы D(x). D(y) 18,19, управляемые через цифро- аналоговый преобразователь 20, и фотоприемники 22,23.

На фиг.З показаны временные диаграммы управляющих Uc, Us, Un6 D(x,y) и информационных F(x), F(y), Цх), L(y) сигналов; на фиг.За - сигнал Uc с длительностью Тс, определяющий время сканирования строки поля зрения фотоприемника; на фиг.Зб - сигнал иэ с длительностью Тэ, определяющий период времени, в течение которого передается последовательный адресный цифровой код каждого элемента поля зрения фотоприемника; на фиг.Зв - синхросигнал Uu, определяющий длительность Ти и период повторения Ти кодовых импульсов

0

5

0

5

0

адреса элементов поля зрения фотоприемника; на фиг.Зг - адресные, цифровые кодовые сигналы элементов поля зрения и модуляции в два различных момента времени; на фиг.Зд - сигнал с выхода усилителя 24 Р(х) цифровых сигналов Х-канала; на фиг.Зе - сигнал -с выхода усилителя 25 F(y) цифровых сигналов Y-канала; на фиг.Зж - сигнал с выхода логической схемы 28 Цх) сравнения канала X; на фиг.Зз - сигнал с выхода логической схемы 29 Цу) сравнения канала Y.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.

от лазера t модулируется по интенсивности модулятором 2, на вход которого подается электрический сигнал с преобразователя 3 параллельного кода в последовательный. Модулирующий код формируется устройством хранения адресов сканирования поля зрения фотоприемника, включающим ОЗУ РВМ 4 -и ПЗУ РРРОМ 5, управляемыми синхрогенератором 7 через блок заданит кода модуляции 6. Модулированный пучок лазера вводится в одномодо- вый волоконный световод 8 через устройство ввода 9. По световоду лазерное излучение подводится к излучателю, формирующему узкую диаграмму направленности. Излучатель образован выходным торцом световода 19 и объективом 11, закрепленным на стволе оружия 12.

С выхода излучателя лазерный пучок попадает на входную плоскость Р мишени, об- разованной волоконно-оптическим 5 делителем изображения 13. формирующим два идентичных изображения лазерного пятна в выходных плоскостях Р(14) и Р(15). С помощью цилиндрических объективов исходное двумерное изображение пребразу- |тся в два изображения по X и Y. Одномерные дефлекторы 18 и 19 осуществляют сканирование поля зрения фотопри- емников 22,23.

rig

Управление дефлекторами производит- ся от блоков ОЗУ 4 через линию задержки 21, учитывающую время распространения сигнала от модулятора до фотоприемника, и цифроаналоговый преобразователь 20. Поскольку сканирование лазерного пучка и поля зрения фотоприемников производится синхронно, электрический сигнал с фотоприемников появляется только в тот момент времени, когда положение освещенного пятна на мишени совпадает с адресом сканирования поля зрения фотогфиемника, что позволяет существенно повысить помехоза- щищенность системы. Фотоприемники 22,23 по каналам X и Y выделяют модулирующий адресный код, формируют его усилителями-формирователями цифровых

0

5

0

5

информационных сигналов 24,25, которые усиливают фотосмгнал и производят его ограничение. Сформированные сигналы поступают на регистры 26,17 преобразования последовательного кода цифрового сигнала в параллельный. Выходной параллельный цифровой код сравнивается логическими схемами сравнения 28,29 с исходным модулирующим кодом из запоминающего устройства хранения адресов сканирования поля зрения 4,5, поступающим через линию задержки 21.

При совпадении кодов модупяцмм принимаемого излучения и адреса сканирования срабатывают схемы И 30,31. Поскольку в реальной системе размер пучка на мишени всегда больше, чем требуемая точность измерения, совпадение кодов будет иметь место не для одного элемента адреса сканирования поля зрения фотоприемника, а для нескольких. Поэтому необходимо определить геометрический центр пучка, что производится с помощью накаливающих сумматоров 32,33,34,35 и последующих схем деления 36,37 Сумматоры 32,35 подсчитывают число ПХ,ПУ совпадений кодов соответственно по осям X и Y, а сумматоры 33,34 - суммируют значение координат по X и Y..Определение геометрического центра пучка производится по алгоритму:

X,

X 1 X 2 + X з + ... + X , 4-,.. + X

П х

Yu

у1+у2+Уз+. .Ч-Yi-h...+Y

Пу

где Хц, Y4 - координаты центра пучка; Xi, YJ - координаты точек совпадения кодов модуляции и адреса сканирования поля зрения фотоприемника; пх, пу - число точек совпадения кодов по осям X и Y соответственно. Положение центра лазерного пятна относительно системы координат (ХО Y ) в центре мишени (фиг.2) можно определить на основе формул параллельного переноса осей

Y YU-R,

где R - радиус мишени, вписанной в квадрат волоконнооптического делителя изображения и равный половине стороны квадрата, Определение геометрического центра пучка по сравнению с энергетическим позволяет устранить влияние распределения

мощности в сечении пучка на точность определения координат.

Временные диаграммы (фиг.З) поясняют работу системы. Синхрогенератор 7 фор5 мирует импульс строки длительностью Тс (фиг,За), в течение которого генерируются импульсы длительности элемента изображения Тз (фиг.Зб) и короткие импульсы Ти (фиг.Зв), из которых формируется код адреса

10 D(x), 0(у)(фиг.3г). На фиг.Зг условно показан семиразрядный код, на практике для обеспечения высокой точности необходимо использовать десятиразрядный код. На фиг.Зд и фиг.Зе показаны сигналы с выходом уси15 лителей-формирователей цифровых информационных сигналов при условии совпадения кода модуляции и кода адреса D(x), D(y) сканирования поля зрения фотоприемников, что приводит к появлению им20 пульсов Цх), (у) (фиг Зж,з) на выходах логических схем сравнения 28,29

Такиг 4 образом, информация о координате лазерного пучка во входной плоскости мишени будет получена на выходе системы

25 только при выполнении следующих условий

положение пучка на мишени совпадает с адресом сканирования поля зрения фото- приемника;

30 модулирующий код лазерного пучка в донный момент времени совпадает с кодом адреса сканирования поля зрения фотоприемника,

Это позволяет существенно повысить

35 устойчивость системы при воздействии непрерывных и импульсных (как в пространстве; так и во времени) оптических помех, а в конечном счете повысить точность определения координат точки прицеливания

40 Таким образом, по своим параметрам предложенное техническое решение превосходит известные по скорости в 10 раз; по разрешению в 2 раза; по помехоустойчивости примерно в 10 раз (при длине кода 10

45 разрядов). При увеличении длины кода помехоустойчивость возрастает, Указанные преимущества обеспечивают в предложенном устройстве повышение точности определения координат точки прицеливания.

50 Электронный блок обработки может быть реализован на микропроцессорном комплекте К 1800 или быстродействующих матричных БИС серии К 1520ХМ1, К 1520ХМ2.

55 Линия задержки 21 выравнивает по времени момент прихода в пространстве оптического сигнала и сигньпов кода адреса сканирования на дефлекторы, логические схемы сравнения 28,29 и схемы И - 30,31.

Преобразование двумерного поля изображения мишени цилиндрическими объективами в одномерную строку (столбец) вдоль оси X и Y, позволяет сократить время сканирования поля зрения фотоприемников в число строк (столбцов), а следовательно, в целом увеличить быстродействие тренажера.

Стробирование схем сравнения кодом адреса сканирования поля зрения фотоприемников позволяет повысить помехозащищенность системы в целом. Ясно, что для подавления общего оптического фона на входе мишени должен быть установлен традиционный интерференционный фильтр, согласованный с линией излучения лазера. Возможна дополнительная селекция по поляризации лазерного излучения за счет установки на входе мишени поляризационных фильтров.

Размер входного окна волоконно-оптического делителя изображения может быть равен размеру поля мишени (в этом случае разрешение максимальное) или может быть меньше размера поля мишени, но при этом перед мишенью должен быть установлен объектив. В этом последнем случае пространственное разрешение будет меньше в коэффициент усиления объектива.

Формула изобретения

1. Лазерный тренажер для обучения стрельбе из стрелкового оружия, содержащий оптически сопряженные лазер, объектив и блок выделения координат, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения координат точки прицеливания, в него введены последовательно установленные синхрогенера- ,тор, блок задания кода модуляции, постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, преобразо ватель параллельного кода в последовательный, а также линия-задержки, цифроаналоговый преобразователь, два усилителя, два регистра, две схемы сравнения, две схемы И,-четыре накапливающих

сумматора, два делителя, а также между лазером и объективом последовательно уста- новлены модулятор, формирующая оптическая система и одномодовый световод, выходной торец которого и объектив закреплены на стволе оружия, при этом выход преобразователя параллельного кода в последовательный подключен к модулятору, первый выход оперативного запоминающего устройства соединен с линией задержки, а второй выход - с вторыми входами первого и второго регистров соответственно, первые входы которых через соответствующие усилители соединены соответственно с первым и вторым выходами блока выделения координат, вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, вх од которого соединен с выходом линии задержки, выход которой

также соединен с вторыми выходами первой и второй схем сравнения соответственно, выходы которых соединены с первыми входами первого и четвертого накапливающих сумматоров, а также с первыми входами первой и второй схем И, вторые входы которых и первые выходы первой и второй схем сравнения соединены соответственно с выходами первого и второго регистров соответственно, выходе в первой и второй схем

И подключены к ле рвым входам второго и третьего накапливающих сумматоров соответственно, выходы накапливающих сумматоров подключены к своим вторым входам, а также к первому и второму, третьему и

четвертому входам первого и второго делителей соответственно.,

2. Тренажер по п.1.отличающийся тем, что блок Ёыделения координат выполнен Ё виде волоконно-оптической мишени, два

выходных торца которой оптически сопряжены через цилиндрические объективы и дефлекторы с фотоприемниками, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами блока выделения координат, а входы дефлекторов объединены и являются входом блока выделения координат.

1784829

X

1 X

ЪН(ч) вых.

Изобретение относится к тренажерной технике, а именно к оптическим имитаторам стрелкового оружия. Цель изобретения - повышение точности определения координат , 2 точки прицеливания. Лазерный тренажер для обучения стр ельбе из стрелкового оружия содержит оптические сопряженные лазер 1, модулятор 2, формирующую оптическую систему 9, одномодовый световод 8, объектив 11 и блок выделения координат, выполненный в виде волоконно-оптической мишени 13. А также он содержит синхронизатор 7, блок 6 задания кода модуляции, постоянное 5 и оперативное 4 запоминающее устройства, преобразователь 3 параллельного кода в последовательный, линию 21 задержки, циф- роаналоговый преобразователь 20, два усилителя 24,25, два регистра 26,27, две схемы сравнения 28,29, две схемы И 30,31, четыре накапливающих сумматора 32-35 и два делителя 36,37. 1 з,п.ф-лы, 3 ил. 1 Уч