СИСТЕМА ОТОБРАЖЕНИЯ ВИЗУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО ТРЕНАЖЕРА

Полезная модель относится к области тренажерной техники и предназначена для применения в тренажерах пилотируемых космических аппаратов (ПКА) при проведении контроля и оценивания деятельности экипажей ПКА в процессе проведения экзаменационных тренировок.
Имеется ряд патентов, посвященных в той или иной мере системам отображения информации тренажеров: патент RU 108188 U1, МПК G09B 9/00, 2011; патент RU 2398286 C1, МПК G09B 9/08, 2009; патент RU 44403 U1, МПК G09B 9/08, 2004; патент RU 2087037 C1, МПК G09B 9/08, 1997.
Несмотря на разную целевую направленность рассмотренных устройств, их общим недостатком является отсутствие возможности применения технических средств отображения информации именно на космических тренажерах для решения задач эффективного контроля и оценивания качества деятельности обучаемых космонавтов экспертами экзаменационной комиссии в ходе экзаменационных тренировок экипажей ПКА.
К настоящему времени отсутствует какая-либо открытая информация о том, что какой-либо тренажер ПКА располагает средствами отображения, регистрации и документирования информации, специально предназначенными для оценивания профессиональной деятельности космонавтов при проведении экзамена. В ходе итоговой экзаменационной тренировки эксперты межведомственной экзаменационной комиссии используют на существующих космических тренажерах те же самые средства отображения и регистрации, что и инструктор экипажа при проведении обычных тренировок. Отсутствие прямого доступа эксперта к любой предусмотренной для отображения на тренажере визуальной информации снижает эффективность и качество деятельности экспертов в ходе экзаменационной тренировки.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является комплекс технических средств отображения информации пульта инструктора комплексного тренажера ТДК-7СТ №3 транспортного пилотируемого корабля «Союз-ТМА». Этот комплекс включает в себя: коммутатор видеосигналов, блок корректоров, управляющую ЭВМ (УЭВМ) телевизионной аппаратуры, коммутатор сигналов КОВНУ, управляющую ЭВМ системы компьютерной генерации изображений, мониторы телевизионных сигналов изображений и мониторы компьютерных сигналов изображений. В обобщенном виде структура этого комплекса рассмотрена в [«Тренажерные комплексы и тренажеры» под редакцией В.Е. Шукшунова, М: «Машиностроение» 2005, с. 224-236].
Основной задачей этого комплекса является воспроизведение на пульте инструктора тренажера необходимой для работы методического, инженерного и медицинского персонала информации о состоянии управляемого объекта (моделируемого космического аппарата), обучающегося оператора, моделируемых факторов космического полета, аппаратуры тренажера. В период же проведения экзаменационных тренировок пульт инструктора тренажера играет роль центра управления полетом и обеспечивает всей необходимой информацией рабочее место руководителя полета и тех специалистов, которые могут взаимодействовать с экипажем при подготовке к старту и в ходе самого полета.
Выбор необходимой информации для контроля на устройствах отображения пульта инструктора тренажера осуществляется с помощью УЭВМ телевизионной аппаратуры и УЭВМ системы компьютерной генерации изображений, обеспечивающих управление коммутацией входов матричных коммутаторов телевизионных сигналов PAL и компьютерных сигналов RGBHV по командам оператора пульта инструктора тренажера. При этом допускается возможность выбора любого источника информации, отображаемой на мониторах телевизионных и компьютерных сигналов изображений пульта инструктора тренажера.
Анализ объема и содержания информации, отображаемой на пульте инструктора тренажера с помощью указанных программно-аппаратных средств, показывает, что эксперты в процессе проведения экзаменационной тренировки, в принципе имеют возможность располагать всей текущей информацией, отображаемой на мониторах пульта инструктора тренажера. Однако управление потоками этой информации может осуществляться не любым экспертом экзаменационной комиссии, а лишь тем, который ведет непосредственное взаимодействие с экипажем (как правило - это инструктор экипажа) при существенном ограничении специальных запросов на отображение информации как по оперативности, так и по приоритету, поскольку количества доступных для этого средств отображения на пульте инструктора тренажера недостаточно.
Существенным ограничением полноценной деятельности экспертов на тренажере является также ограниченное количество рабочих мест за пультом инструктора тренажера, что создает серьезные помехи операторам пульта, вынужденным отвлекаться от плотного сопровождения процесса тренировки и «жертвовать» для этого частью столь необходимых для решения своих задач средств отображения информации.
Для устранения указанных ограничений в работе экспертов экзаменационной комиссии необходимо решить техническую задачу удаленного отображения информации для экспертов, а также обеспечения возможности оперативного, независимого и самостоятельного выбора экспертами и вывода любой предусмотренной для отображения на пульте инструктора тренажера визуальной информации в процессе проведения экзаменационных тренировок, не создавая при этом помех операторам пульта инструктора.
Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемой полезной модели, является повышение эффективности и качества деятельности экспертов в ходе экзаменационной тренировки, обеспечение полного и удобного доступа экспертов к имеющейся на тренажере информации о ходе моделируемого полета ПКА и деятельности экипажа.
Указанный результат достигается за счет того, что в известный комплекс технических средств отображения информации пульта инструктора космического тренажера, содержащий коммутатор видеосигналов, на входы которого поступают телевизионные сигналы от моделирующих систем тренажера, связанный по выходам с блоком корректоров, управляющую ЭВМ телевизионной аппаратуры, связанную с коммутатором видеосигналов и с локальной вычислительной сетью тренажера, коммутатор сигналов RGBHV, получающий сигналы от системы компьютерной генерации изображений и от рабочих станций терминального вычислительного комплекса подсистемы управления тренировкой, УЭВМ системы компьютерной генерации изображений, связанную с коммутатором сигналов RGBHV и с локальной вычислительной сетью тренажера, мониторы телевизионных сигналов изображений пульта инструктора тренажера, подключенные через блок корректоров к выходам коммутатора видеосигналов, мониторы компьютерных сигналов изображений пульта инструктора тренажера, подключенные к выходам коммутатора сигналов RGBHV, введены УЭВМ для экспертов, подключенная к локальной вычислительной сети тренажера, и устройства отображения информации, расположенные на удаленном от пульта инструктора тренажера рабочем месте экзаменационной комиссии, входы для телевизионных сигналов которых подключены к выходам коммутатора видеосигналов через блок корректоров, входы для компьютерных сигналов - к выходам коммутатора сигналов RGBHV, а входы для управляющих сигналов соединены с управляющей ЭВМ телевизионной аппаратуры по линии обмена информацией через COM-порты (например, с использованием последовательного интерфейса RS-232C). При этом на дополнительной УЭВМ установлено специальное программное обеспечение, позволяющее производить оперативный выбор и вывод экспертами для контроля любой предусмотренной для отображения на пульте инструктора тренажера визуальной информации о процессе проведения экзаменационной тренировки и деятельности экипажа ПКА, не создавая при этом помех операторам пульта инструктора.
Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фигуре 1 и включает в себя следующие блоки: 1 - коммутатор видеосигналов; 2 - блок корректоров; 3 - УЭВМ телевизионной аппаратуры; 4 - коммутатор сигналов RGBHV; 5 - УЭВМ системы компьютерной генерации изображений; 6, 7, 8 - мониторы телевизионных сигналов изображений и 9, 10 - мониторы компьютерных сигналов изображений, расположенные на пульте инструктора 11 тренажера; 12, 13, 14 - устройства отображения информации и 15 - управляющая ЭВМ для экспертов экзаменационной комиссии, расположенные на рабочем месте 16 экзаменационной комиссии. На фигуре 1 показаны три устройства отображения информации 12, 13, 14. Однако их число может быть произвольным (по необходимости).
Матричный коммутатор видеосигналов 1 предназначен для произвольной коммутации входных телевизионных сигналов на потребителей видеоинформации тренажера. При этом допускается возможность выбора любого источника телевизионных сигналов, отображаемых на мониторах 6, 7, 8 пульта инструктора тренажера и других устройствах отображения информации тренажера. На вход этого коммутатора поступают сигналы, формируемые подсистемами тренажера ПКА, которые могут быть сведены в 5 групп:
1. Видеосигналы, имитирующие работу штатной бортовой телевизионной системы ПКА.
2. Видеосигналы, формируемые с помощью нештатных телекамер наблюдения за деятельностью космонавтов внутри рабочих мест операторов тренажера.
3. Видеосигналы, поступающие с телевизионных выходов бортовых индикаторов пульта управления на рабочих местах операторов.
4. Видеосигналы контроля формируемых системой компьютерной генерации изображений тренажера внешней визуальной обстановки, наблюдаемых операторами в приборах и бортовых средствах наблюдения рабочего места оператора тренажера (каналы имитации оптического визира, иллюминаторов, внешней телекамеры).
5. Видеосигналы, формируемые рабочими станциями терминального вычислительного комплекса подсистемы управления тренировкой.
Блок корректоров 2 предназначен для усиления видеосигналов с целью компенсации затуханий сигналов при их передаче к устройствам отображения и распределения видеосигналов по потребителям информации. Его входы подключены к выходам коммутатора видеосигналов 1, а выходы - к потребителям видеоинформации тренажера.
Управляющая ЭВМ телевизионной аппаратуры 3 предназначена для оперативного управления выводом телевизионных сигналов изображений на средства отображения визуальной информации тренажера. УЭВМ телевизионной аппаратуры связана с коммутатором видеосигналов 1, с устройствами отображения информации 12, 13, 14 по линии обмена информацией через COM-порты (COM1-COM4) и с локальной вычислительной сетью Ethernet тренажера.
Матричный коммутатор сигналов КОВНУ 4 предназначен для произвольной коммутации входных компьютерных сигналов на потребителей видеоинформации тренажера (мониторы компьютерных сигналов изображений 9, 10 пульта инструктора тренажера и другие устройства отображения информации тренажера). На вход этого коммутатора поступают сигналы КОВНУ, которые могут быть сведены в 2 группы:
1. Сигналы моделируемых изображений сюжетов внешней визуальной обстановки, синтезируемые системой компьютерной генерации изображений тренажера. К ним относятся сигналы изображений космических сюжетов, наблюдаемые экипажем ПКА в бортовом оптическом визире, в иллюминаторах ПКА, а также сигналы изображений космических сюжетов, имитирующие работу бортовой телекамеры стыковки.
2. Компьютерные сигналы ПЭВМ 1 - ПЭВМ 5, поступающие с выходов видеокарт рабочих станций терминального вычислительного комплекса подсистемы управления тренировкой, дублирующие изображения, наблюдаемые на мониторах пульта инструктора тренажера.
Выходы коммутатора сигналов RGBHV 4 соединены со входами мониторов компьютерных сигналов изображений 9, 10 и с компьютерными входами устройств отображения информации 12, 13, 14.
Управляющая ЭВМ системы компьютерной генерации изображений 5 предназначена для оперативного управления выводом компьютерных сигналов изображений на средства отображения визуальной информации тренажера. УЭВМ системы компьютерной генерации изображений связана с коммутатором сигналов RGBHV 4 по линии обмена информацией через COM-порты (СОМ 5) и с локальной вычислительной сетью Ethernet тренажера.
Мониторы телевизионных сигналов изображений 6, 7, 8 обеспечивают на пульте инструктора 11 отображение видеосигналов, поступающих с выходов коммутатора видеосигналов 1, через блок корректоров 2.
Мониторы компьютерных сигналов изображений 9, 10 обеспечивают на пульте инструктора 11 отображение сигналов RGBHV, поступающих с выходов коммутатора компьютерных сигналов 4.
Воспроизводимая на этих мониторах информация отражает состояние управляемого объекта - моделируемых бортовых систем ПКА, обучающегося на тренажере оператора, моделируемых факторов космического полета, аппаратуры тренажера. Эта информация необходима для работы методического, инженерного и медицинского персонала в процессе проведения тренировок экипажей ПКА.
Устройства отображения информации 12, 13, 14, предназначены для отображения экспертам необходимой визуальной информации о процессе тренировки экипаяса ПКА. Эти видеомониторы, удаленные от пульта инструктора тренажера, расположены на рабочем месте экзаменационной комиссии 16. Особенностью этих устройств отображения является возможность подачи на их входы и отображения двух типов сигналов: компьютерных сигналов RGBHV (один вход - вход 1) и телевизионных сигналов в формате PAL (три входа - входы №2, 3, 4), а также возможность управления коммутацией входов №1, 2, 3, 4 по линии обмена информацией через COM-порты (COM2-COM4). К числу типов таких устройств отображения относятся ЖК-мониторы и плазменные панели.
На вход №1 этих устройств отображения поступают компьютерные сигналы RGBHV с выходов 3, 4, 5 коммутатора сигналов RGBHV 4, а на входы №№2, 3, 4 подаются телевизионные сигналы, поступающие с выходов коммутатора видеосигналов 1 через блок корректоров 2.
Управляющая ЭВМ для экспертов экзаменационной комиссии 15 и установленное на ней специальное программное обеспечение предназначены для оперативного и независимого от пульта инструктора тренажера управления экспертами выводом на устройства отображения 12, 13, 14 любой предусмотренной для отображения на тренажере визуальной информации о процессе экзаменационной тренировки экипажа ПКА. УЭВМ связана с локальной вычислительной сетью Ethernet тренажера. Она обеспечивает экспертам автономное управление:
- коммутатором компьютерных сигналов 4;
- коммутатором телевизионных сигналов 1;
- состоянием (включение, выбор входа, настройки и т.п.) дополнительных устройств отображения информации 12, 13, 14.
Система отображения визуальной информации космического тренажера функционирует следующим образом. Поступающие на входы матричных коммутаторов 1, 4 сигналы изображений, имитирующие работу штатных бортовых систем ПКА, сигналы изображений модели внешней визуальной обстановки, наблюдаемых космонавтами в приборах и бортовых средствах ПКА, сигналы изображений форматов ввода-вывода информации, формируемых вычислительными средствами тренажера, набираются и выдаются потребителям видеоинформации о процессе тренировки экипажа ПКА. К потребителям видеоинформации относятся: устройства отображения информации, расположенные в рабочем месте оператора тренажера, мониторы телевизионных сигналов изображений 6, 7, 8 и мониторы компьютерных сигналов изображений 9, 10, расположенные на пульте инструктора тренажера 11, устройства отображения информации 12, 13, 14, расположенные на рабочем месте экзаменационной комиссии 16.
Выбор необходимой информации для контроля осуществляется с помощью систем управления телевизионной аппаратуры и системы компьютерной генерации изображений тренажера, обеспечивающих управление коммутацией входов матричных коммутаторов и настройками устройств отображения информации 12, 13, 14 по линии обмена информацией через COM-порты.
Управление выводом необходимой визуальной информации на средства отображения 6, 7, 8, 9, 10 пульта инструктора тренажера 11 производится с помощью специального программного обеспечения УЭВМ телевизионной аппаратуры 3 и УЭВМ системы компьютерной генерации изображений 5. Программы управления телевизионной аппаратуры и системы компьютерной генерации изображений обеспечивают управление по линии обмена информацией через COM-порты со специальных форматов УЭВМ коммутатором телевизионных видеосигналов 1 и коммутатором сигналов RGBHV 4. Команды управления выдаются через COM-порты на соответствующие устройства телевизионной аппаратуры и системы компьютерной генерации изображений. Управление коммутаторами при этом может осуществляться как с виртуальных пультов УЭВМ операторами телевизионной аппаратуры и системы компьютерной генерации изображений тренажера, так и по сети Ethernet персоналом пульта инструктора тренажера с использованием специальных форматов рабочих станций терминального вычислительного комплекса системы управления тренажером. Обмен информацией производится в соответствии с имеющимися протоколами информационного взаимодействия вычислительной системы тренажера с телевизионной аппаратурой и с системой компьютерной генерации изображений в части управления коммутаторами телевизионных и компьютерных сигналов.
Оперативное и независимое от пульта инструктора тренажера управление экспертами экзаменационной комиссии выводом необходимой для работы визуальной информации на устройства отображения информации 12, 13, 14 производится с помощью управляющей ЭВМ 15 с установленным на ней специальным программным обеспечением. Управление производится с помощью виртуального пульта (специального формата УЭВМ в виде мнемосхемы), наглядно отражающего состав устройств отображения информации для экспертов, наименование их сигнальных входов, состав источников отображаемых сигналов, прохождение команд управления, и их отработку и др.
Преимуществами предлагаемой системы отображения визуальной информации космического тренажера перед известной, расширяющими ее функциональные возможности, являются:
1. Наличие в заявляемой полезной модели устройств отображения информации, расположенных на рабочем месте экзаменационной комиссии (вне рабочей зоны пульта инструктора тренажера) обеспечивает объективный и независимый от персонала пульта инструктора тренажера контроль и оценку экспертами деятельности экипажа ПКА в процессе экзаменационной тренировки.
2. Наличие в заявляемой полезной модели управляющей ЭВМ для экспертов экзаменационной комиссии и установленного на ней специального программного обеспечения позволяет производить оперативный выбор и вывод для контроля экспертами любой предусмотренной для отображения визуальной информации о процессе проведения экзаменационной тренировки и деятельности экипажа ПКА, причем без создания помех операторам пульта инструктора тренажера.
Таким образом, предлагаемая полезная модель обеспечивает устранение недостатков известной системы отображения визуальной информации космического тренажера, а ее применение позволяет повысить эффективность и качество деятельности экспертов экзаменационной комиссии в ходе экзаменационной тренировки, обеспечив им полный и удобный доступ к имеющейся на тренажере информации о ходе имитируемого полета и деятельности экипажа ПКА.