СТРЕЛКОВЫЙ ТРЕНАЖЕР И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО К НЕМУ (ВАРИАНТЫ)

Область техники
Заявленное техническое решение относится к приборам для обучения или тренировки в прицеливании и/или наведении оружия на объект прицеливания, а также к средствам прицеливания и наводки для обучения стрельбе, в том числе без применения боеприпасов и может быть использовано как средство обучения владению и усовершенствованию навыков применения боевых, спортивных, спортивно-охотничьих и других видов огнестрельного и пневматического оружия.
Уровень техники
Из предшествующего уровня техники широко известно применение различных стрелковых тренажеров, в том числе с оптико-электронными устройствами.
Так, в частности, из патентного документа US 2003082502 Al, 01.05.2003, F41G 3/26, известна система стрелкового тренажера с подключенным к нему электронно-оптическим устройством, включающая в себя цифровую мишень для корректировки выстрелов по ней, компьютер с дисплеем, устройства для захвата цифрового изображения, в виде цифровой камеры или записывающая видеокамера, используемая вместе с оптической трубой для наблюдения за мишенями, приспособленная для захвата цифрового изображения на мишени.
Из патента RU 2130576 С1, 20.05.1999, F41G 1/32, известно прицельное устройство, включающее материальный носитель информации о прицельном знаке (носитель), например диафрагму, сетку или светящийся объект и элемент формирования изображения прицельного знака в пространстве объектов прицеливания (элемент формирования), например окуляр. При этом элемент формирования дает несколлимированный пучок от центрального фрагмента носителя, по изображению которого осуществляется прицеливание по неподвижной цели на пристрелочной дистанции (центрального фрагмента), при этом выходная апертура прицельного устройства разбита на две зоны: рабочую и предварительного наведения.
Из патента RU 2310150 С1, 10.11.2007, F41G 3/26, известен стрелковый тренажер, содержащий оружие со спусковым механизмом, видеокамеру, закрепленную на оружии и связанную с видеовходом вычислителя, устройство отображения результатов стрельбы и мишенное поле с мишенями. Оружие со спусковым механизмом является боевым, тренажер снабжен звуковыми колонками, а оружие - двумя микровыключателями, первый из которых жестко закреплен на его рукоятке под спусковым крючком, а второй - на рукоятке под курком с возможностью замыкания электрической цепи при взводе курка Оба микровыключателя соединены последовательно и подключены к входу вычислителя, устройство отображения результатов и звуковые колонки подключены к выходу вычислителя, при этом видеокамера закреплена под стволом посредством кронштейна, мишенное поле установлено на расстоянии, заданном при выполнении реальных стрельб, мишени выполнены бумажными, а тренажер дополнительно снабжен тисками для закрепления оружия в режиме пристрелки.
Из патента на полезную модель RU 49214 U1, 10.11.2005, F41G 3/26, известен оптико-электронный тренажер, содержащий имитатор оружия, оснащенный оптико-электронным узлом, мишень, звуковое устройство имитации выстрела, штатив, органы управления и устройство обработки и отображения результатов стрельбы. При этом мишень выполнена сменной, устанавливаемой на планшет, оснащенный источником инфракрасного излучения.
Из патента на полезную модель RU 50295 U1, 27.12.2005, F41G 3/26, известен стрелковый тренажер, содержащий оружие со стволом, затвором и ударно-спусковым механизмом, имеющим спусковой крючок, мишень, средство лазерного излучения (СЛИ) с источником питания, закрепленное на оружии посредством насадки. Насадка представляет собой кронштейн, в верхней части которого выполнен паз трапецеидальной формы, при этом на нижней стороне переднего выступа рамки пистолета закреплена пластина трапецеидального сечения для установки кронштейна, а средство лазерного излучения установлено с натягом в кронштейне и снабжено пластинчатой пружиной, одним концом зафиксированной на поверхности СЛИ, а другим соединенной с кнопкой включения СЛИ и установленной с возможностью механического взаимодействия с нижней стороной движущегося затвора в момент выстрела, при этом стрелковый тренажер содержит WEB-камеру, подключаемую к USB-порту компьютера.
Из патента на полезную модель RU 54422 U1, 27.06.2006, F41G 3/26, известен стрелковый тренажер, содержащий, по крайней мере, одно оружие со стволом, затвором и ударно-спусковым механизмом, снабженное трапецеидальной пластиной, кронштейном с трапецеидальным пазом, микровыключателем, пластинчатой пружиной, механически взаимодействующей с нижней стороной движущегося в момент выстрела затвора. В кронштейне жестко закреплена беспроводная минивидеокамера с источником питания, а пластинчатая пружина зафиксирована одним концом на поверхности кронштейна, и соединена другим концом с микровыключателем, при этом стрелковый тренажер содержит также приемник, работающий на одних частотах с видеокамерами единиц оружия в УКВ-диапазоне, выполненный с возможностью его подключения к информационному порту компьютера.
Из патентного документа US 2007238073 A1, 11.10.2007, F41G 3/26, известен анализ программируемой траектории движения снаряда, выполняемый при помощи стрелкового тренажера, подключенного к компьютеру, с возможностью произведения выстрелов как по движущейся, так и по зафиксированной цифровым мишеням, которые также подключены соответственно к компьютеру. При этом информация о прицеливании, перемещении мишени, а также возможных отклонениях тренажера при прицеливании, передается в специальное устройство, где с помощью программы вычисляется программируемая траектория движения снаряда при тех или иных условиях.
Общими недостатками приведенных технических решений является необходимость оборудования специальных тренинговых площадок дорогими мультимедийными аппаратными средствами, либо макетами, имитирующими рельеф полевых условий или городскую архитектуру, а также необходимость использования средств видеонаблюдения, количество которых увеличивается с увеличением числа наблюдаемых объектов - мишеней. Это усложняет тренажер и значительно увеличивает время его развертывания, что приводит к использованию тренажера только в условиях стационарной площадки.
Также к недостаткам указанных решений следует отнести недостаточную эффективность тренировочного процесса из-за отсутствия информации о процессе прицеливания в виде непрерывной траектории перемещения оружия относительно мишени.
Задачей заявленной полезной модели является устранение приведенных недостатков, и состоит в обеспечении удобства пользования стрелковым тренажером с оптико-электронным устройством при одновременном повышении уровня автоматизированного процесса обучения и оценки действий обучаемого.
Сущность полезной модели
Поставленная задача, в части первого варианта выполнения, достигается за счет того, что оптико-электронное устройство для стрелкового тренажера, согласно полезной модели, содержит корпус и последовательно установленные в нем линзу и антибликовую диафрагму, оптически связанные со светочувствительной матрицей, размещенной на или соединенной с печатной платой, на которой также размещены микроконтроллер, электрически связанный со светочувствительной матрицей, и средство регистрации колебаний, электрически связанное с микроконтроллером.
Целесообразно, чтобы средство регистрации колебаний было выполнено обеспечивающим регистрацию звуковых колебаний или вибраций в виде микрофона и/или акселерометра.
При этом, на, по крайней мере, одну внешнюю поверхность линзы нанесено просветляющее покрытие.
Линза выполнена составной из, по меньшей мере, двух линз, одна из которых является собирающей, а другая рассеивающей.
Целесообразно, чтобы линза была выполнена асферической ахроматической, состоящей из двух линз, соединенных между собой.
Предпочтительно, чтобы на внутреннюю поверхность корпуса было нанесено антибликовое покрытие, при этом антибликовое покрытие выполнено в виде кольцевой нарезки и/или методом анодирования.
Корпус включает, по меньшей мере, два отсека, соединенных между собой разъемно, в одном из которых размещены и зафиксированы линза и диафрагма поля зрения, оптически связанные со светочувствительной матрицей, имеющей электрическую связь с микроконтроллером, электрически связанным в свою очередь с акселерометром.
Кроме того, антибликовая диафрагма размещена в другом отсеке, чем линза и диафрагма поля зрения.
Отсеки могут быть соединены между собой разъемно посредством резьбового соединения с обеспечением фокусировки изображения мишени на светочувствительной матрице, при этом шаг резьбы выбран таким, чтобы не более чем за один оборот одного отсека относительно другого обеспечивалась фокусировка изображения мишени на светочувствительной матрице.
Поставленная задача, в части второго варианта выполнения, достигается за счет того, что оптико-электронное устройство для стрелкового тренажера, согласно полезной модели, содержит корпус и последовательно установленные в нем асферическую ахроматическую линзу, антибликовую диафрагму, диафрагму поля зрения, печатную плату с микроконтроллером, светочувствительной матрицей и акселерометром, причем корпус включает, по меньшей мере, два отсека, соединенных между собой разъемно, в одном из которых размещены и зафиксированы асферическая ахроматическая линза и диафрагма поля зрения, оптически связанные со светочувствительной матрицей, имеющей электрическую связь с микроконтроллером, электрически связанным в свою очередь с акселерометром.
Предпочтительно, чтобы антибликовая диафрагма была размещена в другом отсеке, чем асферическая ахроматическая линза и диафрагма поля зрения
Отсеки соединены между собой разъемно посредством резьбового соединения с обеспечением фокусировки изображения мишени на светочувствительной матрице.
При этом, на, по крайней мере, одну внешнюю поверхность асферической ахроматической линзы нанесено просветляющее покрытие. При этом, сама асферическая ахроматическая линза выполнена составной из, по меньшей мере, двух линз, одна из которых является собирающей, а другая рассеивающей. На внутреннюю поверхность корпуса нанесено антибликовое покрытие, которое может быть выполнено в виде кольцевой нарезки и/или методом анодирования.
Поставленная задача решается также за счет стрелкового тренажера, который, согласно полезной модели, содержит снабженное средством для прицеливания и спусковым механизмом оружие или его имитацию с неподвижно закрепленным на нем оптико-электронным устройством, содержащим корпус и последовательно установленные в нем линзу, антибликовую диафрагму, печатную плату с размещенными на ней светочувствительной матрицей, микроконтроллером, а также акселерометром, причем оптико-электронное устройство выполнено обеспечивающим в рабочем режиме непрерывное определение координат перемещений средства для прицеливания относительно мишени, фиксацию момента срабатывая спускового механизма и передачу данных проводным или беспроводным образом на устройство обработки и отображения информации.
Кроме того, тренажер может быть дополнительно снабжен средством регистрации колебаний, обеспечивающим регистрацию звуковых колебаний или вибраций и выполненным в виде, например, микрофона.
Оптико-электронное устройство стрелкового тренажера может быть снабжено средством для передачи данных проводным и/или беспроводным образом, например USB портом, Wi-Fi или Bluetooth адаптером.
Оптико-электронное устройство стрелкового тренажера может быть снабжено автономным и/или внешним источником питания.
Линза в стрелковом тренажере может быть выполнена составной из, по меньшей мере, двух линз, одна из которых является собирающей, а другая рассеивающей, например, линза выполнена асферической ахроматической из двух линз, соединенных между собой, при этом на, по крайней мере, одну внешнюю поверхность линзы нанесено просветляющее покрытие.
Целесообразно выполнение тренажера таким образом, чтобы на внутреннюю поверхность корпуса было нанесено антибликовое покрытие, например, в виде кольцевой нарезки и/или полученное методом анодирования.
Кроме того, в стрелковом тренажере корпус оптико-электронного устройства включает, по меньшей мере, два отсека, соединенных между собой разъемно, в одном из которых размещены и зафиксированы линза и диафрагма поля зрения, оптически связанные со светочувствительной матрицей, имеющей электрическую связь с микроконтроллером, электрически связанным в свою очередь с акселерометром.
При этом отсеки указанного корпуса соединены между собой разъемно посредством резьбового соединения с обеспечением фокусировки изображения мишени на светочувствительной матрице, а шаг резьбы выбран таким, чтобы не более чем за один оборот одного отсека относительно другого обеспечивалась фокусировка изображения мишени на светочувствительной матрице.
Единым техническим результатом от использования заявленной группы полезной модели является упрощение конструкции, за счет снижения массы, габаритов, конструктивной и технологической сложности оптико-электронного устройства, а следовательно требований к жесткости и прочности места на оружии, предназначенного для установки такого устройства при сохранении необходимых точностных характеристик и тактических возможностей оптико-электронных устройств.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлен общий вид (вил сбоку) оптико-электронного устройства;
На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1
Осуществление полезной модели
Позициями на чертежах обозначены следующие конструктивные элементы:
1. Первый отсек корпуса - тубус;
2. Линза;
3. Шайба;
4. Диафрагма поля зрения;
5. Второй отсек корпуса;
6. Антибликовая диафрагма;
7. Упорное кольцо;
8. Заглушка;
9. Печатная плата;
10. Светочувствительная матрица (Image Sensor);
11. Разъем.
По первому варианту выполнения оптико-электронное устройство для стрелкового тренажера содержит корпус и последовательно установленные в нем линзу (2) и антибликовую диафрагму (6).
Линза (2) и антибликовая диафрагма (6) оптически связаны со светочувствительной матрицей (10), размещенной на или соединенной с печатной платой (9).
На печатной плате (9) размещены также микроконтроллер (на чертежах не показан), электрически связанный со светочувствительной матрицей (10), и средство регистрации колебаний (на чертежах не показано), электрически связанное с микроконтроллером.
По второму варианту выполнения оптико-электронное устройство для стрелкового тренажера содержит корпус и последовательно установленные в нем линзу (2), которая в данном варианте выполнена асферической ахроматической, антибликовую диафрагму (6), диафрагму поля зрения (4), печатную плату (9) с микроконтроллером (на чертежах не показан), светочувствительной матрицей (10) и акселерометром (на чертежах не показан).
Корпус состоит из, по меньшей мере, двух отсеков (1) и (5), соединенных между собой разъемно. В одном из отсеков корпуса - тубусе (1) размещены и зафиксированы асферическая ахроматическая линза (2) и диафрагма поля зрения (4), оптически связанные со светочувствительной матрицей (10), размещенной в другом отсеке (5) корпуса, и имеющей электрическую связь с микроконтроллером, электрически связанным в свою очередь с акселерометром.
В корпусе установлена печатная плата (9). Отсеки корпуса (1) и (5) соединены между собой с использованием резьбового соединения - в один отсек (5), посредством внешней резьбы, вкручивается тубус (1), который также имеет внутреннюю резьбу для закручивания шайбы (3). Шаг внешней резьбы выбран таким образом, чтобы не более чем за один оборот тубуса (1) обеспечивалась фокусировка изображения мишени на светочувствительной матрице.
Асферическая ахроматическая линза (2) представляет собой асферический ахромат, т.е. сложную линзу, состоящую из двух - собирающей и рассеивающей, склеенных между собой. На внешнюю поверхность линзы (2) нанесено просветляющее покрытие. Линза (2) устанавливается в тубус (1) и фиксируется шайбой (3).
Диафрагма поля зрения (4) устанавливается в первый отсек корпуса - тубус (1), и предназначена для ограничения поперечного сечения световых пучков, проходящих через линзу (2).
Антибликовая диафрагма (6) устанавливается во второй отсек корпуса (5), и предназначена для уменьшения двойных отражений световых пучков от стеклянной поверхности матрицы.
Упорное кольцо (7) предназначено для фиксирования печатной платы (9) во втором отсеке (5) корпуса.
Заглушка (8) предназначена для защиты электронных компонентов, расположенных на печатной плате (9) от влаги, пыли, грязи.
На печатной плате (9) расположены электронные компоненты, необходимые для работы устройства, а именно:
а) Светочувствительная матрица (10) предназначена для преобразования спроецированного на нее оптического изображения в поток цифровых данных.
б) Микроконтроллер (на чертеже не показан) предназначен для преобразования потока цифровых данных в координаты перемещений электронно-оптического датчика относительно мишени.
Разъем (11) устанавливается на печатную плату (9), предназначен для подключения USB кабеля для передачи данных от электронно-оптического датчика в устройство обработки и отображения информации.
Все металлические детали выполнены из алюминиевого сплава Д16-Т, анодированы и окрашены в черный цвет.
ОПИСАНИЕ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА
Оптико-электронное устройство, выполненное согласно первому или второму варианту, с помощью крепежных элементов (на чертежах не показаны) неподвижно закрепляется на стрелковом тренажере, т.е. на оружие (на чертеже не показано). При наведении оружия на мишень (изображение мишени), световой ноток от мишени, проходя через линзу (2) формирует оптическое изображение мишени на поверхности светочувствительной матрицы (10), причем оптическое изображение должно быть сфокусированным. Это достигается вращением одного отсека корпуса - тубуса (1) относительно другого отсека (5) корпуса и установкой шкалы (в виде рисок с цифровыми обозначениями в метрах), нанесенной на тубусе (1), в положение, соответствующее расстоянию от устройства до мишени. Расстояние от устройства до мишени может быть теоретически любым (на практике от двух метров до 3 километров, для известных тренажеров предельное расстояние до 100 метров). Мишень должна находиться в прямой видимости устройства.
Светочувствительная матрица (10) непрерывно преобразует оптическое изображение в поток данных.
Микроконтроллер, установленный на печатной плате (9) обрабатывает поток данных и при обнаружении мишени вычисляет положение мишени относительно начальных координат светочувствительной матрицы, определяемых при калибровке устройства, и преобразует в координаты (в миллиметрах) перемещения устройства относительно мишени.
Полученные координаты передаются в устройство обработки и отображения информации и преобразуются в непрерывную траекторию перемещения устройства относительно мишени, отображаемую на мониторе устройства обработки и отображения информации.
Положение устройства на оружии может быть произвольным (световой поток не должен перекрываться никакими конструкциями оружия). При этом, положение устройства относительно поверхности Земли во втором варианте выполнения определяется при помощи установленного на печатную плату (9) акселерометра. Это позволяет правильно определять направления смещения устройства относительно мишени (влево, вправо, вверх, вниз) при любом угловом развороте светочувствительной матрицы в плоскости, перпендикулярной оптической оси линзы (2).
В рабочем режиме устройство непрерывно определяет координаты перемещений устройства относительно мишени. Качество выполнения выстрела определяется траекторией и расположением виртуальной пробоины на мишени.
Устройство остается работоспособным в широком диапазоне освещенности на мишени (от 200 люкс до 100000 люкс) за счет антибликового покрытия, примененного в устройстве, а также диафрагмы поля зрения (4) и антибликовой диафрагмы (6) в сочетании с режимом автоподстройки затвора светочувствительной матрицы.
Антибликовое покрытие достигается нанесением кольцевой нарезки на внутреннюю поверхность одного отсека корпуса - тубуса (1) и другого отсека корпуса (5) в местах отсутствия резьбы с последующим анодированием и окраской в черный цвет.
Устройство остается работоспособным в широком диапазоне ударных нагрузок, вибраций и температур за счет подбора электронных компонентов, устойчивых к этим нагрузкам и температурам.
Применение в устройстве ахроматической линзы с просветляющими покрытиями, улучшает фокусировку оптического изображения мишени на светочувствительной матрице, что повышает точность определения координат устройством.
Заявляемый стрелковый тренажер с использованием заявленных вариантов оптико-электронных устройств, позволяет в условиях полноценного использования автоматики оружия приобрести уверенные навыки прицельной стрельбы в одиночных и групповых упражнениях, приближенных к боевой обстановке на реальной местности и без использования заранее подготовленного мишенного поля.