ЛАЗЕРНЫЙ ИМИТАТОР СТРЕЛЬБЫ
LASER FIRE SIMULATOR

Изобретение относится к лазерным учебно-тренировочным средствам и может быть использовано для имитации стрельбы прямой наводкой в широком диапазоне дальностей.
Известен имитатор стрельбы, формирующий на дальности стрельбы лазерное пятно постоянного размера. Имитатор стрельбы содержит оптически связанные объектив, панкратическую оптическую формирующую систему, осветитель и лазер с источником питания. Имитация поражения осуществляется с помощью размещенных на цели фотоприемников и блока индикации результатов выстрела. При задании дальности панкратическая оптическая формирующая система перемещается так, чтобы пятно лазерного излучения на заданной дальности имело определенный размер, что необходимо для имитации соответствующей оружию вероятности попадания в цель. При правильном вводе дальности в имитатор, при условии точного прицеливания, лазерное пятно засвечивает определенное количество фотоприемников, что оценивается как попадание в цель (СССР, А.с. №1605673, з. №2279778/40-22 от 26.05.80 г., F41G 3/26).
Указанный имитатор имеет следующий недостаток. Оптическая формирующая система формирует постоянный размер лазерного пятна на вводимой дальности стрельбы, но не обеспечивает в этом пятне постоянной плотности мощности. При этом, если плотность мощности излучения в пятне на введенной дальности превышает пороговую величину, определяемую фотоприемниками, то такой луч будет зарегистрирован фотоприемниками и на больших дальностях, причем с большей вероятностью из-за расходимости луча. Т.о., в некотором диапазоне дальностей, превышающих заданную дальность, вероятность попадания в цель из имитатора больше, чем из имитируемого оружия.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому - прототипом - является лазерный имитатор стрельбы и поражения, состоящий из имитатора стрельбы, формирующего в имитируемом диапазоне дальностей лазерное пятно определенного размера с определенной плотностью мощности излучения в пятне, и имитатора поражения (Патент РФ №2037767, заявка №3135227/09 от 21.02.86 г., F41G 3/26). Имитатор стрельбы содержит оптически сопряженные последовательно установленные источник излучения (лазер с источником питания), светофильтр переменной оптической плотности, представляющий собой транспарант с зонами различного пропускания, и объектив. Имитатор поражения содержит приемник излучения и блок определения попадания. Светофильтр переменной оптической плотности выполнен в виде диафрагмы и состоит из ряда зон с соответствующими коэффициентами пропускания: зона с наибольшим размером имеет наименьший коэффициент пропускания и предназначена для стрельбы на меньшую дальность и, наоборот, зона с меньшим размером имеет большее пропускание и предназначена для стрельбы на большую дальность. Зоны формируемого лазерного луча смещены относительно друг друга по вертикали на углы, соответствующие углам прицеливания имитируемого оружия, точнее на разность этих углов для соответствующих дальностей. По сути своей работы этот светофильтр есть транспарант, изображение которого в проходящем лазерном свете строится объективом на дальностях стрельбы.
В указанном имитаторе дальность стрельбы стрелком в имитатор не вводится, расходимость луча при подготовке к выстрелу не изменяется. Имитатор формирует луч с максимальной расходимостью, необходимой для обеспечения пятна определенного размера по горизонтали на минимальной дальности и максимального угла прицеливания на максимальной дальности по вертикали. Увеличение линейных размеров пятна на больших дальностях за счет расходимости излучения сопровождается уменьшением плотности мощности в пятне, т.о. с увеличением дальности все большая часть пятна "обрезается", т.е. не воспринимается приемником излучения. Постоянный размер пятна обеспечивается выбором начального распределения плотности мощности в луче при фиксированном пороге срабатывания приемного устройства имитатора поражения. Правильность учета дальности стрельбы стрелком контролируется путем оценки ввода угла прицеливания: на минимальной дальности приемник срабатывает в любой точке лазерного пятна, а на максимальной - только в самой нижней его части. При стрельбе стрелок должен ввести угол прицеливания, чтобы на приемник попадала зона пятна с плотностью мощности большей пороговой для приемника.
Недостатком имитатора стрельбы - прототипа является малый диапазон изменения дальности и углов прицеливания при имитационной стрельбе. Пятно необходимых размеров с заданной плотностью мощности излучения в имитируемом диапазоне дальностей формируется светофильтром с большим перепадом коэффициента пропускания в зонах: на дальностях от 100 м до 1000 м - от 100% до 1%, а на дальностях от 10 м до 1000 м - от 100% до 0,01%. При больших дальностях имитации и больших углах прицеливания требуется большая мощность излучения лазера, т.к. используется малая часть излучения, большая часть излучения гасится транспарантом.
Кроме того, изготовление транспаранта с малыми размерами (а это определяет фокус объектива и, соответственно, габариты имитатора стрельбы) и большим перепадом пропускания по зонам представляет определенную технологическую сложность.
Задачей изобретения является расширение диапазона дальностей и увеличение углов прицеливания при имитационной стрельбе без увеличения мощности лазера.
Кроме того, в частных случаях реализации решаются задачи повышения технологичности лазерного имитатора стрельбы за счет упрощения конструкции транспаранта и упрощения конструкции лазерного имитатора стрельбы.
Технические результаты - расширение диапазона дальностей имитационной стрельбы и увеличение углов прицеливания - достигаются путем локального повышения плотности мощности лазерного излучения в пятне на транспаранте (светофильтре, имеющем зоны с различным пропусканием). Для этого в лазерный имитатор стрельбы, содержащий, как и прототип, оптически связанные объектив, транспарант, осветитель и лазер с устройством питания, в отличие от прототипа введены расположенное между лазером и транспарантом сканирующее устройство и связанный с ним привод.
В частных случаях реализации в лазерном имитаторе стрельбы может быть выполнено следующее.
Для упрощения конструкции имитатора в качестве сканирующего устройства может использоваться одна из линз осветителя, выполненная с возможностью перемещения приводом.
Для упрощения транспаранта за счет уменьшения динамического диапазона коэффициента пропускания по зонам, устройство питания лазера может быть выполнено с возможностью изменения накачки лазера синхронно с отклонением луча сканирующим устройством.
Кроме того, для упрощения транспаранта за счет уменьшения динамического диапазона коэффициента пропускания по зонам, лазерный имитатор стрельбы может быть оснащен установленным по ходу луча светофильтром с изменяемым пропусканием: пропускание изменяется синхронно с отклонением луча сканирующим устройством. Светофильтр с изменяемым пропусканием может быть установлен в любом месте оптической схемы по ходу луча.
В лазерном имитаторе стрельбы может быть использован полупроводниковый, твердотельный или иной лазер.
Пример конкретной реализации лазерного имитатора стрельбы приведен на фиг.1, 2. На фиг.1 представлен лазерный имитатор стрельбы с клиновым сканирующим устройством. На фиг.2 показана проекция сканируемого лазерного луча на транспарант.
Лазерный имитатор (фиг.1) содержит последовательно установленные оптически связанные объектив 1, транспарант 2, сканирующее устройство 3, осветитель 4, полупроводниковый лазер 5, устройство 6 питания лазера, привод 7 и светофильтр 8 с изменяемым пропусканием.
1
2
3
4
1
2
3
4
На транспаранте 2 (фиг.2) формируется лазерное пятно 9. Транспарант 2 выполнен с зонами 10, имеющими пропускание τ, τ, τ, τ, соответственно по зонам, причем τ≤τ≤τ≤τ. В общем случае количество зон 10 транспаранта 2 может быть больше, оно определяется необходимой точностью имитации учета угла прицеливания. В предельном случае распределение пропускания транспаранта может быть непрерывным.
1
4
Транспарант 2 представляет собой, например, стеклянную пластину с нанесенным на ней покрытием в виде смещенных относительно друг друга прямоугольных зон 10 с различным пропусканием τ-τ.
Привод 7 связан со сканирующим устройством 3, устройством 6 питания лазера и светофильтром 8 с изменяемым пропусканием. Сканирующее устройство 3 выполнено в виде пары вращающихся оптических клиньев. Вращение клиньев осуществляется приводом 7. Осветитель 4 функционально представляет собой оптическую систему, формирующую излучение полупроводникового лазера 5 в лазерное пятно 9 заданных размеров на транспаранте 2.
Светофильтр 8 с изменяемым пропусканием выполнен, например, в виде двух поляроидов, один из которых поворачивается приводом 7 в зависимости от положения сканирующего устройства 3, т.е. в зависимости от положения лазерного пятна 9 на зонах 10 транспаранта 2. В зависимости от конкретного типа лазера - степени поляризации его излучения - возможно применение одного поляроида. Светофильтр 8 с изменяемым пропусканием может быть установлен в любом месте оптической схемы по ходу луча.
Устройство 6 питания лазера выполнено с возможностью изменения накачки лазера 5, а следовательно, и мощности излучения, в зависимости от положения сканирующего устройства 3, т.е. в зависимости от положения лазерного пятна 9 на зонах 10 транспаранта 2.
Для перекрытия большого диапазона дальностей имитационной стрельбы требуется изменение плотности мощности излучения в большом диапазоне, т.к. плотность мощности излучения на цели изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния до цели (без учета изменения пропускания атмосферы от дальности). Для перекрытия большого диапазона углов прицеливания требуется транспарант 2 с большим вертикальным размером и, соответственно, требуется засветка транспаранта 2 лазерным пятном большого размера с плотностью мощности, достаточной для регистрации излучения на максимальной дальности имитационной стрельбы.
Обеспечить большой динамический диапазон изменения мощности излучения только за счет одного регулирующего элемента - транспаранта 2 - технологически сложно. В ряде случаев бывает проще применить регулирование мощности излучения за счет изменения накачки лазера 5 устройством 6 питания лазера и (или) за счет изменения пропускания светофильтра 8 с изменяемым пропусканием.
Имитатор стрельбы работает следующим образом. При имитационном выстреле полупроводниковый лазер 5 излучает серию импульсов лазерного излучения. Это излучение формируется осветителем 4 на транспаранте 2 в полоску заданных размеров - лазерное пятно 9 - и сканируется сканирующим устройством 3 с помощью привода 7 таким образом, что лазерное пятно 9 за время имитационного выстрела «пробегает» по транспаранту 2 один или несколько раз. Изображение транспаранта 2 в проходящем лазерном свете проецируется на цель. Размер зон поражения цели на дальностях имитационной стрельбы обеспечивается размерами зон 10 транспаранта 2, спроецированными на цель, и определяется характеристиками оружия. На малой дальности угловые размеры зоны поражения максимальны. Дальность действия лазерного имитатора определяется максимальной плотностью мощности излучения в лазерном пятне 9.
В данном устройстве сжатое до полоски излучение лазера за счет уменьшения площади лазерного пятна 9 имеет более высокую плотность мощности по сравнению с прототипом и это позволяет обеспечить больший диапазон дальностей имитационной стрельбы и большие углы прицеливания. Сканирование лазерного пятна 9 по транспаранту 2 позволяет обеспечить требуемый размер зон поражения (по горизонту) и угла прицеливания (по вертикали). В прототипе размер зон поражения обеспечивался размерами и пропусканием транспаранта одномоментно при каждом излучении лазера, а в предлагаемом устройстве размер зон поражения формируется при имитационном выстреле путем излучения нескольких лазерных посылок и наложения нескольких лазерных пятен на поле транспаранта 2 за счет сканирования. Таким образом обеспечивается формирование пятна необходимых параметров (размеров и плотности мощности) в широком диапазоне дальностей, что приближает вероятность попадания к реальной в широком диапазоне дальностей.
На малых дальностях плотность мощности излучения может существенно превышать необходимую. До уровня, необходимого для срабатывания фотоприемных устройств на цели на дальности стрельбы, излучение лазера 5 ослабляется дополнительными к транспаранту 2 средствами. За проход по транспаранту 2 излучение ослабляется путем изменения накачки лазера 5 устройством 6 питания лазера и путем ослабления излучения светофильтром 8 изменяемой плотности или одним из этих путей. Это позволяет иметь транспарант 2 с минимальным динамическим диапазоном коэффициента пропускания зон или вовсе без изменения пропускания по зонам 10. В этом случае транспарант 2 задает только сечение лазерного луча. Такой транспарант прост в изготовлении, технологичен.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет расширить диапазон дальностей имитационной стрельбы и углов прицеливания. Кроме того, изобретение позволяет упростить транспарант, повысить технологичность имитатора.