Імітатор зовнішньої візуальної обстановки для кінотеодолітної станції

1. Имитатор внешней визуальной обстановки для кинотеодолитной станции, содержащий коллимирущий зеркальный объектив, светоделительное зеркало, установленное перед входным зрачком оптической системы кинотеодолитной станции наклонно к оптической оси, формирователь имитируемого изображения в виде индикаторного блока и оптическое устройство, сопрягающее светогенерирующую поверхность формирователя имитируемого изображения с фокальной поверхностью коллимирующего зеркального объектива, 28432 ках имитаторов ВВО описаны, например, в а.с. СССР: 245460 (G09B); 1.309.798 (B64G7/00), в патентах США: 3.557.470 (35-12; G03B29/00); 3.999.308 (35/12N, 35/10.2; G09B9/08); 3.785.715 (35-12); G02B17/00) 4.103.435 (35/12N; G09B9/08), Великобритании: 1.289.562 (B7W); 1.497.113 (G2j), ФРГ: 2.148.607 (42n-11/50), Франции: 2.176.707 (G06g 7/12); 2.084277 (F41g 3/00). Недостатки известных имитаторов ВВО, используемых при обучении операторов КТС, заключаются, во-Iх в значительной сложности (по количеству компонентов и трудоемкости изготовления сборки) оптических узлов, и конструкции самого имитатора ВВО. Во-IIх, вследствие сложности оптики имеют место значительные аберрационно-параллактические искажения в воспроизводимой картинке, особенно по краям поля зрения, то есть именно в тех участках имитируемой обстановки, где и следует тренировать обнаружительно-опознавательнне навыки операторов КТС. В III-х, известные тренажеры КТС и входящие в них имитаторы ВВО имеют недостаточную адекватность воспроизведения внешней обстановки. Например, "ангарные" тренажеры КТС не способны воссоздать динамичную метеообстановку, сопутствующую реальным условиям ВТИ и штатной деятельности операторов КТС. А полигонное обучение, как указывалось, является весьма дорогостоящим в организационном и материально-техническом отношении. Основой наиболее распространенных известных имитаторов ВВО коллиматорного типа для КТС являются объектив в виде сферического зеркала и светоделитель, расположенный наклонно к оптической оси и формирователю изображения, в качества которого применяют чаще всего экран электронного индикаторного устройства, например, в вида ЭЛТ [4]. Обязательным компонентом оптической системы имитатора ВВО такого типа является сопрягающее оптическое устройство (СОУ), которое создает мнимое изображение ВВО в фокальной поверхности зеркального коллимирующего объектива. Обычно СОУ выполнено в виде многокомпонентного объектива, проецирующего изображение с экрана индикаторного устройства в фокальную поверхность сферического зеркального объектива (теоретически в сферу радиусом R/2, где R - радиус кривизны зеркала объектива). Аналогичная схема описана в патенте США (пат. № 3549803 НКИ: 178/788 1970 г. МПК Н01j29/89), где также изображение, воспроизводимое на экране ЭЛТ, формируется (проецируется в фокальной поверхности зеркального объектива с помощью СОУ. Последнее выполнено в виде выпукло-вогнутой прецизионной линзы, лучерасщепителя, отражающего зеркала и диафрагмы. Недостатки известных имитаторов ВВО этого типа заключаются в наличии существенных аберрационно-параллактических искажений по краям поля зрения и неприемлемой для современных КТС громоздкости. Из известных имитаторов ВВО наиболее близким к предлагаемому является принятый за прототип имитатор коллиматорного типа УОС-Кл-35В (см. паспорт на изделие "ГАЛЛАКТИКА" коллиматор УОС-КЛ-35В, изд. ПО "Завод АРСЕНАЛ" 1986 год. утвержден БЦ2. 766.207 ПС-ЛУ). Этот унифицированный имитатор ВВО был создан для комплекса космических тренажеров, расположенных в специальных помещениях Центра подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина. Конструктивно-оптическая схема этого унифицированного имитатора ВВО содержит (см. фиг. 1): коллимирующий зеркальный объектив (КЗО) 1 в виде сферического зеркала; светоделительное зеркало 2; индикаторный блок 3 на базе ЭЛТ; сопрягающее оптическое устройство 4, в виде проекционного многокомпонентного объектива 5. Проекционный объектив 5, примененный в коллиматоре УОС-КЛ-35В в качестве СОУ 4, состоящий из шести оптических і компонентов, строит промежуточное изображение картинки с экрана ЭЛТЗ в фокальной поверхности коллимирущего зеркального объектива 1. КЗО 1 формирует изображение картинки на бесконечности, которое с помощью светоделительного зеркала 2 направляют в выходной зрачок коллиматора, где располагают глаза (глаз) тренируемого оператора, либо входной зрачок штатного прибора (например, космического секстанта, или входного объектива КТС и/или входного объектива видоискателя КТС). Описанная конструктивно-оптическая схема имитатора ВВО, принятого за прототип, имеет два существенных недостатка (с точки зрения использования в качестве основного агрегата для полигонной тренировки операторов КТС). Во - Iх, конструктивная сложность из-за многокомпонентности СОУ, и, соответственно, габаритная громоздкость из-за присущего для такого СОУ взаиморасположения оптических компонентов имитатора. Этот недостаток в свою очередь не позволяет оперативно переходить от тренажных к штатным режимам работы КТС и обратно. Во - IIх, невзирая на сложность/многокомпонентность СОУ, имитатор-прототип обладает значительными аберрационно-параллактическими искажениями, особенно по краям поля зрения, что снижает качество формирования обнаружительноопознавательных навыков у тренируемого. В основу изобретения поставлена задача упрощения конструкции имитатора ВВО и уменьшение громоздкости его при одновременно повышении качества (точности) воспроизведения имитируемой ВВО. Одновременно решается задача обеспечения многорежимности использования данного имитатора ВВО в условиях применения его непосредственно на КТС, установленных на полигонных постах ВТИ. Для решения этих задач в имитаторе ВВО для КТС, содержащем коллимирующий зеркальный объектив (КЗО), светоделительное зеркало, установленное перед входным зрачком оптической системы КТС наклонно к оптической оси, формирователь имитируемого изображения в виде индикаторного блока выполненного, например, на ЭЛТ, и сопрягающее оптическое устройство (СОУ), последнее выполнено в виде многожильного волоконно-оптического элемента (ВОЭ) регулярной структуры, входной торец которого при 2 28432 соединен к светогенерирующей поверхности экрана индикаторного блока, а выходной его торец установлен в фокальной поверхности КЗО и выполнен по форме сфероида с радиусом кривизны, равным радиусу кривизны фокальной поверхности коллимирующего зеркального объектива. При этом выходной торец ВОЭ расположен по оптической оси за светоотделительным зеркалом напротив объектива, а сам ВОЭ может быть выполнен в виде гибкого волоконного жгута, входной торец которого вместе с индикаторным блоком размещен вне поворотной части КТС, например, на станине. Сопоставительный анализ предлагаемого имитатора ВВО и прототипа показывает, что данный имитатор ВВО отличается взаимным расположением компонентов и схемотехникой выполнения СОУ. В частности, СОУ в данном имитаторе выполнено в виде волоконно-оптического элемента регулярной структуры, входной торец которого присоединен к светогенерирующей поверхности экрана индикационного блока, а выходной его торец установлен в фокальной поверхности КЗО и выполнен в виде сфероида с радиусом кривизны, равным радиусу фокальной поверхности КЗО. Кроме того, в данном имитаторе выходной торец ВОЭ расположен по оптической оси за светоделительным зеркалом напротив КЗО. Сами по себе известны ВОЭ регулярной структуры (укладки), а также их применение в оптическом приборостроении (см. [2, 9, 10]). Известны также волоконно-оптические шайбы (см. [9] стр. 290¸292), в том числе присоединенные к экрану индикаторного устройства, например, для повышения четкости изображения, воспроизводимого ЭЛТ (см. [2] стр. 227). Однако нет сведений, чтобы эти волоконно-оптические шайбы выполняли в имитаторах ВВО функцию СОУ и имели выходной торец, выполненный в виде сфероида нужного радиуса кривизны. В тоже время известны технологические приемы образования сфероидальной формы на торцах волоконных шайб (см. [9, 10]). В данном устройстве ВОЭ регулярной структуры (шайба), выполняющий функцию СОУ, своим входным торцом присоединен к светогенерирующей поверхности ЭЛТ, а его сфероидальный торец установлен за светоделительным зеркалом против КЗО в его фокальной поверхности так, что их центры кривизны оптически совмещены. ВОЭ может быть выполнен в виде "удлиненной" шайбы, то есть в виде волоконно-оптического жгута регулярной структуры. Это позволяет расположить индикаторный блок вне поворотной части КТС. Таким образом предлагаемый имитатор ВВО промышленно реализуем в смысле осуществимости вновь вводимых компонентов, связей между ними и существующими компонентами, а также их нового расположения. Предлагаемое выполнение СОУ и взаиморасположение существующих и вновь вводимых компонентов позволяет получить следующие положительные результаты: 1) более точное (в смысле беспараллаксности-благодаря тому, что каждая светогенерирющая точка изображении помещена в факальной поверхности КЗО) и более четкое (благодаря волоконной структуре СОУ) воспроизведение изображения; 2) упрощение конструкции (за счет однокомпонентности СОУ в виде ВОЭ) и облегчение юстировки (благодаря легкости совмещения центров кривизны КЗО и сфероида выходного торца ВОЭ) имитатора; 3) уменьшение габаритов-вследствие однокомпонентности СОУ и возможности выноса индикаторного блока за пределы поворотной части КТС; 4) обеспечение и штатного, и тренировочного, и комбинированного режимов работы КТС (благодаря установке выходного торца ВОЭ по оптической оси за светоделительным зеркалом напротив КЗО). Это свидетельствует об изобретательском уровне и полезности решения поставленной технической задачи. Следовательно, предлагаемый имитатор ВВО соответствует всем необходимым критериям патентоспособности. Изложенная сущность предлагаемого технического решения поясняется настоящим описанием и прилагаемыми чертежами, где представлны: на фиг. 1 - конструктивно-оптическая схема прототипа; на фиг. 2 - конструктивно-оптическая схема предлагаемого ИВВО; на фиг. 3 - конструктивно-оптическая схема предлагаемого варианта исполнения имитатора ВВО. В состав предлагаемого имитатора ВВО входят (см. фиг. 2): КЗО I в виде сферического зеркала; светоделительное зеркало 2; индикаторный блок 3, выполненный, например, на ЭЛТ; СОУ 4 в виде ВОЭ регулярной структуры 6. ВОЭ 6 своим входным торцом присоединен к светогенерирующей поверхности экрана индикаторного устройства 3, например, к люминофорному слою экрана ЭЛТ. Выходной торец ВОЭ 6, выполненный в форме сфероида с радиусом равным радиусу кривизны фокальной поверхности КЗО 1, установлен в этой фокальной поверхности. Данный имитатор ВВО функционирует следующим образом: на экране индикаторного блока 3, например, экране ЭЛТ, формируют синтезированное с помощью ЭВМ динамическое изображение практически любого полигонного объекта и сюжета, подлежащего кинотеодолитной съемке [4]. Со светогенерирующего слоя (поверхности) экрана индикаторного блока 3 изображение поэлементно передается по ВОЭ 6 на выходной торец последнего, у которого выход каждого волокна расположен строго в фокальной поверхности КЗО 1. Этот световой поток частично (»50%) отражают светоделительным зеркалом 2 в пространство, а частично (50%) пропускают в сторону КЗО 1. Сферическое зеркало КЗО 1 формирует изображение в виде коллимированного пучка, который светоделительным зеркалом 2 изламывают и направляют в выходной зрачок имитатора, совмещенный со входным зрачком оптики КТC. Предложенное исполнение имитатора с индикаторным блоком на ЭЛТ может оказаться неприемлимым по массе для динамических разворотов поворотной части КТС, и/или по коммуникационноколлекторным соображениям, поэтому предложен вариант имитатора в котором индикаторный блок, как один из массоемких агрегатов имитатора, имеющий к тому же много электросоединений, в част 3 28432 ности с ЭВМ, может быть вынесен за пределы поворотной части КТС. Для этого ВОЭ 6 выполнен в виде гибкого волоконно-оптического жгута соответствующей длины, у которого выходной сфероидный торец размещен в фокальной поверхности КЗО 1, а его входной торец вместе с индикаторным блоком закреплен, например, на опорной неподвижной станине КТС (см. фиг. 3). Реализация предложенных схемотехнических решений (конструктивно-оптических схем) имитатора ВВО позволит существенно расширить возможность проведения тренировок операторов КТС для формирования и текущего поддержания навыков как по обнаружению/опознаванию, так и по сопровождению быстродвижущихся высокодинамичных объектов полигонных внешнетраекторных измерений/съемок. Источники информации 1. Бабенко B.C. Оптические имитаторы внешней визуальной обстановки летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1978 г. 2. Бабенко B.C. Оптика телевизионных устройств. - М.: Радио и связь, 1982 г. 3. Гуглин И.Н. Телевизионные игровые автоматы и тренажеры. - М.: Радио и связь, 1982 г. 4. Гуглин И.Н. Электронный синтез телевизионных изображений. - М.: Сов. радио, 1979 г. 5. Тренажерные системы. В.Е. Шукшунов, Ю.А. Бакулов, В.Н. Григоренко и др. - М.: Машиностроение, 1981 г. 6. Системы визуализации с электронным синтезом изображения фирмы "РЕДИФОН". в сб. Техническая информация, № 15, август 1982, изд. ЦАГИ. - С. 17. 7. Applied optics and optical engineering voe IX. Chapter 6 – academic Press, inc. 1983. 8. Системы визуализации авиационных моделирующих установок. ЦАГИ, обзор № 647, 1985 г. 9. Вейнберг В.Б., Саттаров Д.К. Оптика световодов. - Л.: Машиностроение, 1977 г. 10. Технология оптических деталей. - М.: Машиностроение, 1978 г. Принятые сокращения ВВО - внешняя визуальная обстановка ВОЭ - волоконно-оптический элемент ВТИ - внешние траекторые измерения КЗО - коллимирующий зеркальный объектив КТС - кинотеодолитная станция СОУ - сопрягающий оптический элемент ЭЛТ - электронно-лучевая трубка. Фиг. 1 4 28432 Фиг. 2 Фиг. 3 5 28432 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6