CN108766092A - 一种多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟器及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟器,包括:底盘;装弹操纵台,其可旋转支撑在所述底盘上;炮长操纵台,其设置在所述底盘上方,位于所述装弹操纵台后方;车长操纵台,其设置在所述底盘上方,位于所述装弹操纵台另一侧;信号模拟***,其设置在所述炮长操纵台后方,用于对炮长射击操控部件中的射击操作信号进行采集与处理,并与视景计算机实时进行信息交互;视景计算机,其为嵌入式视景计算机,用于射击训练时的视景仿真和信号控制;控制中心,其设置在所述炮长操纵台后方,用于教官指挥和控制模拟器,还公开了一种多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟方法。
Description
技术领域
本发明涉及坦克模拟射击领域,更确切地说,本发明涉及一种多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟器和一种多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟方法。
背景技术
近年来,坦克模拟训练因其经济性、安全性、可重复性而备受各国军队的关注。利用坦克模拟器进行装甲部队的训练,不仅可以提高部队的训练质量和效率,而且可以节省训练经费,延长装备的使用寿命,对于提高部队战斗力也起到了十分重要的作用。随着国际形式的变化,装甲部队训练质量和效率要求越来越高,这样对坦克模拟器的仿真度提出了更高的要求,随着信息化时代的来临,已涌现出大量以微机为核心的信息处理与控制过程相结合的使用***。目前模拟器多在静止模式下进行,且结构简单,训练效果差。
发明内容
本发明设计开发了一种多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟器,通过数学模型仿真坦克装弹射击过程,并能够推测命中概率,提高坦克乘员对坦克射击的熟练程度。
本发明还设计了一种多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟方法,建立三维场景模拟炮弹发射过程,并计算命中概率,为学员发射训练进行打分,模拟度高,训练效果好。
一种多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟器,包括:
底盘;
装弹操纵台,其可旋转支撑在所述底盘上;
炮长操纵台,其设置在所述底盘上方,位于所述装弹操纵台后方;
车长操纵台,其设置在所述底盘上方,位于所述装弹操纵台另一侧;
信号模拟***,其设置在所述炮长操纵台后方,用于对炮长射击操控部件中的射击操作信号进行采集与处理,并与视景计算机实时进行信息交互;
视景计算机,其为嵌入式视景计算机,用于射击训练时的视景仿真和信号控制;
控制中心,其设置在所述炮长操纵台后方,用于教官指挥和控制模拟器。
优选的是,所述底盘包括:
上舱板;
下底板,其与所述上舱板平行设置;
中心柱,其为伸缩柱,所述中心柱一端设置在所述下底板中心位置,另一端连接所述上舱板,所述上舱板能够绕所述中心柱旋转;
多个支撑柱,其为弹性伸缩柱,所述支撑柱一端固定连接所述下底板,另一端能够支撑所述上舱板。
一种多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟方法,包括:
步骤一、调用场景数据,根据坦克的真实驾驶图,进行三维建模,动态仿真驾驶场景显示在视景计算机上,调用打击目标数据,将打击目标导入驾驶场景中;
步骤二、调用炮弹数据,并根据炮弹出射位置、角度和初速度模拟炮弹运行轨迹;
步骤三、根据炮弹运行轨迹计算命中概率,并结合所述场景数据得到炮弹在场景中的运动;
步骤四,将所述命中概率与阈值比较,得到射击分数。
优选的是,所述步骤一中的三维建模采用双目投影模型建立。
优选的是,在三维坐标系下,炮弹运行方程为:
其中,M表示炮弹质量,x,y,z表示炮弹所在的空间位置,vx,vy,vz分别表示炮弹的平移速度在x,y,z方向上的分量,θ为轨迹角,表示炮弹速递方向与xz平面成角,为方位角,表示炮弹速度在xz平面上投影与z轴正方向成角,α为倾斜角,是FL力与其在xz平面上的分量所成角度,R表示炮弹所受空气阻力,FL表示炮弹旋转所受侧向作用力,G表示炮弹所受重力;
其中,D为炮弹直径,ω为炮弹旋转角速度,ρ为空气密度,v为空气相对于炮弹的流速;
其中,CD为与炮弹集合形状相关的阻力系数,ρ为空气密度,A为炮弹的横截面积,
根据炮弹发射时的初始位置S(x,y,z),平移速度V0,旋转角速度ω以及运动初始轨迹角θ0、方位角和倾侧角α0带入炮弹运行方程得到炮弹的运行轨迹,由此可知炮弹运动的最大水平位移,最大高度和横向偏折,可以在虚拟场景中绘制出炮弹的运动轨迹。
优选的是,所述步骤三中命中概率计算公式为:
其中,Sk(xk,yk,0)为炮弹落点位置坐标,Bk(xe,ye,0)为打击目标位置坐标,Ba为方向偏差,Be为位置偏差,l为炮弹射伤半径,Δx为位置偏差系数,Δy为位置偏差,ρ为空气密度,φ为修正系数。
优选的是,所述步骤四中分数计算公式为:
λ=9.27[2.08ln(P-0.8)][0.02P2+0.9P+0.1]
其中,λ为分数,P为命中概率。
优选的是,还包括:当时,给出坦克射击的修正偏角,其计算公式为:
其中,ls炮弹运动的最大水平位移,h为炮弹运行的最大高度。
本发明的有益效果
本发明设计开发了一种多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟器,通过数学模型仿真坦克装弹射击过程,并能够推测命中概率,提高坦克乘员对坦克射击的熟练程度利用虚拟模型进行实验和操作,具有经济、安全可靠、试验周期短的特点。
本发明还设计了一种多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟方法,建立三维场景模拟炮弹发射过程,并计算命中概率,为学员发射训练进行打分,模拟度高,训练效果好。
附图说明
图1为本发明所述的多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟器的结构示意图。
图2为本发明所述的车长操控台的结构示意图。
图3为本发明所述的车长操纵台的结构示意图。
图4为本发明所述的炮长操纵台的结构示意图。
图5为本发明所述的坦克射击模拟器底盘的结构示意图。
图6为本发明所述的自由度动态综合坦克射击模拟方法流程图。
图7为本发明所述的三维坐标系下炮弹角度关系图。
图8为本发明所述的炮弹运行轨迹仿真结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示,本发明提供的自由度动态综合坦克射击模拟器,包括:底盘110、装弹操纵台120、炮长操纵台140、车长操纵台130和控制中心160。
如图5所示,底盘110,包括:上舱板111和平行设置的下底板112,上舱板111和下底板112通过中心柱113连接,中心柱113为伸缩柱,一端设置在下底板112中心位置,另一端连接上舱板111,上舱板能够绕中心柱113旋转;多个支撑柱114为弹性伸缩柱,支撑柱一端固定连接下底板112,另一端能够支撑上舱板111,底盘110能够仿真坦克动态运动过程,通过调整中心柱113的高度,配合调整支撑柱的伸缩高度,可以调整底盘的倾斜角度,能够对坦克的动作进行模拟,如坦克的颠簸,***后作,侧滑和炮塔旋转等动作。装弹操纵台120可旋转支撑在底盘110上;车长操纵台130设置在底盘110上方,位于装弹操纵台另120一侧,包括车长控制台131和通讯台132位于车长控制台131上方壳体上,炮长操纵台140设置在底盘110上方,位于装弹操纵台120后方;信号模拟***,其设置在炮长操纵台后方,用于对炮长射击操控部件中的射击操作信号进行采集与处理,并与视景计算机实时进行信息交互;视景计算机,其为嵌入式视景计算机,用于射击训练时的视景仿真和信号控制;控制中心160设置在所述炮长操纵台后方,用于教官指挥和控制模拟器。
如图2-4所示,底盘部分根据旋转输弹机大小设计,底盘直径190cm。舱壁高137.4cm,直径190cm,炮塔座圈宽24.5cm,其上部镂空,以放置装弹操纵台、火控计算机、左右配电盒、计算机显示屏,上半部分距顶部74cm。其下为密封结构,在车长右后侧,炮手左后侧分别设置一个出口,以便练习人员进出,下半部分距离底盘高63.4cm,出口宽一人距离即可。外壳前部根据实车外观设计,以便逼真,外壳前部全长230cm,宽120cm,最前沿距地面高95cm,前侧机枪口宽8.5cm。身管全长2.25米。舱体后侧为故障设置台,用于考官设置故障,具体大小根据实际确定。嵌入式视景计算机,显示屏为24寸计算机触摸式显示屏。放置在车长正前方,距车长直线距离为100cm。
炮长操纵台140位于位于装弹操纵台120后方,正对炮长直线距离为37cm,处于左配电盒左侧下方,距离炮长操纵台48cm,距离炮塔座圈高5cm。左配电盒位于火控计算机上方右侧,正对炮长直线距离为50cm,距离炮塔座圈30cm。两者分别固定于空心铁板上。
右配电盒位于车长正右侧,正对车长直线距离为35cm,距离车体前沿30cm,距离炮塔座圈高5cm,装弹操纵台位于车长前方右侧,距离炮塔座圈高40cm,两者相对位置为右配电盒距离装弹操纵台右边缘为5.2cm,低于装弹操纵台下边缘15cm。
炮长操纵台140位于炮长正前方,距离炮长19cm,距离高低机20cm,距离底盘52cm,距离其正左方侧壁52cm,高低机位于炮长操纵台下方,炮手前侧下方,距离炮长25cm,距离底盘30cm,两者可焊接在炮尾上。
炮闩122位于车长和炮手之间,炮身正后方,距离底盘高87cm,距炮手一侧的侧壁73cm,距炮手33cm,抛壳机构框架位于炮闩正后方,距离闩体36cm,应有3个位置:最下位,装填角位置,最上位,距离底盘尺寸一次为35cm,49cm,59cm,距离车长直接距离为15cm,距离车长一侧的侧壁64cm。
车长座距离底盘中心32cm,距离底盘高25cm,防危板在车长座左侧,可前后移动。
提升机位于抛壳机构框架正后方,车长左后方,正对车长距离为40cm,距侧壁30cm,整体长27cm,高92cm,手动转换拉臂、手传动握把置于提升机右侧壁上。
旋转传感器位于底盘上,距底盘中心15cm,距离车长座25cm,手动解脱闭锁拉臂位于底盘上,距离底盘中心65cm,正对车长35cm,旋转输弹机拉臂位于底盘上,正对车长35cm,手动解脱拉臂与输弹机拉臂之间距离为30cm。
控制中心160为长方体形状,贴在半实物平台外侧。由于联动开关较多,内部线路较复杂,无法实现小型化,只能做成操控台形式,给内部结构充足空间
如图6所示,一种多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟方法,
包括:
步骤S110、调用场景数据,根据坦克的真实驾驶图,进行三维建模,动态仿真驾驶场景显示在视景计算机上,调用打击目标数据,将打击目标导入驾驶场景中;作为一种优选,三维建模采用双目投影模型建立。
如图6-7步骤S120、调用炮弹数据,并根据炮弹出射位置、角度和初速度模拟炮弹运行轨迹;在三维坐标系下,炮弹运行方程为:
其中,M表示炮弹质量,x,y,z表示炮弹所在的空间位置,vx,vy,vz分别表示炮弹的平移速度在x,y,z方向上的分量,θ为轨迹角,表示炮弹速递方向与xz平面成角,为方位角,表示炮弹速度在xz平面上投影与z轴正方向成角,α为倾斜角,是FL力与其在xz平面上的分量所成角度,R表示炮弹所受空气阻力,FL表示炮弹旋转所受侧向作用力,G表示炮弹所受重力;
其中,D为炮弹直径,ω为炮弹旋转角速度,ρ为空气密度,v为空气相对于炮弹的流速;
其中,CD为与炮弹集合形状相关的阻力系数,ρ为空气密度,A为炮弹的横截面积,
如图8所示,根据炮弹发射时的初始位置S(x,y,z),平移速度V0,旋转角速度ω以及运动初始轨迹角θ0、方位角和倾侧角α0带入炮弹运行方程得到炮弹的运行轨迹,由此可知炮弹运动的最大水平位移,最大高度和横向偏折,可以在虚拟场景中绘制出炮弹的运动轨迹.
步骤S130、根据炮弹运行轨迹计算命中概率,并结合所述场景数据得到炮弹在场景中的运动;命中概率计算公式为:
其中,Sk(xk,yk,0)为炮弹落点位置坐标,Bk(xe,ye,0)为打击目标位置坐标,Ba为方向偏差,Be为位置偏差,l为炮弹射伤半径,Δx为位置偏差系数,为0.356,Δy为位置偏差系数,数值为0.213,ρ为空气密度,φ为修正系数,数值为0.21。
步骤S140,将所述命中概率与阈值比较,得到射击分数,分数计算公式为:
λ=9.27[2.08ln(P-0.8)][0.02P2+0.9P+0.1]
其中,λ为分数,P为命中概率。
步骤S150,还包括:当时,给出坦克射击的修正偏角,其计算公式为:
其中,ls炮弹运动的最大水平位移,h为炮弹运行的最大高度,数值为根据测试学员成绩的平均数获得,一般为学院平均成绩分数的75%。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.一种多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟器,其特征在于,包括:
底盘;
装弹操纵台,其可旋转支撑在所述底盘上;
炮长操纵台,其设置在所述底盘上方,位于所述装弹操纵台后方;
车长操纵台,其设置在所述底盘上方,位于所述装弹操纵台另一侧;
信号模拟***,其设置在所述炮长操纵台后方,用于对炮长射击操控部件中的射击操作信号进行采集与处理,并与视景计算机实时进行信息交互;
视景计算机,其为嵌入式视景计算机,用于射击训练时的视景仿真和信号控制;
控制中心,其设置在所述炮长操纵台后方,用于教官指挥和控制模拟器。
2.根据权利要求1所述的多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟器,其特征在于,所述底盘包括:
上舱板;
下底板,其与所述上舱板平行设置;
中心柱,其为伸缩柱,所述中心柱一端设置在所述下底板中心位置,另一端连接所述上舱板,所述上舱板能够绕所述中心柱旋转;
多个支撑柱,其为弹性伸缩柱,所述支撑柱一端固定连接所述下底板,另一端能够支撑所述上舱板。
3.一种多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟方法,其特征在于,包括:
步骤一、调用场景数据,根据坦克的真实驾驶图,进行三维建模,动态仿真驾驶场景显示在视景计算机上,调用打击目标数据,将打击目标导入驾驶场景中;
步骤二、调用炮弹数据,并根据炮弹出射位置、角度和初速度模拟炮弹运行轨迹;
步骤三、根据炮弹运行轨迹计算命中概率,并结合所述场景数据得到炮弹在场景中的运动;
步骤四,将所述命中概率与阈值比较,得到射击分数。
4.根据权利要求3所述的多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟方法,其特征在于,所述步骤一中的三维建模采用双目投影模型建立。
5.根据权利要求3所述的多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟方法,其特征在于,在三维坐标系下,炮弹运行方程为:
其中,M表示炮弹质量,x,y,z表示炮弹所在的空间位置,vx,vy,vz分别表示炮弹的平移速度在x,y,z方向上的分量,θ为轨迹角,表示炮弹速递方向与xz平面成角,为方位角,表示炮弹速度在xz平面上投影与z轴正方向成角,α为倾斜角,是FL力与其在xz平面上的分量所成角度,R表示炮弹所受空气阻力,FL表示炮弹旋转所受侧向作用力,G表示炮弹所受重力;
其中,D为炮弹直径,ω为炮弹旋转角速度,ρ为空气密度,v为空气相对于炮弹的流速;
其中,CD为与炮弹集合形状相关的阻力系数,ρ为空气密度,A为炮弹的横截面积,
根据炮弹发射时的初始位置S(x,y,z),平移速度V0,旋转角速度ω以及运动初始轨迹角θ0、方位角和倾侧角α0带入炮弹运行方程得到炮弹的运行轨迹,由此可知炮弹运动的最大水平位移,最大高度和横向偏折,可以在虚拟场景中绘制出炮弹的运动轨迹。
6.根据权利要求5所述的多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟方法,其特征在于,所述步骤三中命中概率计算公式为:
其中,Sk(xk,yk,0)为炮弹落点位置坐标,Bk(xe,ye,0)为打击目标位置坐标,Ba为方向偏差,Be为位置偏差,l为炮弹射伤半径,Δx为位置偏差系数,Δy为位置偏差系数,ρ为空气密度,φ为修正系数。
7.根据权利要求6所述的多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟方法,其特征在于,所述步骤四中分数计算公式为:
λ=9.27[2.08ln(P-0.8)][0.02P2+0.9P+0.1]
其中,λ为分数,P为命中概率。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的多自由度动态综合坦克自动装填***射击模拟方法,其特征在于,还包括:当时,给出坦克射击的修正偏角,其计算公式为:
其中,ls炮弹运动的最大水平位移,h为炮弹运行的最大高度。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20200721 Termination date: 20210615 |