摘 要:為了提高火控瞄準(zhǔn)器的訓(xùn)練效果，解決實裝少訓(xùn)練難的問題，減少對實裝的磨損和破壞，研制了基于視頻疊加的火控瞄準(zhǔn)模擬器，采用視頻疊加技術(shù)和單片機控制電路，代替了原實裝上的復(fù)雜光路設(shè)計，增強了可調(diào)和可控性;通過學(xué)員的實際操作學(xué)習(xí)，檢驗了模擬器的實用性，可替代實裝進(jìn)行訓(xùn)練，解決了訓(xùn)練中的矛盾，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞:模擬器; 視頻疊加; 單片機; 火控

中圖分類號:TN919-34文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)21-0065-02

Fire-control Sighting Simulator Based on Video Superposition

WU Li-yan， HUANG Zi-niu

(Shijiazhuang Mechanized Infantry School， Shijiazhuang 050083， China)

Abstract: A fire-control sighting simulator based on video superposition was developed to improve training effect， solve the question of the lack of the real equipments simplify the difficulties of training， reduce the abrasion and the breakage. It adopts a new technique of video superposition and MCU instead of the complex optics route employed by previous equipments. The design improves adjustability and controllability. The actual operation and study of students prove the practicability of the simulator， which can substitute the training with real equipments， solve the conflict encountering during the training， and has high economic value.

Keywords: simulator; video superposition; MCU; fire control

0 引 言

發(fā)展模擬訓(xùn)練器材，實現(xiàn)訓(xùn)練模擬化是“投人較少、效果較好、效益倍增”的重要措施，以較小的代價和成本，獲取最佳的教學(xué)訓(xùn)練效果?；鹂孛闇?zhǔn)模擬器[1]正是為了滿足實際教學(xué)訓(xùn)練需求，立足現(xiàn)有的技術(shù)而研制開發(fā)的。

火控適用于火炮的炮瞄系統(tǒng)，根據(jù)測定目標(biāo)距離，各種修正因子，自動修正瞄準(zhǔn)點，做到有效的精確打擊，但使用復(fù)雜。利用光電武器裝備[2]思想，開發(fā)了基于視頻疊加的火控模擬器。裝備中原有火控采用光學(xué)原理，通過鏡片組的處理，在鏡片上利用光刻技術(shù)疊加瞄準(zhǔn)分劃線，通過鏡片的反射，在視野中加入數(shù)碼管的顯示信息。這種方式，對生產(chǎn)工藝要求嚴(yán)格，成本高。

考慮現(xiàn)有視頻電子瞄準(zhǔn)具[3-4]的原理，視頻電子瞄準(zhǔn)器需要在原有視頻圖像上疊加瞄準(zhǔn)分劃線和其他相關(guān)字符圖形信息，用以瞄準(zhǔn)場景目標(biāo)和現(xiàn)實相關(guān)信息。把封裝在存儲器中的分劃線數(shù)據(jù)按照像元位置與掃描時間的映射關(guān)系，通過模擬開關(guān)與原始視頻圖像信號切換，合成為新的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號輸出，可達(dá)到與鏡片組相同的視景效果，而且可控性好。

1 結(jié) 構(gòu)

火控模擬器由控制電路、字符疊加模塊、攝像頭、電機、鍵盤、液晶模塊組成。如圖1所示。

攝像頭采集視頻信號，控制電路通過串口與字符疊加模塊連接，接收鍵盤操作信息，調(diào)用字符疊加模塊，控制字符疊加模塊的輸出，字符疊加模塊向控制電路發(fā)回校驗碼，同時字符疊加模塊將字符與攝像頭采集的視頻信號相疊加，輸出到液晶模塊。圖1中虛線為視頻信號，實線為控制信號。電機與攝像頭是同軸連接，控制電路通過計算輸出脈沖信號，控制步進(jìn)電機，步進(jìn)電機帶動攝像頭轉(zhuǎn)動，調(diào)整視景。

圖1 火控模擬器結(jié)構(gòu)圖

2 視頻信號像素點疊加原理[5-9]

分劃線和字符是由像素組成的矩陣，其視頻疊加是把像素矩陣中的每一個元素映射到指定位置，這種映射關(guān)系需要利用標(biāo)準(zhǔn)視頻掃描格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所以視頻圖像電子疊加就是像素點疊加的矩陣化。視頻像素點疊加時間軸由場同步信號開辟，時間軸的水平和垂直方向上的刻度分別是像素點時鐘與視頻行同步，單元像素顯示的時間對應(yīng)點時鐘的一個周期。每個像素的視頻疊加就是在這個時間軸下對原始圖像對應(yīng)像素點的覆蓋。

選用Atmel公司新推出的AT90S1200[9]型單片機。其內(nèi)部有1 KB的FLASH程序存儲器和64 B E2PROM數(shù)據(jù)存儲器，內(nèi)置有模擬比較器和看門狗，通過SPI口可以串行下載程序而不必通過專用的編程器。更重要的是，它是一種RISC精簡指令集單片機，其大部分指令為單周期指令。外接16 MHz時鐘時每條指令僅需0.06~0.12 μs，完全可以滿足視頻字符疊加數(shù)據(jù)串行輸出的要求。

有兩種方便的調(diào)用顯示方式，“屏幕存儲映像”或“行存儲映像”?！捌聊淮鎯τ诚瘛逼涮攸c是屏幕上每一個象素點都與一位RAM存儲單元對應(yīng)，要對屏幕上字符的顯示進(jìn)行編輯十分簡單。但這種方式占用RAM單元較多，需要大容量RAM?？紤]到一般情況下要在屏幕上顯示的字符較少，屏幕上的大部分地方都是空白的，所以只在顯示RAM中生成屏幕上兩行字符的映像，字符在屏幕上顯示的行位置取決于其在RAM區(qū)的存儲位置，而列位置則由單片機單獨發(fā)出控制脈沖來控制，這樣就大大節(jié)省了顯示RAM的存儲單元。這種稱之為“行存儲映像”。 而AT90S1200內(nèi)部沒有大容量的RAM存儲器，無法實現(xiàn)“屏幕存儲映像”或“行存儲映像”的內(nèi)置化，也不易外接存儲器，但執(zhí)行速度完全能夠滿足要求，所以只能以串行通訊的方式由外部主控機發(fā)給。

為了保證顯示的連續(xù)性，通訊必須在視頻信號消隱期內(nèi)完成。要在消隱期內(nèi)完成大量字符點陣數(shù)據(jù)的傳輸顯然是不可能的。然而，實際使用中監(jiān)視器上顯示的標(biāo)題信息一般是不變的，變化的部分一般也是以秒級變動的。針對這種情況，利用AT90S1200單片機內(nèi)部的可以按字節(jié)尋址的64 B E2PROM來存儲“0～9”10個數(shù)字以及“:”、“-”等類似使用顯示的字符點陣，還有其他的諸如顯示位置等不經(jīng)常修改的變量。

片內(nèi)1 KB FLASH不能按字節(jié)尋址，用作程序存儲器，要顯示的漢字點陣數(shù)據(jù)包含在程序中。這樣在使用時主控CPU只需將當(dāng)前時間等類似的值傳給AT90S1200，大大減少了通訊的數(shù)據(jù)量，使之可以在場消隱期內(nèi)完成，保證時間的連續(xù)顯示。

當(dāng)顯示的漢字標(biāo)題要更改時，由主控CPU從外部字庫ROM中取出新的點陣數(shù)據(jù)，將其拼接在AT90S1200程序代碼的對應(yīng)位置，再通過SPI口對AT90S1200進(jìn)行串行編程，編程完畢后恢復(fù)正常顯示。采用ATMEL89C51單片機作主控機，2片AT90S1200單片機作顯示執(zhí)行機，行場同步信號分別利用AT90S1200模擬比較器和I/O口輸入。由于AT90S1200沒有標(biāo)準(zhǔn)的UART串口，利用其I/O管腳自定義了一種串行通訊協(xié)議，從而實現(xiàn)了2路時間字符疊加。

3 結(jié) 論

根據(jù)系統(tǒng)原理完成的火控瞄準(zhǔn)模擬器，較真實地模擬了實裝的使用情況，可替代實裝完成訓(xùn)練，且成本低，易于安裝調(diào)試，無需高精密制造工藝和裝配設(shè)備，使用不同的工作原理完成相同的使用效果，同時為武器裝備的模擬制造，提供了一條靈活的思路。

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