一种基于视频叠加的火控瞄准模拟器

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇一种基于视频叠加的火控瞄准模拟器范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要:为了提高火控瞄准器的训练效果,解决实装少训练难的问题,减少对实装的磨损和破坏,研制了基于视频叠加的火控瞄准模拟器,采用视频叠加技术和单片机控制电路,代替了原实装上的复杂光路设计,增强了可调和可控性;通过学员的实际操作学习,检验了模拟器的实用性,可替代实装进行训练,解决了训练中的矛盾,具有较高的经济效益。

关键词:模拟器; 视频叠加; 单片机; 火控

中图分类号:TN919-34文献标识码:A

文章编号: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

发展模拟训练器材,实现训练模拟化是“投人较少、效果较好、效益倍增”的重要措施,以较小的代价和成本,获取最佳的教学训练效果。火控瞄准模拟器[1]正是为了满足实际教学训练需求,立足现有的技术而研制开发的。

火控适用于火炮的炮瞄系统,根据测定目标距离,各种修正因子,自动修正瞄准点,做到有效的精确打击,但使用复杂。利用光电武器装备[2]思想,开发了基于视频叠加的火控模拟器。装备中原有火控采用光学原理,通过镜片组的处理,在镜片上利用光刻技术叠加瞄准分划线,通过镜片的反射,在视野中加入数码管的显示信息。这种方式,对生产工艺要求严格,成本高。

考虑现有视频电子瞄准具[3-4]的原理,视频电子瞄准器需要在原有视频图像上叠加瞄准分划线和其他相关字符图形信息,用以瞄准场景目标和现实相关信息。把封装在存储器中的分划线数据按照像元位置与扫描时间的映射关系,通过模拟开关与原始视频图像信号切换,合成为新的标准视频信号输出,可达到与镜片组相同的视景效果,而且可控性好。

1 结 构

火控模拟器由控制电路、字符叠加模块、摄像头、电机、键盘、液晶模块组成。如图1所示。

摄像头采集视频信号,控制电路通过串口与字符叠加模块连接,接收键盘操作信息,调用字符叠加模块,控制字符叠加模块的输出,字符叠加模块向控制电路发回校验码,同时字符叠加模块将字符与摄像头采集的视频信号相叠加,输出到液晶模块。图1中虚线为视频信号,实线为控制信号。电机与摄像头是同轴连接,控制电路通过计算输出脉冲信号,控制步进电机,步进电机带动摄像头转动,调整视景。

图1 火控模拟器结构图

2 视频信号像素点叠加原理[5-9]

分划线和字符是由像素组成的矩阵,其视频叠加是把像素矩阵中的每一个元素映射到指定位置,这种映射关系需要利用标准视频扫描格式进行转换,所以视频图像电子叠加就是像素点叠加的矩阵化。视频像素点叠加时间轴由场同步信号开辟,时间轴的水平和垂直方向上的刻度分别是像素点时钟与视频行同步,单元像素显示的时间对应点时钟的一个周期。每个像素的视频叠加就是在这个时间轴下对原始图像对应像素点的覆盖。

选用Atmel公司新推出的AT90S1200[9]型单片机。其内部有1 KB的FLASH程序存储器和64 B E2PROM数据存储器,内置有模拟比较器和看门狗,通过SPI口可以串行下载程序而不必通过专用的编程器。更重要的是,它是一种RISC精简指令集单片机,其大部分指令为单周期指令。外接16 MHz时钟时每条指令仅需0.06~0.12 μs,完全可以满足视频字符叠加数据串行输出的要求。

有两种方便的调用显示方式,“屏幕存储映像”或“行存储映像”。“屏幕存储映像”其特点是屏幕上┟恳桓霆象素点都与一位RAM存储单元对应,要对屏幕上字符的显示进行编辑十分简单。但这种方式占用RAM单元较多,需要大容量RAM。考虑到一般情况下要在屏幕上显示的字符较少,屏幕上的大部分地方都是空白的,所以只在显示RAM中生成屏幕上两行字符的映像,字符在屏幕上显示的行位置取决于其在RAM区的存储位置,而列位置则由单片机单独发出控制脉冲来控制,这样就大大节省了显示RAM的存储单元。这种称之为“行存储映像”。 而AT90S1200内部没有大容量的RAM存储器,无法实现“屏幕存储映像”或“行存储映像”的内置化,也不易外接存储器,但执行速度完全能够满足要求,所以只能以串行通讯的方式由外部主控机发给。

为了保证显示的连续性,通讯必须在视频信号消隐期内完成。要在消隐期内完成大量字符点阵数据的传输显然是不可能的。然而,实际使用中监视器上显示的标题信息一般是不变的,变化的部分一般也是以秒级变动的。针对这种情况,利用AT90S1200单片机内部的可以按字节寻址的64 B E2PROM来存储“0～9”10个数字以及“:”、“-”等类似使用显示的字符点阵,还有其他的诸如显示位置等不经常修改的变量。

片内1 KB FLASH不能按字节寻址,用作程序存储器,要显示的汉字点阵数据包含在程序中。这样在使用时主控CPU只需将当前时间等类似的值传给AT90S1200,大大减少了通讯的数据量,使之可以在场消隐期内完成,保证时间的连续显示。

当显示的汉字标题要更改时,由主控CPU从外部字库ROM中取出新的点阵数据,将其拼接在AT90S1200程序代码的对应位置,再通过SPI口对AT90S1200进行串行编程,编程完毕后恢复正常显示。采用ATMEL89C51单片机作主控机,2片AT90S1200单片机作显示执行机,行场同步信号分别利用AT90S1200模拟比较器和I/O口输入。由于AT90S1200没有标准的UART串口,利用其I/O管脚自定义了一种串行通讯协议,从而实现了2路时间字符叠加。

3 结 论

根据系统原理完成的火控瞄准模拟器,较真实地模拟了实装的使用情况,可替代实装完成训练,且成本低,易于安装调试,无需高精密制造工艺和装配设备,使用不同的工作原理完成相同的使用效果,同时为武器装备的模拟制造,提供了一条灵活的思路。

参考文献

[1]常福文,范宏达.火控训练模拟器的设计思想及基本模式[J].船舶论证参考,1997(4):56-59.

[2]陈富强,林亚风.光电子技术在信息化作战中的应用[J].红外与激光工程,2008,37(2):366-370.

[3]陈翼男,金伟其,郭宏,等.一种适合视频瞄准具的电子分划叠加电路系统[J].光学技术,2007,33(4):483-486.

[4]何建波,卞爱琴,张金艺.一种视频叠加芯片及其在摄像监视系统中的应用[J].中国有线电视,2003(17):20-22.

[5]陈炳煌,罗大庸.基于MB90092的视频字符叠加技术[J].单片机与嵌入式系统应用,2008(2):69-70.

[6]张萌,张夏,周达F,等.基于单片机的实时视频字符叠加器设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2008(6):48-51.

[7]江一帆,刘家康.一种新型的视频字符叠加器的设计[J].电视技术,2002(1):56-58.

[8]王革思,商玉江.视频字符叠加技术的研究及应用[J].信息技术,2004,28(10):54-55.

[9]ATMEL. AT90S1200中文资料[M].北京:ATMEL,2007.