模拟训练激光发射器及激光发射装置及激光模拟训练器的制作方法

1.本发明属于激光模拟训练器技术领域，具体地说涉及模拟训练激光发射器及激光发射装置及激光模拟训练器。


背景技术：

2.使用激光模拟训练器进行实兵实装对抗训练和演习，是目前世界上发达国家普遍采取的训练手段，也是未来军事训练的主要方向，强度和难度可调，在不消耗弹药的情况下能有效提高训练质量和水平，既不破坏环境又可节约训练费用。
3.激光模拟训练器的基本系统包括由电池供电便于固定到一般武器上的小型激光发射器、人员身上和头盔上的光电探测传感器、主控制器和报警装置。当瞄准后扣动扳机时,扳机与激光发射器的开关联动,激光发射器发射出与瞄准线平行的编码红外脉冲激光束。光电探测传感器内有解调电路,以区别不同的武器激光束。当光电探测传感器接收到激光信号后,触发相应电路解码得到解码信息，判断是否被击中，同时，主控制器判断战损受伤情况，战损后同时驱动报警装置进行报警，实现战场情况的模拟。
4.为模拟脱靶和命中,目前激光“弹”由两束截面积为同心圆的同轴激光束组成,两束激光都带有各自的编码。中心的一束表示命中,外面的一束表示近距离脱靶，无法模拟远程射击。


技术实现要素：

5.针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出模拟训练激光发射器及激光发射装置及激光模拟训练器。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.模拟训练激光发射器，包括：
8.激光光源，用于发射激光束，所述激光光源为二极管；
9.分束元件，用于将激光束分束形成多路子激光束，所述子激光束不少于3路；
10.扩束元件，其对应分束元件设置，对子激光束进行扩束并压缩光束发散角；
11.以及合束元件，其对应扩束元件设置，对扩束后的子激光束进行合束形成发散角不同且同轴的多路激光脉冲。
12.进一步，所述分束元件包括多级分束器，所述多级分束器平行设置，且分束器的个数与子激光束的路数相同。
13.进一步，所述扩束元件包括多级扩束器，所述扩束器与分束器同光轴设置，且扩束器的个数与分束器的个数相同。
14.进一步，所述扩束元件还包括对激光光源发射的激光束进行扩束的预扩束器，经预扩束后激光束入射至分束元件。
15.进一步，所述扩束器和预扩束器对光束的压缩发散角不同。
16.进一步，所述合束元件包括多级合束器，所述合束器与分束器、扩束器同光轴设
置，且合束器的个数与分束器的个数相同。
17.进一步，还包括发射窗口，其位于合束元件合束形成的多路激光脉冲的传输光路上，在透过激光脉冲的同时起到密封作用。
18.另，本发明还提供激光发射装置，包括上述的模拟训练激光发射器、激光编码模块和激光驱动器，所述模拟训练激光发射器、激光编码模块和激光驱动器通讯连接。
19.所述激光编码模块用于根据开枪指令生成编码信号，所述激光驱动器用于根据所述编码信号驱动所述模拟训练激光发射器发射编码后的激光信号，并根据开枪指令发射相应数目的激光信号。
20.另，本发明还提供激光模拟训练器，包括开枪信号触发装置、激光发射装置、激光接收装置和主控制器，所述开枪信号触发装置、激光发射装置、激光接收装置和主控制器通讯连接。
21.所述开枪信号触发装置位于装有空包弹的真枪上，用于采集射击所产生的触发冲击并发出开枪指令，所述激光发射装置用于根据所述开枪指令发射编码后的激光信号，所述激光接收装置用于感应所述编码后的激光信号，对所述激光信号进行解码并判断中弹者受到的伤害情况，所述主控制器根据所述中弹者受到的伤害情况获取战场上士兵的总体损伤情况和位置信息。
22.进一步，所述编码后的激光信号附有编码信息，所述编码信息包括起始字、设备编号、模拟种类、工作模式、发射编号、发射位置和校验。
23.进一步，所述起始字用于触发激光接收装置的解码电路工作，设备编号用于确定发射者，每件设备与设备编号一一对应，模拟种类用于模拟多种设备，每件设备可能有多种工作模式，比如单/连发，设备每发射1次发射编号加1，发射编号用于确定发射者每次发射的效果，发射编号设置上限值，规定发射的总次数(弹夹容量)，超过后不再发射激光信号，发射位置用于确定发射者的位置坐标，如经度、纬度，校验用于检查编码接收的正确性。
24.进一步，所述开枪信号触发装置包括冲击传感器、信号转换模块和信号识别模块，所述冲击传感器用于感应每次射击时产生的触发冲击，并生成振动模拟信号，所述信号转换模块用于将所述振动模拟信号转换数字信号，所述信号识别模块用于根据所述数字信号得到开枪指令，以驱动所述激光发射装置发射所述编码后的激光信号。
25.进一步，所述冲击传感器位于扳机上。
26.本发明的有益效果是：
27.1、通过对分束元件、扩束元件以及合束元件的光路布局，可输出三路及三路以上、不同发散角且同轴的激光脉冲。
28.2、分束元件的反射率、透过率、分束比可根据用户需求进行设定。
29.3、扩束元件用于将入射的子激光束进行扩束并压缩光束发散角，使之满足用户在特定位置对特定激光光斑尺寸的需求。
30.4、可实现在特定距离上特定的激光光斑尺寸，满足室内、室外中等距离和较远距离激光模拟训练需求。
31.5、采用二极管作为激光光源，通过编程控制模拟训练激光发射器的脉冲输出频率和间隔，可实现用户定义编码的激光脉冲，提升激光模拟训练器的抗干扰性能。
附图说明
32.图1是模拟训练激光发射器的整体结构示意图。
33.附图中：1-激光光源、2-预扩束器、3-一级分束器、4-二级分束器、5-三级分束器、6-三级扩束器、7-二级扩束器、8-一级扩束器、9-三级合束器、10-二级合束器、11-一级合束器、12-发射窗口、13-第一路子激光束、14-第二路子激光束、15-第三路子激光束。
具体实施方式
34.为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本技术保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
35.实施例一：
36.如图1所示，模拟训练激光发射器，包括激光光源1、分束元件、扩束元件、合束元件以及发射窗口12。其中，激光光源1用于发射激光束，所述激光光源1为二极管，体积小，功耗低。分束元件用于将激光束分束形成多路子激光束，所述子激光束不少于3路。扩束元件对应分束元件设置，对子激光束进行扩束并压缩光束发散角，满足用户在特定位置对特定激光光斑尺寸的需求。合束元件对应扩束元件设置，对扩束后的子激光束进行合束形成发散角不同且同轴的多路激光脉冲。发射窗口12位于合束元件合束形成的多路激光脉冲的传输光路上，在透过激光脉冲的同时起到密封作用。
37.所述分束元件包括多级分束器，所述多级分束器平行设置，且分束器的个数与子激光束的路数相同。所述扩束元件包括多级扩束器，所述扩束器与分束器同光轴设置，且扩束器的个数与分束器的个数相同。所述扩束元件还包括对激光光源1发射的激光束进行扩束的预扩束器2，经预扩束后激光束入射至分束元件，同时，所述扩束器和预扩束器对光束的压缩发散角不同。所述合束元件包括多级合束器，所述合束器与分束器、扩束器同光轴设置，且合束器的个数与分束器的个数相同。
38.本实施例中，分束元件包括三级分束器，分别为一级分束器3、二级分束器4和三级分束器5。扩束元件包括三级扩束器，分别为一级扩束器8、二级扩束器7和三级扩束器6。合束元件包括三级合束器，分别为一级合束器11、二级合束器10和三级合束器9。其中，一级分束器3、一级扩束器8和三级合束器9同光轴设置，二级分束器4、二级扩束器7和二级合束器10同光轴设置，三级分束器5、三级扩束器6和一级合束器11同光轴设置。
39.激光光源1发射的激光束经预扩束器2进行预扩束后，经一级分束器3分束为第一路透射激光束和第一路反射激光束，第一路透射激光束经过一级扩束器8作为第一路子激光束13，第一路子激光束13依次经三级合束器9透射、发射窗口12透射输出。第一路反射激光束经二级分束器4分束为第二路透射激光束和第二路反射激光束，第二路反射激光束经过二级扩束器7作为第二路子激光束14，第二路子激光束14依次经二级合束器10反射、三级合束器9反射，最后经发射窗口12透射输出。第二路透射激光束依次经三级分束器5、三级扩束器6作为第三路子激光束15，第三路子激光束15依次经一级合束器11反射、二级合束器10透射、三级合束器9反射，最后经发射窗口12透射输出。
40.一级分束器3、二级分束器4和三级分束器5为两面镀膜的光学玻璃，起到将入射激光按照设定的分束比分离为两束激光的作用，一级分束器3分束比为1:9，透过率大于95％，二级分束器4分束比为1:5，透过率大于95％，三级分束器5为全反镜，反射率大于95％。分束元件的反射率、透过率、分束比可根据用户需求进行设定。
41.预扩束器2将激光束整形为发散角约150mrad的激光，一级扩束器8将第一路透射激光束整形为发散角约100mrad的激光，二级扩束器7将第二路反射激光束整形为发散角约10mrad的激光，三级扩束器6将第二路透射激光束整形为发散角约3mrad的激光。假设用户要求在5m、100m、500m分别产生50cm、100cm、150cm的激光光斑，则激光发散角θ、距离l和光斑尺寸d的关系为：
42.d＝2
×
l
×
tan(θ/2)＝lθ(θ较小的情况)。
43.合束元件起到将入射的两束激光合为单束激光的作用，一级合束器11、二级合束器10和三级合束器9的反射率、透过率大于95％。
44.本实施例中，激光光源1的输出功率50mw，波长905nm，最大脉宽1μs，频率不小于1khz，快轴束散角25
°
，慢轴束散角9
°
。预扩束器2的口径5mm，快轴扩束倍率4.36x，慢轴扩束倍率1.57x。一级分束器3的尺寸25mm
×
25mm，分束比为1:9，透过率大于95％。二级分束器4的尺寸25mm
×
25mm，分束比为1:9，透过率大于95％。三级分束器5的尺寸25mm
×
25mm，全反镜。三级扩束器6的口径14mm，扩束倍率10x。二级扩束器7的口径7mm，扩束倍率30x。一级扩束器8的口径5mm，扩束倍率1.5x。三级合束器9的尺寸25mm
×
25mm，下表面高反射率，上表面高透过率。二级合束器10的尺寸25mm
×
25mm，下表面高透过率，上表面高反射率。一级合束器11的尺寸25mm
×
25mm，全反镜。发射窗口12的口径10mm，透过率大于95％。第一路子激光束13在发射窗口12处光斑直径约0.3mm，第二路子激光束14在发射窗口12处光斑直径约0.6mm，第三路子激光束15在发射窗口12处光斑直径约4mm，整个模拟训练激光发射器的三维尺寸：≯60mm
×
50mm
×
35mm。
45.实施例二：
46.本实施例与实施例一相同的内容不再赘述，不同的是：
47.激光发射装置，包括上述的模拟训练激光发射器、激光编码模块和激光驱动器，所述激光编码模块用于根据开枪指令生成编码信号，所述激光驱动器用于根据所述编码信号驱动所述模拟训练激光发射器发射编码后的激光信号，并根据开枪指令发射相应数目的激光信号。
48.激光模拟训练器，包括开枪信号触发装置、激光发射装置、激光接收装置和主控制器，所述开枪信号触发装置位于装有空包弹的真枪上，用于采集射击所产生的触发冲击并发出开枪指令，所述激光发射装置用于根据所述开枪指令发射编码后的激光信号，所述激光接收装置用于感应所述编码后的激光信号，对所述激光信号进行解码并判断中弹者受到的伤害情况，所述主控制器根据所述中弹者受到的伤害情况获取战场上士兵的总体损伤情况和位置信息。
49.所述编码后的激光信号附有编码信息，所述编码信息包括起始字、设备编号、模拟种类、工作模式、发射编号、发射位置和校验。所述起始字用于触发激光接收装置的解码电路工作，设备编号用于确定发射者，每件设备与设备编号一一对应，模拟种类用于模拟多种设备，每件设备可能有多种工作模式，比如单/连发，设备每发射1次发射编号加1，发射编号
用于确定发射者每次发射的效果，发射编号设置上限值，规定发射的总次数(弹夹容量)，超过后不再发射激光信号，发射位置用于确定发射者的位置坐标，如经度、纬度，校验用于检查编码接收的正确性。
50.通常情况下，一个完整的激光信号编码信息包括96bit信息，编码格式如表1所示。
51.表1：
[0052][0053]
所述开枪信号触发装置包括冲击传感器、信号转换模块和信号识别模块，所述冲击传感器用于感应每次射击时产生的触发冲击，并生成振动模拟信号，所述信号转换模块用于将所述振动模拟信号转换数字信号，所述信号识别模块用于根据所述数字信号得到开枪指令，以驱动所述激光发射装置发射所述编码后的激光信号。优选的，所述冲击传感器位于扳机上。
[0054]
典型实例一：
[0055]
某营士兵甲携带某型步枪(编号0000001)在5m距离上发射激光(模拟开枪射击)，其位置为甲(e120
°
30
′
30
″
，n30
°
30
′
30
″
)，开枪模式为单发(0001)第6枪射击次数起始值均为0，则甲发射的激光脉冲编码信息为：
[0056]
甲(光斑50cm)：1101 000000000000000000000001 0001 0001 00000000011001011110000111100111100100011110011110011110 1111，编码信息含义对照如表2所示。
[0057]
表2：
[0058][0059][0060]
假设每个士兵配置5个弹夹，每个弹夹40发子弹，则子弹总数为200。此时，若发射编号初始值为400(000110010000)，则发射编号达到600(001001011000)后，再次发射(射击)的激光均为无效发射。发射编号“001001011000”即为上限值。
[0061]
典型实例二：
[0062]
某营士兵乙携带某型步枪(编号0000002)在100m距离上发射激光(模拟开枪射击)，其位置为乙(e120
°
30
′
30
″
，n30
°
30
′
27
″
)，开枪模式为乙单发(0001)2枪，射击次数起始值为0，则乙发射的激光脉冲编码信息分别为：
[0063]
乙(光斑100cm)：
[0064]
1101 000000000000000000000010 0001 0001 000000000001 01011110000111100111100100011110011110011011 1111；
[0065]
1101 000000000000000000000010 0001 0001 000000000010 01011110000111100111100100011110011110011011 1111。
[0066]
编码信息含义对照如表3所示。
[0067]
表3：
[0068][0069]
典型实例三：
[0070]
某营士兵丙携带某型步枪(编号0000003)在500m距离上发射激光(模拟开枪射击)，其位置为丙(e120
°
30
′
30
″
，n30
°
30
′
14
″
)，开枪模式为“连发(0010)5枪”，射击次数起始值为0，则丙发射的激光脉冲编码信息分别为：
[0071]
丙(光斑150cm)：
[0072]
1101 000000000000000000000011 0001 0010 000000000001 01011110000111100111100100011110011110001110 1111(第1发)，
[0073]
1101 000000000000000000000011 0001 0010 000000000010 01011110000111100111100100011110011110001110 1111(第2发)，
[0074]
1101 000000000000000000000011 0001 0010 000000000011 01011110000111100111100100011110011110001110 1111(第3发)，
[0075]
1101 000000000000000000000011 0001 0010 000000000100 01011110000111100111100100011110011110001110 1111(第4发)，
[0076]
1101 000000000000000000000011 0001 0010 000000000101 01011110000111100111100100011110011110001110 1111(第5发)。
[0077]
其编码信息含义对照如表4所示。
[0078]
表4：
[0079][0080][0081]
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本技术范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。