本发明属于军事训练设备，具体涉及一种基于虚拟现实的单兵训练系统。
背景技术：
当前世界许多国家军队正在掀起以模拟化为标志的第二次训练革命，其中心要旨就是充分运用以计算机为核心的现代模拟技术实现军事训练的跃升，以期以最大的效费比实现战斗力的有机生成。
虚拟现实模拟训练，综合运用了虚拟现实技术，在视觉、听觉、触觉等方面为受训者生成一个极为逼真的未来战争虚拟环境，使受训者最大限度地得到近似实战化的训练，模拟未来战争的各种可能情况，使受训者最大限度地贴近实战锻炼；可以为受训者提供各种困境、危境、绝境等高危境况，全面模拟演练各种高危险性的行动，提高处理各种危险突发事件的能力。
目前世界上单兵虚拟现实训练系统大多数采用的是数个投影机将虚拟场景投影到屏幕上的方式，受训人员必须时刻注视投影屏幕，不能向其他方向看；并且由于训练场景是半封闭状态，受训人员容易受到外界环境的干扰；另外，目前单兵虚拟现实训练系统要求受训人员完成的动作很有限，几乎只限于观察、瞄准、射击等少数动作，对于受训人员的蹲下、卧倒、奔跑、跳跃、侧身、切换武器、装填弹药等更复杂但又必须的战术动作并没有在虚拟场景中进行实现。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种能够摆脱传统虚拟训练系统的投影屏幕限制，能够生成逼真的战场虚拟环境，受训者可以真实地完成实战中的动作的基于虚拟现实的单兵训练系统，以提高部队单兵虚拟训练的真实性和训练效果。
实现本发明目的采用的技术方案如下：基于虚拟现实的单兵训练系统包括力反馈战斗背心模块、头盔显示器模块、仿真步兵武器装备模块、数据手套模块、下肢动作识别器、无线数据终端、电脑终端；所述力反馈战斗背心模块包括力反馈战斗背心、设在力反馈战斗背心上的主控电路、与主控电路电连接的角度传感器、第一加速度传感器、无线收发模块和力反馈装置；头盔显示器模块包括头盔显示器及与之电连接的第一陀螺仪传感器、耳机；所述仿真步兵武器装备模块包括至少一种仿真武器及与之电连接的第二陀螺仪传感器或者按动开关；所述数据手套模块包括数据手套及与之电连接的第二加速度传感器；所述下肢动作识别器包括绑腿及与之电连接的第三加速度传感器；所述头盔显示器、耳机、仿真武器、数据手套和绑腿分别与反馈战斗背心上的主控电路电连接；力反馈战斗背心上的无线收发模块与无线数据终端通过无线方式电连接；无线数据终端与电脑终端通过VGA视频接口、音频接口、USB接口电连接。
所述力反馈装置由微型空气压缩机、气阀和设置在力反馈战斗背心内侧的气囊组成。
所述仿真武器包括仿真步枪、仿真手枪、仿真匕首和仿真手雷，所述第二陀螺仪传感器包括分别与仿真步枪、仿真手枪、仿真匕首电连接的步枪陀螺仪传感器、手枪陀螺仪传感器、匕首陀螺仪传感器，仿真手雷与按动开关电连接。
所述头盔显示器模块中的头盔显示器及与之电连接的第一陀螺仪传感器和耳机用于显示音频、视频信号，并感知受训人员头部方位。
所述力反馈战斗背心上，力反馈装置安装于紧贴受训人员身体一侧，用于模拟虚拟场景中人员中弹后的疼痛感，角度传感器和第一加速度传感器用于感知受训人员身体躯干的动作和状态。
所述仿真步枪、手枪、匕首和手雷等仿真武器可方便地按照真实的步兵战术背心的弹药携带方式放置在所述力反馈战斗背心外侧相应的武器套中。所述步枪陀螺仪传感器、手枪陀螺仪传感器和匕首陀螺仪传感器用于感知仿真步枪、仿真手枪、仿真匕首等武器的指示方向和动作，所述仿真手雷由于条件限制，不必真的扔出去，仅仅用手部动作进行扔手雷的动作模拟，仿真手雷安装有按动开关，做出取手雷的动作，触动按动开关，触发扔手雷的动作。
所述数据手套模块中数据手套上的第二加速度传感器，用于检测简单的扔手雷的手部动作。
所述下肢动作识别器中的第三加速度传感器用于检测受训人员行走(用慢速原地踏步模拟)，奔跑(用快速原地踏步模拟)，跳跃的动作。
所述电脑终端内装有电脑驱动程序，用于将所述虚拟训练系统中各传感器接收到的受训人员动作信号，转换成对应的鼠标和键盘的动作，控制虚拟现实场景中的虚拟人物同样做出相应的动作。
所述电脑终端内装有虚拟现实数据库作为虚拟军事训练系统，由键盘和鼠标控制。为了节省成本，所述虚拟现实数据库也可以使用专业军事仿真游戏系统代替，比如美国的《美国陆军》《闪点行动》等。
本发明运用先进的虚拟现实技术、传感器技术、嵌入式技术、无线通信技术、力反馈技术，在很小的室内空间内为单兵训练提供了真实的虚拟训练场景，可模拟特定的气候和地形环境，将受训人员所做出的奔跑、慢走、跳跃、跪下、卧倒、侧身、各方向转向、持枪、瞄准、射击、扔手雷等几乎所有在真实单兵训练场景中涉及到的动作通过对应的传感器产生的电信号实时传递给虚拟系统，驱动虚拟场景中的人物做出相同的动作，使受训者最大限度的贴近实战锻炼，大大节省了训练成本，提高训练效率。
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
见附图，基于虚拟现实的单兵训练系统包括力反馈战斗背心模块、头盔显示器模块、仿真步兵武器装备模块、数据手套模块、下肢动作识别器、无线数据终端、电脑终端；所述力反馈战斗背心模块包括力反馈战斗背心、设在力反馈战斗背心上的主控电路1、与主控电路1电连接的角度传感器101、第一加速度传感器102、无线收发模块12和力反馈装置；所述力反馈装置由微型空气压缩机13、气阀14和设置在力反馈战斗背心内侧的气囊15组成；头盔显示器模块包括头盔显示器4及与之电连接的第一陀螺仪传感器401、耳机5；所述仿真步兵武器装备模块包括多种仿真武器及与之电连接的第二陀螺仪传感器16或者按动开关901，如仿真武器包括仿真步枪6、仿真手枪7、仿真匕首8和仿真手雷9，第二陀螺仪传感器16包括分别与仿真步枪6、仿真手枪7、仿真匕首8电连接的步枪陀螺仪传感器601、手枪陀螺仪传感器701和匕首陀螺仪传感器801，仿真手雷9与按动开关901电连接；所述数据手套模块包括数据手套2及与之电连接的第二加速度传感器201；所述下肢动作识别器包括绑腿3及与之电连接的第三加速度传感器301；所述头盔显示器4、耳机5、仿真步枪6、仿真手枪7、仿真匕首8、仿真手雷9、数据手套2和绑腿3分别与反馈战斗背心上的主控电路1电连接；力反馈战斗背心上的无线收发模块12与无线数据终端11通过无线方式电连接；无线数据终端11与电脑终端10通过VGA视频接口、音频接口、USB接口电连接。
无线数据终端11通过电脑终端10的视频接口和音频接口接收视频及音频信号，转换成无线信号传送给力反馈战斗背心上的无线收发模块12；无线数据终端11通过电脑终端10的USB获取电能，并传递控制信号。
力反馈战斗背心上的无线收发模块12接收到电脑终端10中的虚拟训练场景的视频和音频的无线信号，转换成电信号，传递给头盔显示器4和耳机5，转换成受训人员可以感知的图像信号和声音信号；头盔显示器4上的第一陀螺仪传感器401接收受训人员的头部移动信号，传递给力反馈战斗背心上的主控电路1，经过处理传递给无线收发模块12，转变为无线信号传递给无线数据终端11，转变为电信号传递给电脑终端10，控制虚拟场景中人物的视野移动；头盔显示器4的运用可以使受训人员不受外界环境的干扰，训练时身临其境，而且受训人员的头部和躯干可以自由移动，不受传统虚拟训练中投影屏幕的限制，大大提高虚拟训练的真实性。
受训人员根据训练中的武器的需要，可以自由选取使用仿真步枪6、仿真手枪7、仿真匕首8、仿真手雷9；仿真步枪6、仿真手枪7、仿真匕首8上的步枪陀螺仪传感器601、手枪陀螺仪传感器 701和匕首陀螺仪传感器801用于检测武器瞄准指向；仿真步枪6、仿真手枪7的弹夹处设置开关，用于检测更换弹夹的动作。武器的瞄准指向信号、扣动扳机信号及更换弹夹的信号传递给力反馈战斗背心上的主控电路1，经过处理传递给无线收发模块12，转变为无线信号传递给无线数据终端11，转变为电信号传递给电脑终端10，控制虚拟场景中武器准心的移动、射击及更换弹夹。仿真手雷9 上设置按动开关901，当需要使用仿真手雷9时，受训人员触发按动开关901，进而数据手套2上的加速度传感器201开始工作，受训人员握紧拳头模拟手握仿真手雷9的动作，挥动手臂紧接着张开拳头模拟扔仿真手雷9的动作，第二加速度传感器201检测握拳、挥动手臂、张开拳头的动作，驱动虚拟场景中的人物做出相应的扔仿真手雷9的动作。此种方式模拟扔仿真手雷9的动作，并不是真正扔出仿真手雷9，只是触发仿真手雷9上的按动开关901，然后做出相应的动作，用此简单可行的方法很好地解决了扔仿真手雷9的问题。
位于力反馈战斗背心上的角度传感器101和加速度传感器102，根据接收到的信号的不同，用于检测受训人员的站立、跪、卧动作；下肢动作识别器中的绑腿3及与之电连接的第三加速度传感器 301根据接收到的信号的不同，用于检测受训人员的停止、行走、奔跑、跳跃的动作。
各传感器检测到受训人员的动作后，将控制信号传递给力反馈战斗背心上的主控电路1，经过处理传递给无线收发模块12，转变为无线信号传递给无线数据终端11，转变为电信号传递给电脑终端 10，控制虚拟场景中的人物做出相应的动作。
当位于电脑终端10的虚拟场景中的人物中弹后，电脑终端10向无线数据终端11发出“中弹”指令；无线收发模块12接收到“中弹”指令后，传递给主控电路1，控制气阀14开启，微型空气压缩机 13瞬间向位于力反馈战斗背心内侧的气囊15冲入高压气体，使气囊15瞬间膨胀，给受训人员以冲击感，使其体验到“中弹”的感觉。
上述方案中各单元部件均可采用现有技术。头盔显示器4可采用深圳亿思达公司的EVG920A视频眼镜，陀螺仪传感器可采用型号为MG1101的陀螺仪。仿真武器部分可以使用能够卸下弹夹的仿真玩具代替。加速度传感器可采用MMA7455数字加速度传感器模块，角度传感器可采用SCA60C。