一種基于視頻疊加的火控瞄準模擬器

摘 要:為了提高火控瞄準器的訓練效果，解決實裝少訓練難的問題，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模擬器，采用視頻疊加技術和單片機控制電路，代替了原實裝上的復雜光路設計，增強了可調和可控性;通過學員的實際操作學習，檢驗了模擬器的實用性，可替代實裝進行訓練，解決了訓練中的矛盾，具有較高的經濟效益。

關鍵詞:模擬器; 視頻疊加; 單片機; 火控

中圖分類號:TN919-34文獻標識碼: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

發展模擬訓練器材，實現訓練模擬化是“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，獲取最佳的教學訓練效果。火控瞄準模擬器[1]正是為了滿足實際教學訓練需求，立足現有的技術而研制開發的。

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

考慮現有視頻電子瞄準具[3-4]的原理，視頻電子瞄準器需要在原有視頻圖像上疊加瞄準分劃線和其他相關字符圖形信息，用以瞄準場景目標和現實相關信息。把封裝在存儲器中的分劃線數據按照像元位置與掃描時間的映射關系，通過模擬開關與原始視頻圖像信號切換，合成為新的標準視頻信號輸出，可達到與鏡片組相同的視景效果，而且可控性好。

1 結 構

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，控制步進電機，步進電機帶動攝像頭轉動，調整視景。

圖1 火控模擬器結構圖

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，這種映射關系需要利用標準視頻掃描格式進行轉換，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像素點的覆蓋。

選用Atmel公司新推出的AT90S1200[9]型單片機。其內部有1 KB的FLASH程序存儲器和64 B E2PROM數據存儲器，內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據串行輸出的要求。

有兩種方便的調用顯示方式，“屏幕存儲映像”或“行存儲映像”。“屏幕存儲映像”其特點是屏幕上每一個象素點都與一位RAM存儲單元對應，要對屏幕上字符的顯示進行編輯十分簡單。但這種方式占用RAM單元較多，需要大容量RAM。考慮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區的存儲位置，而列位置則由單片機單獨發出控制脈沖來控制，這樣就大大節省了顯示RAM的存儲單元。這種稱之為“行存儲映像”。 而AT90S1200內部沒有大容量的RAM存儲器，無法實現“屏幕存儲映像”或“行存儲映像”的內置化，也不易外接存儲器，但執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給。

為了保證顯示的連續性，通訊必須在視頻信號消隱期內完成。要在消隱期內完成大量字符點陣數據的傳輸顯然是不可能的。然而，實際使用中監視器上顯示的標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單片機內部的可以按字節尋址的64 B E2PROM來存儲“0～9”10個數字以及“:”、“-”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常修改的變量。

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

當顯示的漢字標題要更改時，由主控CPU從外部字庫ROM中取出新的點陣數據，將其拼接在AT90S1200程序代碼的對應位置，再通過SPI口對AT90S1200進行串行編程，編程完畢后恢復正常顯示。采用ATMEL89C51單片機作主控機，2片AT90S1200單片機作顯示執行機，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沒有標準的UART串口，利用其I/O管腳自定義了一種串行通訊協議，從而實現了2路時間字符疊加。

3 結 論

根據系統原理完成的火控瞄準模擬器，較真實地模擬了實裝的使用情況，可替代實裝完成訓練，且成本低，易于安裝調試，無需高精密制造工藝和裝配設備，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。

參考文獻

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[9]ATMEL. AT90S1200中文資料[M].北京:ATMEL，2007.