一种应用于实兵交战训练的建筑物模拟器的制作方法

1.本发明涉及军事训练器材领域，特别涉及实兵对抗训练的建筑物模拟器，具体是一种应用于实兵交战训练的建筑物模拟器。


背景技术：

2.目前实兵对抗训练朝着智能化的方向在发展，通常以激光代替弹药进行实兵对抗训练。
3.具体方法是在武器上加装激光发射机，在人员、装备上安装激光解码装置。对抗训练时武器发射编码激光束，人员、装备上安装的激光解码装置如果接收到编码激光束，则被判为被命中。
4.但是使用上述激光实兵对抗训练系统在城市攻防作战训练中存在以下重大缺陷：
5.(1)由于激光束无法穿透建筑物的外墙，火箭弹、导弹、坦克炮、直瞄火炮、间瞄火炮等重武器对建筑物发射激光模拟炮弹后，对建筑物外墙、内部结构及其内部的人员、装备产生不了任何毁伤效果，使得激光实兵对抗训练系统在城市攻防作战训练中只能变成在建筑内部单兵之间面对面的对抗，与实际的战斗场景严重不符。
6.(2)实际战斗中，建筑物内部被摧毁后由于墙体倒塌、楼板垮塌，人员不能够进入这些区域。但在现在的城市攻防作战训练中，由于缺少相应的模拟手段，人员任然能够随意出入，不能促使战士根据建筑物的毁伤状况，运用正确的战术。
7.(3)在实际战斗中，进攻方会采用破墙、破门等多种战术手段对建筑物进行破坏，避开防守方防守的重点部位，从薄弱处开辟通道发起攻击。但在现在的城市攻防作战训练中，由于缺少相应的模拟手段，使攻击方只能从大门向内进攻，而防守方只需对大门进行重点防御即可，这样的攻防训练缺少战术变化，严重影响训练的效果。


技术实现要素：

8.发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种应用于实兵交战训练的建筑物模拟器，使城市攻防作战训练更加贴近实战。
9.为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
10.一种应用于实兵交战训练的建筑物模拟器，包括建筑物毁伤计算单元、激光接收器、部位显控装置；所述激光接收器安装在建筑物的外墙上，构成激光接收器阵列，用于接收直瞄武器发射激光模拟弹药，并将激光解码数据发送给建筑物毁伤计算单元；所述部位显控装置安装在建筑物内部或外墙的相应部位上，用于显示建筑物内部结构或外墙的毁伤状况，并与建筑物毁伤计算单元进行数据通信；
11.所述建筑物毁伤计算单元为计算机系统，内部包含用于定位的建筑物结构模型和建筑物毁伤计算模型；所述建筑物毁伤计算单元与激光接收器信号连接，所述建筑物毁伤计算单元与部位显控装置信号连接。
12.具体地，所述的建筑物结构模型通过如下步骤进行建模：
13.(1)以所述建筑物上的一个点作为基准点，测量出该点的经度、纬度和高度坐标；以该基准点为原点建立空间直角坐标系，将建筑物的结构投影在该空间直角坐标系中。
14.(2)根据建筑物的结构、建筑材料的强度和抗毁性能，建立建筑物各部位的抗炮弹打击的参数模型。
15.进一步地，安装在建筑物上的每一个所述激光接收器均有唯一编号，用于对应建筑物的每一个具体部位。建筑物结构模型根据每个所述激光接收器的安装位置在所述空间直角坐标系的位置，可以计算出每个所述激光接收器的经度、纬度和高度坐标。
16.具体地，所述激光接收器由壳体、滤光片、光电传感器、信号放大电路、微处理器、通信电路组成。所述滤光片用于通过激光模拟弹药信号，滤除信号激光波长以外的干扰光信号；激光模拟弹药信号被所述光电传感器接收后转变为电信号；经所述信号放大电路放大后传输给所述微处理器；所述微处理器对信号进行解码，解析出模拟弹药数据；模拟弹药数据通过所述通信电路发送出去。滤光片装在壳体表面，光电传感器、信号放大电路、微处理器、通信电路安装在壳体内部。
17.进一步地，安装在建筑物内部、或外部的相应部位上的所述部位显控装置均有唯一编号，用于对应建筑物的每一个具体部位。所述部位显控装置由灯光显示部件、烟雾显示部件、通信电路组成。所述部位显控装置的通信电路接收到建筑物毁伤计算单元的毁伤信息后，所述灯光显示部件控制灯光点亮的颜色、以及闪烁或长亮的方式，提示建筑物被毁伤状况，所述烟雾显示部件控制发烟设备发烟，模拟建筑物的该部位受到攻击后燃烧的效果。
18.进一步地，在建筑物内部、或外部的墙体、门框上还可以安装破墙模拟器、破门模拟器。安装在建筑物内部、或外部的相应部位墙体、门框上的所述破墙模拟器、破门模拟器均有唯一编号，用于对应建筑物的每一个具体部位。所述破墙模拟器用于模拟在墙体被炸开后出现的孔洞，所述破门模拟器用于模拟门被炸开后的效果。所述破墙模拟器、破门模拟器由门、自动开门器、激光接收器/无线接收器的一种或两种、通信电路组成。所述通信电路通过有线方式、无线通信方式、或有线和无线组合通信方式与建筑物毁伤计算单元进行数据通信。所述激光接收器用于接收武器发射的激光模拟弹药，所述无线接收器用于接收炸弹发射的无线模拟爆炸信号。当墙体、门被破坏时，所述自动开门器控制所述门自动打开。
19.进一步地，在建筑物内部还可以安装室内定位系统，用于对建筑物内部的人员、装备进行实时位置测量。室内定位系统通过有线方式、无线通信方式、或有线和无线组合通信方式与建筑物毁伤计算单元进行数据通信。
20.进一步地，本发明还保护上述应用于实兵交战训练的建筑物模拟器进行建筑物毁伤计算的方法，包括如下步骤：
21.(1)火箭弹、导弹、坦克炮、直瞄火炮、间瞄火炮等重武器对建筑物发射激光模拟炮弹，模拟炮弹的激光信息中包含发射武器的类型、弹药的类型、发射武器的地理坐标信息；
22.(2)建筑物外墙上的激光接收器接收到激光模拟炮弹后，将激光接收器的编号、激光模拟炮弹包含的发射武器的类型、弹药的类型、发射武器的地理坐标信息发送给毁伤计算单元；
23.(3)毁伤计算单元根据激光接收器的编号确定建筑物被命中部位、以及该部位的经度、纬度和高度坐标，结合模拟炮弹激光信息中的地理坐标信息，计算出模拟炮弹命中建筑物墙体时的入射角以及射击距离；
24.(4)毁伤计算单元根据发射武器的类型、弹药的类型和射击距离，计算出模拟炮弹的动能和爆炸力，结合命中建筑物墙体时的入射角，以及建筑物该部位的抗炮弹打击的参数，计算出墙体是否被破坏：如果命中墙体的炮弹的破坏力大于墙体的抗炮弹打击能力，则该部位墙体被击穿并破坏；如果命中墙体的炮弹的破坏力小于墙体的抗炮弹打击能力，则该部位墙体受到部分损伤，但未被击穿。
25.(5)如果墙体被破坏，且模拟炮弹为瞬发引信，毁伤计算单元根据炮弹在墙体爆炸时的爆炸毁伤模型计算出爆炸点附近建筑物内部建筑结构被破坏的程度。如果墙体被破坏，且模拟炮弹为延时引信，毁伤计算单元根据命中建筑物墙体时的入射角、炮弹的延时时间、炮弹的动能模型、建筑物的结构模型计算出炮弹射入建筑物内部后的爆炸点的位置，根据炮弹爆炸毁伤模型计算出该爆炸点附近的内部建筑结构被破坏的程度；
26.(6)如果建筑物某个部位的墙体、或内部建筑结构被破坏，毁伤计算单元向该部位的部位显控装置发送毁伤信息，部位显控装置控制灯光点亮的颜色、以及闪烁或长亮的方式，提示建筑物被毁伤状况，烟雾显示部件控制发烟设备发烟，模拟建筑物的该部位受到攻击后燃烧的效果；
27.进一步地，本发明还保护上述应用于实兵交战训练的建筑物模拟器进行建筑物开辟进攻通道的方法，如下步骤：
28.(1)根据对抗训练的具体需求，在建筑物的墙体、门洞上安装破墙模拟器、破门模拟器。
29.(2)进攻方根据进攻方案，用武器对准相应部位的破墙模拟器、破门模拟器的激光接收器发射激光模拟弹药；或引爆模拟炸弹，向破墙模拟器、破门模拟器的无线接收器发射无线模拟爆炸信号。破墙模拟器、破门模拟器的通信电路将激光模拟弹药或模拟炸弹信号发送给建筑物毁伤计算单元。
30.(3)建筑物毁伤计算单元根据发射武器的类型、弹药或模拟炸弹的类型，结合建筑物该部位墙体或门的抗打击能力的参数，计算出墙体或门是否被破坏：如果命中墙体或门的弹药或模拟炸弹的破坏力大于墙体或门的抗打击能力，则该部位墙体或门被击穿并破坏；如果命中墙体或门的弹药或模拟炸弹的破坏力小于墙体或门的抗打击能力，则该部位墙体或门受到部分损伤，但未被击穿。
31.(4)如果墙体或门被击穿并破坏，该部位破墙模拟器、破门模拟器的自动开门器控制门自动打开，进攻方可以通过该通道进入建筑物的内部。
32.进一步地，本发明还保护上述应用于实兵交战训练的建筑物模拟器进行建筑物内部人员装备毁伤计算的方法，包括如下步骤：
33.(1)室内定位系统将建筑物内部的人员、装备的位置信息实时发送给毁伤计算单元；
34.(2)当毁伤计算单元根据建筑物毁伤计算的方法计算出模拟炮弹对建筑物产生的破坏后，根据炮弹的爆炸位置和杀伤半径，确定是否有人员、装备在杀伤半径内。如果在杀伤半径内，由毁伤计算单元控制人员、装备进入伤亡状态。
35.(3)建筑物内部结构被破坏后，对应部位的部位显控装置控制灯光点亮的颜色、以及闪烁或长亮的方式，以提示该部位已经垮塌，人员、装备不能进入该部位。毁伤计算单元如果根据室内定位系统测量出有人员、装备违规进入该部位后，将控制在该部位的人员、装
备进入伤亡状态。
36.有益效果：
37.(1)本发明通过在建筑物的外墙上布设激光接收器，建立建筑物的结构模型、建筑物毁伤计算模型、建筑物内部人员装备的毁伤计算模型、建筑物开辟进攻通道模型，能够在实兵对抗训练中实现火箭弹、导弹、坦克炮、直瞄火炮、间瞄火炮等重武器发射的激光模拟炮弹穿透建筑物外墙，并对建筑物外墙、内部结构及其内部的人员、装备产生更精确的打击效果，使对抗训练更加贴近实战。
38.(2)本发明通过计算激光模拟炮弹对建筑物结构的毁坏程度，并通过部位显控装置的灯光进行毁伤程度的警示，通过烟雾模拟建筑物内部爆炸后燃烧的效果，使交战双方能够在建筑物墙体倒塌、楼板垮塌、烟雾遮蔽等突发状况下，采用各种战术进行对抗，更好的提升交战双方临机指挥和运用战术的能力。
39.(3)本发明通过在建筑物内墙、外墙上布设破墙模拟器，在门框上安装破墙模拟器，使参加对抗训练的进攻方能够有更多的战术选择，利用破墙、破门等多种战术手段对建筑物进行破坏，避开防守方防守的重点部位，从薄弱处开辟通道发起攻击；促使防御方思考进攻方可能采取的各种进攻路线，制定更细致防御计划和方案。有效的提升交战双方的攻防能力。
附图说明
40.下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
41.图1为本发明建筑物模拟器的组成示意图。
42.图2为建筑物在直角坐标系中的示意图。
43.图3为建筑物模拟器建模流程图。
44.图4为激光接收器的组成示意图。
45.图5为部位显控装置组成示意图。
46.图6为破墙模拟器、破门模拟器组成示意图。
47.图7为建筑物毁伤计算方法流程图。
48.图8为建筑物内部人员装备的毁伤计算方法流程图。
49.图9为建筑物开辟进攻通道的方法流程图。
50.其中：1
‑
毁伤计算单元，2
‑
激光接收器，3
‑
部位显控装置，4
‑
破墙模拟器，5
‑
破门模拟器，6
‑
室内定位系统，7
‑
人员装备，21
‑
壳体，22
‑
滤光片，23
‑
光电传感器，24
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信号放大电路，25
‑
微处理器，26
‑
通信电路，31
‑
灯光显示部件，32
‑
烟雾显示部件，33
‑
通信电路，51
‑
门，52
‑
自动开门器，53
‑
激光接收器，54
‑
无线接收器，55
‑
通信电路。
具体实施方式
51.根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
52.图1所示为本发明建筑物模拟器的组成示意图。建筑物模拟器包含建筑物毁伤计算单元1、激光接收器2、部位显控装置3。
53.激光接收器2安装在建筑物的外墙上，构成激光接收器阵列。激光接收器2用于接
收直瞄武器发射激光模拟弹药，通过有线方式、无线通信方式、或有线和无线组合通信方式将激光解码数据发送给建筑物毁伤计算单元1。
54.部位显控装置3安装在建筑物内部、或外墙的相应部位上，用于显示建筑物内部结构、或外墙的毁伤状况，通过有线方式、无线通信方式、或有线和无线组合通信方式与建筑物毁伤计算单元1进行数据通信。
55.建筑物毁伤计算单元1为计算机系统，内部包含建筑物的结构模型、建筑物毁伤计算模型、建筑物内部人员装备的毁伤计算模型、建筑物开辟进攻通道模型。
56.在建筑物内部、或外部的墙体、门框上还可以安装破墙模拟器4、破门模拟器5。破墙模拟器4用于模拟墙体被炸开后出现的孔洞，破门模拟器5用于模拟门被炸开后的效果。
57.在建筑物内部还可以安装室内定位系统6，用于对建筑物内部的人员装备7进行实时位置测量。室内定位系统6为已有技术，可采用uwb定位、zigbee定位、超声定位等技术。
58.图2、图3所示为建筑物在直角坐标系中建模的步骤。
59.建筑物的建模方法，包括以下步骤：
60.(1)以所述建筑物上的一个点作为基准点，测量出该点的经度、纬度和高度坐标；以该基准点为原点建立空间直角坐标系，将建筑物的结构投影在该空间直角坐标系中。
61.(2)根据建筑物的结构、建筑材料的强度和抗毁性能，建立建筑物各部位的抗炮弹打击的参数模型。
62.图4所示，安装在建筑物上的每一个激光接收器2均有唯一编号，用于对应建筑物的每一个具体部位。根据每个激光接收器2的安装位置在空间直角坐标系的位置，可以计算出每个激光接收器2的经度、纬度和高度坐标。
63.激光接收器2由壳体21、滤光片22、光电传感器23、信号放大电路24、微处理器25、通信电路26组成。滤光片22用于通过激光模拟弹药信号，滤除信号激光波长以外的干扰光信号；激光模拟弹药信号被光电传感器23接收后转变为电信号；经信号放大电路24放大后传输给微处理器25；微处理器25对信号进行解码，解析出模拟弹药数据；模拟弹药数据通过通信电路26发送出去。滤光片22装在壳体21表面，光电传感器23、信号放大电路24、微处理器25、通信电路26安装在壳体21内部。
64.图5所示，部位显控装置3由灯光显示部件31、烟雾显示部件32、通信电路33组成。部位显控装置3的通信电路33接收到建筑物毁伤计算单元1的毁伤信息后，灯光显示部件31控制灯光点亮的颜色、以及闪烁或长亮方式，提示建筑物该部位受到攻击后被破坏的程度。烟雾显示部件32控制发烟设备发烟，模拟建筑物的该部位受到攻击后燃烧的效果。部位显控装置3可以安装在建筑物内部，也可以安装在建筑物的外墙上。每个部位显控装置3均有唯一编号，用于对应建筑物的每一个具体部位。
65.灯光可以采用彩色led、彩色灯泡的不同颜色和闪烁方式提示建筑物损毁程度，例如楼板垮塌红灯长亮，墙体倒塌红灯闪烁等。发烟设备可以采用发烟罐或雾化发烟机，模拟炮弹在建筑物内部爆炸燃烧后产生的效果。
66.图6所示，破墙模拟器4、破门模拟器5由门51、自动开门器52、激光接收器53/无线接收器54的一种或两种、通信电路55组成。
67.通信电路55通过有线方式、无线通信方式、或有线和无线组合通信方式与建筑物毁伤计算单元1进行数据通信。有线通信方式可以采用rs485、以太网、can等技术。无线通信
方式可以采用wifi等技术。
68.激光接收器53用于接收武器发射的激光模拟弹药，无线接收器54用于接收炸弹发射的无线模拟爆炸信号。激光接收器53与安装在外墙上的激光接收器2的电路组成相同。无线接收器54可以采用红外、zigbee、蓝牙等无线通信技术。
69.自动开门器52用于在墙体、门被破坏时控制门51自动打开。自动开门器52可以采用已有技术电控门锁与液压阻尼闭门器，在安装时调整液压阻尼闭门器的开闭方向，使门锁打开时液压阻尼闭门器能够自动将门推开。当墙体、门被破坏时，电控门锁通电使门锁打开，门51在液压阻尼闭门器的作用下被推开。也可以采用已有技术如电动开/闭门器。
70.破墙模拟器4安装在建筑物内部、外部的墙体上，破门模拟器5安装在建筑物内部、外部的门框上。每个破墙模拟器4、破门模拟器5均有唯一编号，用于对应建筑物的每一个具体部位。破墙模拟器4用于模拟在墙体被炸开后出现的孔洞，破门模拟器5用于模拟门被炸开后的效果。当墙体、门被破坏时，自动开门器52控制所述门51自动打开，形成进攻通道。
71.图7所示，建筑物毁伤计算方法包括如下步骤：
72.(1)火箭弹、导弹、坦克炮、直瞄火炮、间瞄火炮等重武器对建筑物发射激光模拟炮弹，模拟炮弹的激光信息中包含发射武器的类型、弹药的类型、发射武器的地理坐标信息；
73.(2)建筑物外墙上的激光接收器接收到激光模拟炮弹后，将激光接收器的编号、激光模拟炮弹包含的发射武器的类型、弹药的类型、发射武器的地理坐标信息发送给毁伤计算单元；
74.(3)毁伤计算单元根据激光接收器的编号确定建筑物被命中部位、以及该部位的经度、纬度和高度坐标，结合模拟炮弹激光信息中的地理坐标信息，计算出模拟炮弹命中建筑物墙体时的入射角以及射击距离；
75.(4)毁伤计算单元根据发射武器的类型、弹药的类型和射击距离，计算出模拟炮弹的动能和爆炸力，结合命中建筑物墙体时的入射角，以及建筑物该部位的抗炮弹打击的参数，计算出墙体是否被破坏：如果命中墙体的炮弹的破坏力大于墙体的抗炮弹打击能力，则该部位墙体被击穿并破坏；如果命中墙体的炮弹的破坏力小于墙体的抗炮弹打击能力，则该部位墙体受到部分损伤，但未被击穿。
76.(5)如果墙体被破坏，且模拟炮弹为瞬发引信，毁伤计算单元根据炮弹在墙体爆炸时的爆炸毁伤模型计算出爆炸点附近建筑物内部建筑结构被破坏的程度。如果墙体被破坏，且模拟炮弹为延时引信，毁伤计算单元根据命中建筑物墙体时的入射角、炮弹的延时时间、炮弹的动能模型、建筑物的结构模型计算出炮弹射入建筑物内部后的爆炸点的位置，根据炮弹爆炸毁伤模型计算出该爆炸点附近的内部建筑结构被破坏的程度；
77.(6)如果建筑物某个部位的墙体、或内部建筑结构被破坏，毁伤计算单元向该部位的部位显控装置发送毁伤信息，部位显控装置控制灯光点亮的颜色、以及闪烁或长亮方式，提示该部位被破坏的程度；控制发烟设备发烟，模拟该部位被破坏燃烧的效果；
78.图8所示，建筑物内部人员装备的毁伤计算方法包括如下步骤：
79.(1)室内定位系统将建筑物内部的人员、装备的位置信息实时发送给毁伤计算单元；
80.(2)当毁伤计算单元根据建筑物毁伤计算的方法计算出模拟炮弹对建筑物产生破坏后，根据炮弹的爆炸位置和杀伤半径，确定是否有人员、装备在杀伤半径内。如果在杀伤
半径内，由毁伤计算单元控制人员、装备进入伤亡状态。
81.(3)建筑物内部结构被破坏后，对应部位的部位显控装置控制灯光点亮的颜色、以及闪烁或长亮方式，以提示该部位已经垮塌，人员、装备不能进入该部位。毁伤计算单元如果根据室内定位系统测量出有人员、装备违规进入该部位后，将控制在该部位的人员、装备进入伤亡状态。
82.图9所示，建筑物开辟进攻通道的方法包括如下步骤：
83.(1)根据对抗训练的具体需求，在建筑物的墙体、门洞上安装破墙模拟器、破门模拟器。
84.(2)进攻方根据进攻方案，用武器对准相应部位的破墙模拟器、破门模拟器的激光接收器发射激光模拟弹药；或引爆模拟炸弹，向破墙模拟器、破门模拟器的无线接收器发射无线模拟爆炸信号。破墙模拟器、破门模拟器的通信电路将激光模拟弹药或模拟炸弹信号发送给建筑物毁伤计算单元。
85.(3)建筑物毁伤计算单元根据发射武器的类型、弹药或模拟炸弹的类型，结合建筑物该部位墙体或门的抗打击能力的参数，计算出墙体或门是否被破坏：如果命中墙体或门的弹药或模拟炸弹的破坏力大于墙体或门的抗打击能力，则该部位墙体或门被击穿并破坏；如果命中墙体或门的弹药或模拟炸弹的破坏力小于墙体或门的抗打击能力，则该部位墙体或门受到部分损伤，但未被击穿。
86.(4)如果墙体或门被击穿并破坏，该部位破墙模拟器、破门模拟器的自动开门器控制门自动打开，进攻方可以通过该通道进入建筑物的内部。
87.本发明通过在建筑物的外墙面上安装激光接收器，接收火箭弹、导弹、坦克炮、直瞄火炮等重武器对建筑物发射激光模拟炮弹；通过建筑物内部的室内定位系统对建筑物内部的人员、装备进行实时位置测量；通过建筑物毁伤计算单元计算建筑物受到攻击后建筑物自身的损毁程度，并根据激光模拟炮弹入射方向、毁伤效能对建筑物内部相应位置的人员装备进行毁伤裁决；通过在建筑物的墙体和门上安装破墙模拟器和破门模拟器，当墙体和门受到攻击后能够自动打开，模拟墙体和门被破坏后产生的缺口和通道。使城市攻防作战训练更加贴近实战。
88.本发明提供了一种应用于实兵交战训练的建筑物模拟器的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。