DE10043523A1 - Einrichtung zur elektronischen Trefferauswertung - Google Patents
Einrichtung zur elektronischen TrefferauswertungInfo
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Abstract
Es wird eine Einrichtung zur elektronischen Trefferauswertung für Schießstände vorgeschlagen, die zur Ermittlung der Trefferposition in einem Gestellrahmen (40) angeordnete Sende- und Empfangsmodule (36, 35) hat. Die Sendemodule (36) erzeugen ein Lichtstrahlgitter aus vertikalen und horizontalen Sensorstrahlen (37, 38), die von den Empfangsmodulen (35) erfasst und in einem Steuerwerk (46) mit nachgeschaltetem Rechner (47) ausgewertet werden. Auf diese Weise lässt sich ein in einer Zielebene (41) aufgetretenes Objekt (48), beispielsweise ein Geschoss, bezüglich seiner Position exakt elektronisch erfassen.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur elektronischen Trefferauswertung für
Schießstände, die im Zielbereich eine Sensoranordnung zur Ermittlung der
Trefferpositionen hat.
Zur elektronischen Trefferauswertung können die Einschusslöcher elektrooptisch oder
in anderer Weise abgetastet werden, um die Trefferpositionen der Einschusslöcher
festzustellen.
Zur Schulung von Polizisten können in Verbindung mit Videoszenen realistische
Gefahrensituationen trainiert werden, damit in einer jeweiligen Gefahrensituation ein
korrekter Gebrauch der Schusswaffe geübt werden kann. Wird in einer solchen
Gefahrensituation ein Schusswaffengebrauch erforderlich, so sollte möglichst schon
während der ablaufenden Videoszene zeitgleich die jeweilige Trefferposition eines
Einschusses festgestellt werden. In Abhängigkeit von der Trefferposition kann dann
interaktiv der weitere Ablauf der Videoszene fortgeführt werden. Um eine derartige
interaktive Trainingsmöglichkeit zu schaffen, ist es erforderlich, dass Trefferpositionen
im Bereich von ablaufenden Videoszenen möglichst genau und schnell erfasst und
weiterverarbeitet werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur elektronischen
Trefferauswertung zu schaffen, die auch für größere Zielflächen geeignet ist und eine
möglichst schnelle Trefferauswertung ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe erhält man mit den im Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen. Die Zielebene ist von einem Gestellrahmen umschlossen und wird von
vertikalen und horizontalen Sensorstrahlen durchsetzt. Die Sensorstrahlen bilden somit
ein XY-Gitter, so dass eine das XY-Gitter durchdringendes Geschoss eine
Unterbrechung wenigstens eine vertikalen und eines horizontalen Sensorstrahls
bewirkt. Ein Rechner kann die unterbrochenen Sensorstrahlen im Bruchteil einer
Sekunde auswerten und für weitere Steuerungszwecke zur Verfügung stellen. Mit der
elektronischen Trefferauswertung kann beispielsweise festgestellt werden, ob in einer
konkreten Gefahrensituation die Trainingsperson richtig reagiert hat und ob ein Schuss
im richtigen Bereich, beispielsweise an den Beinen eines Angreifers, getroffen hat.
Die bevorzugte Ausführung besitzt entlang der X-Achse und auch entlang der Y-Achse
mehrere hintereinander angeordnete Empfangsmodule, die jeweils von im
Gestellrahmen auf der gegenüberliegenden Seite angeordneten Sendemodulen mit
Sensorstrahlen beaufschlagt werden. Dabei sind die Empfangsmodule und die
Sendemodule vorzugsweise identisch aufgebaut und besitzen eine Vielzahl von in
Reihe angeordneten optoelektronischen Empfangs- bzw. Sendeelementen. Durch den
modularen Aufbau lässt sich die gesamte Trefferanordnung in ihren Abmessungen an
die jeweiligen Erfordernisse einfach anpassen. Für größere Gestellrahmen wird einfach
eine größere Anzahl von Modulen verwendet als für kleinere Gestellrahmen.
Besonders vorteilhaft ist es, die vertikalen Sensorstrahlen und die horizontalen
Sensorstrahlen mittels Leuchtdioden oder Laserdioden zu erzeugen, die somit in der
Zielebene einen vertikalen und einen horizontalen Lichtvorhang bilden. Die Abstände
der Sensorstrahlen sind dabei so gewählt, dass die kleinsten verwendeten Geschosse
noch sicher erfasst werden können.
Jedes Sende- bzw. Empfangsmodul kann mit z. B. 32 Sende- bzw. Empfangselementen
bestückt sein, die zeitlich nacheinander angesteuert werden. Die Sende- und
Empfangsmodule können dabei in der Weise parallel angesteuert werden, dass
beispielsweise in sämtlichen Sendemodulen jeweils die gleichen Sendeelemente
gleichzeitig angesteuert werden. Der Steuerungsaufwand verringert sich dadurch und
es wird auch für große Zielebenen mit entsprechend vielen Modulen eine genauso
hohe Abtastgeschwindigkeit erreicht, wie für kleinere Gestellrahmen.
Weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des Gesamtaufbaus der Einrichtung zur elektronischen
Trefferauswertung und
Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau eines Empfangsmoduls, wie es in der in Fig. 1
dargestellten Einrichtung Verwendung findet.
Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild zeigt den modularen Aufbau eines
Gestellrahmens 40, der eine Zielebene 41 umschließt. Der Gestellrahmen 40 bildet
eine obere und eine untere X-Achse 42 und 43 sowie vertikal im Abstand verlaufende
Y-Achsen 44 und 45, in denen hintereinander mehrere identische Empfangsmodule 35
bzw. Sendemodule 36 angeordnet sind. Mittels optoelektronischer Elemente erzeugen
die Sendemodule 36 vertikale und horizontale Sensorstrahlen 37, 38, so dass ein
feinmaschiges Lichtgitter über der gesamten Zielebene 41 entsteht.
Ein Steuerwerk 46 und ein Rechner 47 steuern die Sendemodule 36 und werten die an
den Empfangsmodulen 35 festgestellten Beeinflussungen der Sensorstrahlen 37, 38
aus. Durchdringt ein Objekt 48, beispielsweise ein Geschoss, die Zielebene 41 an einer
beliebigen Stelle, so werden dadurch wenigstens zwei Sensorstrahlen, nämlich ein
vertikaler und ein horizontaler Sensorstrahl von dem Objekt zumindest teilweise
unterbrochen. Die Unterbrechung der Sensorstrahlen wird an einem der entlang der X-
Achse angeordneten Empfangmodul 35 und an einem entlang der Y-Achse
angeordneten Empfangsmodul 35 festgestellt. Der Rechner 47 wertet die
Unterbrechung der Sensorstrahlen aus und kann daraus exakt auf die Position des
Objekts 48 schließen. Auf diese Weise kann die Trefferposition eines Geschosses
äußerst genau festgestellt werden.
In Fig. 2 ist der Aufbau eines Empfangsmoduls 35 dargestellt, der optoelektronische
Elemente 0 bis 31 als Sensorelemente besitzt. Die im Gestellrahmen 40 von Fig. 1
verwendeten Sendemodule 36 sind gleichartig, wie der hier in Fig. 2 dargestellte
Empfangsmodul 35 aufgebaut, und besitzen eine gleiche Anzahl von
optoelektronischen Elementen 0 bis 31, die jedoch als Sendeelemente ausgebildet sind.
Außer den optoelektronischen Elementen 0 bis 31 ist das Empfangsmodul 35 mit einer
Multiplex-Steuereinheit 32 ausgestattet, die von einem im Modul angeordneten
Netzteil 33 mit Strom versorgt wird. Über eine Schnittstelle 34 wird die Verbindung zu
dem in Fig. 1 dargestellten Steuerwerk 46 hergestellt.
Beim Zusammenbau der Sende- und Empfangsmodule ist es besonders wichtig, die
optoelektronischen Elemente exakt anzuordnen und insbesondere die Sendeelemente 0
bis 31 der Sendemodule 36 exakt so zu positionieren, dass im Gestellrahmen 40 mit
hoher Genauigkeit parallele horizontale und vertikale Sensorstrahlen 37, 38 erzeugt
werden könne. Die als lichtemittierende Dioden ausgebildeten Sendeelemente besitzen
eine optische Linse oder andere Fokusierungseinrichtungen, um möglichst exakt
ausgerichtete Sensorstrahlen mit einem möglichst kleinen Streuwinkel zu erzeugen.
Gute Ergebnisse konnten mit Laserdioden erzielt werden, die Schaltzeiten von weniger
als 20 nsec hatten. Die Fokusierung war kleiner als 2° Halbwinkel.
Eine analoge Auswertung der Sensorsignale kann beispielsweise in 10%-Schritten bei
einer Teilabdeckung erfolgen, so dass die Genauigkeit der Trefferpositionen um den
Faktor 10 erhöht wird.
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zur elektronischen Trefferauswertung können
in einer Zielebene Trefferpositionen von Geschossen festgestellt werden, die hohe
Geschossgeschwindigkeiten von 500 m/sec und mehr haben können. Die
Geschosslänge kann dabei beispielsweise zwischen 10 bis 15 mm liegen. Der modulare
Aufbau des Gestellrahmens 40 von Fig. 1 gestattet ohne weiteres die
Trefferauswertung an Zielebenen mit einer Länge von bis zu 10 m vorzunehmen. Bei
entsprechend dicht aneinander angeordneten Sende- und Sensorelementen lassen sich
durchaus auch Geschosse mit einem Durchmesser von nur 5 mm sicher beim
Durchdringen der Zielebene 41 feststellen. Die Scannzeit jedes Moduls kann bei etwa
10 bis 20 µsec liegen, d. h. dass die optoelektronischen Elemente 0 bis 31 mit einer
Zykluszeit von 10 bis 20 µsec gescannt werden.
Dadurch, dass alle Sende- und Empfangsmodule der X- und Y-Achsen Zeit- und
Funktionssynchron arbeiten, werden die Scannzeiten minimiert. Jedes Modul ist eine
komplette eigenständige Funktionseinheit, die galvanisch vollkommen entkoppelt, eine
eigene Stromversorgung und eine eigene Steuereinheit mit Auswertung der Sensoren
beinhaltet. Die Schnittstelle 34 ist optoentkoppelt.
Über das Steuerwerk 46 (Fig. 1) und den Rechner 47 können die Auswertedaten zur
weiteren Verarbeitung an andere Systeme weitergegeben werden. Es lässt sich damit
interaktiv eine auf die Zielebene 41 projizierte Videoszene steuern, beispielsweise
wenn ein dort als Projektion dargestellter Angreifer in einer Gefahrensituation von
einem Geschoss getroffen wird. Die Videoszene der Gefahrensituation kann
entsprechend der festgestellten Trefferposition fortgeführt werden, so dass realistische
Trainingsprogramme für Polizisten abgehalten werden können.
Claims (15)
1. Einrichtung zur elektronischen Trefferauswertung für Schießstände, die im
Zielbereich eine mehrere Sensorelemente umfassende Sensoranordnung zur
Ermittlung der Trefferpositionen hat, dadurch gekennzeichnet, dass eine von
einem Gestelkahmen (40) umschlossene Zielebene (41) von vertikalen und
horizontalen Sensorstrahlen (37, 38) durchsetzt ist, und dass die von einem
Geschoss ausgehende Beeinflussung der Sensorstrahlen (37, 38) zur Bestimmung
der Trefferposition in einem Rechner (47) ausgewertet wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen
Sensorstrahlen (37) von mehreren entlang einer X-Achse (43) hintereinander
angeordneten Empfangsmodulen (35) empfangen werden, und dass die
horizontalen Sensorstrahlen (38) von mehreren entlang einer Y-Achse (45)
hintereinander angeordneten Empfangsmodulen (35) empfangen werden, wobei
alle Empfangsmodule (35) identisch aufgebaut sind und jeweils eine Vielzahl von
Sensorelementen aufweisen.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass korrespondierend zu
den Sensorelementen Sendeelemente entlang einer zweiten gegenüberliegenden X-
Achse (42) und entlang einer zweiten gegenüberliegenden Y-Achse (44)
angeordnet sind, so dass der von einem Sendeelement ausgestrahlte Sensorstrahl
(37, 38) von jeweils einem einzigen zugeordneten gegenüberliegenden
Sensorelement empfangen wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeelemente
entlang der X-Achse (42) und entlang der Y-Achse (44) in mehreren
hintereinander angeordneten und identisch aufgebauten Sendemodulen (36)
untergebracht sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Sendemodul
(36) ebenso viele Sendeelemente enthält, wie jedes Empfangsmodul (35)
Empfangselemente hat.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die vertikalen Sensorstralblen (37) und die horizontalen Sensorstrahlen (38)
zwei Lichtstrahlenvorhänge bilden, die jeweils aus parallelen Lichtstrahlen
bestehen.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Sende- und Empfangselemente der Sende- und Empfangsmodule synchron von
einem zentralen Steuerwerk (46) angesteuert werden.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
jedes Sende- bzw. Empfangsmodul aus einer gleichen Anzahl von Sendeelementen
bzw. Empfangselementen besteht, und dass die Sende- bzw. Empfangselemente
eines Sende- bzw. Empfangsmoduls immer wieder beginnend bei der ersten
Adresse nacheinander bis zur letzten Adresse zyklisch angesteuert werden.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- bzw.
Empfangsmodule (36, 35) jeweils 32 Sendeelemente bzw. 32 Empfangselemente
besitzen.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
jeder der Sende- und Empfangsmodule (36, 35) eine eigene Funktionseinheit mit
eigenem Netzteil (33), eigener Multiplex-Steuereinheit (32) und mit einer
Schnittstelle (34) zu einem zentralen Steuerwerk (46) besitzt.
11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Sende- und Empfangselemente im Multiplex-Verfahren angesteuert
werden.
12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Sensoranordnung als PIN-Dioden ausgebildete und/oder als Laserdioden
ausgebildete optoelektronische Elemente (0 bis 31) umfasst, die eine Schaltzeit
von weniger als 20 nsec haben.
13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass dies Sensoranordnung elektrooptische Elemente umfasst, deren Fokusierung
kleiner als 2° Halbwinkel beträgt.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Teilabdeckung der Empfangselemente analog in 10%-Schritten zur Erhöhung
der Genauigkeit bei der Bestimmung der Trefferpositionen erfasst und ausgewertet
wird.
15. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Scanndurchlauf eines Moduls im Bereich von 10 bis 20 µsec liegt.
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