DE2402204B2 - Device for determining the position of a point on a ballistic curve, in particular an explosive flash, within a predetermined measuring plane - Google Patents
Device for determining the position of a point on a ballistic curve, in particular an explosive flash, within a predetermined measuring planeInfo
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Description
6060
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Bestimmung der Lage eines Punktes einer ballistischen Kurve, insbesondere eines Sprengblitzes, innerhalb einer vorgegebenen Meßebene, die durch die Abbildungsebenen mindestens zweier im vorbestimmten Abstand voneinander angeordneter optischer Abbildungssysteme bestimmt ist, deren Bildebenen unter Berücksichtigung ihrer vorgegebenen Winkellage einer trigonometrischen Auswertung zur Bestimmung der Koordinatenwerte des in den Bildebenen abgebildeten Punktes zugeführt werden.The invention relates to a device for determining the position of a point of a ballistic Curve, in particular of an explosive flash, within a predetermined measuring plane, which is defined by the imaging planes at least two optical imaging systems arranged at a predetermined distance from one another is determined whose image planes, taking into account their predetermined angular position trigonometric evaluation to determine the coordinate values of the mapped in the image planes Point to be supplied.
Als Abbildungssysteme solcher passiv arbeitender Einrichtungen dienen gemäß Oerlikon-Taschenbuch 1956, Seiten 198 bis 201, sogenannte ballistische Kammern, die über synchron laufende Blenden gesteuert sind. Mit diesen Kammern werden fotografische Abbildungen der Geschoßflugbahn derart erstellt, daß aus ihnen die Orts- und Zeitkoordinaten der einzelnen Flugbahnpunkte nach fotogrammetrischen Methoden rekonstruiert werden können. Hierzu ist vorab von der zu vermessenden Flugbahn ein stereoskopisches Bildpaar anzufertigen, auf dem die Bahn des zu vermessenden Geschosses mit Hilfe eines Leuchtspursatzes sichtbar gemacht wird Über die Blenden werden die Objektive periodisch genau synchron abgedeckt, so daß die Geschoßflugbahn in ihrem fotografischen Bild als diskontinuierliche Linie erscheint Für die Auswertung der Bilder oder auch Filme wird schließlich ein sogenannter Autograph benötigt.According to the Oerlikon pocket book, such passively operating devices are used as imaging systems 1956, pages 198 to 201, so-called ballistic chambers controlled by diaphragms that run synchronously are. With these chambers, photographic images of the projectile trajectory are created in such a way that from them the location and time coordinates of the individual trajectory points according to photogrammetric methods can be reconstructed. For this purpose, a stereoscopic pair of images of the trajectory to be measured is provided in advance to make, on which the path of the projectile to be measured with the help of a tracer set is made visible The lenses are periodically covered exactly synchronously via the diaphragms, so that the bullet trajectory appears as a discontinuous line in your photographic image for evaluation Finally, a so-called autograph is required for the images or films.
Ein solches Verfahren ist umständlich und zeitraubend, insbesondere wird das Meßergebnis erst lange nach dem eigentlichen Schießversuch erhalten, so daß für Erprobungen umfangreiche Meßreihen notwendig sind, die zudem unter unterschiedlichen atmosphärischen Bedingungen durchzuführen sind, so daß darüber hinaus Vergleichsrechnungen unumgänglich sind.Such a method is cumbersome and time-consuming, in particular the measurement result takes a long time obtained after the actual shooting attempt, so that extensive series of measurements are necessary for trials are, which are also to be carried out under different atmospheric conditions, so that about In addition, comparative calculations are unavoidable.
Es sind daher Vorschläge bekanntgeworden, sogenannte aktive Ortungssysteme für die Abtastung der Lage eines Punktes einer Geschoßflugbahn einzusetzen;; vgl. DE-OS 21 08 573, DE-OS 22 08 559. Dort sind als aktive Ortungssysteme jeweils Laserstrahlen gezeigt, die über sogenannte Spiegelräder in die Meßebene umgelenkt werden. Bei den heute möglichen Geschoßgeschwindigkeiten von ca. 3000 m/sec müssen solche Spiegelräder ca. 100 000 Umdrehungen/Minute durchführen, um alle möglichen Durchstoßpunkte der Geschoßflugbahn in der Meßebene erfassen zu können. Dies ist praktisch nicht realisierbar, da, abgesehen von den Schwierigkeiten bei der Realisierung dieser Drehzahl, die bei diesen hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten auftretenden Zentrifugalkräfte die Spiegel aus ihrer Verankerung reißen. Auch sind die beim Einsatz solcher Einrichtungen in Schießtunneln während des Meßvorganges auftretenden und sich ausbreitenden Detonationswellen zu beachten, die die Meßgenauigkeit solcher Ablenksysteme ungünstig beeinflussen.There are therefore proposals known, so-called active location systems for scanning the Insert position of a point of a projectile trajectory ;; see DE-OS 21 08 573, DE-OS 22 08 559. There are as active location systems each shown laser beams, which are via so-called mirror wheels in the measuring plane be redirected. With the projectile speeds of approx. 3000 m / sec that are possible today, such Mirror wheels perform approx. 100,000 revolutions / minute in order to reach all possible penetration points of the To be able to capture projectile trajectory in the measuring plane. This is practically not feasible because, apart from the difficulties in realizing this speed at these high speeds occurring centrifugal forces tear the mirror from its anchorage. They are also at work such facilities in firing tunnels occurring and spreading during the measurement process Attention should be paid to detonation waves, which have an unfavorable influence on the measurement accuracy of such deflection systems.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue passiv arbeitende Einrichtung zur Bestimmung der Lage eines Punktes innerhalb einer Meßebene zu schaffen, die ohne mechanisch angetriebene und dementsprechend empfindliche Teile hinreichend genau arbeitend so ausgebildet ist, daß das Meßergebnis unmittelbar nach dem Meßereignis zur Ver ugung steht, und zwar in ablesbarer oder ausdruckbarer Form, ohne daß umständliche Auswertearbeiten in Autographen notwendig werden, und deren Ausbildung einen Einsatz auch in sogenannten Schießtunneln zuläßt.The invention is based on the object of a new passively operating device for determining the position to create a point within a measuring plane without mechanically driven and accordingly sensitive parts is designed to work with sufficient accuracy so that the measurement result immediately after the measurement event is available, in readable or printable form, without cumbersome evaluation work in autographs become necessary, and their training requires a use also in so-called shooting tunnels.
Ausgehend von einer Einrichtung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Abbildungssysteme lichtelektrische Wandler aufweisende optische Abbildungssysteme verwendet sind, die jeweils unter Zwischenschaltung einer an ihrem Ausgang den Winkelwert des in der Bildebene abgebildeten Punktes in digitaler Signalform führenden Auswertelogik mit einem trigonometrischen Rechner verbunden sind, dem ferner mindestens die inStarting from a device of the type mentioned at the outset, this object is according to the invention solved in that optical imaging systems having photoelectric converters as imaging systems are used, each with the interposition of an at its output the angular value of the in the Image level mapped point in digital signal form leading evaluation logic with a trigonometric Computer are connected to which at least the in
Registern gespeicherten Elevationswinkel der Abbildungssysteme und ihre Abstandsmaße zugeführt sind, und dessen Ausgang mit einem das Ausdrucken und die Anzeige der Koordinaten werte des in dei Meßebene erscheinenden Punktes; steuernden Rechenregister verbunden ist.Registers of stored elevation angles of the imaging systems and their distance measurements are supplied, and its output with a printout and display of the coordinate values of the in the measuring plane appearing point; controlling arithmetic register is connected.
Nach einer bevorzugten Ausfühnuigsform der Erfindung ist zwischen optischen Abbüdungssystemen und lichtelektrischen Wandlern jeweils ein faseroptischer Querschnittswandler angeordnet und sind die Fasern der Querschnittswandler derart angeordnet, daß sie die Seitenverzerrung zwischen den Seitenverhältnissen der abzubildenden Meßebene oder eines abzubildenden Meßraumes und der Fotodetektoren verkörpern.According to a preferred embodiment of the invention is a fiber optic one between optical imaging systems and photoelectric converters Arranged cross-section converter and the fibers of the cross-section converter are arranged so that they the Side distortion between the aspect ratios of the measuring plane to be imaged or of one to be imaged Embody measuring room and the photodetectors.
Reicht das Wissen der Höhe über Grund eines Geschosses oder Sprengblitzes für die durchzuführende Messung aus, so ist nach einem ersten Ausführungsbeispi.il der Erfindung der Punkt, dessen Lage zu ermitteln ist, in der Bildebene zweier in der Meßebeue fluchtend und gegeneinander ausgerichtet angeordneter optischer Abbildungssysteme abgebildetIs the knowledge of the height above the ground of a projectile or explosive lightning sufficient for the one to be carried out Measurement off, according to a first example According to the invention, the point, the position of which is to be determined, in alignment in the image plane of two in the Messebeue and optical imaging systems arranged in alignment with one another
Die auf das zweidimensionale Koordinatensystem xy bezogenen Größen Ax, Ay des zu ermittelnden Punktes P werden hierbei aus den Einfallswinkeln und dem Abstand AB der optischen Abbildungssysteme gemäß den Gleichungen The quantities Ax, Ay , which are related to the two-dimensional coordinate system xy , of the point P to be determined are derived from the angles of incidence and the distance AB of the optical imaging systems according to the equations
Ax =Ax =
-^5- cos α ■ sin β - ^ 5 - cos α ■ sin β
Ay = ABAy = AB
sin (α + /?)sin (α + /?)
sin α · sin ft
sin (« + ft) sin α sin ft
sin («+ ft)
bestimmt, wobei a. und β die Elevationswinkel des auf den Bildebenen der optischen Abbildungssysteme abgebildeten Punktes P, AB den Abstand der auf der Meßbasis-Abszisse χ angeordneten optischen Abbildungssysteme darstellen und A der Ursprung des Koordinatensystems xy und Xm, ^m die Koordinaten des theoretischen Zielpunktes A/sind.determined, where a. and β represent the elevation angle of the point P imaged on the image planes of the optical imaging systems , AB represent the distance between the optical imaging systems arranged on the measurement base abscissa χ and A the origin of the coordinate system xy and Xm, ^ m the coordinates of the theoretical target point A /.
Sind jedoch Geschoßflugbahnen zur Bestimmung der Außenballistik von beispielsweise Kanonen hinreichend genau zu bestimmen, so muß eine zweite Größe, nämlich die Entfernung des Geschosses oder Sprengblitzes vom Abschußpunkt ermittelbar sein. Demgemäß bildet nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung der Punkt, dessen Lage zu ermitteln ist, den Durchstoßpunkt dreier sich durchdringender Ebenen, die durch die scheinbaren Einfallswinkel des auf den Bildebenen dreier an den Ecken eines in einer zwischen zwei Koordinatenachsen aufgespannten horizontalen Meßebene befindlichen Dreiecks angeordnete optische Abbildungssysteme abgebildeten Punktes bestimmt sind.However, bullet trajectories are sufficient to determine the external ballistics of cannons, for example To determine precisely, a second quantity, namely the distance of the projectile or explosive lightning, must be used be determinable from the launch point. Accordingly, according to a second embodiment, the Invention of the point whose location is to be determined Penetration point of three interpenetrating planes, which are defined by the apparent angle of incidence of the Three image planes at the corners of a horizontal plane spanned between two coordinate axes Measuring plane located triangle arranged optical imaging systems determined point imaged are.
Die auf das dreidimensionale Koordinatensystem xyz bezogenen Größen Ax, Ay und Az des zu ermittelnden Punktes Pwerden hierbei gemäß den Gleichungen The quantities Ax, Ay and Az of the point P to be determined, which are related to the three-dimensional coordinate system xyz , are determined according to the equations
jg jg sin « · sin sin «· sin fifi
sin (sin (
-777 cos ix ■ sin rf —zr-777 cos ix ■ sin rf —zr
x„ = AB -^- -j- AD x " = AB - ^ - -j- AD
p sin (n. + ft) p sin (n. + ft)
sin ysin y
bestimmt, wobei A und B Punkte auf der x-Achse. C Punkt auf der j'-Achse und D Ursprung des Koordinatensystems, Xp, yp und zp die Koordinaten des jeweils zu bestimmenden Punktes P und die Winkel «, β, γ die Elevationswinkel der durch den jeweiligen Punkt P bestimmten Ebenen E3, Et, Ecsind. determined, with A and B points on the x-axis. C point on the j'-axis and D origin of the coordinate system, Xp, y p and z p the coordinates of the respective point P to be determined and the angles «, β, γ the elevation angles of the planes E 3 determined by the respective point P , Et, E c are.
Bei den Ausführungsformen der Erfindung ist gemeinsam, daß die Lage von in einer MeBebene oder einem Meßraum erscheinenden Geschossen, Sprengblitzen o. ä. nach deren Abbildung auf den BildebenenIn the embodiments of the invention in common that the position of projectiles appearing in a measuring plane or a measuring room, explosive lightning or the like according to their mapping on the image planes
to der optischen Einrichtungen sofort in entsprechende binär kodierte Signale umgeformt und digital angezeigt und/oder ausgedruckt wird, so daß unmittelbar nach dem Meßereignis das Meßergebnis ablesbar und/oder ausgedruckt vorliegt.to the optical devices immediately converted into corresponding binary coded signals and displayed digitally and / or is printed out, so that the measurement result can be read off and / or immediately after the measurement event has been printed out.
is Die Bestimmung der Koordinaten der Durchstoßpunkte oder des Ortes des Ereignisses mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung gelingt mit einer bei passiv arbeitenden Einrichtungen bisher nicht erreichbaren Genauigkeit Da weder Durchschuß- bzw. Einschußlöcher, noch Bildpunkte von Hand nachträglich zu vermessen sind, ist die Schußfolge innerhalb von Messungen also beliebig erhöhbar. Ferner wird Bedienungspersonal eingespart, da weder eine manuelle Vermessung durch sich in der Nähe der von der Abschußstelle teilweise weit entfernten Zielstelle befindende Personen, die nach jedem Schuß aus ihrer Deckung herauseilen, um die notwendigen Vermessungen durchzuführen, benötigt werden, noch Autographen bedienende Personen erforderlich sind.is the determination of the coordinates of the intersection points or location of the event using the device of the invention is achieved with a device operating in passive devices previously unattainable accuracy Since neither Durchschuß- or bullet holes, still image points are to be measured subsequently by hand, the rate of fire within Measurements can therefore be increased as required. Furthermore, operating personnel is saved, since neither manual measurement by people who are in the vicinity of the target site, some of which is far away from the launch site, who rush out of their cover after each shot in order to carry out the necessary measurements, nor people operating autographs are required .
Die Erfindung ist anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. Im einzelnen zeigtThe invention is described with reference to two exemplary embodiments shown in the drawing. in the individual shows
F i g. 1 die geometrischen Verhältnisse zur Bestimmung der Lage eines Punktes in einem dreidimensionalen Raum,F i g. 1 the geometric relationships for determining the position of a point in a three-dimensional Space,
F i g. 2 die räumliche Anordnung der den Meßraum abbildenden optischen Einrichtungen,F i g. 2 the spatial arrangement of the optical devices depicting the measuring room,
F i g. 3 eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,F i g. 3 shows a device for carrying out the method according to the invention,
Fig.4 die geometrischen Verhältnisse zur Bestimmung der Lage eines Punktes in einer zwischen zwei Koordinatenachsen aufgespannten Meßebene,4 shows the geometric relationships for determining the position of a point in one between two Coordinate axes spanned measuring plane,
Fig.5 die räumliche Anordnung der optischen Einrichtungen.5 shows the spatial arrangement of the optical devices.
Fig.6 eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.6 shows a device for carrying out the method according to the invention.
Drei optische Winkelmeßeinrichtungen A, B und C sind mit Hilfe je eines Stativs 10, 11, 12 auf dem Erdboden genau horizontal und zueinander fluchtend so aufgestellt, daß die Verbindungslinien Aß und CD dabei zwei der drei Achsen des fiktiven Koordinatensystems xyz mit dem Ursprung D bilden und mit ihren nicht näher dargestellten optischen Systemen 14, 15, 16 mit den Elevationsachsen in A und B parallel zur y-Achse und in C parallel zur x--Ach.se auf den Meßraum MR ausgerichtet, in dem ein Sprengblitz P erwartet wird, dessen Koordinaten Xp. yp und zp zu bestimmen sind; vgl.Three optical angle measuring devices A, B and C are each set up horizontally and aligned with each other with the help of a tripod 10, 11, 12 so that the connecting lines Aß and CD form two of the three axes of the fictitious coordinate system xyz with the origin D. and with their optical systems 14, 15, 16, not shown in detail, with the elevation axes in A and B parallel to the y-axis and in C parallel to the x-axis aligned with the measuring room MR , in which an explosive lightning P is expected, whose coordinates Xp. y p and z p are to be determined; see.
F i g. 1 und 2.F i g. 1 and 2.
Die optischen Achsen der Einrichtungen A, B und C The optical axes of devices A, B and C.
bo schließen mit der Meßbasis die Winkel «2, ßi und )>2 ein, die bei der Bestimmung der Koordinaten Xp,ypund zpzu berücksichtigen sind.bo enclose with the measurement base the angles 2, ßi and> 2, which must be taken into account when determining the coordinates Xp, y p and z p.
In den Bildebenen der optischen Einrichtungen A, B, und C sind jeweils faseroptische QuerschnittswandlerIn the image planes of the optical devices A, B, and C there are each fiber-optic cross-section transducers
b5 17,18,19 (F i g. 3) angeordnet, deren Lichtleitfasern auf der Lichteintrittsseite zeilenweise und auf der Lichtaustrittsseite zu Bündeln zusammengefaßt sind, die der aktiven Fläche von Fotodetektoren 20, 21, 22 angepaßtb5 17,18,19 (F i g. 3) arranged, the optical fibers on the light entry side are summarized in rows and on the light exit side to form bundles that the active area of photodetectors 20, 21, 22 adapted
sind. Auf diese Weise erfolgt eine Seitenverzerrung, um das Seitenverhältnis der'einzelnen Zeilen des abgebildeten Meßraumes auf ein Seitenverhältnis zu bringen, das für die Umwandlung der optischen Bildsignale in elektrische Spannungen mit Hilfe von Fotodetektoren benötigt wird.are. In this way, a page distortion occurs in order to to bring the aspect ratio of the individual lines of the imaged measuring space to an aspect ratio that for the conversion of the optical image signals into electrical voltages with the help of photo detectors is needed.
Die Fotodetektoren 20, 21, 22 sind streifenweise zusammengefaßt, ihre Ausgänge führen über Verstärker 23,24,25 zu je einer Auswertelogik 26, 27 und 28. Jede Auswertelogik ist mit ihrem Ausgang, der in digitaler Form die Winkelwerte «i, ßi bzw. yi führt, mit einem Register verbunden, dem ebenfalls die Elevationswinkel «2,02 und j>2 über Leitungen 31 zugeführt werden.The photodetectors 20, 21, 22 are strip-wise combined, their outputs lead via amplifiers 23,24,25, each with an evaluation logic 26, 27 and 28. Each evaluation logic is connected to its output, the angular values "i in digital form SSI, or yi leads, connected to a register, to which the elevation angles 2.02 and j> 2 are also fed via lines 31.
Einem zweiten Register werden über Leitungen 32 die Abstandsmaße AJS, AD und CD sowie über eine Leitung 33 der Vergrößerungsinaßslab der Objektive eingegeben. Ein Leitungsbündel mit Leitungen 34 dient zum Programmieren des Rechenvorganges im Rechenwerk 35, das mit Hilfe eines Mikroprogramms 36, eines Sinusfunktionsgebers 37 und mit einem Rechenregister 38 die Funktionen (1), (2) und (3) berechnet und im Rechenregister über eine Leitung 39 zum Ausdrucken und für Anzeigevorrichtungen 40,41 und 42 bereitstellt. The distances AJS, AD and CD are entered into a second register via lines 32 and the magnification dimensions of the lenses via a line 33. A bundle of lines with lines 34 is used to program the arithmetic process in the arithmetic unit 35, which calculates the functions (1), (2) and (3) with the help of a microprogram 36, a sine function generator 37 and a computation register 38 and is stored in the computation register via a line 39 for printing and for display devices 40, 41 and 42.
Nunmehr sei das zweite Ausführungsbeispiel anhand der F i g. 4 bis 6 beschrieben, in denen gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen wie in den F i g. 1 bis 3 ausweisen.Let us now consider the second exemplary embodiment with reference to FIG. 4 to 6 described, in which the same components the same reference numerals as in FIGS. Show 1 to 3.
Hier sind lediglich zwei optische Winkelmeßeinrichtungen A und B in einem Abstand AB mit Hilfe je eines Stativs 10, U auf dem Erdboden genau horizontal, zueinander fluchtend und exakt rechtwinklig zur Flugrichtung des Geschosses aufgestellt und mit ihren nicht näher dargestellten optischen Systemen 14,15 auf die Meßfläche MF ausgerichtet, in welcher der Durchdringungspunkt eines Geschosses zu vermessen ist.Here are only two optical angle measuring devices A and B at a distance AB with the help of a tripod 10, U on the ground exactly horizontal, aligned with each other and exactly at right angles to the flight direction of the projectile and with their optical systems 14, 15 not shown on the Measuring surface MF aligned, in which the penetration point of a projectile is to be measured.
Die optischen Achsen der Einrichtungen A und B schließen mit der Meßbasis die Winkel <X2 und /?2 ein, die bei der Bestimmung der Durchschußkoordinaten Ax und Ay zu berücksichtigen sind.The optical axes of the devices A and B enclose with the measuring base the angles <X2 and /? 2, which are to be taken into account when determining the penetration coordinates Ax and Ay.
ίο In den Bildebenen der optischen Einrichtungen A und B sind ebenfalls jeweils Fotodetektorzeilen 20, 21 angeordnet, nach deren Anzahl und Abmessungen sich die Genauigkeit und Auflösung der Meßanlage richtet. Die Ausgänge der Fotodetektoren führen ebenfalls über Verstärker 23,24 zu je einer Auswertelogik 26,27. Jede Auswerieiogik ist mit ihrem Ausgang, der in digitaler Form die Winkelwerte «t und ß\ führt, mit einem Register 29 verbunden, dem ebenfalls die Elevationswinkel «2 und ß2 über die Leitungen 31 zugeführt werden.ίο In the image planes of the optical devices A and B , each photodetector lines 20, 21 are also arranged, according to the number and dimensions of which the accuracy and resolution of the measuring system is based. The outputs of the photodetectors also lead via amplifiers 23, 24 to an evaluation logic 26, 27. Each Auswerieiogik is connected to its output, in digital form, the angular values t 'and ß \ leads, connected to a register 29, which are also supplied to the elevation angle «2 and ß 2 via lines 31st
Einem zweiten Register 30_\yerden über die Leitungen 32 die Abstandsmaße AB, xm und y/w sowie über die Leitung 33 der Vergrößerungsmaßstab der Objektive eingegeben. Die Leitungen 34 dienen gleichfalls zum Programmieren des Rechenablaufs im Rechenwerk 35, das mit dem Microprogramm 36, dem Sinusfunktionsgeber 37 und dem Rechenregister 38 die Funktionen (4) und (5) berechnet und im Rechen register über die Leitung 39 zum Ausdrucken und für die Anzeigevorrichtung 40 und 41 bereitstellt. The distance dimensions AB, xm and y / w are entered into a second register 30_ \ y via the lines 32 and the magnification of the lenses via the line 33. The lines 34 are also used to program the arithmetic process in the arithmetic unit 35, which uses the microprogram 36, the sine function generator 37 and the arithmetic register 38 to calculate the functions (4) and (5) and in the arithmetic register via the line 39 for printing and for the display device 40 and 41 provides.
Hierzu 6 Blatt ZeichnungenIn addition 6 sheets of drawings
Claims (4)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |