EP0157397A2 - Arrangement to determine the impact point, the velocity and the angle of incidence of a projectile hitting a target at supersonic velocity - Google Patents
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- EP0157397A2 EP0157397A2 EP85103876A EP85103876A EP0157397A2 EP 0157397 A2 EP0157397 A2 EP 0157397A2 EP 85103876 A EP85103876 A EP 85103876A EP 85103876 A EP85103876 A EP 85103876A EP 0157397 A2 EP0157397 A2 EP 0157397A2
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- F41J5/00—Target indicating systems; Target-hit or score detecting systems
- F41J5/06—Acoustic hit-indicating systems, i.e. detecting of shock waves
Definitions
- the invention relates to an arrangement for determining the hit position and / or the speed and / or the impact angle of projectiles hitting a target at supersonic speed with the aid of a plurality of acoustic sensors which are arranged at the target and when the head wave of a projectile strikes emit electrical signals, which are fed to a computer, which calculates the storage of the projectile from the target point according to the chronological order and the time interval in which the signals are emitted by the individual sensors.
- targets are mostly used, which are printed with rings and sector boundaries and either observed directly or transported to the shooter after a series of shots. In both cases it is necessary to replace the target after a limited number of shots.
- hit position for further processing of the hit images must be tapped from the disk by means of computers and entered into the computer.
- the top wave generated by the projectile air pressure - shock wave
- microphones are installed in a frame, the plane of which is perpendicular to the line from the muzzle of the weapon to the center of the frame (finish line), which are impacted by the head wave. The time differences between the impact of the head wave on the opposite sides of the frame are measured.
- the invention has for its object to provide an arrangement for determining the hit position and / or the speed and / or the angle of incidence of bullet hitting a target with supersonic speed, which even with oblique entry into the plane formed by acoustic sensors, a precise location to determine the point at which the projectile penetrates this level.
- the sensors are arranged in two planes parallel to one another and to the target surface and are distributed on each of the two planes in such a way that they encompass the expected trajectories of the projectiles.
- the frame or that of the structure is rectangular and equipped with sensors on each side.
- the arrangement according to the invention can also serve to detect the trajectory not only in front of the target but over its entire length. This happens because in that at measuring points arranged along the trajectory of the projectile at each measuring point, sensors are arranged in two planes, the planes being at least approximately perpendicular to the trajectory and the sensors encompassing the trajectory. This makes it possible to record the values on the trajectory that can be measured with the arrangement according to the invention.
- FIGS. 1 and 2 show an exemplary embodiment of the arrangement according to the invention in a partially schematic representation, only the sensors required for measuring the vertical deviation of the hit position being shown for the sake of clarity.
- Figure 1 shows a structure 1, which includes the front frame 2 and the rear frame 3.
- the sensors are labeled So 'and Su' on the front frame 2 and So and Su on the rear frame 3.
- the vertical distance between the upper and lower side of each frame and thus between the sensors of the pair So 'and Su' as well as So and Su is S, the horizontal distance between the frame and thus between the sensors of the pair So and So 'as well as Su and .Su 'is denoted by b.
- each side of the two frames is equipped with a plurality of sensors which are connected in parallel or in series, either directly or via amplifiers.
- the hit position, speed and angle of impact are advantageously calculated by an EDP system.
- the speed of sound as well as the wind speed and direction can be entered into the computer.
- the speed of sound can be measured in the measuring section in a manner known per se.
- Wind speed and direction are also determined and measured in a manner known per se.
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Abstract
Description
Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Ermittlung der Trefferlage und/oder der Geschwindigkeit und /oder des Auftreffwinkels von mit Überschallgeschwindigkeit auf ein Ziel treffenden Geschossen mit Hilfe von mehreren akustisch= en Sensoren, die an dem Ziel angeordnet sind und beim Auftreffen der Kopfwelle eines Geschosses elektrische Signale abgeben, die einem Rechner zugeführt werden, der nach der zeitlichen Reihenfolge und dem zeitlichen Abstand, in dem die Signale von den einzelnen Sensoren abgegeben werden, die Ablage des Geschosses vom Zielpunkt errechnet.The invention relates to an arrangement for determining the hit position and / or the speed and / or the impact angle of projectiles hitting a target at supersonic speed with the aid of a plurality of acoustic sensors which are arranged at the target and when the head wave of a projectile strikes emit electrical signals, which are fed to a computer, which calculates the storage of the projectile from the target point according to the chronological order and the time interval in which the signals are emitted by the individual sensors.
Zur Ermittlung der Trefferlage von Geschossen werden zumeist Zielscheiben verwendet, die mit Ringen und Sektorenbegrenzungen bedruckt sind und entweder direkt beobachtet oder nach einer Schußserie zum Schützen transportiert werden. In beiden Fällen ist ein Auswechseln der Scheibe nach einer begrenzten Zahl der Schüsse erforderlich. Für die kommerzi= elle Anwendung ergibt sich weiter der Nachteil,daß die Trefferlage für die weitere Verarbeitung der Treffbilder mittels Rechnern von der Scheibe abgegriffen und in den Rechner eingegeben werden müssen.To determine the hit position of projectiles, targets are mostly used, which are printed with rings and sector boundaries and either observed directly or transported to the shooter after a series of shots. In both cases it is necessary to replace the target after a limited number of shots. For commercial use, there is also the disadvantage that the hit position for further processing of the hit images must be tapped from the disk by means of computers and entered into the computer.
Es besteht daher der Wunsch nach einer Anordnung, die die Trefferlage unmittelbar als elektrische Größe, möglichst in digitaler Form liefert. Hierzu sind verschiedene Vorschläge gemacht worden. So gibt es fotoelektrische Anordnungen, bei denen das Geschoß durch eine Lichtebene fliegt, die durch entsprechende Empfänger so aufgeteilt ist, daß der Ort,an dem das Geschoss durchtritt, genügend genau erfaßt werden kann. Solche Anordnungen sind aber sehr aufwendig, ihre Verwendung im Freien macht Schwierigkeiten.There is therefore a desire for an arrangement that delivers the hit position directly as an electrical quantity, if possible in digital form. Various proposals have been made for this. So there are photoelectric arrangements in which the projectile through a light plane flies, which is divided by appropriate recipients so that the location at which the projectile passes can be detected with sufficient accuracy. Such arrangements are very expensive, their use outdoors creates difficulties.
Zur Ermittlung der Trefferlage von Geschossen, die mit Überschallgeschwindigkeit fliegen, ist es bekannt, die vom Geschoß erzeugte Kopfwelle (Luftdruck - StoBwelle) zur Bestimmung der Geschoßlage im Ziel zu benutzen. Im einfachsten Falle werden in einem Rahmen, dessen Ebene senkrecht zur Linie Waffenmündung - Rahmenmitte (Ziellinie) steht, Mikrofone eingebaut, die von der Kopfwelle beauf= schlagt werden. Gemessen werden die Zeitdifferenzen zwischen dem Auftreffen der Kopfwelle auf die einander gegenüberliegenden Rahmenseiten.To determine the hit position of projectiles flying at supersonic speed, it is known to use the top wave generated by the projectile (air pressure - shock wave) to determine the position of the projectile in the target. In the simplest case, microphones are installed in a frame, the plane of which is perpendicular to the line from the muzzle of the weapon to the center of the frame (finish line), which are impacted by the head wave. The time differences between the impact of the head wave on the opposite sides of the frame are measured.
Weiter ist aus der US-PS 37 78 059 eine Anordnung bekannt geworden, bei der Metallstäbe rechtwinklig zueinander in einer zur Ziellinie senkrechten Ebene angeordnet sind. Die Stäbe sind an ihren Enden mit Sensoren bestückt. Hier wird die Trefferlage aus den Laufzeitdifferenzen der durch die Kopfwelle in den Stäben ausgelösten Schallimpulse ermittelt.Furthermore, an arrangement has become known from US Pat. No. 3,778,059, in which metal rods are arranged at right angles to one another in a plane perpendicular to the target line. The rods are equipped with sensors at their ends. Here the hit position is determined from the transit time differences of the sound impulses triggered by the head wave in the bars.
Weiter sind aus den DE-OS 27 38 213, 28 07 101 und 29 21 783 Anordnungen bekannt geworden, bei denen unterhalb der Flugbahn drei oder mehrere Sensoren angebracht sind, wobei die Zeitdifferenzen ihrer durch die Kopfwelle erzeugten Signale zur Ermittlung der Trefferlage des Geschosses dienen.Furthermore, from DE-OS 27 38 213, 28 07 101 and 29 21 783 arrangements are known in which three or more sensors are attached below the flight path, the time differences of their signals generated by the head wave being used to determine the hit position of the projectile .
Alle diese Anordnungen arbeiten aber nur dann einwandfrei, wenn die Flugbahn des Geschosses genau senkrecht auf der Ebene steht,in der die Sensoren eingebaut sind. Diese Voraussetzung ist aber im praktischen Schießbetrieb nicht gegeben, da die Flugbahn des Geschosses infolge der Schwerkraft gekrümmt ist, sodaß sie am Ziel eine Neigung nach unten hat. Weiterhin können Abweichungen dadurch verursacht werden, daß die virtuelle Treffbildebene nicht genau senkrecht zur Ziellinie liegt, weil die Anordnung nicht genau ausgerichtet ist oder schräg auf die Scheibe geschossen wird. Solche kleinen Abweichungen (unter 10) können unzulässige Fehler der Trefferanzeige verursachen. Aus Figur 3 ist ersichtlich,in wie starkem Maße schon ein kleiner Winkel γ zwischen der Geschoßbahn und der Senk= rechten auf die Treffbildebene auf die Ablage s des Geschosses vom Ziel einwirkt.However, all of these arrangements only work properly if the trajectory of the projectile is exactly perpendicular to the plane in which the sensors are installed. However, this requirement is not met in practical shooting operations, since the trajectory of the projectile is curved due to the force of gravity, so that it slopes at the target has down. Furthermore, deviations can be caused by the fact that the virtual hit image plane is not exactly perpendicular to the finish line because the arrangement is not exactly aligned or is shot obliquely at the target. Such small deviations (below 1 0 ) can cause impermissible errors in the hit display. From FIG. 3 it can be seen to what extent a small angle γ between the projectile and the sink = the right affects the level of the hit image on the storage s of the projectile from the target.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Ermittlung der Trefferlage und/oder der Geschwindigkeit und/oder des Auftreffwinkels von mit Überschallgeschwin= digkeit auf ein Ziel treffenden Geschosses anzugeben, die auch bei schrägem Einschuß in die durch akustische Sensoren gebildete Ebene eine genaue Lage des Punktes zu ermitteln gestattet, in dem das Geschoß diese Ebene durchstößt.The invention has for its object to provide an arrangement for determining the hit position and / or the speed and / or the angle of incidence of bullet hitting a target with supersonic speed, which even with oblique entry into the plane formed by acoustic sensors, a precise location to determine the point at which the projectile penetrates this level.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die Sensoren in zwei zueinander und zur Zielfläche parallelen Ebenen angeordnet sind und auf jeder der beiden Ebenen so verteilt sind,daß sie die zu erwartenden Flug= bahnen der Geschosse umgreifen.This object is achieved according to the invention in that the sensors are arranged in two planes parallel to one another and to the target surface and are distributed on each of the two planes in such a way that they encompass the expected trajectories of the projectiles.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sensoren in jeder der beiden Ebenen auf einem die Flugbahn umgreifen= den Rahmen angeordnet, wobei mit Vorteil die beiden Rahmen zu einem Baukörper vereinigt sind.In a preferred embodiment, the sensors in each of the two planes are arranged around the trajectory = the frame, the two frames advantageously being combined to form a single structure.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Rahmen oder der der Baukörper rechteckig ausgebildet und auf jeder Seite mit Sensoren bestückt.In a further development of the invention, the frame or that of the structure is rectangular and equipped with sensors on each side.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann in Abwandelung auch dazu dienen, die Flugbahn nicht nur vor dem Ziel sondern über ihre ganze Länge zu erfassen. Dies geschieht dadurch, daß an in vorgegebenen Aständen entlang der Flugbahn des Geschosses angeordneten Meßpunkten an jedem Meßpunkt Sensoren in zwei Ebenen angeordnet sind, wobei die Ebenen mindestens annähernd senkrecht zur Flugbahn liegen und die Sensoren die Flugbahn umgreifen. Damit wird es möglich die mit der erfindungsgemäßen Anordnung meßbaren Werte auf der Flugbahn zu erfassen.In a modification, the arrangement according to the invention can also serve to detect the trajectory not only in front of the target but over its entire length. This happens because in that at measuring points arranged along the trajectory of the projectile at each measuring point, sensors are arranged in two planes, the planes being at least approximately perpendicular to the trajectory and the sensors encompassing the trajectory. This makes it possible to record the values on the trajectory that can be measured with the arrangement according to the invention.
Der besondere Vorteil und die Arbeitsweise der erfindungs= gemäßen Anordnung werden an Hand der Figuren 1 und 2 erläutert. Diese zeigen in zum Teil schematischer Dar= stellung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung, wobei der Übersichtlichkeit wegen nur die zur Messung der senkrechten Abweichung der Trefferlage er= forderlichen Sensoren dargestellt sind.The particular advantage and the mode of operation of the arrangement according to the invention are explained with reference to FIGS. 1 and 2. These show an exemplary embodiment of the arrangement according to the invention in a partially schematic representation, only the sensors required for measuring the vertical deviation of the hit position being shown for the sake of clarity.
Figur 1 zeigt einen Baukörper 1, der den vorderen Rahmen 2 und den hinteren Rahmen 3 umfaßt. In der Mitte des vorderen Rahmens 2 liegt der Punkt 6,an dem das Geschoß die Ebene des vorderen Rahmens bei exakter Trefferlage mit einer Flugbahn senkrecht zu dieser Ebene durchstoßen mußte. Die Sensoren sind auf dem vorderen Rahmen 2 mit So' und Su' bezeichnet, auf dem hinteren Rahmen 3 mit So und Su. Der senkrechte Abstand zwischen oberer und unterer Seite jedes Rahmens und damit zwischen den Sensoren des Paares So' und Su' sowie So und Su ist mit S, der waagerechte Abstand zwischen den Rahmen und damit zwischen den Sensoren des Paares So und So' sowie Su und.Su' ist mit b bezeichnet.Figure 1 shows a
Für die senkrechte Abweichung der Bahn des Geschosses 4 von der auf der Ebene im Punkt 6 senkrechten Graden 7 werden folgende Zeitdifferenzen in an sich bekannter Weise und vorzugsweise digital gemessen, wie in Verbindung mit Figur 2 zu erkennen:
- 1. Die Zeitdifferenz Δts vom Auftreffen der
Kopfwelle 5 auf den Sensor So der oberen Seite des hinteren Rahmens 3 bis zum Auftreffen derKopfwelle 5 auf den Sensor Su der unteren Seite des hinteren Rahmens 3 (oder umgekehrt). - 2. Die Zeitdifferenz Δto vom Auftreffen der
Kopfwelle 5 auf den Sensor So' der oberen Seite desvorderen Rahmens 2 bis zum Auftreffen derKopfwelle 5 auf den Sensor So der oberen Seite des hinteren Rahmens 3. - 3. Die entsprechende Zeitdifferenz Δtu für die unteren Seiten der Rahmen.
- 1. The time difference Δt s from the impact of the
head shaft 5 on the sensor So the upper side of the rear frame 3 to the impact of thehead shaft 5 on the sensor Su on the lower side of the rear frame 3 (or vice versa). - 2. The time difference Δt o from the impact of the
head shaft 5 on the sensor So 'on the upper side of thefront frame 2 until the impact of thehead shaft 5 on the sensor So' on the upper side of the rear frame 3. - 3. The corresponding time difference Δt u for the lower sides of the frames.
Die Abweichung Δ s des Geschoßdurchtrittspunktes vom Mittelpunkt des hinteren Rahmens 3 in senkrechter Richtung ergibt sich dann aus der Formel:
Darin bedeutet :
- c = die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Kopfwelle in Luft
- v = die Geschoßgeschwindigkeit
- b = der Abstand der
Rahmen 2 und 3 senkrecht zu ihren Ebenen - S = der Abstand zwischen der oberen und der unteren Seite des Rahmens, also die lichte Weite des Rahmens.
- γ = der Winkel zwischen der Geschoßbahn und der Senkrechten auf die Treffbildebene.
- c = the propagation speed of the head wave in air
- v = the bullet speed
- b = the distance of
frames 2 and 3 perpendicular to their planes - S = the distance between the upper and lower side of the frame, i.e. the clear width of the frame.
- γ = the angle between the floor trajectory and the perpendicular to the meeting pattern level.
Die Geschoßgeschwindigkeit v ergibt sich aus:
Der Winkel γ ergibt sich dann aus :
Ist die Flugbahn genau senkrecht zur Rahmenebene,f also = 0, ergibt sich Δsy als:
In gleicher Weise werden die Zeitdifferenzen für die horizontale Richtung gemessen und ausgewertet, wobei sich Δ sx als Abweichung vom Mittelpunkt in waagerechter Richtung ergibt.In the same way, the time differences for the horizontal direction are measured and evaluated, with Δ s x being the deviation from the center point in the horizontal direction.
Eine Verbesserung der Meßergebnisse erfolgt, wenn jede Seite der beiden Rahmen mit mehreren Sensoren bestückt ist, welche direkt oder über Verstärker parallel oder in Serie geschaltet sind.The measurement results are improved if each side of the two frames is equipped with a plurality of sensors which are connected in parallel or in series, either directly or via amplifiers.
Bei der Auswertung werden mit Vorteil Trefferlage, Ge= schwindigkeit und Auftreffwinkel von einer EDV - Anlage berechnet. Dabei kann die Schallgeschwindigkeit ebenso wie die Windgeschwindigkeit und -richtung in den Rechner eingegeben werden. Die Schallgeschwindigkeit kann in an sich bekannter Weise in der Meßstrecke gemessen werden. Auch Windgeschwindigkeit und -richtung werden in an sich bekannter Weise ermittelt und gemessen.During the evaluation, the hit position, speed and angle of impact are advantageously calculated by an EDP system. The speed of sound as well as the wind speed and direction can be entered into the computer. The speed of sound can be measured in the measuring section in a manner known per se. Wind speed and direction are also determined and measured in a manner known per se.
Claims (9)
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensoren (So, So', Su, Su') in zwei zueinander und zur Zielfläche parallelen Ebenen angeordnet sind und auf jeder der beiden Ebenen so verteilt sind, daß sie die zu erwartenden Flugbahnen der Geschosse umgreifen.1.) Arrangement for determining the hit position and / or the speed and / or the impact angle of projectiles hitting a target at supersonic speed with the aid of a plurality of acoustic sensors which are arranged at the target and emit electrical signals when the head wave of a projectile hits, which are fed to a computer which calculates the storage of the projectile from the target point according to the time sequence and the time interval in which the signals are emitted by the individual sensors.
characterized,
that the sensors (So, So ', Su, Su') are arranged in two planes parallel to one another and to the target surface and are distributed on each of the two planes in such a way that they encompass the expected trajectory of the projectiles.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensoren (So, So', Su, Su') in jeder der beiden Ebenen auf einem die Flugbahnen umgreifenden Rahmen (2, 3) angeordnet sind.2.) Arrangement according to claim 1,
characterized,
that the sensors (So, So ', Su, Su') are arranged in each of the two levels on a frame (2, 3) encompassing the trajectories.
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Rahmen (2, 3) zu einem Baukörper (1) vereinigt sind.3.) Arrangement according to claim 2,
characterized,
that the two frames (2, 3) are combined to form a structure (1).
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rahmen (2, 3) oder der Baukörper (1) rechteckig und auf jeder Seite mit Sensoren bestückt sind.4.) Arrangement according to claim 1 or one of the following,
characterized,
that the frame (2, 3) or the structure (1) are rectangular and equipped with sensors on each side.
dadurch gekennzeichnet,
daß an in vorgegebenen Abständen entlang der Flugbahn des Geschosses angeordneten Meßpunkten an jedem Meßpunkt Sensoren in zwei Ebenen angeordnet sind, wobei die Ebenen mindestens annähernd senkrecht zur Flugbahn liegen und die Sensoren die Flugbahn umgreifen.5.) Arrangement according to claim 1 or one of the following,
characterized,
that sensors are arranged in two planes at measuring points arranged at predetermined intervals along the trajectory of the projectile, the planes being at least approximately perpendicular to the trajectory and the sensors encompassing the trajectory.
dadurch gekennzeichnet ,
daß jede Seite der beiden Rahmen (2, 3) mit mehreren Sensoren bestückt ist, welche direkt oder über Verstär= ker parallel oder in Serie geschaltet sind.6.) Arrangement according to claim 2 or one of the following,
characterized ,
that each side of the two frames (2, 3) is equipped with several sensors which are connected in parallel or in series either directly or via amplifiers.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Berechnung von Trefferlage, Geschwindigkeit und Auftreffwinkel mit einer EDV - Anlage erfolgt.7.) Arrangement according to claim 1 or one of the following,
characterized,
that the hit position, speed and angle of impact are calculated with an EDP system.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schallgeschwindigkeit c in der Meßstrecke in an sich bekannter Weise gemessen und in den Rechner eingegeben wird.8.) Arrangement according to claim 1 or one of the following,
characterized,
that the speed of sound c is measured in the measuring section in a manner known per se and entered into the computer.
dadurch gekennzeichnet,
daß Windgeschwindigkeit und - richtung in an sich be= kannter Weise ermittelt, gemessen und in den Rechner eingegeben werden.9.) Arrangement according to claim 1 or one of the following,
characterized,
that wind speed and direction are determined, measured and entered into the computer in a manner known per se.
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