FI84753C

FI84753C - Foerfarande foer skjutoevning och analysering av skytteprocessen.

Info

Publication number: FI84753C
Application number: FI900806A
Authority: FI
Inventors: Juha Kostamovaara
Original assignee: Noptel Oy
Priority date: 1990-02-19
Filing date: 1990-02-19
Publication date: 1992-01-10
Also published as: FI900806A; FI900806A0; FI84753B; WO1991012480A1

Description

1 84753

Ammunnan harjoittelu- ja ampumasuorituksen analysointimenetelmä

Keksinnön kohteena on menetelmä ammunnan harjoitte-5 luun ja ampumasuorituksen analysointiin. Menetelmä perustuu ampumalinjan ja tauluun sijoitetun heijastimen välisten kulmaerojen määrittämiseen kahdessa toisiaan vastaan kohtisuorassa suunnassa aseeseen kiinnitettävällä opto-elektronisella lähetin/vastaanotin -parilla.

10 Ammuntaa harjoittelevat mm. urheiluampujat, soti laat, poliisit ja metsästäjät. Harjoittelu tapahtuu normaalisti suljetuilla ampumaradoilla joko paikallaan olevaan tai liikkuvaan kohteeseen. Liikkuvaan kohteeseen tehtävään harjoitteluun liittyy olennaisena osana ennakon 15 arviointi. On kuitenkin olemassa selkeä tarve normaalia ampumasuoritusta mahdollisimman hyvin vastaavaan harjoitteluun, jota voitaisiin suorittaa jokapäiväisessä ympäristössä ilman luodeilla tapahtuvaan ammuntaan liittyviä vaaratekijöitä. Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on tar-20 jota tällainen, optoelektroniikkaan perustuva harjoittelumahdollisuus .

Ennestään tunnettua on kapean valokeilan käyttö luodin sijaan ammunnan 1 harjoittelussa. Tällöin tauluna voi olla esim. normaali ampumataulu, johon on kiinnitetty ' 25 heijastintarra (suomalainen patentti no. 68726). Tässä me netelmässä säteen osuminen tai ohi meneminen tarrasta havaitaan vastaanottimella paluusäteen perusteella. Menetelmässä saadaan pelkästään tieto siitä osuiko valokeila tauluun vaiko ei, joten se ei sovellu ampumasuorituksen tark-30 kaan analysointiin.

Tarkempi analyysi voidaan aikaansaada esim. siten, että valokeilan osumakohta taulun pinnalla rekisteröidään TV-kameralla. On myös tunnettua käyttää tauluna diffuusia lasilevyä, jonka pinta kuvataan optiikan avulla paikkaher-35 kän detektorin pinnalle. Tällöin kapeakeilaisen aseeseen 2 84753 sijoitetun valolähteen paikka lasilevyn pinnalla voidaan määrittää detektorin antamien signaalien perusteella (suomalainen patentti no. 66987). Näiden tunnettujen menetelmien heikkoutena on se, että niissä tarvitaan erillinen 5 optoelektroninen taulu, joka on kytketty kaapeliyhteydellä ampumapaikalle. Tämä tekee menetelmistä kompleksisen ja rajoittaa erityisesti liikkuvaan kohteeseen ampumisen harjoittelua. Lisäksi taulupinnan koko on yleensä rajoittunut kymmeniin senttimetreihin. Tällöin on vaikea järjestää 10 ennakonoton harjoittelua. Ennakkoharjoittelua vaikeuttaa myös se. että liikkuvan kohteen etäisyys ja siten vaadittava ennakko harjoittelun aikana yleensä muuttuu, jolloin tuloksen tulkinta on epämääräistä.

Tässä keksinnössä esitetään menetelmä ampumahar-15 joitteluun ja ampumasuorituksen analysointiin, jolla saadaan aikaan ratkaiseva parannus edellä esitetyissä epäkohdissa. Keksinnössä saadaan vastaanottimelta osumatieto joko yksittäisenä tuloksena tai jatkuvana x- ja y-koordi-naattiin verrannollisena sähköisenä signaalina. Tärkeä etu 20 tunnettuihin menetelmiin verrattuna on se. että keksinnön mukaisessa menetelmässä ei tarvita erillistä optoelektronisia taulua eikä myöskään tiedonsiirtoyhteyttä taululta ampuma- tai analysointipalkalle. Tällöin harjoittelu voidaan järjestää vapaammin. Myös liikkuvien kohteiden ampu-• - 25 mistä voidaan harjoitella helpommin järjestelyin. Lisäksi etuna tunnettuihin menetelmiin verrattuna on se, että menetelmää käyttäen voidaan ennakon arvioinnin oikeellisuus laskennallisesti tarkistaa. Esitettyjen vaikutusten aikaansaamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on pää-30 asiassa tunnusomaista se. mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksintöä selitetään seuraavassa yksityiskohtaisesti esimerkin avulla oheisiin piirustuksiin viittaamalla, joissa ; 35 3 84753 kuvio 1 esittää menetelmää soveltavaa mittauslaitteistoa; kuvio 2 esittää lähetin/vastaanotin -parin optiikan rakennetta; 5 kuvio 3 esittää lähetin/vastaanotin -parin elektro niikan rakennetta Kuvio 4 .esittää menetelmää soveltavan mittauslaitteiston lohkokaaviota- son rakennetta silloin kun harjoittelukohteena on liikkuva kohde.

10 Kuvioissa 1, 2 ja 3 on esitetty harjoittelumenetel- män perustoteutusratkaisut liikkumattoman kohteen ampuma-harjoittelussa. Kuviossa 1 on esim. kaupalliseen aseeseen tai ampumalaitteeseen (kivääri, pistooli, tykki, panssarivaunu, ilmatorjuntatykki tms.) 1 kiinnitetty lähetin/-15 vastaanotin -pari 2, jonka laserdiodi tai LED (light emitting diode) -lähetin lähettää valoa tietyllä keilalla kohti taulua 5. Lähetin 2 voidaan kytkeä päälle erillisellä kytkimellä 3 vasta tarkan tähtäämisen ajaksi mm. turvallisuussyistä. Aseeseen kiinnitetyllä akustisella anturilla 4 20 määritetään laukaisuhetki iskurin aiheuttamasta aseen rungossa etenevästä akustisesta aallosta.

Taulussa 5 on varsinaisen tähtäystaulun lisäksi heijastusominaisuuksiltaan ympäristöä selvästi parempi heijastin 6, esim. nurkkaprisma tai tarraheijastin, joka 25 palauttaa pinnalleen osuneen osan lähetystehosta lähetin-/vastaanotin -parin suuntaan. Heijastin voi sijaita joko tähtäyspisteessä tai varsinaisen tähtäyspisteen ulkopuolella. Lähetin/vastaanotin -parin vastaanotin käsittää positiivisen linssin ja sen polttotasoon tai polttotason 30 läheisyyteen sijoitetun paikkaherkän detektorin. Tällä järjestelyllä aikaansaadaan se ominaisuus, että paikkaherkän detektorin signaaleista voidaan laskea kohteena olevan heijastimen ja vastaanottimen optisen akselin väliset kul-maerot kahdessa toisiaan vastaan kohtisuorassa suunnassa. 35 Kulmaerojen perusteella voidaan laskea osuma- tai tähtäys- 4 84753 pisteen x- ja y-koordinaatit heijastimen suhteen. Laskeminen edellyttää ampumapaikan ja taulun välisen etäisyyden tuntemista. Tämä etäisyys tunnetaan normaaleissa harjoit-telutilanteissa. Harjoittelu voidaan myös suorittaa nor-5 maalia, käytettävälle aseelle ominaista ampumamatkaa lyhyemmällä matkalla, koska tulokset voidaan skaalata vastaamaan pidempää matkaa. Kuvion 1 mukainen esimerkkijärjestelmä sisältää tietokoneen 7. jota on täydennetty lähe-tin/vastaanotin -parin toimintaan liittyvällä elektronii-10 kalla, ja piirturin 8. Tietokone laskee osumapisteen koordinaatit ja liikeradan ja näyttää tuloksen näytöllä graafisina käyrinä ja taulukkoina sekä tulostaa datan tarvittaessa piirturille 8. Menetelmän mukaisessa järjestelmässä taulun efektiivisen koon määrittää lähettimen keilan koko 15 eikä se ole sidoksissa heijastimen 6 kokoon.

Kuviossa 2 on esitetty lähetin/vastaanotin -parin optiikan eräs rakenneperiaate. Lähetin muodostuu laser-tai LE-diodista 9. jonka valo kollimoidaan linssillä 10. Tämän jälkeen keila siirretään prismoilla 11 vastaanotti-20 men optiselle akselille 12. Tällainen järjestely ei ole välttämätöntä vaan valaisu voitaisiin suorittaa myös rin-nakkaisesti. Se mitä rakennetta on edullisinta käyttää riippuu mm. käytettävästä detektorityypistä. Lähettimen keilan koon määrittää lähetindiodin 9 aktiivisen alueen 25 koon ja linssin 10 polttovälin suhde. Esim. jos aktiivisen alueen koko on 100 pm ja linssin polttoväli 5 mm. lähetin-keilan diverginssiksi saadaan 20 mrad. Tällöin keilan ja siten taulun halkaisija on 100 m etäisyydellä 2 m. Vastaanotin muodostuu suodattimesta 16, joka vähentää tausta-30 valon aiheuttamaa kohinaa, linssistä 13 ja paikkaherkästä detektorista 14. Vastaanotin toimii siten, että paikka-herkän detektorin 14 antamien virtasignaalien perusteella voidaan määrittää tähtäys- tai osumapisteen x- ja y-koordinaatit kohteen keskipisteenä toimivan heijastimen suh-35 teen. Paikkaherkkänä detektorina 14 voi olla joko jatkuva- 5 84753 toiminen diodi (lateral effect position sensitive detector, LE-PSD) tai nelielementti -diodi (four quadrant position sensitive detector, FQ-PSD). FQ-PSD:n etuna on pienempi kohina mutta vastaavasti haittana suurempi herkkyys 5 keilan epähomogeenisuuksille. Tämä johtuu siitä, että FQ-PSD :tä käytettäessä detektorin pinnalla olevan valospotin koko on suurempi kuin LE-PSD:llä, joten spotin sisällä tapahtuvilla valotehon jakauman vaihteluilla on suurempi merkitys. FQ-PSD sijoitetaan linssin polttotason 15 etu-10 puolelle ja LE-PSD polttotasoon 15. Tällä järjestelyllä aikaansaadaan se ominaisuus, että vastaanotindiodin pinnalle muodostuvan valospotin painopisteen poikkeama detektorin keskipisteestä ilmaisee heijastimen kulmapoikkeaman vastaanottimen optiselta akselilta. Vastaanottimen näkö-15 kenttä mitoitetaan samaan suuruusluokkaan kuin lähettimen keilan koko.

Kuviossa 3 on esitetty lähetin/vastaanotin -elektroniikan eräs toteutusperiaate. Kuvion mukaisessa toteutuksessa vastaanottimen ilmaisindiodina käytetään neliele-20 menttidetektoria 18. Lähetindiodia pulssitetaan lähettimellä 17 halutulla taajuudella, joka on tyypillisesti 1 -10 kHz. Vastaanotinkanava sisältää transimpedanssiesivah-vistimet 19 kullekin diodielementille (A,B,C ja D 18). vahvistukseltaan säädettävät jälkivahvistimet 20, vaiheil-25 maisimet 21 ja alipäästösuodattimet 22. Tietokone määrittää valospotin paikan paikkaherkän detektorin pinnalla kanavasignaalien amplitudien perusteella. Valospotin paikasta ja vastaanotinoptiikan mitoituksesta voidaan edelleen laskea kulmat Ä ja y, jossa kohde näkyy vastaanot-30 timen optiseen akseliin nähden. Kulmatulosten ja tunnetun etäisyyden perusteella voidaan edelleen laskea tähtäystä! osumapisteen x- ja y-koordinaatit kohteen keskipisteen suhteen. Kanavasignaalien luku voidaan järjestää esim. siten, että tietokone lukee multiplekserin 23 kautta kun-35 kin kanavasignaalin erikseen ja muuntaa tuloksen digitaa- 6 84753 liseksi AD-muuntimella 24. Yhtenä multiplekserin tulona on kanavasignaalien summaan 25 verrannollinen lähtö, jota voidaan käyttää kanavavahvistuksen tasonsäädössä.

Liikkuvaan kohteeseen suoritettavassa ammunnassa on 5 oleellista osata valita tarvittava ennakko oikein. Oikean ennakon määrä riippuu kohteen etäisyydestä ampumapaikasta, kohteen nopeudesta ja liikesuunnasta sekä ammuksen nopeudesta. Ampumaharjoittelussa ammuksen nopeus voidaan olettaa tunnetuksi. Keksinnön mukaisessa harjoittelumenetel-10 mässä kohteen etäisyys, liikesuunta ja nopeus saadaan yhdistämällä kohteen sijainnin määrittämiseen kykenevä laitteisto edellä kuvattuun suuntamittaukseen. Tällöin mittauslaitteiston perusrakenne on kuvion 4 mukainen. Har-joitteluase varustetaan edellä kuvatun kaltaisen suunnan-15 mittauslaitteiston 27 lisäksi laseretäisyysmittausanturil-la 26 ja kulma-antureilla 28. Laseretäisyysmittaus voi perustua mm. pulssin kulkuajan mittaamiseen. Tällöin lä-hetin/vastaanotin -parissa oleva laserlähetin lähettää lyhyitä (esim. 10 - 20 ns) valopulsseja kohteeseen, joka 20 heijastaa pinnalleen osuvan valotehon takaisin lähetin/va-staanotin -paria kohti. Lähetin/vastaanotin -parissa oleva vastaanotin havaitsee heijastuneet valopulssit. Mittaamalla kulkuaikaero lähteneen ja takaisinheijastuneen valo-pulssin välillä kohteen etäisyys voidaan määrittää. Mikä-25 li kohde liikkuu tunnetulla nopeudella ja tunnetussa suunnassa tähtäyssuuntaan nähden ennakko voidaan määrittää riittävällä tarkkuudella pelkän etäisyysmittaustiedon perusteella. Tällöin harjoittelija siis tähtää heijastimen liikesuuntaan nähden etupuolelle. Suunta-anturilta saadaan 30 kohteen kulmaerosignaalit tähtäyssuuntaan nähden ja etäi-syysmittausanturilta etäisyystieto ja näiden tietojen perusteella tietokone voi laskea osumistuloksen tai tähtäys-pisteen liikeradan. Etäisyysmittausanturin lähetinkeila tulee mitoittaa yhtä suureksi kuin suuntamittausanturin 35 lähetinkeila, jotta etäisyysmittaustulos saadaan mitattua 7 84753 vaikka lähetin/vastaanotin -parin optinen akseli ei osoita täsmälleen kohteeseen.

Mikäli kohteen nopeutta ja liikesuuntaa ei tunneta etukäteen mittauslaitteistolla on kyettävä mittaamaan koh-5 teen sijainti ja sijainnin muuttuminen harjoitteluväli-neen koordinaatiston suhteen. Peräkkäisten koordinaatti-mittausten perusteella voidaan laskea kohteen kunkinhetki-nen etäisyys, liikesuunta ja nopeus. Koordinaatit voidaan määrittää siten, että harjoitteluväline nivelöidään jonkin 10 pisteen suhteen ja harjoittelutilanteessa mitataan etäisyyden mittauksen lisäksi kulma-anturein 28 harjoitteluvä-lineen vaaka- ja pystykulmat. Joissakin sovellutuksissa, joissa kohteen voidaan olettaa liikkuvan tasaisella pinnalla, riittää pelkän vaakakulman mittaus. Koordinaatti-15 mittauslaitteiston ei välttämättä tarvitse sijaita har-joitteluvälineessä vaan se voi olla oma itsenäinen yksikkönsä, joka seuraa kohdetta ja mittaa sen paikkakoordinaa-tit jatkuvasti. Mikäli koordinaattimittalaite on oma erillinen yksikkönsä sen asema ampumapaikan suhteen on tunnet-20 tava. Mittausjärjestely voi myös olla sellainen, että koordinaattimittalaite sijaitsee harjoittelupaikan välittömässä läheisyydessä, jolloin koordinaattimittausta voidaan approksimoida riittävällä tarkkuudella samanakseli-seksi suuntamittaukseen nähden.

• 25 Keksintö ei ole rajoittunut selityksessä ja piirus tuksissa esitettyyn suoritusmuotoon, vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims

1. Optoelektroninen menetelmä ammunnan harjoittelemiseen ja ampumasuorituksen analysoimiseen, jossa aseeseen 5 tai ampumalaitteeseen (1) kiinnitetään lähetin/vastaanotin -pari (2) ja ampumakohteeseen (5) tai sen läheisyyteen sijoitetaan heijastusominaisuuksiltaan ympäristöään selvästi parempi kohdealue, kuten heijastin (6), ja jossa lähetin/vastaanotin -parin (2) sisältämä lähetin lähettää 10 näkyvää tai infrapuna-alueen valoa tietyllä keilalla akselinsa suuntaisesti, tunnettu siitä, että lähetin-/vastaanotin -pariin (2) kuuluvassa vastaanottimessa heijastimen (6) aiheuttaman heijastuksen johdosta syntyvien signaalien perusteella lasketaan kulmat Ox ja Oy, joilla 15 heijastin (6) poikkeaa vastaanottimen optiselta akselilta (12), ja jonka tiedon ja tunnetun tai erikseen mitatun ampumaetäisyyden ja kohteen ollessa liikkeessä myös tunnetun tai erikseen mitatun kohteen nopeuden ja liikesuunnan perusteella lasketaan osuman tai tähtäyspisteen x- ja y-20 koordinaatit taulun halutun pisteen suhteen jatkuvasti tähtäyksen ja laukauksen aikana, laukauksen jälkeen tai pelkästään tiettynä laukaisuhetkeen sidoksessa olevana aj anhetkenä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että lähetin/vastaanotin -parin (2) vastaanottimena käytetään positiivisen linssin poltto-tasoon tai sen läheisyyteen sijoitettu paikkaherkkä ilmaisin.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että heijastimena (6) käytetään nurkkaprismaa.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähetin/vastaanotin -parin (2) valolähteenä käytetään valodiodia (LED). . · 35 9 84753

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ampuma-alueen efektiivistä kokoa säädetään lähetinkeilan divergenssiä muuttamalla.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että lähetin/vastaanotin -pariin (2) on liitetty sopivat joko erilliset tai pariin integroidut laskurit ja näyttölaitteet, joiden avulla lasketaan ja tulostetaan ammuttujen laukausten ja osumien 10 tulokset ja lukumäärät.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ampumaetäisyys kohteeseen (5) mitataan aseeseen tai ampumalaitteeseen (1) kiinnitetyllä laserpulssin kulkuajan mittaamiseen perus- 15 tuvalla etäisyysmittalaitteella.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kohteen (5) nopeus ja liikesuunta määritetään peräkkäisistä, tunnetuin aikavälein mitatuista kohteen (5) hetkellisen sijainnin ilmaise- 20 vista koordinaateista laskennallisesti.

8 84753

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kohteen (5) sijainnin ilmaisevat koordinaatit määritetään aseeseen tai ampumalaitteeseen (1) kiinnitettyjen etäisyysmittausanturin (26) ja aseen 25 tai ampumalaitteen vaaka- ja pystykallistuskulmien jonkin pisteen suhteen ilmaisevien kulma-antureiden (28) mittaus-tiedon perusteella.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kohteen (5) sijainnin ilmai- 30 sevat koordinaatit määritetään erillisellä kohteeseen automaattisesti tai manuaalisesti suunnatulla mittalaitteella. 10 84753