RU2278388C1 - Device for determination of exterior ballistic parameters of projectile element with the aid of photorules and light screens - Google Patents

Device for determination of exterior ballistic parameters of projectile element with the aid of photorules and light screens Download PDF

Info

Publication number
RU2278388C1
RU2278388C1 RU2005100996/02A RU2005100996A RU2278388C1 RU 2278388 C1 RU2278388 C1 RU 2278388C1 RU 2005100996/02 A RU2005100996/02 A RU 2005100996/02A RU 2005100996 A RU2005100996 A RU 2005100996A RU 2278388 C1 RU2278388 C1 RU 2278388C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
photo
light screens
rules
ordinates
determination
Prior art date
Application number
RU2005100996/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005100996A (en
Inventor
Наталь Юрьевна Афанасьева (RU)
Наталья Юрьевна Афанасьева
Владимир Александрович Афанасьев (RU)
Владимир Александрович Афанасьев
Юрий Всеволодович Веркиенко (RU)
Юрий Всеволодович Веркиенко
Виктор Степанович Казаков (RU)
Виктор Степанович Казаков
В чеслав Васильевич Коробейников (RU)
Вячеслав Васильевич Коробейников
Original Assignee
Институт прикладной механики УрО РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт прикладной механики УрО РАН filed Critical Институт прикладной механики УрО РАН
Priority to RU2005100996/02A priority Critical patent/RU2278388C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2005100996A publication Critical patent/RU2005100996A/en
Publication of RU2278388C1 publication Critical patent/RU2278388C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

FIELD: determination of exterior ballistic parameters (co-ordinates, velocity and attitude of projectile elements - bullets and shells at a direct fire at vertical obstacles (targets), applicable in experimental determination of the piercing capacity of bullets and shells and the armor quality in the process of their development or check-up at manufacture.
SUBSTANCE: the device has two parallel light screens for determination of the flight velocity and prediction of the nullification time of two pairs of photo rules and readout of information of the first pair of photo rules at the instant of intersection by the center of the projectile element of the light screens of this pair of photo rules and after the outcome of the projectile element from the light screens of the second pair of photo rules from these photo rules. The device provides for measurement of the time moments of entry of the projectile element to the light screens for measurement of the velocity and moments of outcome from them and computation of the time of intersection by the center of the projectile element of the light screens, the use of which at determination of the velocity and co-ordinates of flying-by precludes any errors because of nutation and precession. The co-ordinates of flying-by of the projectile element are determined with the aid of the protractor - base method according to the co-ordinates of the centers of shadows on the second pair of photo rules. The signs of the slopes are determined according the coincides of the co-ordinates of the shadow boundaries on the first and second pairs of the photo rules; the slopes of the axis of the projectile element and the angles of precession and nutation are determined according to the width of the full shadows on the second photo rules, signs of slope, co-ordinates of flying-be with the aid of shadow characteristics (dependences of the width of shadows on the slopes).
EFFECT: simultaneous automatic determination with a high precision of the exterior ballistic parameters of the projectile element: velocity, co-ordinates of flying-by and angles of nutation and precession.
7 dwg

Description

Изобретение относится к области определения внешнебаллистических параметров (координат, скорости и углового положения метательных элементов - пуль и снарядов) при стрельбе прямой наводкой по вертикальным преградам (мишеням) и может использоваться при экспериментальном определении пробивной способности пуль и снарядов и качества брони в процессе их отработки или контроля при изготовлении.The invention relates to the field of determining external ballistic parameters (coordinates, speed and angular position of propelling elements - bullets and shells) when firing direct fire at vertical barriers (targets) and can be used in the experimental determination of the penetration ability of bullets and shells and the quality of armor during their development or manufacturing control.

Известны способ и аппаратура для определения углов нутации и прецессии, определяющих угловое положение метательного элемента (пули или снаряда) по характеру пробоины в специально обработанных (прокаленных) экранах из бумаги или картона [Ермолаев С.И., Комаров Л.Б., Чурбанов Е.В. Внешняя баллистика. - Л.: ВМАКВ им. А.М.Крылова, 1958. - 688 с.]. Пробоина имеет овальную (эллипсовидную) форму. Угол наклона овала является углом прецессии ν. Угол нутации δ функционально зависит от отношения большого диаметра овала d1 к малому диаметру d2. Зависимость

Figure 00000002
может быть заранее вычислена по чертежу или определена экспериментально по тени элемента на экран в плоскопараллельном потоке света.A known method and apparatus for determining the angles of nutation and precession, determining the angular position of the projectile element (bullet or projectile) by the nature of the holes in specially processed (calcined) screens of paper or cardboard [Ermolaev SI, Komarov LB, Churbanov E .AT. External ballistics. - L .: VMAKV im. A.M. Krylova, 1958. - 688 p.]. The hole has an oval (ellipsoidal) shape. The angle of inclination of the oval is the angle of precession ν. The nutation angle δ is functionally dependent on the ratio of the large diameter of the oval d 1 to the small diameter of d 2 . Dependence
Figure 00000002
can be pre-calculated according to the drawing or determined experimentally by the shadow of an element on the screen in a plane-parallel stream of light.

Недостатками способа являются ручные измерения, затраты времени на установку и снятие экранов, необходимость замены расходных материалов после каждого выстрела и повышенная опасность из-за необходимости выхода в огневой коридор для снятия и установки экранов. Кроме того, при углах нутации примерно до 5-ти градусов отношение диаметров практически равно единице и, следовательно, угол нутации менее 5-ти градусов не регистрируется.The disadvantages of the method are manual measurements, the time required to install and remove screens, the need to replace consumables after each shot, and the increased danger due to the need to exit to the fire corridor to remove and install screens. In addition, at nutation angles of up to about 5 degrees, the ratio of diameters is almost equal to unity and, therefore, the nutation angle of less than 5 degrees is not recorded.

Известны способ и аппаратура для определения углов нутации и прецессии, определяющих угловое положение метательного элемента по наклону проекций на вертикальную и горизонтальную плоскости [Вердин Г.Д., Родин А.А. Прикладная баллистика. Методы и средства баллистических измерений. М.: Машиностроение, 1975. - 232 с. Баркан С.А. и др. Полигонные испытания боеприпасов артиллерии. - М.: Воениздат, 1958. - 630 с.]. Способ основан на фотографировании метательного элемента двумя скоростными камерами с двух взаимно перпендикулярных направлений. Для получения фотографий элемента используется метод фотографирования с засветкой фотобумаги или фотопленки двумя импульсными точечными источниками света.A known method and apparatus for determining the angles of nutation and precession, determining the angular position of the propelling element by the slope of the projections on the vertical and horizontal planes [Verdin GD, Rodin A.A. Applied ballistics. Methods and means of ballistic measurements. M.: Mechanical Engineering, 1975 .-- 232 p. Barkan S.A. and other artillery ammunition tests. - M.: Military Publishing, 1958. - 630 p.]. The method is based on photographing a propelling element with two high-speed cameras from two mutually perpendicular directions. To obtain photographs of an element, the method of photographing with the exposure of photographic paper or film using two pulsed point sources of light is used.

Недостатками метода являются необходимость синхронизации момента вспышки, трудоемкость получения фотоснимков, расход материалов и ручная обработка фотоснимков.The disadvantages of the method are the need to synchronize the flash point, the complexity of obtaining photographs, the consumption of materials and manual processing of photographs.

Известна световая мишень [Патент РФ №2213320, класс МКИ F 41 J 5/02, Бюл. №27, 27.09.2003 /Авт. Афанасьева Н.Ю., Веркиенко Ю.В., Казаков В.С., Коробейников В.В. по заявке №2002116940/02 от 24.06.2002.] с определением скорости измерением временного интервала между последовательным пересечением метательным элементом (пулей или снарядом) двух параллельных световых экранов (световых плоскостей), образованных с помощью протяженных линейных источников света (излучения), расположенных по одну сторону от снопа траекторий, и оптически связанных с ними оптико-электронных преобразователей, расположенных по другую сторону от снопа траекторий. Недостатком является то, что устройство не позволяет определять угловое положение метательного элемента.Known light target [RF Patent No. 2213320, class MKI F 41 J 5/02, bull. No. 27, 09/27/2003 / Aut. Afanasyeva N.Yu., Verkienko Yu.V., Kazakov V.S., Korobeinikov V.V. according to the application No. 2002116940/02 dated 06.24.2002.] with determining the speed by measuring the time interval between the successive intersection of the projectile element (bullet or projectile) of two parallel light screens (light planes) formed by extended linear light sources (radiation) located along one side of the sheaf of trajectories, and optoelectronic transducers optically associated with them, located on the other side of the sheaf of trajectories. The disadvantage is that the device does not allow to determine the angular position of the propelling element.

Наиболее близким аналогом является устройство для измерения перемещения, скорости, ускорения и темпа движения объекта [Патент РФ №2223505, кл. G 01 Р 3/68, Бюл. №4 от 10.02.2004 по заявке №2002116945 от 24.06.2002], содержащее источник света, флажок, связанный с подвижным объектом, фотолинейку (например, ПЗС - линейный прибор с зарядовой связью), электронный блок и вычислитель, позволяющие с большой частотой фиксировать положение тени флажка на фотолинейке при его перемещении. Недостатком устройства является невозможность непосредственного использования его для определения углового положения метательного элемента и определение только одной (на прямой) координаты, а не двух координат (на плоскости).The closest analogue is a device for measuring the displacement, speed, acceleration and pace of an object [RF Patent No. 2223505, cl. G 01 P 3/68, Bull. No. 4 dated February 10, 2004 according to the application No. 2002116945 dated June 24, 2002], containing a light source, a flag associated with a moving object, a photo line (for example, a CCD - a linear device with charge coupling), an electronic unit and a computer that allow fixing with a high frequency the position of the shadow of the flag in the photo line when moving it. The disadvantage of this device is the inability to directly use it to determine the angular position of the propelling element and the determination of only one (on a straight line) coordinate, and not two coordinates (on a plane).

Задача изобретения заключается в устранении ручной обработки, исключении расходных материалов, исключении выхода операторов в огневой коридор до и после проведения стрельбы, обеспечении одновременного определения при каждом выстреле скорости, координат пролета и углового положения метательного элемента (углов нутации и прецессии).The objective of the invention is to eliminate manual processing, the exclusion of consumables, the exclusion of operators in the fire corridor before and after firing, ensuring the simultaneous determination of speed, coordinates of the span and angular position of the propelling element (nutation and precession angles) with each shot.

Задача решается тем, что устройство содержит систему световых экранов. Два первых световых экрана параллельны, образованы линейными протяженными излучателями и расположенными по другую сторону от снопа траекторий и оптически связанными с излучателями оптико-электронными преобразователями. Два вторых световых экрана параллельны двум первым, расположены за первыми по направлению стрельбы в одной плоскости (совмещены) и образованы двумя взаимно перпендикулярными излучателями и расположенными в одной плоскости по другую сторону от снопа траекторий и оптически связанными с излучателями камерами с фотолинейками, два третьих световых экрана расположены за двумя вторыми и образованы теми же вторыми излучателями и камерами с фотолинейками, установленными рядом с камерами двух вторых световых экранов по направлению стрельбы. В устройстве обеспечивается фиксация моментов времени входа метательного элемента в два первых световых экрана и моментов выхода из них, вычисление моментов времени пролета серединой метательного элемента двух первых световых экранов, скорости полета и прогноза времени подлета ко вторым совмещенным световым экранам для обнуления фотолинеек всех камер, вычисление времени пролета серединой метательного элемента вторых совмещенных световых экранов и определение границ теней на двух первых фотолинейках, прогноза времени вылета метательного элемента из двух третьих световых экранов и определение границ теней на двух вторых фотолинейках, определение середин теней на двух вторых фотолинейках и координат пролета по угломерно-базовому способу, определение по совпадению границ теней на первых и вторых фотолинейках знаков углов наклона метательного элемента и определение углов наклона, углов нутации и прецессии по координатам пролета, знакам углов наклона и ширине теней на вторых фотолинейках с помощью заранее вычисленных или построенных экспериментально теневых характеристик, соответствующих метательному элементу.The problem is solved in that the device comprises a system of light screens. The first two light screens are parallel, formed by linear extended emitters and located on the other side of the sheaf of trajectories and optoelectronic converters optically coupled to the emitters. Two second light screens are parallel to the first two, located behind the first in the direction of fire in the same plane (aligned) and are formed by two mutually perpendicular emitters and located in one plane on the other side of the sheaf of paths and optically connected to the emitters by cameras with photo lines, two third light screens located behind the two second and formed by the same second emitters and cameras with photo lines mounted next to the cameras of the second two light screens in the direction of fire. The device provides a fixation of the time of entry of the throwing element into the first two light screens and the moments of exit from them, the calculation of the time of flight of the middle of the throwing element of the first two light screens, the flight speed and the forecast of the time of approach to the second combined light screens to zero the photo lines of all cameras, calculation time of flight by the middle of the throwing element of the second combined light screens and determination of the boundaries of the shadows on the first two photo lines, forecasting the time of departure of the meta element from two third light screens and determining the boundaries of the shadows on two second photo lines, determining the middle of the shadows on two second photo lines and the coordinates of the span using the goniometric method, determining the coincidence of the boundaries of the shadows on the first and second photo lines of the signs of the angles of the throwing element and determining the angles tilt, nutation and precession angles in terms of span coordinates, signs of tilt angles and shadow widths in the second photo lines using previously calculated or constructed experimentally shadow characteristics eristik corresponding to a throwing element.

Технический результат - исключение расходных материалов (специально обработанных бумаги или картона, фотопленки или фотобумаги и химических реактивов для проявления и закрепления); безопасность (операторы не выходят в огневой коридор); автоматизация измерений и обработки результатов; сокращение времени подготовки к испытаниям и получения результатов; повышение точности определения внешнебаллистических параметров (скорости, координат пролета и углов, характеризующих угловое положение метательного элемента) и повышение информативности испытаний за счет одновременного определения всех внешнебаллистических параметров при одном выстреле.EFFECT: exclusion of consumables (specially processed paper or cardboard, photographic film or photo paper and chemical reagents for developing and fixing); safety (operators do not go into the fire corridor); automation of measurements and processing of results; reduced time for preparing for tests and obtaining results; increasing the accuracy of determining external ballistic parameters (speed, flight coordinates and angles characterizing the angular position of the propelling element) and increasing the information content of tests by simultaneously determining all external ballistic parameters with a single shot.

На фиг.1 изображена схема устройства для определения внешнебаллистических параметров метательного элемента с помощью фотолинеек и световых экранов; на фиг.2 показаны углы, определяющие угловое положение метательного элемента; на фиг.3 показана схема оптико-электронного преобразователя; на фиг.4 - световые экраны, образованные излучателями, оптико-электронными преобразователями и камерами с фотолинейками; на фиг.5 - углы, определяющие переход от системы координат метательного элемента к системе координат огневого коридора и обратно; на фиг.6 - образование тени с границами y'1, y'2 на фотолинейке по тени с границами y1, y2 метательного элемента; на фиг.7 - схема к определению координат (y, z) угломерно-базовым методом с помощью фотолинеек.Figure 1 shows a diagram of a device for determining external ballistic parameters of a propelling element using photo lines and light screens; figure 2 shows the angles that determine the angular position of the propelling element; figure 3 shows a diagram of an optoelectronic converter; figure 4 - light screens formed by emitters, optoelectronic converters and cameras with photo lines; figure 5 - angles that define the transition from the coordinate system of the propelling element to the coordinate system of the fire corridor and vice versa; in Fig.6 - the formation of a shadow with borders y ' 1 , y' 2 in the photo line along the shadow with borders y 1 , y 2 of the throwing element; Fig.7 is a diagram for determining the coordinates (y, z) by the angularly-basic method using photolines.

Устройство содержит блок питания излучателей 1; линейные протяженные излучатели 2i, i=1...4; оптико-электронные преобразователи 31, 32, образующие совместно с излучателями два первых параллельных, перпендикулярных направлению стрельбы световых экрана 41, 42; камеры с фотолинейками 51, 52, установленные в одной плоскости напротив взаимно перпендикулярных, установленных в этой же плоскости излучателей 22 24 и образующие совместно с ними два вторых совмещенных световых экрана 61, 62; камеры с фотолинейками 71, 72, установленные рядом с камерами 51, 52 по направлению стрельбы и образующие с излучателями 23, 24 два третьих световых экрана 81, 82, расположенные за двумя вторыми по направлению стрельбы; коаксильные линии связи 9; блок согласующих и пороговых устройств 10 с согласующими усилителями 112, 112 и пороговыми устройствами (компараторами) с прямыми входами 121, 122 и инверсными входами 131, 132; схему ИЛИ 14; ЭВМ 15 с устройством отображения информации 16; мультиплексор 17 с усилителями-формирователями 18i, i=1...4 (компараторами для формирования бинарного кода) и устройствами запоминания бинарных кодов 19i, и схемой управления 20. Выход схемы ИЛИ 14 связан с входом прерываний ЭВМ 15. Вход схемы управления 20 мультиплексора 17 связан с выходом ЭВМ 15. Управляющие выходы схемы управления 20 мультиплексора 17 связаны с входами фотолинеек 5i, 7i, информационный выход схемы управления 20 мультиплексора 17 связан с входом ЭВМ 15, выходы устройств запоминания 19i связаны с информационными входами схемы управления 20 мультиплексора 17.The device comprises a power supply unit for emitters 1; linear extended emitters 2 i , i = 1 ... 4; optoelectronic converters 3 1 , 3 2 , forming together with the emitters the first two parallel, perpendicular to the direction of fire light screens 4 1 , 4 2 ; cameras with photo lines 5 1 , 5 2 installed in one plane opposite to mutually perpendicular radiators 2 2 2 4 installed in the same plane and forming two second combined light screens 6 1 , 6 2 with them; cameras with photo lines 7 1 , 7 2 installed next to cameras 5 1 , 5 2 in the direction of fire and forming with the emitters 2 3 , 2 4 two third light screens 8 1 , 8 2 located behind the second two in the direction of fire; coaxial communication lines 9; block matching and threshold devices 10 with matching amplifiers 11 2 , 11 2 and threshold devices (comparators) with direct inputs 12 1 , 12 2 and inverse inputs 13 1 , 13 2 ; scheme OR 14; A computer 15 with an information display device 16; multiplexer 17 with amplifiers-shapers 18 i , i = 1 ... 4 (comparators for generating a binary code) and devices for storing binary codes 19 i , and a control circuit 20. The output of the OR circuit 14 is connected to the input of the computer interrupt 15. The control circuit input 20 of the multiplexer 17 is connected to the output of the computer 15. The control outputs of the control circuit 20 of the multiplexer 17 are connected to the inputs of the photo lines 5 i , 7 i , the information output of the control circuit 20 of the multiplexer 17 is connected to the input of the computer 15, the outputs of the storage devices 19 i are connected to the information inputs of the control circuit 20 multiplexer 17.

Приемник (оптико-электронный преобразователь) 3i (фиг.3) имеет прямоугольную щелевую диафрагму перед объективом (линзой) 21, в фокальной плоскости которой (на фокусном расстоянии ƒ или меньшем до 0,5ƒ') расположена чувствительная площадка фотоприемника (фотодиода) 22, выход которого соединен с входом усилителя фототока 23. Выходы усилителей фототока коаксиальными линиями связи 9 соединены с входами согласующих устройств 11.The receiver (optoelectronic converter) 3 i (Fig. 3) has a rectangular slit aperture in front of the lens (lens) 21, in the focal plane of which (at a focal length ƒ or less than 0.5ƒ ') there is a sensitive area of the photodetector (photodiode) 22 the output of which is connected to the input of the amplifier of the photocurrent 23. The outputs of the amplifiers of the photocurrent by coaxial communication lines 9 are connected to the inputs of the matching devices 11.

Математическая сущность изобретения заключается в следующем. Метательный элемент (например, пуля или снаряд) представляет собой тело вращения, с которым связана система координат Х2Y2Z2, ось Х2 которой совпадает с осью вращения, ось Y2 перпендикулярна оси Х2 и лежит в вертикальной плоскости, проходящей через ось Х2, а ось Z2 образует с осями Х2, Y2 правую тройку (фиг.2, 5). Зададим профиль метательного элемента в плоскости X2Y2. Он задается уравнениемThe mathematical essence of the invention is as follows. Throwing element (for example, a bullet or projectile) is a body of revolution, which is associated with the coordinate system X 2 Y 2 Z 2 , the X 2 axis of which coincides with the axis of rotation, the Y 2 axis is perpendicular to the X 2 axis and lies in a vertical plane passing through the X 2 axis, and the Z 2 axis forms the right triple with the X 2 , Y 2 axes (Figs. 2, 5). Define the profile of the throwing element in the X 2 Y 2 plane. It is given by the equation

Figure 00000003
Figure 00000003

где L - длина метательного элемента.where L is the length of the propelling element.

Тогда уравнение поверхности вращения естьThen the equation of the surface of rotation is

Figure 00000004
Figure 00000004

С огневой трассой (тира или полигона) связана прямоугольная система координат XYZ, ось Х которой горизонтальна и направлена по направлению стрельбы, ось Y вертикальна, а ось Z образует с ними правую тройку. Угловое положение метательного элемента (система координат X2Y2Z2) характеризуется углами ψ, θ* или ψ*, θ, показанными на фиг.2, 5. Для перехода от системы координат тира XYZ к системе координат метательного элемента X2Y2Z2 нужно сделать поворот на угол ψ относительно оси Y (получается система X1Y1Z1), а затем - на угол θ* относительно оси Z1 (получается система X2Y2Z2). В случае определения координат поверхности вращения в системе XYZ сделаем поворот в обратном направлении, т.е. сначала на угол -θ*, а затем на угол -ψ около соответствующих осей. В результате получимA rectangular coordinate system XYZ is connected to the firing line (shooting range or range), the X axis of which is horizontal and directed in the direction of fire, the Y axis is vertical, and the Z axis forms the right three with them. The angular position of the throwing element (coordinate system X 2 Y 2 Z 2 ) is characterized by the angles ψ, θ * or ψ *, θ shown in figure 2, 5. To go from the coordinate system of the shooting range XYZ to the coordinate system of the throwing element X 2 Y 2 Z 2 you need to make a rotation through an angle ψ relative to the Y axis (we get the system X 1 Y 1 Z 1 ), and then by an angle θ * relative to the Z 1 axis (we get the system X 2 Y 2 Z 2 ). In the case of determining the coordinates of the surface of revolution in the XYZ system, we make a rotation in the opposite direction, i.e. first by an angle -θ *, and then by an angle -ψ near the corresponding axes. As a result, we get

Figure 00000005
Figure 00000005

где М - матрицы вращения вокруг соответствующей оси, причемwhere M are the rotation matrix around the corresponding axis, and

Figure 00000006
Figure 00000006

где s2=sinβ, c2=cosβ, s3=sinγ, c3=cosγ.where s 2 = sinβ, c 2 = cosβ, s 3 = sinγ, c 3 = cosγ.

От системы координат тира XYZ перейдем к связанной с координатами точки пролета через световой экран фотолинеек системе координат XCYCZC путем поворота на угол α относительно оси X, где

Figure 00000007
y, z - координаты точки пролета в системе XYZ, начало которой выбрано в точке центрального проектирования объектива камеры фотолинейки (фиг.6). Тогда в системе координат XCYCZC имеемFrom the coordinate system of the shooting range XYZ, we pass to the coordinate system X C Y C Z C connected with the coordinates of the point of passage through the photo screen by turning the angle α relative to the X axis, where
Figure 00000007
y, z - coordinates of the point of passage in the XYZ system, the beginning of which is selected at the point of central projection of the camera lens of the photo line (Fig.6). Then in the coordinate system X C Y C Z C we have

Figure 00000008
Figure 00000008

где матрица вращения вокруг оси X на угол α равнаwhere the rotation matrix around the X axis by the angle α is equal to

Figure 00000009
Figure 00000009

Для нахождения тени метательного элемента на вертикальной фотолинейке рассмотрим второе уравнение из (5)To find the shadow of a throwing element on a vertical photo line, we consider the second equation from (5)

Figure 00000010
Figure 00000010

и найдем экстремальные точки (границы тени) в плоскости XCYC, образуемые поверхностью вращения (2) в диапазоне х2 согласно (1). Если задано аналитическое выражение функции φ(x2), то можно получить аналитическое выражение границ yC1, yC2. Если аналитическое выражение не задано, то границы можно определить экспериментально по тени метательного элемента, наклоненного на углы ψ, θ в потоке плоскопараллельных лучей света под углом α.and find the extreme points (shadow boundaries) in the plane X C Y C formed by the surface of revolution (2) in the x 2 range according to (1). If an analytic expression of the function φ (x 2 ) is given, then one can obtain an analytic expression of the boundaries y C1 , y C2 . If an analytical expression is not specified, then the boundaries can be determined experimentally from the shadow of the propelling element, tilted at angles ψ, θ in a stream of plane-parallel light rays at an angle α.

В частности, в случае тонкого метательного элемента (тонкого стержня длиной L) получимIn particular, in the case of a thin throwing element (a thin rod of length L), we obtain

Figure 00000011
Figure 00000011

В случае тупого метательного элемента (цилиндр длиной L и диаметром 2R) получимIn the case of a blunt throwing element (cylinder of length L and diameter 2R), we obtain

Figure 00000012
Figure 00000012

Теневая характеристика (9) близка к характеристике тупой пули.The shadow characteristic (9) is close to the characteristic of a blunt bullet.

Согласно оптической схеме фиг.6 в случае относительно малого углового размера метательного элемента

Figure 00000013
т.е. в случае Δα≈0 имеемAccording to the optical design of FIG. 6, in the case of a relatively small angular size of the propelling element
Figure 00000013
those. in the case Δα≈0 we have

Figure 00000014
Figure 00000014

где h'B - длина тени на вертикальной фотолинейке.where h ' B is the length of the shadow in the vertical photo line.

В случае тени на горизонтальной линейке следует в теневой характеристике ƒ (ψ, θ, α) поменять аргументы y, z и θ, ψ местами и заменить угол α на β, т.е.In the case of a shadow on the horizontal ruler, in the shadow characteristic ƒ (ψ, θ, α), change the arguments y, z and θ, ψ in places and replace the angle α by β, i.e.

Figure 00000015
Figure 00000015

Для определения координат пролета метательного элемента (y, z) воспользуемся угломерно-базовым способом. Найдем середину тени на вертикальной и горизонтальной линейкахTo determine the coordinates of the span of the throwing element (y, z), we use the goniometric-basic method. Find the middle of the shadow on the vertical and horizontal rulers

Figure 00000016
Figure 00000016

и согласно фиг.7 получимand according to Fig.7 we get

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

где Dy, Dz - расстояния от начала координат мишени до центров проектирования камер с фотолинейками согласно фиг.7.where D y , D z - the distance from the origin of the target to the centers of design of cameras with photo lines according to Fig.7.

Скорость полета метательного элемента раньше определялась по времени пролета фиксированной базы. Для повышения точности измеряются моменты времени входа метательного элемента tвх1, tвх2 в параллельные световые экраны 41, 42 и моменты времени выхода tвых1, tвых2 из них. После этого вычисляются моменты времени t1, t2 пересечения световых экранов серединой метательного элементаThe flight speed of the propelling element was previously determined by the time of flight of a fixed base. To increase accuracy, the time moments of the throwing element entry t in1 , t in2 in parallel light screens 4 1 , 4 2 and the exit times t out1 , t out2 are measured . After that, the moments of time t 1 , t 2 of the intersection of the light screens by the middle of the throwing element are calculated

Figure 00000019
Figure 00000019

и скоростьand speed

Figure 00000020
Figure 00000020

где S - расстояние между параллельными световыми экранами 41, 42.where S is the distance between parallel light screens 4 1 , 4 2 .

Для определения углов наклона метательного элемента решается система уравнений (10), (11) относительно θ, ψ при измеренных длинах теней hг, hв, определенных знаках углов наклона и вычисленных по (13), (14) координатах пролета y, z. Затем вычисляются углы нутации δ и прецессии ν согласно фиг.2, из которойTo determine the inclination angles of the throwing element, the system of equations (10), (11) is solved with respect to θ, ψ for the measured shadow lengths h g , h in , certain signs of the inclination angles and the y, z flight coordinates calculated from (13), (14). Then, the angles of nutation δ and precession ν are calculated according to FIG. 2, from which

Figure 00000021
Figure 00000021

Figure 00000022
Figure 00000022

Figure 00000023
Figure 00000023

Таким образом, способ и устройство обеспечивают определение внешнебаллистических параметров: скорости, координат пролета и углов, определяющих угловое положение оси метательного элемента (θ, ψ или углов нутации δ и прецессии ν).Thus, the method and device provide the determination of external ballistic parameters: speed, span coordinates and angles that determine the angular position of the axis of the propelling element (θ, ψ or nutation angles δ and precession ν).

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При полете метательный элемент последовательно пересекает световые экраны 41, 42, образованные линейными протяженными излучателями 21, 22 и оптически связанными с ними оптико-электронными преобразователями 31, 32, световые экраны 61, 62, образованные излучателями 23, 24 и оптически связанными с ними камерами с фотолинейками 51, 52, световые экраны 81, 82, образованные излучателями 23, 24 и оптически связанными с ними камерами с фотолинейками 71, 72. При пересечении первых световых экранов 21, 22 часть светового потока, падающего от излучателей на фотоприемники оптико-электронных преобразователей, затеняется и на выходах усилителей фототоков формируются электрические импульсы, передние фронты которых соответствуют моментам входа метательного элемента в световые экраны, а задние фронты - моментам выхода метательного элемента из световых экранов. Эти сигналы по коаксиальным линиям связи 9 поступают на входы усилителей-формирователей 111, 112 блока формирующих и пороговых устройств 10, а с выходов усилителей-формирователей 111, 112 - на входы пороговых устройств (компараторов) с прямыми входами 121, 122 и с инверсными входами 131, 132. Электрические сигналы с выходов компараторов объединяются по схеме ИЛИ 14 и с выхода поступают на вход прерывания ЭВМ 15. По сигналам прерывания фиксируются состояния таймера ЭВМ и коды времени, соответствующие моментам входа tвх1, tвх2 метательного элемента в световые экраны и моментам выхода tвых1, tвых2 из них, и записываются в память ЭВМ. После записи последнего кода вычисляются средние значения

Figure 00000024
соответствующие прохождению через экраны середины метательного элемента, вычисляется скорость полета
Figure 00000025
(S расстояние между световыми экранами 11, 12), вычисляется время подлета метательного элемента к световым экранам 61, 62, равное
Figure 00000026
(S1 - расстояние между экраном 42 и совмещенными экранами 61, 62, L - длина метательного элемента), вычисляется время прохождения серединой метательного элемента совмещенных световых экранов 61, 62,
Figure 00000027
вычисляется время (с гарантией) вылета метательного элемента из световых экранов 81, 82, равное
Figure 00000028
где S2 - расстояние между экраном 42 и камерами 71, 72. В момент времени tn по сигналу управления с выхода ЭВМ 15, поступающему на вход схемы управления 20 мультиплексора 17, с управляющих выходов схемы 20 поступают серии сдвигающих импульсов на входы всех фотолинеек 5i и 7i. Число сдвигающих импульсов равно количеству ячеек фотолинеек. В результате информация с фотолинеек выталкивается без запоминания, ячейки таким образом обнуляются, и начинается процесс накопления информации. В момент времени tc аналогично по управляющему сигналу с выхода ЭВМ 15 от схемы управления 20 мультиплексора 17 серии сдвигающих импульсов поступают на входы фотолинеек 51, 53. Бинарные коды с выходов компараторов 181, 183 запоминаются в устройстве 191, 193. В момент времени tв аналогично по управляющему сигналу с выхода ЭВМ 15 в мультиплексоре 17 формируются серии сдвигающих импульсов, поступающих на входы фотолинеек 71, 72. Аналогичным образом в устройствах запоминания 192, 194 запоминаются бинарные коды состояния фотолинеек 71, 72. После запоминания коды всех устройств запоминания 19i с информационного выхода мультиплексора 17 поступают на информационный вход ЭВМ 15. В ЭВМ производится анализ кодов, и по переходам из 0 в 1 и наоборот из 1 в 0 определяются границы теней на фотолинейках и их координаты, соответствующие номерам ячеек перехода кодов из 0 в 1 и наоборот. Затем осуществляется сравнение верхних (левых) и нижних (правых) границ теней линеек 51 и 71, линеек 52 и 72. Совпадающие границы определяют знаки углов наклона метательного элемента. После определения знаков углов наклона используются координаты границ теней только на фотолинейках 71, 72, на которых были сформированы "полные" тени. Теперь по (13), (14) в ЭВМ вычисляются координаты пролета метательного элемента (y, z). После этого для определения углов наклона решается система уравнений (10), (11) и, наконец, вычисляются углы нутации δ и прецессии ν по формулам (17)-(19). В завершение результаты выводятся на устройство отображения 16.During flight, the throwing element sequentially intersects the light screens 4 1 , 4 2 formed by linear extended emitters 2 1 , 2 2 and optically-connected optoelectronic converters 3 1 , 3 2 , light screens 6 1 , 6 2 formed by emitters 2 3 , 2 4 and optically connected cameras with photo lines 5 1 , 5 2 , light screens 8 1 , 8 2 formed by emitters 2 3 , 2 4 and optically connected cameras with photo lines 7 1 , 7 2 . When the first light shields 2 1 , 2 2 intersect, part of the light flux incident from the emitters to the photodetectors of the optoelectronic converters is shaded and electrical impulses are formed at the outputs of the photocurrent amplifiers, the leading edges of which correspond to the moments when the propelling element enters the light screens, and the trailing edges moments of the exit of the throwing element from the light screens. These signals are transmitted through coaxial communication lines 9 to the inputs of the amplifiers-shapers 11 1 , 11 2 of the block of forming and threshold devices 10, and from the outputs of the amplifiers-shapers 11 1 , 11 2 to the inputs of the threshold devices (comparators) with direct inputs 12 1 , 12 2 and with inverse inputs 13 1 , 13 2 . The electrical signals from the outputs of the comparators are combined according to the OR 14 scheme and from the output are fed to the interrupt input of the computer 15. The interrupt signals are used to record the status of the computer timer and time codes corresponding to the moments of the input of t input , t input of the throwing element into the light screens and the output of the output t output 1 , t output2 of them, and are recorded in the computer memory. After writing the last code, the average values are calculated
Figure 00000024
corresponding to the passage through the screens of the middle of the propelling element, the flight speed is calculated
Figure 00000025
(S the distance between the light screens 1 1 , 1 2 ), the approach time of the throwing element to the light screens 6 1 , 6 2 is calculated, equal to
Figure 00000026
(S 1 is the distance between the screen 4 2 and the combined screens 6 1 , 6 2 , L is the length of the throwing element), the transit time of the middle of the throwing element of the combined light screens 6 1 , 6 2 is calculated
Figure 00000027
the time (with guarantee) of the departure of the propelling element from the light screens 8 1 , 8 2 is calculated, equal to
Figure 00000028
where S 2 is the distance between the screen 4 2 and cameras 7 1 , 7 2 . At time t n, according to the control signal from the output of the computer 15, which is input to the control circuit 20 of the multiplexer 17, a series of shift pulses are sent to the inputs of all the photo lines 5 i and 7 i from the control outputs of the circuit 20. The number of shear pulses is equal to the number of cells of the photo lines. As a result, information from the photo lines is pushed out without storing, the cells are thus reset to zero, and the process of accumulating information begins. At time t c, similarly to the control signal from the output of the computer 15 from the control circuit 20 of the multiplexer 17, a series of shear pulses arrive at the inputs of the photo lines 5 1 , 5 3 . Binary codes from the outputs of the comparators 18 1 , 18 3 are stored in the device 19 1 , 19 3 . At time t, in a similar manner to the control signal from the output of the computer 15 in the multiplexer 17, a series of shear pulses are generated, which arrive at the inputs of the photo lines 7 1 , 7 2 . Similarly, in the memory devices 19 2 , 19 4, the binary status codes of the photo lines 7 1 , 7 2 are stored. After storing, the codes of all storage devices 19 i from the information output of the multiplexer 17 go to the information input of the computer 15. The computer analyzes the codes, and the transitions from 0 to 1 and vice versa from 1 to 0 determine the boundaries of the shadows on the photo lines and their coordinates corresponding to the numbers code transition cells from 0 to 1 and vice versa. Then, the upper (left) and lower (right) borders of the shadows of the lines 5 1 and 7 1 , the lines 5 2 and 7 2 are compared. Matching boundaries define the signs of the angles of inclination of the propelling element. After determining the signs of the tilt angles, the coordinates of the shadow boundaries are used only on the photo lines 7 1 , 7 2 , on which "full" shadows were formed. Now, according to (13), (14), the coordinates of the missile element span (y, z) are calculated in a computer. After that, to determine the tilt angles, the system of equations (10), (11) is solved and, finally, the nutation angles δ and precession ν are calculated using formulas (17) - (19). Finally, the results are displayed on the display device 16.

Claims (1)

Устройство определения углового положения метательного элемента, содержащее световые экраны, линейные излучатели и расположенные по другую сторону от снопа траекторий оптически связанные с ними оптико-электронные преобразователи и камеры с фотолинейками, блок питания излучателей, коаксиальные линии связи, согласующие и пороговые устройства световых экранов, схему ИЛИ, усилители-формирователи сигналов фотолинеек, ЭВМ и устройство отображения информации и отличающееся тем, что два световых экрана с оптико-электронными преобразователями перпендикулярны направлению стрельбы, две камеры с фотолинейками установлены в одной плоскости с двумя взаимно перпендикулярными излучателями, расположенными по другую сторону от снопа траекторий, две камеры с фотолинейками расположены рядом с первыми со смещением по направлению стрельбы и оптически связаны с взаимно перпендикулярными излучателями, выходы согласующих устройств соединены дополнительно со входами пороговых устройств с инверсными входами, выходы которых соединены с входами схемы ИЛИ, выходы усилителей-формирователей сигналов фотолинеек соединены со входами запоминающих устройств, управляющие выходы мультиплексора соединены с управляющими входами фотолинеек, информационные выходы мультиплексора соединены с входом ЭВМ, а управляющий вход мультиплексора соединен с выходом ЭВМ.A device for determining the angular position of a throwing element, containing light screens, linear emitters and optically-connected optoelectronic converters and cameras with photo lines located on the other side of the path sheaf, emitter power supply unit, coaxial communication lines, matching and threshold devices of light screens, circuit OR, signal line amplifiers-photolines, computers and an information display device, characterized in that there are two light screens with optoelectronic converters They are perpendicular to the direction of fire, two cameras with photo lines are installed in the same plane with two mutually perpendicular emitters located on the other side of the sheaf of trajectories, two cameras with photo lines are located next to the first with a shift in the direction of fire and are optically connected to mutually perpendicular emitters, the outputs are matching devices are additionally connected to the inputs of threshold devices with inverse inputs, the outputs of which are connected to the inputs of the OR circuit, the outputs of the amplifiers form leu fotolineek signals connected to the inputs of memory devices, control outputs connected to the multiplexer control inputs fotolineek, multiplexer data outputs are connected to the input of the computer, and the multiplexer control input connected to the output computer.
RU2005100996/02A 2005-01-18 2005-01-18 Device for determination of exterior ballistic parameters of projectile element with the aid of photorules and light screens RU2278388C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005100996/02A RU2278388C1 (en) 2005-01-18 2005-01-18 Device for determination of exterior ballistic parameters of projectile element with the aid of photorules and light screens

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005100996/02A RU2278388C1 (en) 2005-01-18 2005-01-18 Device for determination of exterior ballistic parameters of projectile element with the aid of photorules and light screens

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005100996A RU2005100996A (en) 2006-06-20
RU2278388C1 true RU2278388C1 (en) 2006-06-20

Family

ID=36714015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005100996/02A RU2278388C1 (en) 2005-01-18 2005-01-18 Device for determination of exterior ballistic parameters of projectile element with the aid of photorules and light screens

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2278388C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2470311C1 (en) * 2011-06-23 2012-12-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method for contactless detection of missile speed
RU2576333C1 (en) * 2014-09-02 2016-02-27 Василий Васильевич Ефанов Method of determining ballistic characteristics of projectiles and data processing system for its implementation
RU2577077C1 (en) * 2014-09-02 2016-03-10 Василий Васильевич Ефанов Method of determining ballistic characteristics of projectiles and data processing system therefor
RU2752131C1 (en) * 2020-12-10 2021-07-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) Measuring and recording complex for determining intraballistic and trajectory parameters of projectile
RU2822977C1 (en) * 2023-12-19 2024-07-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" Method of determining trajectory parameters of movement of thrown element in water

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111412796B (en) * 2020-03-27 2022-04-01 西安工业大学 Detection and calibration device and method for dynamic response performance of backdrop target
CN112525020B (en) * 2020-11-18 2022-11-08 中国人民解放军32181部队 Shot rotating equipment

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2470311C1 (en) * 2011-06-23 2012-12-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method for contactless detection of missile speed
RU2576333C1 (en) * 2014-09-02 2016-02-27 Василий Васильевич Ефанов Method of determining ballistic characteristics of projectiles and data processing system for its implementation
RU2577077C1 (en) * 2014-09-02 2016-03-10 Василий Васильевич Ефанов Method of determining ballistic characteristics of projectiles and data processing system therefor
RU2752131C1 (en) * 2020-12-10 2021-07-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) Measuring and recording complex for determining intraballistic and trajectory parameters of projectile
RU2822977C1 (en) * 2023-12-19 2024-07-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" Method of determining trajectory parameters of movement of thrown element in water

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005100996A (en) 2006-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2278388C1 (en) Device for determination of exterior ballistic parameters of projectile element with the aid of photorules and light screens
CN101451833B (en) Laser ranging apparatus and method
EP0432014B1 (en) Optoelectronic assistance system for air-raid missions and navigation
CN107544138A (en) Long-range LiDAR systems and the method for the influence moved for compensation scanning instrument
US8583296B2 (en) Low-altitude altimeter and method
CN206411264U (en) It is a kind of to be used for the optical axis monitoring device of the main passive detection system of high accuracy
US20070103671A1 (en) Passive-optical locator
BR102015001708B1 (en) METHOD FOR DETERMINING A POLARIZATION OF A SCENE AND SYSTEM FOR ACQUIRING IMAGES OF A SCENE
US12130141B2 (en) Star tracker with adjustable light shield
CN108955722B (en) Unmanned aerial vehicle target positioning indicating system and indicating method
US4373808A (en) Laser doppler attitude measurement
CN104977708A (en) Multi-spectral common-aperture optical system
US3706493A (en) Ranging and aiming system
Zhao et al. High-precision velocity measuring system for projectiles based on retroreflective laser screen
CN104748720A (en) Spatial angle measuring device and angle measuring method
RU2536769C2 (en) Method and system for remote optical detection and location of object flying in stratosphere or at high altitude with supersonic speed based on vapour trail criteria of propulsion system thereof
CN101776758B (en) Distance meter for measuring distance between two target points
Liu et al. Simulation and design of circular scanning airborne geiger mode lidar for high-resolution topographic mapping
RU2279035C1 (en) Device for determination of exterior ballistic parameters of projectile component with the aid of light screens
US8598559B2 (en) Systems and methods for beam splitting for imaging
US11994365B2 (en) Projectile tracking and 3D traceback method
RU139683U1 (en) OPTICAL-ELECTRONIC SYSTEM OF BATTLE UNMANNED AIRCRAFT
CN112598617A (en) Outer trajectory optical measurement precision analysis method based on virtual platform
Li et al. Spatial position measurement of multiple targets using a line lasers and a plane array camera
RU2277690C1 (en) Method for guidance of guided missile and guidance system for its realization

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070119