DE2402204C3

DE2402204C3 - Einrichtung zur Bestimmung der Lage eines Punktes einer ballistischen Kurve, insbesondere eines Sprengblitzes, innerhalb einer vorgegebenen Meßebene

Info

Publication number: DE2402204C3
Application number: DE19742402204
Authority: DE
Inventors: Klaus-Juergen 8019 Abersdorf Peter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-01-17
Filing date: 1974-01-17
Publication date: 1980-03-20
Also published as: DE2402204A1; DE2402204B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Bestimmung der Lage eines Punktes einer ballistischen Kurve, insbesondere eines Sprengblitzes, innerhalb einer vorgegebenen Meßebene, die durch die Abbildungsebenen mindestens zweier im vorbestimmten Abstand voneinander angeordneter optischer Abbildungssysteme bestimmt ist, deren Bildebenen unter Berücksichtigung ihrer vorgegebenen Winkellage einer trigonometrischen Auswertung zur Bestimmung der Koordinatenwerte des in den Bildebenen abgebildeten Punktes zugeführt werden.

Als Abbildungssysteme solcher passiv arbeitender Einrichtungen dienen gemäß Oerlikon-Taschenbuch 1956, Seiten 198 bis 201, sogenannte ballistische Kammern, die über synchron laufende Blenden gesteuert sind. Mit diesen Kammern werden fotografische Abbildungen der Geschoßflugbahn derart erstellt, daß aus ihnen die Orts- und Zeitkoordinaten der einzelnen Flugbahnpunkte nach fotogrammetrischen Methoden rekonstruiert werden können. Hierzu ist vorab von der zu vermessenden Flugbahn ein stereoskopisches Bildpaar anzufertigen, auf dem die Bahn des zu vermessenden Geschosses mit Hilfe eines Leuchtspursatzes sichtbar gemacht wird. Über die Blenden werden die Objektive periodisch genau synchron abgedeckt, so daß die Geschoßflugbahn in ihrem fotografischen Bild als diskontinuierliche Linie erscheint. Für die Auswertung der Bilder oder auch Filme wird schließlich ein sogenannter Autograph benötigt

Ein solches Verfahren ist umständlich und zeitraubend, insbesondere wird das Meßergebnis erst lange nach dem eigentlichen Schießversuch erhalten, so daß für Erprobungen umfangreiche Meßreihen notwendig sind, die zudem unter unterschiedlichen atmosphärischen Bedingungen durchzuführen sind, so daß darüber hinaus Vergleichsrechnungen unumgänglich sind.

Es sind daher Vorschläge bekanntgeworden, sogenannte aktive Ortungssysteme für die Abtastung der Lage eines Punktes einer Geschoßflugbahn einzusetzen; vgl. DE-OS 21 08 573, DE-OS 22 08 559. Dort sind als aktive Ortungssysteme jeweils Laserstrahlen gezeigt, die über sogenannte Spiegelräder in die Meßebene umgelenkt werden. Bei den heute möglichen Geschoßgeschwindigkeiten von ca. 3000 m/sec müssen solche Spiegelräder ca. 100 000 Umdrehungen/Minute durchführen, um alle möglichen Durchstoßpunkte der Geschoßflugbahn in der Meßebene erfassen zu können. Dies ist praktisch nicht realisierbar, da, abgesehen von den Schwierigkeiten bei der Realisierung dieser Drehzahl', die bei diesen hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten auftretenden Zentrifugalkräfte die Spiegel aus ihrer Verankerung reißen. Auch sind die beim Einsatz solcher Einrichtungen in Schießtunneln während des Meßvorganges auftretenden und sich ausbreitenden Detonationswellen zu beachten, die die Meßgenauigkeit solcher Ablenksysteme ungünstig beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue passiv arbeitende Einrichtung zur Bestimmung der Lage eines Punktes innerhalb einer Meßebene zu schaffen, die ohne mechanisch angetriebene und dementsprechend empfindliche Teile hinreichend genau arbeitend so ausgebildet ist, daß das Meßergebnis unmittelbar nach dem Meßereignis zur Verfügung steht, und zwar in ablesbarer oder ausdruckbarer Form, ohne daß umständliche Auswertearbeiten in Autographen notwendig werden, und deren Ausbildung einen Einsatz auch in sogenannten Schießtunneln zuläßt.

Ausgehend von einer Einrichtung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Abbildungssysteme lichtelektrische Wandler aufweisende optische Abbildungssysteme verwendet sind, die jeweils unter Zwischenschaltung einer an ihrem Ausgang den Winkelwert des in der Bildebene abgebildeten Punktes in digitaler Signalform führenden Auswertelogik mit einem trigonometrischen Rechner verbunden sind, dem ferner mindestens die in

Registern gespeicherten Elevationswinkel der Abbildungssysteme und ihre Abstandsmaße zugeführt sind, und dessen Ausgang mit einem das Ausdrucken und die Anzeige der Koordinatenwerte des in 0er Meßebene erscheinenden Punktes steuernden Rechenregister ί verbunden ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen optischen Abbildungssystemen und lichtelektrischen Wandlern jeweils ein faseroptischer Querschnittswandler angeordnet und sind die Fasern der Querschnittswandler derart angeordnet, daß sie die Seitenverzerrung zwischen den Seitenverhältnissen der abzubildenden Meßebene oder eines abzubildenden Meßraumes und der Fotodetektoren verkörpern.

Reicht das Wissen der Höhe über Grund eines Geschosses oder Sprengblitzes für die durchzuführende Messung aus, so ist nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung der Punkt, dessen Lage zu ermitteln ist, in der Bildebene zweier in der Meßet ;ne fluchtend und gegeneinander ausgerichtet angeordneter optischer Abbildungssysteme abgebildet.

Die auf das zweidimensionale Koordinatensystem xy bezogenen Größen Ax, Ay des zu ermittelnden Punktes P werden_hierbei aus den Einfallswinkeln und dem Abstand AB der optischen Abbildungssysteme gemäß den Gleichungen

Ix =

Iv =

-γ= sin \ · sin ti ^AB ^VTW

(D

(2)

JO

bestimmt, wobei λ und β die Elevationswinkel des auf den Bildebenen der optischen Abbildungssysteme abgebildeten Punktes P, AB den Abstand der auf der Meßbasis-Abszisse χ angeordneten optischen Abbildungssysteme darstellen und A der Ursprung des Koordinatensystems xyund XM.yiu die Koordinaten des theoretischen Zielpunktes M sind.

Sind jedoch Geschoßflugbahnen zur Bestimmung der Außenballistik von beispielsweise Kanonen hinreichend genau zu bestimmen, so muß eine zweite Größe, nämlich die Entfernung des Geschosses oder Sprengblitzes vom Abschußpunkt ermittelbar sein. Demgemäß bildet nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung der Punkt, dessen Lage zu ermitteln ist, den Durchstoßpunk: dreier sich durchdringender Ebenen, die durch die scheinbaren Einfallswinkel des auf den Bildebenen dreier an den Ecken eines in einer zwischen zwei Koordinatenachsen aufgespannten horizontalen Meßebene befindlichen Dreiecks angeordnete optische Abbildungssysteme abgebildeten Punktes bestimmt sind.

Die auf das dreidimensionale Koordinatensystem xyz bezogenen Größen Ax, Ay und Az des zu ermittelnden Punktes Pwerden hierbei gemäß den Gleichungen

	~ÄB	sin λ	• sin fi
		sin (>	*+ fl)*
*Λ =**	Ib	COSA	•sin/i
V —		sin (\	+ It)
COS ;■

- AD

sin -/

(3)

(4)

(5)

bO

bestimmt, wobei A und B Punkte auf der x-Achse, C Punkt auf der y-Achse und D Ursprung des Koordinatensystems, Xp. y_p und z_p die Koordinaten des jeweils zu bestimmenden Punktes P und die Winkel α, β, γ die Elevationswinkel der durch den jeweiligen Punkt P bestimmten Ebenen E₃, Eb, £_csind.

bei den Ausführungsformen der Erfindung ist gemeinsam, daß die Lage von in einer Meßebene oder einem Meßraum erscheinenden Geschossen, Sprengblitzen o. ä. nach deren Abbildung auf den Bildebenen der optischen Einrichtungen sofort in entsprechende binär kodierte Signale umgeformt und digital angezeigt und/oder ausgedruckt wird, so daß unmittelbar nach dem Meßereignis das Meßergebnis ablesbar und/oder ausgedruckt vorliegt.

Die Bestimmung der Koordinaten der Durchstoßpunkte oder des Ortes des Ereignisses mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung gelingt mit einer bei passiv arbeitenden Einrichtungen bisher nicht erreichbaren Genauigkeit. Da weder Durchschuß- bzw. Einschußlöcher, noch Bildpunkte von Hand nachträglich zu vermessen sind, ist die Schußfolge innerhalb von Messungen also beliebig erhöhbar. Ferner wird Bedienungspersonal eingespart, da weder eine manuelle Vermessung durch sich in der Nähe der von der Abschußstelle teilweise weit entfernten Zielstelle befindende Personen, die nach jedem Schuß aus ihrer Deckung herauseilen, um die notwendigen Vermessungen durchzuführen, benötigt werden, noch Autographen bedienende Personen erforderlich sind.

Die Erfindung ist anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 die geometrischen Verhältnisse zur Bestimmung der Lage eines Punktes in einem dreidimensionaler. Raum,

Fig. 2 die räumliche Anordnung der den Meßraum abbildenden optischen Einrichtungen,

Fig. 3 eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,

Fig.4 die geometrischen Verhältnisse zur Bestimmung der Lage eines Punktes in einer zwischen zwei Koordinatenachsen aufgespannten Meßebene,

Fig.5 die räumliche Anordnung der optischen Einrichtungen,

Fig. 6 eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Drei optische Winkelmeßeinrichtungen A, B und C sind mit Hilfe je eines Stativs 10, 11, 12 auf dem Erdboden genau horizontal und zueinander fluchtend so aufgestellt, daß die Verbindungslinien A B und CD dabei zwei der drei Achsen des fiktiven Koordinatensystems xyz mit dem Ursprung D bilden und mit ihren nicht näher dargestellten optischen Systemen 14, 15, 16 mit den Elevationsachsen in A und B parallel zur y-Achse und in C parallel zur *-Achse auf den Meßraum MR ausgerichtet, in dem ein Sprengblitz P erwartet wird, dessen Koordinaten Xp,y_pund z_pzu bestimmen sind; vgl. F i g. 1 und 2.

Die optischen Achsen der Einrichtungen A, B und C schließen mit der Meßbasis die Winkel Λ2. ßi und )>2 ein, die bei der Bestimmung der Koordinaten Xp, y_p und z_p zu berücksichtigen sind.

In den Bildebenen dei optischen Einrichtungen A, B, unu C sind jeweils faseroptische Querschnittswandler 17, 18, 19 (F i g. 3) angeordnet, deren Lichtleitfasern auf der Lichteintrittsseite zeilenweise und auf der Lichtaustrittsseite zu Bündeln zusammengefaßt sind, die der aktiven Fläche von Fotodetektoren 20, 21, 22 angepaßt

sind. Auf diese Weise erfolgt eine Seitenverzerrung, um das Seitenverhältnis der einzelnen Zeilen des abgebildeten Meßraumes auf ein Seitenverhältnis zu bringen, das für die Umwandlung der optischen Bildsignale in elektrische Spannungen mit Hilfe von Fotodetektoren benötigt wird.

Die Fotodetektoren 20, 21, 22 sind streifenweise zusammengefaßt, ihre Ausgänge führen über Verstärker 23, 24, 25 zu je einer Auswertelogik 26, 27 und 28. Jede Auswertelogik ist mit ihrem Ausgang, der in digitaler Form die Winkelwerte «1, ßi bzw. γ\ führt, mit einem Register verbunden, dem ebenfalls die Elevationswinkel «2. ß2 und j'2 über Leitungen 31 zugeführt werden.

Einem zweiten Register werden über Leitungen 32 die Abstandsmaße AB, AD und CD sowie über eine Leitung 33 der Vergrößerungsmaßstab der Objektive eingegeben. Ein Leitungsbündel mit Leitungen 34 dient zum Programmieren des Rechenvorganges im Rechenwerk 35, das mit Hilfe eines Mikroprogramms 36, eines Sinusfunktionsgebers 37 und mit einem Rechenregister 38 die Funktionen (1), (2) und (3) berechnet und im Rechenregister über eine Leitung 39 zum Ausdrucken und für Anzeigevorrichtungen 40,41 und 42 bereitstellt.

Nunmehr sei das zweite Ausführungsbeispiel anhand der F i g. 4 bis 6 beschrieben, in denen gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen wie in den F i g. 1 bis 3 ausweisen.

Hier sind lediglich zwei optische Winkelmeßeinrichtungen A und B in einem Abstand AB mit Hilfe je eines Stativs 10, 11 auf dem Erdboden genau horizontal, zueinander fluchtend und exakt rechtwinklig zur Flugrichtung des Geschosses aufgestellt und mit ihren nicht näher dargestellten optischen Systemen 14,15 auf die Meßfläche MF ausgerichtet, in welcher der Durchdringungspunkt eines Geschosses zu vermessen ist.

Die optischen Achsen der Einrichtungen A und B schließen mit der Meßbasis die Winkel Λ2 und ßi ein, die bei der Bestimmung der Durchschußkoordinaten Ax und Ayzu berücksichtigen sind.

In den Bildebenen der optischen Einrichtungen A und B sind ebenfalls jeweils Fotodetektorzeilen 20, 21 angeordnet, nach deren Anzahl und Abmessungen sich die Genauigkeit und Auflösung der Meßanlage richtet. Die Ausgänge der Fotodetektoren führen ebenfalls über Verstärker 23, 24 zu je einer Äuswerteiogik 26, 27. Jede Auswertelogik ist mit ihrem Ausgang, der in digitaler Form die Winkelwerte Λι und ß\ führt, mit einem Register 29 verbunden, dem ebenfalls die Elevationswinkel Oi₂ und ßi über die Leitungen 31 zugeführt werden.

Einem zweiten Register 30 _werden über die Leitungen 32 die Abstandsmaße AB, x_M und y_M sowie über die Leitung 33 der Vergrößerungsmaßstab der Objektive eingegeben. Die Leitungen 34 dienen gleichfalls zum Programmieren des Rechenablaufs im Rechenwerk 35, das mit dem Microprogramm 36, dem Sinusfunktionsgeber 37 und dem Rechenregister 38 die Funktionen (4) und (5) berechnet und im Rechenregister über die Leitung 39 zum Ausdrucken und für die Anzeigevorrichtung 40 und 41 bereitstellt.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Bestimmung der Lage eines Punktes einer ballistischen Kurve, insbesondere eines Sprengblitzes, innerhalb einer vorgegebenen Meßebene, die durch die Abbildungsebenen mindestens zweier im vorbestimmten Abstand voneinander angeordneter optischer Abbildungssysteme bestimmt ist, deren Bildebenen unter Berücksichtigung ihrer vorgegebenen Winkellage einer trigonometrischen Auswertung zur Bestimmung der Koordinatenwerte des in den Bildebenen abgebildeten Punktes zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Abbildungssysteme lichtelektrische Wandler (20, 21, 22) aufweisende optische Abbildung-Systeme (14,15,16,17,18,19) verwendet sind, die jeweils unter Zwischenschaltung einer an ihrem Ausgang den Winkelwert des in der Bildebene abgebildeten Punktes in digitaler Signalform führenden Auswertelogik (26,27,28) mit einem trigonometrischen Rechner (35) verbunden sind, dem ferner mindestens die in Registern (29, 30) gespeicherten Elevationswinkel der Abbildungssysteme (Leitung 31) und ihre Abstandsmaße (Leitungen 32) zugeführt sind, und dessen Ausgang mit einem das Ausdrucken und die Anzeige der Koordinatenwerte (<x, β, γ) des in der Meßebene erscheinenden Punktes (P) steuernden Rechenregister (38) verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen optischen Abbildungssystemen (A, B, C) und lichtelektrischen Wandlern (20,21, 22) jeweils ein faseroptischer Querschnittswandler (17, 18, 19) angeordnet ist und daß die Fasern der Querschnittswandler derart angeordnet sind, daß sie die Seitenverzerrung zwischen den Seitenverhältnissen der abzubildenden Meßebene oder eines abzubildenden Meßraumes und der Fotodetektoren verkörpern.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Punkt (P), dessen Lage zu ermitteln ist, in der Bildebene zweier in der Meßebene fluchtend und gegeneinandergerichtet angeordneter optischer Abbildungssysteme (14, 15) abgebildet ist (vgl. F i g. 5).

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Punkt (P^, dessen Lage zu ermitteln ist, den Durchstoßpunkt dreier sich durchdringender Ebenen (Ea, Eb, Ec) bildet, die durch die scheinbaren Einfallswinkel (ix, ß, y^des auf den Bildebenen dreier an den Ecken eines in einer zwischen zwei Koordinatenachsen aufgespannten horizontalen Meßebene befindlichen Dreiecks angeordnete optische Abbildungssysteme (A, B, C) abgebildeten Punktes bestimmt sind (vgl. F i g. 2).