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EP0525733A1 - Method and device for detecting the trajectory of a projectile - Google Patents

Method and device for detecting the trajectory of a projectile Download PDF

Info

Publication number
EP0525733A1
EP0525733A1 EP92112897A EP92112897A EP0525733A1 EP 0525733 A1 EP0525733 A1 EP 0525733A1 EP 92112897 A EP92112897 A EP 92112897A EP 92112897 A EP92112897 A EP 92112897A EP 0525733 A1 EP0525733 A1 EP 0525733A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
airfield
light sources
receiver line
shadow
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP92112897A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Georg Huscher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
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 Individual filed Critical Individual
Publication of EP0525733A1 publication Critical patent/EP0525733A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41J—TARGETS; TARGET RANGES; BULLET CATCHERS
    • F41J5/00—Target indicating systems; Target-hit or score detecting systems
    • F41J5/02—Photo-electric hit-detector systems

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for detecting the trajectory of a projectile by means of an optical system, which has on one side of the airfield a plurality of point-shaped light sources arranged in a plane parallel to the trajectory and on the other side in a plane arranged parallel to this plane Has light receivers, which are at least partially shaded when passing through the floor and from whose voltage changes at least one coordinate of the floor track is determined.
  • the associated device has two optical systems located one behind the other in the direction of flight, each of which comprises a line of light sources on both sides of the airfield and a discrete light receiver element at the top and bottom end of the line.
  • the e.g. 32 light sources of each of the four light transmission lines in both optical systems each consist of two LEDs, one of which is directed to the upper and one to the lower light receiver of the opposite line.
  • the four light receivers of the first optical system are shaded by at least four LEDs at four different times in the cycle of the emitter lines.
  • the times of shading are assigned by an electronic evaluation device to the respective LED positions for which the respective beam angle to the line direction is programmed, so that the trajectory can be calculated and displayed using trigonometric function terms.
  • Disadvantages are the high expenditure in terms of equipment and software, the difficult adjustment of the four light transmission systems, each of which 4 x 32 LEDs have to be aligned with the four receivers, and the need to specify extremely short cycle times for the line scan when fast-moving projectiles close are detectable.
  • DE-A-1 703 171 discloses another method for determining the trajectory of a projectile, which uses two orthogonal light barrier systems. Each system asked for a light transmission line consisting of discrete light sources and a light receiver line arranged on the other side of the airfield and consisting of discrete light sensors. Exactly one light receiver is assigned to each light source and an optical system consisting of two plano-convex mirrors is still required between the two. The cost of such a detection device is even greater than in the prior art.
  • DE-A-2152 219 represents a simplification insofar as opposite surface radiators are used while maintaining two orthogonal light receiver rows. Since the floor only shadows one photodiode of each receiver line, the accuracy of the measuring system depends on the packing density of the photodiodes.
  • the outlay of the device operating according to the method is extremely low.
  • the length of the light receiving elements need not be smaller in the row direction than the smallest possible shadow length of the projectile, which according to the invention is still larger than the projectile diameter.
  • the evaluation can be carried out in a commercially available PC with AD converter card. Since the evaluation formulas do not require trigonometric function terms, the assembly-based programming of EPROM versions is also made much easier.
  • a single line of light receivers consisting of closely spaced, two-dimensional, rapidly reacting light receivers, the extent of which does not need to be less than the smallest possible shadow in the line, is illuminated by two point-shaped light sources coplanar with the receiver line from the same distance and symmetrically to the perpendicular line of the receiver line.
  • a floor creates two separate shadow images on the line when the two illuminated illuminated fields with the light sources as vertices penetrate the overlapping area, the respective shadow being distributed over one or more receiver elements and causing voltage increases there according to the respective percentage degree of shading. From the proportional increases in voltage, the positions of the shadow centers on the receiver line and, in turn, the projectile path coordinates are determined in a computer in order to finally display the hit value and position.
  • the invention further relates to a device for evaluating hits, the characteristic of which is that, parallel to one side of a pair, preferably rectangular, plane-parallel, at a short distance all around for the purpose of shielding extraneous light, for example metal plates connected to one another with a distance profile, a line of closely spaced, planar photo receivers, preferably photodiodes, is arranged between the plates and that this line is arranged opposite two point-shaped light sources, preferably infrared diodes symmetrical to the perpendicular to the receiver line and also between the metal plates.
  • Two circular breakthroughs in the parallel metal plates have a common axis that intersects the center line of the receiver line at a right angle at a point that is also the center of the circular shot detection field, which lies entirely in the area of intersection of the two angular fields that the light rays from the two point light sources point towards the ends of the recipient line.
  • a projectile that flies through the shot detection field thus always creates two shadow areas with an edge distance on the receiver line, which is always greater than the length of a single element of the receiver line if the distance between the shot detection field and the receiver line is sufficiently large.
  • the device thus comprises, according to the invention, a very simply constructed bombardment detection module, to which a commercially available PC with AD converter card can be connected for evaluation.
  • the projectile can be detected in a known type of bullet trap after passing through the second circular opening.
  • a test disk is placed behind the second opening and, alternatively, a disk simulator of known design can also be flanged on.
  • a cuboid housing has a rectangular front plate 1 with a circular hole 2 and a rear plate 4, which is preferably congruent with the front plate 1, with a hole 5 coaxial with the hole 2 with the z-axis 11 as a common axis, which has a spatial Cartesian axis with the x and y axes Coordinate system forms.
  • Front and rear panels 1, 4 are preferably connected to one another by means of a spacer profile 3.
  • an almost complete line 7 of photodiodes is mounted symmetrically to the x-axis 10 in the xy plane, each with a rectangular light-sensitive surface, such that the line 7 of two on the other Side of the pair of holes 2, 5 also between the plates 1, 4 and also symmetrically to the x-axis 10 mounted transmitter diodes 8, 9 is irradiated.
  • the coordinate origin M is positioned on the x-axis 10 so that the crossed connecting lines W 8 , Wg of the light transmitters 8, 9 with the ends of the receiver line 7 just touch the preferably circular projectile detection area around the center M with radius r.
  • each floor G passing through the detection area parallel to the z-axis 11 generates briefly and simultaneously two shadows with the shadow lengths SL1, SL 2 on the receiver line 7.
  • Line 7, for example, requires only 16 suitable receiver elements Eo ... Ei 5 to be used for air rifle use with tenths of a ring resolution in conjunction with a commercially available 16-channel analog-digital converter card for a PC.
  • On the carrier board 6 is also the system of also 16 known impedance converters with peak value memories.
  • a projectile G After passing through holes 2, 5, a projectile G can pass through a test disc centered on hole 5 or a disc simulator and can be collected in a known bullet trap.
  • the signal evaluation is characterized in that a peak value memory is assigned to each of the individual receiver elements Eo ... Ei 5 , which can hold the maximum voltage corresponding to the local shading during a projectile passage until, for example, by means of a commercially available analog-to-digital converter circuit AD with a corresponding number of input channels, all voltages are digitized and fed to a memory SP.
  • the position Y 1 or Y 2 of the respective shadow center on the receiver line 7 is determined from the receiver elements affected by partial shading and belonging to the same overall shadow by weighted averaging of the associated voltage changes.
  • the hit coordinates x and y are calculated from this using the following formulas:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

A device for detecting the trajectory coordinates of a projectile has a flat housing with a front opening 2 and a rear opening 5 which bound a flying area. Located on the one side of these openings 2, 5 is a light receiving array 7 which extends over virtually the entire narrow side dimension of the housing and the normal to whose centre 10 passes through the centre of the opening. In mirror image form with respect to this normal to the centre 10, two light sources 8, 9, in the form of points, are arranged on the other side of the openings 2, 5, close to the opposite housing edge, which light sources 8, 9 both shine on the receiving array 7. A projectile produces two shadows, at a distance from one another, on some of the, for example, 16 photodiodes E0...E15 in the receiving array 7. The voltage changes on the shadowed photodiodes are detected, the two shadow centre signals are determined therefrom, and the coordinates and the polar value of the projectile track are calculated therefrom in an external computer, and are displayed. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen der Flugbahn eines Geschosses mittels eines optischen Systems, das auf einer Seite des Flugfeldes mehrere, in einer zur Flugbahn parallelen Ebene angeordnete punktförmige Lichtquellen und auf der anderen Seite in einer zu dieser Ebene parallel angeordneten Ebene mehrere Lichtempfänger aufweist, die beim Geschoßdurchgang wenigstens teilweise beschattet werden und aus deren Spannungsänderungen mindestens eine Koordinate der Geschoßbahn bestimmt wird.The invention relates to a method and a device for detecting the trajectory of a projectile by means of an optical system, which has on one side of the airfield a plurality of point-shaped light sources arranged in a plane parallel to the trajectory and on the other side in a plane arranged parallel to this plane Has light receivers, which are at least partially shaded when passing through the floor and from whose voltage changes at least one coordinate of the floor track is determined.

Ein derartiges Verfahren allerdings zur Erfassung der Flugbahn eines Baseballs ist aus der US-A-4,563,005 bekannt. Die zugehörige Vorrichtung weist zwei in Flugrichtung hintereinander liegende optische Systeme auf, die beidseitig des Flugfeldes jeweils eine Zeile von Lichtquellen und am oberen und unteren Zeilenende jeweils ein diskretes Lichtempfängerelement umfassen. Die z.B. 32 Lichtquellen jeder der vier Lichtsendezeilen in beiden optischen Systemen bestehen je aus zwei LED's, von denen eines auf den oberen und eines auf den unteren Lichtempfänger der jeweils gegenüberliegenden Zeile gerichtet ist. Beim Balldurchgang werden die vier Lichtempfänger des ersten optischen Systems von mindestens vier LED's in vier verschiedenen Zeitpunkten des Durchlaufzyklus der Emitterzeilen beschattet. Die Beschattungszeitpunkte werden durch eine elektronische Auswerteeinrichtung den jeweiligen LED-Positionen zugeordnet, für die der jeweilige Strahlwinkel zur Zeilenrichtung programmiert ist, so daß über trigonometrische Funktionsterme die Flugbahn berechnet und angezeigt werden kann.Such a method, however, for detecting the trajectory of a baseball is known from US-A-4,563,005. The associated device has two optical systems located one behind the other in the direction of flight, each of which comprises a line of light sources on both sides of the airfield and a discrete light receiver element at the top and bottom end of the line. The e.g. 32 light sources of each of the four light transmission lines in both optical systems each consist of two LEDs, one of which is directed to the upper and one to the lower light receiver of the opposite line. When the ball passes, the four light receivers of the first optical system are shaded by at least four LEDs at four different times in the cycle of the emitter lines. The times of shading are assigned by an electronic evaluation device to the respective LED positions for which the respective beam angle to the line direction is programmed, so that the trajectory can be calculated and displayed using trigonometric function terms.

Nachteilig sind einmal der hohe apparative und softwaremäßige Aufwand, weiterhin die schwierige Justage der vier Lichtsendesysteme, deren jeweils 4 x 32 LED's auf die vier Empfänger ausgerichtet werden müssen und die Notwendigkeit, äußerst kurze Zykluszeiten für den Zeilendurchlauf vorgeben zu müssen, wenn schnell fliegende Geschosse zu detektieren sind.Disadvantages are the high expenditure in terms of equipment and software, the difficult adjustment of the four light transmission systems, each of which 4 x 32 LEDs have to be aligned with the four receivers, and the need to specify extremely short cycle times for the line scan when fast-moving projectiles close are detectable.

Aus der DE-A-1 703 171 ist ein anderes Verfahren zur Geschoßbahnermittlung bekannt, das zwei orthogonale Lichtschrankensysteme verwendet. Jedes System bat eine aus diskreten Lichtquellen bestehende Lichtsendezeile und eine auf der anderen Seite des Flugfeldes angeordnete, aus diskreten Lichtsensoren bestehende Lichtempfängerzeile. Jeder Lichtquelle ist also genau ein Lichtempfänger zugeordnet und zwischen beiden ist noch ein, aus zwei Plankonvex-Spiegeln bestehendes optisches System erforderlich. Die Kosten für eine solche Detektiervorrichtung sind noch größer als beim vorstehenden Stand der Technik.DE-A-1 703 171 discloses another method for determining the trajectory of a projectile, which uses two orthogonal light barrier systems. Each system asked for a light transmission line consisting of discrete light sources and a light receiver line arranged on the other side of the airfield and consisting of discrete light sensors. Exactly one light receiver is assigned to each light source and an optical system consisting of two plano-convex mirrors is still required between the two. The cost of such a detection device is even greater than in the prior art.

Die DE-A-2152 219 stellt insofern eine Vereinfachung dar, als unter Beibehaltung von zwei orthogonalen Lichtempfängerzeilen jeweils gegenüberliegende Flächenstrahler verwendet werden. Da das Geschoß jeweils nur eine Fotodiode jeder Empfängerzeile abschattet, ist die Genauigkeit des Meßsystems von der Packungsdichte der Fotodioden abhängig.DE-A-2152 219 represents a simplification insofar as opposite surface radiators are used while maintaining two orthogonal light receiver rows. Since the floor only shadows one photodiode of each receiver line, the accuracy of the measuring system depends on the packing density of the photodiodes.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß mit wesentlich geringerem technischen Aufwand eine hochgenaue Erfassung der GeschoßbahnKoordinaten möglich ist. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren mit den Merkmalen des eingangs genannten Standes der Technik durch folgende Maßnahmen gelöst:

  • a) es werden lediglich zwei Lichtquellen auf einer Seite des Flugfeldes spiegelbildlich zur Mittelsenkrechten einer auf der anderen Seite des Flugfeldes angeordneten Lichtempfängerzeile angeordnet,
  • b) auf welcher das Geschoß gleichzeitig zwei beabstandete Schattenfelder mit den in Zeilenrichtung gemessenen Schattenlängen bildet,
  • c) die Extremwerte der Spannungsänderungen der beschatteten Lichtempfänger werden in einem Speicher zwischengespeichert,
  • d) aus der gewichteten Mittelung der Extremwerte der beschatteten Lichtempfänger beider Schattenfelder wird jeweils ein Schattenmittensignal gewonnen, und
  • e) die beiden Schattenmittensignale werden einem Rechner zugeführt, der die Koordinaten der Geschoßbahn bzw. deren Ringwert ermittelt.
The object of the invention is to improve the method of the type mentioned in such a way that a highly precise detection of the projectile path coordinates is possible with considerably less technical effort. In a method with the features of the prior art mentioned at the outset, this object is achieved by the following measures:
  • a) only two light sources are arranged on one side of the airfield as a mirror image of the perpendicular to a light receiver line arranged on the other side of the airfield,
  • b) on which the floor simultaneously forms two spaced-apart shadow fields with the shadow lengths measured in the line direction,
  • c) the extreme values of the voltage changes of the shadowed light receivers are temporarily stored in a memory,
  • d) a shadow center signal is obtained from the weighted averaging of the extreme values of the shadowed light receivers of both shadow fields, and
  • e) the two shadow center signals are fed to a computer which determines the coordinates of the projectile or its ring value.

Der Aufwand der nach dem Verfahren arbeitenden Vorrichtung ist dank nur einer einzigen Lichtempfängerzeile und zweier punktförmiger Lichtsender denkbar gering. Die Länge der Lichtempfangselemente braucht in Zeilenrichtung nicht kleiner zu sein als die kleinst mögliche Schattenlänge des Geschosses, die ja erfindungsgemäß immer noch größer als der Geschoßdurchmesser ist. Die Auswertung kann in einem handelsüblichen PC mit AD-Wandlerkarte erfolgen. Da die Auswerteformeln ohne trigonometrische Funktionsterme auskommen, wird auch die assemblermäßige Programmierung von EPROM-Versionen sehr erleichtert.Thanks to only a single light receiver line and two point-shaped light transmitters, the outlay of the device operating according to the method is extremely low. The length of the light receiving elements need not be smaller in the row direction than the smallest possible shadow length of the projectile, which according to the invention is still larger than the projectile diameter. The evaluation can be carried out in a commercially available PC with AD converter card. Since the evaluation formulas do not require trigonometric function terms, the assembly-based programming of EPROM versions is also made much easier.

Damit sich zwei Geschoßschatten hinreichend deutlich trennen lassen, falls das Geschoß einen minimalen Abstand von der Empfängerzeile hat, muß die Bedingung eingehalten werden, daß die auf der Mittelsenkrechten gemessenen Abstände zwischen Flugfeldmitte und der Ebene der Lichtquellen einerseits und der Ebene der Lichtempfängerzeile andererseits der Formel genügen:

Figure imgb0001
wobei

  • r der Durchmesser des Flugfeldes,
  • e der halbe Abstand beider Lichtquellen und
  • k der Durchmesser des Geschosses ist.
In order that two storey shadows can be separated sufficiently clearly, if the storey is at a minimal distance from the receiver line, the condition must be met that the distances measured on the center perpendicular between the center of the airfield and the plane of the light sources on the one hand and the plane of the light receiver line on the other hand satisfy the formula :
Figure imgb0001
 in which
  • r the diameter of the airfield,
  • e half the distance between the two light sources and
  • k is the diameter of the projectile.

Nur eine einzige Lichtempfängerzeile aus dicht aneinanderliegenden, flächenhaften, schnell reagierenden Lichtempfängern, deren Ausdehnung in Zeilenrichtung nicht kleiner zu sein braucht als der kleinst mögliche Geschoßschatten, wird erfindungsgemäß von zwei punktförmigen zur Empfängerzeile koplanaren Lichtquellen aus gleicher Entfernung und symmetrisch zur Mittelsenkrechten der Empfängerzeile angestrahlt. Ein Geschoß erzeugt beim Durchstoßen des Überschneidungsgebietes der beiden von der Empfängerzeile erfaßten beleuchteten Winkelfelder mit den Lichtquellen als Scheitelpunkten zwei separate Schattenbilder auf der Zeile, wobei sich der jeweilige Schatten auf ein oder mehrere Empfängerelemente verteilt und dort Spannungserhöhungen entsprechend dem jeweiligen prozentualen Abschattungsgrad hervorruft. Aus den anteiligen Spannungserhöhungen werden in einem Rechner die Positionen der Schattenmitten auf der Empfängerzeile und daraus wiederum die Geschoßbahnkoordinaten ermittelt, um schließlich Trefferwert und -position anzuzeigen.According to the invention, only a single line of light receivers consisting of closely spaced, two-dimensional, rapidly reacting light receivers, the extent of which does not need to be less than the smallest possible shadow in the line, is illuminated by two point-shaped light sources coplanar with the receiver line from the same distance and symmetrically to the perpendicular line of the receiver line. A floor creates two separate shadow images on the line when the two illuminated illuminated fields with the light sources as vertices penetrate the overlapping area, the respective shadow being distributed over one or more receiver elements and causing voltage increases there according to the respective percentage degree of shading. From the proportional increases in voltage, the positions of the shadow centers on the receiver line and, in turn, the projectile path coordinates are determined in a computer in order to finally display the hit value and position.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Trefferauswertung, deren Kennzeichen es ist, das parallel zu einer Seite eines Paares vorzugsweise rechteckiger, planparalleler, in geringem Abstand ringsum zwecks Abschirmung von Fremdlicht beispielsweise mit Distanzprofil miteinander verbundener Metallplatten, eine Zeile aus dicht aneinandergereihten, flächenhaften Fotoempfängern, vorzugsweise Fotodioden, zwischen den Platten angeordnet ist und daß dieser Zeile gegenüber zwei punktförmige Lichtquellen vorzugsweise Infrarotdioden symmetrisch zur Mittelsenkrechten der Empfängerzeile und ebenfalls zwischen den Metallplatten angeordnet sind. Zwei kreisförmige Durchbrüche in den parallelen Metallplatten haben eine gemeinsame Achse, die die Mittelsenkrechte der Empfängerzeile in einem Punkt rechtwinklig schneidet, der zugleich Mittelpunkt des kreisförmigen Schußerfassungsfeldes ist, welches ganz im Überschneidungsgebiet der beiden Winkelfelder liegt, die durch die Lichtstrahlen von den beiden punktförmigen Lichtquellen zu den Enden der Empfängerzeile begrenzt werden.The invention further relates to a device for evaluating hits, the characteristic of which is that, parallel to one side of a pair, preferably rectangular, plane-parallel, at a short distance all around for the purpose of shielding extraneous light, for example metal plates connected to one another with a distance profile, a line of closely spaced, planar photo receivers, preferably photodiodes, is arranged between the plates and that this line is arranged opposite two point-shaped light sources, preferably infrared diodes symmetrical to the perpendicular to the receiver line and also between the metal plates. Two circular breakthroughs in the parallel metal plates have a common axis that intersects the center line of the receiver line at a right angle at a point that is also the center of the circular shot detection field, which lies entirely in the area of intersection of the two angular fields that the light rays from the two point light sources point towards the ends of the recipient line.

Ein das Schußerfassungsfeld durchfliegendes Projektil erzeugt damit auf der Empfängerzeile immer zwei Schattenbereiche mit einem Randabstand, welcher bei hinreichend großem Abstand des Schußerfassungsfeldes von der Empfängerzeile stets größer ist als die Länge eines einzelnen Elementes der Empfängerzeile. Die Vorrichtung umfaßt also erfindungsgemäß ein sehr einfach aufgebautes beschußfähiges Erfassungsmodul, an das für die Auswertung ein handelsüblicher PC mit AD-Wandlerkarte angeschlossen werden kann.A projectile that flies through the shot detection field thus always creates two shadow areas with an edge distance on the receiver line, which is always greater than the length of a single element of the receiver line if the distance between the shot detection field and the receiver line is sufficiently large. The device thus comprises, according to the invention, a very simply constructed bombardment detection module, to which a commercially available PC with AD converter card can be connected for evaluation.

Das Geschoß kann nach Durchlaufen der zweiten kreisförmigen Öffnung in einem Kugelfang bekannter Art erfaßt werden. Zur Kontrolle der Meßgenauigkeit wird eine Testscheibe hinter der zweiten Öffnung angebracht und es kann alternativ auch ein Scheibensimulator bekannter Bauart angeflanscht werden.The projectile can be detected in a known type of bullet trap after passing through the second circular opening. To check the measuring accuracy, a test disk is placed behind the second opening and, alternatively, a disk simulator of known design can also be flanged on.

Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, wird die Erfindung näher beschrieben: Es zeigt

  • FIG 1 ein Schrägbild der neuen Vorrichtung
  • FIG 2 ein Diagramm zur veranschaulichung der Berechnung der Trefferkoordinaten bezüglich der Zentrumsachse und
  • FIG 3 ein Prinzipschaltbild der elektronischen Auswertung.
The invention is described in more detail with reference to the drawing, which represents an exemplary embodiment: It shows
  • 1 shows an oblique view of the new device
  • 2 shows a diagram to illustrate the calculation of the hit coordinates with respect to the center axis and
  • 3 shows a basic circuit diagram of the electronic evaluation.

Ein quaderförmiges Gehäuse hat eine rechteckige Frontplatte 1 mit kreisförmigem Loch 2 und eine zur Frontplatte 1 vorzugsweise deckungsgleiche Heckplatte 4 mit zum Loch 2 koaxialem Loch 5 mit der z-Achse 11 als gemeinsamer Achse, welche mit der x-und y-Achse ein räumliches kartesisches Koordinatensystem bildet. Front- und Heckplatte 1, 4 sind miteinander mittels eines Distanzprofils 3 vorzugsweise zerlegbar verbunden. Zwischen den Platten ist parallel zur lochnahen, kurzen Rechteckseite eine auf einer Trägerplatine aufgebrachte annähernd lückenlose Zeile 7 aus Fotodioden mit jeweils rechteckförmiger lichtempflindlicher Fläche symmetrisch zur x-Achse 10 in der x-y-Ebene montiert, derart, daß die Zeile 7 von zwei auf der anderen Seite des Lochpaares 2, 5 ebenfalls zwischen den Platten 1, 4 und ebenfalls symmetrisch zur x-Achse 10 montierten Sendedioden 8, 9 bestrahlt wird.A cuboid housing has a rectangular front plate 1 with a circular hole 2 and a rear plate 4, which is preferably congruent with the front plate 1, with a hole 5 coaxial with the hole 2 with the z-axis 11 as a common axis, which has a spatial Cartesian axis with the x and y axes Coordinate system forms. Front and rear panels 1, 4 are preferably connected to one another by means of a spacer profile 3. Between the plates, parallel to the hole-near, short side of the rectangle, an almost complete line 7 of photodiodes, each mounted on a carrier board, is mounted symmetrically to the x-axis 10 in the xy plane, each with a rectangular light-sensitive surface, such that the line 7 of two on the other Side of the pair of holes 2, 5 also between the plates 1, 4 and also symmetrically to the x-axis 10 mounted transmitter diodes 8, 9 is irradiated.

Der Koordinatenursprung M ist auf der x-Achse 1O so positioniert, daß die überkreuzten Verbindungslinien W8, Wg der Lichtsender 8, 9 mit den Enden der Empfängerzeile 7 den vorzugsweise kreisförmigen Geschoßerfassungsbereich um den Mittelpunkt M mit Radius r gerade berühren. Damit erzeugt jedes den Erfassungsbereich parallel zur z-Achse 11 durchfliegende Geschoß G auf der Empfängerzeile 7 kurz- und gleichzeitig zwei Schatten mit den Schattenlängen SL1, SL2. Die Zeile 7 braucht beispielsweise für Luftgewehranwendung bei Zehntelring-Auflösung nur aus 16 geeigneten Empfängerelementen Eo...Ei5 zu bestehen in Verbindung mit einer handelsüblichen 16-Kanal-Analog-Digital-Wandlerkarte für einen PC. Auf der Trägerplatine 6 befindet sich außerdem das System aus ebenfalls 16 an sich bekannten Impedanzwandlern mit Spitzenwertspeichern.The coordinate origin M is positioned on the x-axis 10 so that the crossed connecting lines W 8 , Wg of the light transmitters 8, 9 with the ends of the receiver line 7 just touch the preferably circular projectile detection area around the center M with radius r. Thus each floor G passing through the detection area parallel to the z-axis 11 generates briefly and simultaneously two shadows with the shadow lengths SL1, SL 2 on the receiver line 7. Line 7, for example, requires only 16 suitable receiver elements Eo ... Ei 5 to be used for air rifle use with tenths of a ring resolution in conjunction with a commercially available 16-channel analog-digital converter card for a PC. On the carrier board 6 is also the system of also 16 known impedance converters with peak value memories.

Ein Geschoß G kann nach Durchlaufen der Löcher 2, 5 eine auf das Loch 5 zentrierte Testscheibe oder einen Scheibensimulator durchlaufen und in einem an sich bekannten Kugelfang aufgefangen werden.After passing through holes 2, 5, a projectile G can pass through a test disc centered on hole 5 or a disc simulator and can be collected in a known bullet trap.

Anhand der FIG 3 wird nun die Funktion der Auswertevorrichtung beschrieben.The function of the evaluation device will now be described with reference to FIG.

Die Signalauswertung ist dadurch gekennzeichnet, daß je-' dem einzelnen Empfängerelement Eo...Ei5 ein Spitzenwertspeicher zugeordnet ist, welcher die der lokalen Abschattung entsprechende maximale Spannung während eines Geschoßdurchgangs solange zu halten vermag, bis beispielsweise mittels einer handelsüblichen Analog-Digital-Wandlerschaltung AD mit einer entsprechenden Anzahl von Eingangskanälen alle Spannungen digitalisiert und einem Speicher SP zugeführt sind.The signal evaluation is characterized in that a peak value memory is assigned to each of the individual receiver elements Eo ... Ei 5 , which can hold the maximum voltage corresponding to the local shading during a projectile passage until, for example, by means of a commercially available analog-to-digital converter circuit AD with a corresponding number of input channels, all voltages are digitized and fed to a memory SP.

Aus den digital gespeicherten Spannungen wird im Rechner RE nach jedem Erfassungszyklus der Wandlerschaltung eine Gesamtsumme über alle Kanäle gebildet. Solange kein Geschoß den Erfassungsbereich durchfliegt, bleibt diese Summe konstant. Eine deutliche Änderung der Gesamtsumme ist ein Kriterium für ein Schußereignis.From the digitally stored voltages, a total over all channels is formed in the computer RE after each acquisition cycle of the converter circuit. As long as no storey flies through the detection area, this sum remains constant. A significant change in the total is a criterion for a shot event.

Zur Ermittlung der zu einem Geschoß gehörenden beiden Schattenmittenpositionen Y1 und Y2 werden beispielsweise jeweils vier aufeinanderfölgende Erfassungszyklen im Speicher SP gehalten. Beim Einlesen des fünften Zyklus wird der erste gelöscht usw. Sobald das Schußdurchlaufkriterium eintritt, wird noch der unmittelbar darauffolgende Zyklus gespeichert und dann weiteres Einlesen gestoppt bis zum Abschluß der rechnerischen Auswertung der vier Erfassungszyklen.To determine the two shadow center positions Y 1 and Y 2 belonging to a floor, four consecutive acquisition cycles are held in the memory SP, for example. When the fifth cycle is read in, the first is deleted, etc. As soon as the weft pass criterion occurs, the cycle immediately following is saved and further reading is stopped until the computational evaluation of the four detection cycles has been completed.

Aus den von Teilabschattungen betroffenen, zum selben Gesamtschatten gehörenden Empfängerelementen wird durch gewichtete Mittelung der zugehörigen Spannungsänderungen die Position Y1 bzw. Y2 der jeweiligen Schattenmitte auf der Empfängerzeile 7 ermittelt. Daraus werden die Trefferkoordinaten x und y nach folgenden Formeln berechnet:

Figure imgb0002
Figure imgb0003
 The position Y 1 or Y 2 of the respective shadow center on the receiver line 7 is determined from the receiver elements affected by partial shading and belonging to the same overall shadow by weighted averaging of the associated voltage changes. The hit coordinates x and y are calculated from this using the following formulas:
Figure imgb0002
Figure imgb0003

Folgende Forderungen müssen erfindungsgemäß erfüllt sein, damit die Schatten eindeutig getrennt erscheinen und auch jede beliebige Schattenpositionsveränderung erfaßt wird:

  • Der kleinstmögliche Wert der variablen Schattenlänge SL1, SL2 darf nicht kleiner sein als die Länge eines Empfängerelementes En in y-Richtung und der kleinstmögliche Wert der Differenzen Yi - Y2 muß immer noch größer sein als die Empfängerelementenlänge zuzüglich der maximal möglichen Schattenlänge SL. Aus den Trefferkoordinaten werden weiter die Ringwerte und Sektorfelder im Rechner RE errechnet und in der Anzeige AN dargestellt und vorzugsweise gleichzeitig werden die Spitzenspannungsspeicher auf der Platine 6 gelöscht und der Speicher SP wieder freigegeben.
The following requirements must be met in accordance with the invention so that the shadows appear clearly separate and any change in shadow position is also recorded:
  • The smallest possible value of the variable shadow length SL1, SL 2 must not be less than the length of a receiver element E n in the y direction and the smallest possible value of the differences Yi - Y 2 must still be greater than the receiver element length plus the maximum possible shadow length SL. From the hit coordinates, the ring values and sector fields are further calculated in the computer RE and shown in the display AN, and preferably at the same time the peak voltage memories on the circuit board 6 are deleted and the memory SP is released again.

Claims (10)

1. Verfahren zum Erfassen der Flugbahn eines Geschosses (G) mittels eines optischen Systems, das auf einer Seite des Flugfeldes mehrere, in einer zur Flugbahn parallelen Ebene angeordnete punktförmige Lichtquellen (8, 9) und auf der anderen Seite in einer zu dieser Ebene parallel angeordneten Ebene mehrere Lichtempfänger (E0...E15) aufweist, die beim Geschoßdurchgang wenigstens teilweise beschattet werden und aus deren Spannungsänderungen mindestens eine Koordinate der Geschoßbahn bestimmt wird, gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen: a) es werden lediglich zwei Lichtquellen (8,9) auf einer Seite des Flugfeldes spiegelbildlich zur Mittelsenkrechten (10) einer auf der anderen Seite des Flugfeldes angeordneten Lichtempfängerzeile (7) angeordnet, b) auf welcher das Geschoß (G) gleichzeitig zwei beabstandete Schattenfelder mit den in Zeilenrichtung gemessenen Schattenlängen (SL1, SL2) bildet, c) die Extremwerte der Spannungsänderungen der beschatteten Lichtempfänger (E0...E15) werden in einem Speicher (SP) zwischengespeichert, d) aus der gewichteten Mittelung der Extremwerte der beschatteten Lichtempfänger (Eo... E15) beider Schattenfelder wird jeweils ein Schattenmittensignal (Y1, Y2) gewonnen, und e) die beiden Schattenmittensignale (Y1, Y2) werden einem Rechner (RE) zugeführt, der die Koordinaten (x y) der Geschoßbahn bzw. deren Ringwert ermittelt. 1. Method for detecting the trajectory of a projectile (G) by means of an optical system, which has on one side of the airfield a plurality of point-shaped light sources (8, 9) arranged in a plane parallel to the trajectory and on the other side in a plane parallel to this plane arranged level has several light receivers (E 0 ... E 15 ), which are at least partially shaded when passing through the storey and from whose voltage changes at least one coordinate of the storey path is determined, characterized by the following measures: a) only two light sources (8, 9) are arranged on one side of the airfield as a mirror image of the perpendicular (10) of a light receiver line (7) arranged on the other side of the airfield, b) on which the floor (G) simultaneously forms two spaced-apart shadow fields with the shadow lengths (SL 1 , SL 2 ) measured in the row direction, c) the extreme values of the voltage changes of the shadowed light receivers (E 0 ... E 15 ) are temporarily stored in a memory (SP), d) a weighted center signal (Y 1 , Y 2 ) is obtained from the weighted averaging of the extreme values of the shadowed light receivers (E o ... E 15 ) of both shadow fields, and e) the two shadow center signals (Y 1 , Y 2 ) are fed to a computer (RE) which determines the coordinates (xy) of the projectile or its ring value. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden orthogonalen Geschoßkoordinaten ( xy) aus Summen- und Differenzwerten der beiden nur in einer Richtung gemessenen Schattenmittensignale (Y1, Y2) sowie weiteren geräteeigenen unveränderlichen Parametern ermittelt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the two orthogonal storey coordinates (xy) are determined from sum and difference values of the two shadow center signals (Y 1 , Y 2 ) measured only in one direction and other device-specific unchangeable parameters. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Geschoßkoordinaten (x y) nach folgenden Formeln berechnet werden:
Figure imgb0004
Figure imgb0005
wobei a) der rechtwinklig zur Lichtempfängerzeile (7) gemessene Abstand der Flugfeldmitte (M) von der die beiden Lichtquellen (8,9) verbindenden Ebene, b) der rechtwinklig zur Lichtempfängerzeile (7) gemessene Abstand der Flugfeldmitte (M) von der Lichtempfängerzeile (7), e) der parallel zur Lichtempfängerzeile (7) gemessene Abstand jeder der beiden Lichtquellen (8,9) von der Mittelsenkrechten (10) der Lichtempfängerzeile (7) und s) die halbe Länge der Lichtempfängerzeile (7) bedeuten. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the two floor coordinates ( x y) are calculated according to the following formulas:
Figure imgb0004
Figure imgb0005
in which a) the distance of the center of the airfield (M) from the plane connecting the two light sources (8, 9), measured at right angles to the light receiver line (7), b) the distance of the center of the airfield (M) from the light receiver line (7) measured at right angles to the light receiver line (7), e) the distance of each of the two light sources (8, 9) measured parallel to the light receiver line (7) from the perpendicular (10) of the light receiver line (7) and s) mean half the length of the light receiver line (7). 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinst mögliche Wert der variablen, in der Ebene der Lichtempfängerzeile (7) gemessenen Schattenlänge (SLi, SL2) mindestens gleich der in dieser Ebene gemessenen Länge (EL) jedes Lichtempfängerelementes (E0...E15) ist.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the smallest possible value of the variable, in the plane of the light receiver line (7) measured shadow length (SLi, SL 2 ) at least equal to the length (EL) measured in this plane each Light receiving element (E 0 ... E 15 ) is. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der beiden Schattenmittensignale größer ist als die Summe aus Empfängerelementenlänge (EL) und der maximal möglichen Schattenlänge (SLmax) ist.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the difference between the two shadow center signals is greater than the sum of the receiver element length (EL) and the maximum possible shadow length (SL max ). 6. Vorrichtung zur Erfassung der Flugbahn eines Geschosses (G) mittels eines optischen Systems, das auf einer Seite des Flugfeldes mehrere, in einer zur Flugbahn parallelen Ebene angeordnete punktförmige Lichtquellen (8,9) und auf der anderen Seite in einer zu dieser Ebene parallel angeordneten Ebene mehrere Lichtempfänger (E....E15) aufweist, die beim Geschoßdurchgang wenigstens teilweise beschattet werden und aus deren Spannungsänderungen mindestens eine Koordinate der Geschoßbahn bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß spiegelbildlich zu einer Mittelsenkrechten (10) einer, auf einer Seite des Flugfeldes angeordneten Lichtempfängerzeile (7) zwei punktförmige Lichtquellen (8,9) angeordnet sind, die auf der anderen Seite des Flugfeldes liegen, daß wenigstens der größte Bereich der Lichtempfängerzeile (7) von jeder der beiden Lichtquellen (8,9) beleuchtbar ist und daß das Flugfeld durch einen Kreis mit dem Radius (r) definiert ist und der Kreis von den beiden sich auf der Mittelsenkrechten (10) schneidenden Verbindungslinien (W8, Wg) tangiert wird, die von jeder der beiden Lichtquellen (8,9) zum jeweils entfernteren Ende der Lichtempfängerzeile (7) führen.6. Device for detecting the trajectory of a projectile (G) by means of an optical system, which has on one side of the airfield a plurality of point-shaped light sources (8, 9) arranged in a plane parallel to the trajectory and on the other side in a plane parallel to this plane arranged level has several light receivers (E .... E 15 ), which are at least partially shaded when passing through the storey and from whose voltage changes at least one coordinate of the storey path is determined, characterized in that a mirror image of a central perpendicular (10) on one side arranged light field (7) of the airfield two point light sources (8,9) are arranged, which are on the other side of the airfield, that at least the largest area of the light receiver line (7) can be illuminated by each of the two light sources (8,9) and that the airfield is defined by a circle with the radius (r) and the circle of the two is on the connecting lines (W 8 , Wg) intersecting the perpendicular (10) and leading from each of the two light sources (8, 9) to the more distant end of the light receiver line (7). 7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein quaderförmiges Gehäuse mit zwei gleich großen parallelen rechteckförmigen Platten (1,4) aufweist, die durch einen umlaufenden Distanzrahmen oder -profil (3) auf Abstand gehalten sind, der bzw. das lichtundurchlässig ist, daß beide Platten (1,4) Aussparungen (Löcher 2,5) aufweisen, deren Mittelpunkte (M) rechtwinklig zu den Plattenebenen ausgefluchtet sind und die das Flugfeld definieren und daß im Gehäuseinnenraum zwischen beiden Platten (1,4) auf einer Seite des Flugfeldes etwa parallel zur kürzeren Rechteckseite die Lichtempfängerzeile (7) und benachbart des gegenüberliegenden Gehäuserandes die beiden Lichtquellen (8,9) angeordnet sind.7. The device according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that it has a cuboid housing with two parallel rectangular plates (1,4) of the same size, which are kept at a distance by a circumferential spacer frame or profile (3) , which is opaque, that both plates (1,4) have recesses (holes 2,5), the centers (M) of which are aligned at right angles to the plate planes and which define the airfield and that in the interior of the housing between the two plates (1 , 4) on one side of the airfield approximately parallel to the shorter side of the rectangle, the light receiver row (7) and adjacent to the opposite edge of the housing, the two light sources (8, 9) are arranged. 8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfängerzeile (7) eine Trägerplatine (6) aufweist, auf der Schaltmittel für Analogspeicherung und Impedanzwandlung der Spannungen der einzelnen Lichtempfänger (Eo...E1s) angeordnet sind.8. The device according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the light receiver line (7) has a carrier board (6) on the switching means for analog storage and impedance conversion of the voltages of the individual light receivers (E o ... E 1 s ) are arranged. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (b) des Flugfeldes (2,5) von der Lichtempfängerzeile (7) so groß gewählt ist, daß ein Geschoß (G) auf, letzterer zwei beabstandete Schattenfelder abbildet.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the distance (b) of the airfield (2.5) from the light receiver line (7) is chosen so large that a floor (G) on, the latter two spaced shadow fields maps. 10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Mittelsenkrechten (10) gemessenen Abstände (a,b) zwischen Flugfeldmitte (M) und der Ebene der Lichtquellen (8,9) einerseits und der Ebene der Lichtempfängerzeile (7) andererseits der Formel genügen:
wobei r der Durchmesser des Flugfeldes, e der halbe Abstand beider Lichtquellen (8,9) und k der Durchmesser des Geschosses (G) ist. 10. The device according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the measured on the perpendicular (10) distances (a, b) between the center of the airfield (M) and the plane of the light sources (8,9) on the one hand and the plane the light receiver line (7) on the other hand satisfy the formula:
in which r the diameter of the airfield, e half the distance between the two light sources (8,9) and k is the diameter of the projectile (G).
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