DE3116586A1 - Method for determining gun sites - Google Patents
Method for determining gun sitesInfo
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Abstract
Description
Verfahren zum Ermitteln von GeschützstandortenProcedure for determining gun locations
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Geschützstandorten von Meßorten aus, deren Entfernungen voneinander in der Größenordnung der Entfernung zum Geschütz sind und im Kilometerbereich liegen, mittels Laufzeitauswertung von an den Meßorten empfangenen Niiudungsknallen.The invention relates to a method for determining gun locations from measuring locations whose distances from one another are in the order of magnitude of the distance are to the gun and are in the kilometer range, using the runtime evaluation of Niiudungsknallen received at the measuring locations.
Aufgabe jeder Artillerieaufklärung ist es, der eigenen Truppenführung Unterlagen über Gliederung und Stärke eines Feindes zu liefern. Durch Zielortung und Gefechtsfeldüberwachung erhält man einen Überblick über die momentane Lage und kann darüber hinaus Rückschlüsse auf evtl. feindliche Absichten ziehen. Dabei haben Verfahren der akustischen Aufklärung für die Ortung von Geschütz stellungen eine zunehmende Bedeutung erlangt, insbesondere für Kämpfe bei Sichtbehinderung. Selbst gut getarnte Geschütze verraten sich bekanntlich durch ihren nicht vermeidbaren Miindungsknall. Die Ausnutzung dieses Knalles zur Ortung des Geschützes bringt den Vorteil, daß man den Knall akustisch passiv ausmachen kann, ohne sich selbst verraten zu müssen.The task of every artillery reconnaissance is its own troop command To provide documents on the structure and strength of an enemy. By targeting and battlefield surveillance gives you an overview of the current situation and can also draw conclusions about possibly hostile intentions. Have along Method of acoustic reconnaissance for the location of gun positions a Gaining increasing importance, especially for fights with impaired vision. Self Well-camouflaged guns are known to betray themselves by their unavoidable ones Mouth bang. The exploitation of this bang to locate the gun brings the The advantage is that you can pass the bang acoustically without giving yourself away to have to.
Ein sogenanntes Schallmeßsystem zur Ermittlung der Standorte von Geschützen ist in Mathematische Me- thoden der Schallortung" von K. Nixdorff, 1. Auflage, Braunschweig: Vieveg, 1977, beschrieben. Der Mündungsknall wird von Einzelmikrophonen, die an mehreren Meßorten aufgestellt sind, empfangen, sein zeitlicher Schalldruckverlauf an eine Zentrale übertragen und dort als "Knallbild" aufgezeichnet. Abhängig von unterschiedlichen Laufzeiten, die der Knall benötigt, um zu den einzelnen Meßorten zu gelangen, wird der Standort des Geschützes bestimmt, indem Laufzeitdifferenzen zwischen zwei Meßorten durch Aufsuchen homologer Punkte auf den Knallbildern ermittelt werden. Der geometrische Ort für Schallquellen, deren Laufzeitdifferenzen zwischen zwei Meßorten jeweils gleich sind, ist der Ast einer Hyperbel. Zur Standortbestimmung benötigt man mindestens drei fikrophone, um zwei unabhängige Hyperbeln bestimmen zu können, deren Schnittpunkt den Standort des Geschützes liefert.A so-called sound measurement system for determining the locations of guns is in Mathematical Me- methods of sound location "by K. Nixdorff, 1st edition, Braunschweig: Vieveg, 1977, described. The muzzle bang is from Individual microphones that are set up at several measuring locations receive, its temporal The sound pressure profile is transmitted to a control center and recorded there as a "bang image". Depending on the different running times that the bang takes to get to the individual To get to measurement locations, the location of the gun is determined by differences in time of flight determined between two measuring locations by looking for homologous points on the bang images will. The geometric location for sound sources, their transit time differences between two measuring locations are the same, is the branch of a hyperbola. To determine your position you need at least three microphones to determine two independent hyperbolas whose intersection provides the location of the gun.
Die Registrierung der Knallbilder zur Auswertung erfolgt z.B. auf einem Papierstreifen oder Film. Um nur interessierende Schallereignisse aufzuzeichnen und auszuwerten, wird ein erfahrener Beobachter, ein sogenannter Vorwarner, zwischen den Meßorten und der feindlichen Linie eingesetzt, der nach Gehör das Einschalten der Registriergeräte veranlaßt, da aus Nachschubgründen eine ständige Registrierung aller bei den Meßorten ankommenden Geräusche nicht tragbar ist.The registration of the bang images for evaluation takes place e.g. on a strip of paper or film. To only record sound events of interest and evaluate, an experienced observer, a so-called pre-warner, is between the measuring locations and the enemy line, the switching on by ear the registration device causes a constant registration because of replenishment reasons of all noises arriving at the measuring locations is not acceptable.
Eine besondere Schwierigkeit des beschriebenen Schallmeßsystems liegt darin, daß aus den als meterlangen Diagrammen vorliegenden Schalldruckverläufen der aufgezeichneten Schallereignisse zu allererst offenbar zueinandergehörende" Knallbilder aufgefunden werden müssen. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich, wenn zum Zwecke der eigentlichen Laufzeitermittlung innerhalb der als zusammengehörig vermuteten Knallbilder homologe Punkte aufgefunden werden müssen. Die gnallbilder an den Meßorten sind abhängig von den unterschiedlichen Ausbreitungsbedingungen des Knalls sehr unterschiedlich verformt, sei es durch Wettereinflüsse - Wind, Böen, Turbulenzen - oder durch unterschiedliche Ausbreitungswege (Luftschichtungen), so daß eine richtige gegenseitige Zuordnung der Knallbilder einer gemeinsamen Schallquelle außerordentlich schwierig sein kanne Insbesondere das Windfeld sorgt für einen unterschiedlichen zeitlichen Verlauf des an den verschiedenen Meßorten empfangenen Knalls.Das Windfeld ist ein Wirbelfeld mit unregelmäßig verteilten Wirbeln, deren Durchmesser bis zu 1000 m und größer sind und deren Windgeschwindigkeitsschwankungen mehrere Meter pro Sekunde betragen können. Daraus ergibt sich nach der oben genannten Literaturstelle eine Dimensionierungsvorschrift für die geringste Entfernung zwischen zwei Meßorten von mindestens 1500 m entsprechend einer Laufzeitdifferenz von ca.A particular difficulty of the described sound measurement system lies that from the meter-long diagrams of the sound pressure gradients of the recorded sound events first of all apparently related " Bang images have to be found. Another difficulty arises when for the purpose of the actual runtime determination within the as belonging together suspected bang images homologous points must be found. The gnallbilder at the measuring locations depend on the different propagation conditions deformed very differently from the bang, be it due to weather influences - wind, gusts, Turbulence - or through different propagation paths (air layers), see above that a correct mutual assignment of the bang images of a common sound source Can be extremely difficult The wind field in particular makes for a different Temporal progression of the bang received at the various measuring locations. The wind field is a vortex field with irregularly distributed vortices, the diameter of which is up to 1000 m and larger and their wind speed fluctuations are several meters per second. This results from the above-mentioned reference a dimensioning rule for the smallest distance between two measuring locations of at least 1500 m corresponding to a transit time difference of approx.
5 s, andernfalls wird die Genauigkeit der Aufklärung zu gering.5 s, otherwise the accuracy of the reconnaissance will be too low.
Eine weitere Schwierigkeit bei der Auswertung besteht in der Verwechslungsmöglichkeit zwischen Höhenschallstrahlen und Bodenschallstrahlen. Der Knall kann sich einerseits längs des Bodens vom Geschütz zum Meßort ausbreiten - man spricht dann von Bodenschallstrahlen - und/oder andererseits über Reflexionen oder Beugungen an Schichtungen der Atmosphäre - man spricht dann von Höhenschallstrahlen. Die Länge der Ausbreitungswege, die der Scnall zurücklegt, und die Ausbreitungsgeschwindigkeiten längs dieses Weges sind unterschiedlich, wobei auch berücksichtigt werden muß, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit mit abnehmender Dichte der Atmosphäre größer wird, so daß durchaus die Laufzeiten für beide Ausbreitungswege vom Geschütz zum gleichen Meßort von gleicher Größe sein können. Betrachtet man die Knallbilder auf den Diagrammen der verschiedenen Meßorte, so ist bei der Auswertung eine Verwechslung zwischen Boden- und Höhenschallstrahlen derselben Schallquelle nicht auszuschließen, bzw.Another difficulty in the evaluation is the possibility of confusion between height-borne sound beams and ground-borne sound beams. The bang can be one hand Spread along the ground from the gun to the measurement site - one then speaks of ground-borne sound beams - and / or on the other hand via reflections or diffraction from stratifications of the atmosphere - one then speaks of height-borne sound beams. the Length of the propagation paths, which the snall travels, and the propagation velocities along this path are different, whereby it must also be taken into account that the speed of propagation the greater the density of the atmosphere, so that the transit times be of the same size for both propagation paths from the gun to the same measurement location can. If you look at the bang pictures on the diagrams of the various measuring locations, so in the evaluation there is a mix-up between floor and height sound beams the same sound source cannot be ruled out or
eine Trennung a priori häufig nicht möglich.a separation a priori is often not possible.
Bei einer Auswertung, vor allem von Höhenstrahlen, führen Windrichtung und -stärke, Wirbel und Unstetigkeitsflächen in der Atmosphäre zu Fehlern bei der Standortbestixmung. Da diese Einflüsse bei der Höhenschallstrahlung kaum erfaßbar und rechnerisch nur unzulänglich auswertbar sind, erfolgt die Auswertung möglichst an Bodenschallstrahlen, da hier die Auswirkungen der Wettereinflüsse besser erfaßbar und damit mathematisch zu berücksichtigen sind.In an evaluation, especially of altitude rays, the wind direction leads and strength, vortices and discontinuities in the atmosphere lead to errors in the Location determination. Since these influences are hardly detectable in the case of acoustic radiation and are only inadequately evaluable mathematically, the evaluation is carried out as far as possible at ground-borne sound beams, since the effects of the weather can be better assessed here and thus have to be taken into account mathematically.
Um die Ortungsgenauigkeit durch Mittelung verbessern zu können, werden vier oder mehr Mikrophone an unterschiedlichen Meßorten aufgestellt. Der Auswerter in der Zentrale kann an der Form und Größe eines errechneten Fehlervielecks abschätzen, ob alle ausgewerteten Knallbilder von Bodenschallstrahlen stammen.In order to be able to improve the positioning accuracy by averaging four or more microphones set up at different measuring locations. The evaluator in the head office can estimate from the shape and size of a calculated error polygon, whether all evaluated bang images originate from ground-borne sound beams.
In jedem Falle sind umfangreiche geodätische Vermessungsarbeiten für nun mindestens vier Meßorte erforderlich, da die Genauigkeit der Positionsbestimmung der vier und mehr Meßorte unmittelbar in die Bestimmung der Hyperbeln und deren Schnittpunkte eingeht. Lange Auswertezeiten erschweren ein sofortiges taktisches Reagieren.In any case, extensive geodetic surveying work is required now at least four measuring locations are required because of the accuracy of the position determination the four or more measuring locations directly into the determination of the hyperbolas and their intersection points comes in. Long evaluation times make it difficult to react tactically immediately.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Zuordnung und Auswertung der an den Meßorten empfangenen Schallereignisse unabhängig von Wettereinflüssen gewährleistet ist.It is the object of the present invention to provide a method of the above to create the type mentioned, in which the assignment and evaluation of the measuring locations received sound events is guaranteed regardless of weather conditions.
Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art erfindungegemäß durch die im Keunzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.In the case of a method, this task is described in the preamble of the claim 1 specified type according to the invention by the specified in the keystone part of claim 1 Features solved.
An zwei Meßorten wird jeweils ein Kreuz aus vier Mikrophonen ausgebracht, dessen eine Achse auf eine beliebige azimutale Bezugsrichtung, z. B. Nord, ausgerichtet ist. Die Mikrophone an einem Meßort weisen voneinander einen wesentlich geringeren Abstand auf, als die Entfernung zwischen den Meßorten selbst beträgt. Zwischen sich jeweils diametral gegenüberliegenden Mikrophonen eines Kreuzes wird jeweils die Laufzeit ermittelt und ins Verhältnis gesetzt, dessen Arcus Tangens einen Peilwinkel zur Bezugsrichtung liefert. An beiden Meßorten wird auf diene Weise ein Peilwinkel bestimmt und vorzugsweise per Funk an eine Zentrale übermittelt, in der unter Berücksichtigung der Entfernung zwischen den beiden Meßorten und ihrer Positionen der Standort des Geschützes bestimmt wird.A cross of four microphones is placed at each of the two measuring locations, one axis of which in any azimuthal reference direction, e.g. B. North aligned is. The microphones at a measurement location show a significantly smaller number of one another Distance than the distance between the measuring locations themselves. Between them each diametrically opposite microphones of a cross is each the The transit time is determined and set in relation to the arc tangent of which is a bearing angle to the reference direction. In this way, a bearing angle is obtained at both measuring locations determined and preferably transmitted by radio to a control center, taking into account the distance between the two measuring locations and their positions the location of the Gun is determined.
Durch den geringen Abstand der Mikrophone eines Meßortes zueinander ist eine automatische Ermittlung der Laufzeiten und der zugehörigen Peilwinkel besonders einfach auszuführen, da der die Mikrophonanordnung überstreichende Schall von der Quelle bis zu den vier benachbarten Mikrophonen praktisch den selben Weg zurückgelegt hat. Schwierigkeiten bei der Zuordnung von Schallerzeugnissen entfallen, da die gemessene Laufzeit ja wesentlich kleiner als die Laufzeit des Knalls vom Geschütz bis zu den Meßorten und auch kleiner als der Zeitabstand zweier aufeinanderfolgender Schüsse ist. Eine Unterscheidung von Höhenschallstrahlen und Bodenschallstrahlen ist nicht notwendig, da nur Empfangssignale eines einzigen Meßorts zur Ermittlung des Peilwinkels im Azimut ausgewertet werden und nicht etwa Laufzeiten zwischen zwei voneinander entfernten Meßorten zum Bestimmen des gesuchten geometrischen Ortes benötigt werden.Due to the small distance between the microphones at a measurement location is an automatic determination the running times and the associated The bearing angle is particularly easy to carry out, since the one sweeping over the microphone arrangement Sound from the source to the four neighboring microphones is practically the same Has traveled. Difficulties in assigning sound products are eliminated, since the measured running time is much smaller than the running time of the bang from Gun up to the measuring locations and also less than the time interval between two successive ones Shots is. A distinction between height-borne sound beams and ground-borne sound beams is not necessary, since only received signals from a single measurement location are used for determination of the bearing angle are evaluated in azimuth and not running times between two measuring locations at a distance from one another to determine the geometrical location sought are needed.
Auch wenn hintereinander Bodenschallwellen und Höhenschallwellen vom gleichen Mdndungsknall empfangen werden, werden dennoch zwei gleiche Peilwinkel ermittelt, die den einen geometrischen Ort des Geschützes beschreiben. Wenn vom gleichen Mündungsknall am zweiten Meßort z. B. nur Höhenschallwellen empfangen werden, wird dort ebenfalls ein Peilwinkel bestimmt, der den anderen geometrischen Ort des Geschützes liefert. Es ist also nicht nötig, Höhen- und Bodenschallwellen als solche zu erkennen und unterschiedlich auszuwerten, vielmehr ist stets eine korrekte Standortbestimmung gewährleistet, gleichgültig, ob an dem einen Meßort Empfangs signale von Bodenschallstrahlen und an dem anderen Meßort Empfangssignale von Höhenschallstrahlen der gleichen Schallquelle ausgewertet werden.Even if one behind the other ground sound waves and height sound waves from The same muzzle bang are received, there are still two identical bearing angles determined, which describe the one geometric location of the gun. If from same muzzle bang at the second measurement location z. B. only height sound waves are received, a bearing angle is also determined there that defines the other geometric location of the Gun supplies. So it is not necessary, height and ground sound waves as such to recognize and evaluate differently, rather a correct location determination is always guaranteed, regardless of whether receiving signals from ground-borne sound beams at the one measuring location and at the other measuring location, received signals from sound beams from the same sound source be evaluated.
Stets wird der Azimut des Schall einfallswinkels bestimmt, nämlich der Peilwinkel, da sich durch die Verhältnisbildung der Laufzeiten die Elevation des Schalleinfallswinkels herauskürzt.The azimuth of the sound angle of incidence is always determined, namely the bearing angle, as the Formation of the ratio of the running times shortens the elevation of the sound incidence angle.
Da das Verhältnis der Laufzeiten ein Maß für den Peilwinkel angibt, ist die Bestimmung des Peilwinkels unabhängig von der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls. Die Anordnung der Mikrophone eines Meßortes bringt des weiteren den Vorteil mit sich, daß auch bei ungünstigen Windverhältnissen davon auszugehen ist, daß innerhalb des Abstands zwischen den Mikrophonen die Ausbreitungsgeschwindigkeit konstant bleibt.Since the ratio of the transit times indicates a measure for the bearing angle, the determination of the bearing angle is independent of the propagation speed of sound. The arrangement of the microphones of a measuring location also brings the This has the advantage that even in unfavorable wind conditions it can be assumed that that within the distance between the microphones the speed of propagation remains constant.
Die Standorte der Geschütze werden durch sogenannte Kreuzpeilung gewonnen, indem beispielsweise auf einer Geländekarte die nordbezogenen Peilwinkel an den gekennzeichneten Meßorten angetragen und ihre Schenkel zum Schnitt gebracht werden. Eine rechnergestützte Bestimmung der Position des Standortes ist ebenfalls aus den übermittelten Peilwinkeln und den Positionen der Meßorte einfach möglich. Die dicht benachbarte Anordnung der Mikrophone eines Kreuzes erlaubt eine Standortbestimmung, bei der stets Geraden zum Schnitt gebracht werden, da die Hyperbeln durch ihre Asymtoten ersetzt werden können.The locations of the guns are obtained by so-called cross bearings, for example by adding the north-related bearing angles to the marked measuring locations and their thighs are brought to the cut. A computer-aided determination of the position of the location is also possible from the transmitted bearing angles and the positions of the measuring locations are easily possible. The tight Adjacent arrangement of the microphones of a cross allows location determination, in which straight lines are always brought to the intersection, since the hyperbolae through their asymtotes can be replaced.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine exakte Ausbringung der Mikrophone eines Kreuzes einfach handhabbar ist, da die Abstände nicht im Kilometerbereich liegen, sondern deutlich kleiner sind, so daß beispielsweise eine Gestängekonstruktion benutzt werden kann. Die Genauigkeit der Peilwinkelbestimmung ist abhängig von der korrekten Lage der Mikrophone des Kreuzes, die durch die kleinen Abmessungen und den dadurch möglichen Aufbau gewährleistet ist. Außerdem ist die Genauigkeit abhängig von der exakten Bestimmung der Bezugsrichtung, die besonders einfach, beispielsweise durch ein nordsuchendes Ereiselgerät, ermittelt werden kann.Another advantage is that an exact application of the Microphones of a cross is easy to handle, since the distances are not in the kilometer range lie, but are significantly smaller, so that, for example, a linkage structure can be used. The accuracy of the bearing angle determination depends on the correct location of the microphones of the cross, due to the small dimensions and the thereby possible structure is guaranteed. Besides, the Accuracy depends on the exact determination of the reference direction, which particularly can be easily determined, for example by a travel device looking to the north.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Position von nur zwei Meßorten im Gelände bestimmt zu werden braucht, an denen sich die beiden Kreuze befinden. Lagefehler des Mittelpunktes des Kreuzes bezogen auf die in der Karte eingetragene Position führen lediglich zu einer gleichgroßen Parallelverschiebung der durch den Peilwinkel ermittelten Standlinie, so daß ein Ausbringen nach Kartengenauigkeit und nicht mittels aufwendiger geodätischer Vermessung ausreicht. Der Aufwand, der für eine sehr exakte geodätische Vermessung der Meßorte sonst getrieben werden muß, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch eine exakte Winkelbestiminung der Bezugsrichtung ersetzt, die zu jeder Tageszeit und bei jedem Wetter - auch bei Nebel - möglich ist und mit wesentlich geringerem Aufwand als das Vermessen von weit voneinander entfernten Meßorten verbunden ist. Der Zeitbedarf für Einrichten und Aufbau eines Ortungssystems nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist somit wesentlich geringer als bei herkömmlichen Systemen.Another advantage is that the position of only two Measurement locations in the area need to be determined at which the two crosses meet are located. Position error of the center of the cross in relation to the one in the map entered positions only lead to an equally large parallel shift the baseline determined by the bearing angle, so that a deployment according to map accuracy and not sufficient by means of complex geodetic surveys. The effort that otherwise it has to be driven for a very exact geodetic measurement of the measuring locations, is in the method according to the invention by an exact determination of the angle Reference direction replaces that at any time of day and in any weather - even in fog - is possible and with significantly less effort than measuring from far from one another remote measuring locations is connected. The time required to set up and build a Positioning system according to the method according to the invention is thus significantly less than with conventional systems.
Vorteilhaft ist weiterhin, daß das Kreuz am Meßort ohne besondere Vorkehrungen, beispielsweise von einem Fahrzeug beliebig abgesetzt werden kann, und keine Ausrichtung erforderlich ist, sondern bereits eine Richtungsvermessung der einen Achse in bezug auf geographisch Nord, beispielsweise mit einem Kreisel- gerät, die Bezugsrichtung liefert. Eine Umrechnung der Peilwinkel bezogen auf Nord ist einfach möglich, da der Winkel zwischen Nord und Bezugsrichtung berücksichtigt werden kann.It is also advantageous that the cross at the measurement site without any special Precautions, for example, can be removed from a vehicle at will, and no alignment is required, but a directional measurement one axis with respect to true north, for example with a gyro device, provides the reference direction. A conversion of the bearing angle based on north is easily possible because the angle between north and reference direction are taken into account can.
Der Einsatz eines sogenanntes Vorwarners ist nicht erforderlich, da eine Registrielrrng der klallbilder auf Diagrammen entfällt. Ein Auswerter zum Bestimmen der Laufzeit durch Ablesen auf den Diagrammen jedes Meßorts ist ebenfalls nicht nötig, da nur die schon am Meßort automatisch ermittelten Peilwinkel in der Zentrale ausgewertet werden.The use of a so-called pre-warner is not necessary because There is no need to register the sound images on diagrams. An evaluator to determine the running time by reading on the diagrams of each measuring location is also not necessary, because only the bearing angles automatically determined at the measuring location in the control center be evaluated.
Rechenzeiten zum Bestimmen des Peilwinkels sind unvergleichbar kürzer als manuelle Auswertezeiten der Knallbilder auf den Diagrammen und z. B. bereits zwischen zwei Schüssen abgeschlossen.Computation times for determining the bearing angle are incomparably shorter as manual evaluation times of the bang pictures on the diagrams and z. B. already completed between two shots.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung geben die Merkmale des Anspruchs 2 an. Zum Bestimmen der Laufzeit werden fortlaufend Empfangs signale der Mikrophone eines Kreuzes jeweils innerhalb eines gleichen vorgebbaren Zeitintervalls in ein komplexes Frequenzspektrum umgewandelt. Die komplexen Frequenzspektren der Empfangssignale von sich jeweils diametral gegenüberliegenden Mikrophonen werden konjugiert komplex miteinander multipliziert. Das Produkt wird wieder in den sogenannten Zeitbereich rücktransformiert und der Betrag der Rücktransformierten gebildet. Die Lage des Maximums des Betrages gerechnet vom Anfang des Zeitintervalls gibt die Laufzeit an. Durch diese Art der Auswertung entfallen alle Probleme die mit der Auswertung der Schallereignisse nach herkömmlichen Verfahren verbunden sind, insbesondere das Auffinden und die Zeitangabe homologer Punkte bei Schallereignissen ein und derselben Schallquelle, da hier der gesamte zeitliche Verlauf des Knalls, der an diametral gegenüberliegenden Mikrophonen empfangen wird, miteinander korreliert wird. Dieses Verfahren ist mit einfachen Mitteln der digitalen Rechnertechnik zu realisieren. Die konjugiert komplexe Multiplikation der beiden Frequenzspektren bringt den Vorteil mit sich, daß eine Anfangsphase, die durch die zeitliche Lage des Zeitintervalls bezüglich des Verlaufs der Empfangs signale hervorgerufen wird, herausfällt, so daß der Betrag der Rücktransformierten unmittelbar dazu benutzt werden kann, die Laufzeit zu bestimmen. Der Betrag der Rücktransformierten weist über der Zeit im Abstand der Laufzeit bezogen auf den Beginn des betrachteten Zeitintervalls ein deutliches Maximum auf, das zur Laufzeitbestimmung ausgenutzt wird.An advantageous development of the invention is given by the features of Claim 2. To determine the transit time, receive signals from the Microphones of a cross each within the same predeterminable time interval converted into a complex frequency spectrum. The complex frequency spectra of the Received signals from each diametrically opposite microphones are conjugate complex multiplied with each other. The product is back in the so-called Time domain transformed back and the amount of the back transformed is formed. the The position of the maximum of the amount calculated from the beginning of the time interval gives the Running time. This type of evaluation eliminates all problems with the Evaluation of the sound events according to conventional methods are connected, in particular the Finding and the time specification of homologous points in sound events one and the same sound source, since here the entire temporal course of the bang, which is received at diametrically opposite microphones, correlated with each other will. This process can be achieved with simple means of digital computer technology realize. The conjugate complex multiplication of the two frequency spectra has the advantage that an initial phase is determined by the temporal location the time interval with regard to the course of the received signals is caused, falls out, so that the amount of the inverse transformed is used immediately can be used to determine the running time. The amount of the inverse transformed has over time at the interval of the running time based on the start of the considered time interval a clear maximum that is used to determine the running time.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird eine Schwerpunktsfrequenz fur das Betragsspektrum eines der komplexen Frequenzspektren gewonnen. Eine Möglichkeit zum Bestimmen der Schwerpunktsfrequenz liegt darin, das Maximum des Betragsspektrums aufzusuchen, dessen zugehörige Frequenz die Schwerpunktsfrequenz angibt. Auch ist es möglich, durch Berechnen einer Fläche, die durch den Verlauf des Betragsspektrums und die Frequenzachse begrenzt wird und Bestimmen des Schwerpunkts dieser Fläche sowie Aussuchen der zugehörigen Frequenz, die Schwerpunktsfrequenz zu bestimmen. Diese Schwerpunktsfrequenz wird mit einer vorgebbaren Frequenz verglichen, die signifikant für die Schwerpunktsfrequenz des Mündungsknalls von Geschützen ist. Diese Frequenz liegt in einem tieferen Frequenzbereich als beispiels weise die eines Betragsspektrums von Maschinengewehrsalven, Geschoßknallen oder von Umweltgeräuschen, wie z. B. allgemeiner Gefechtslärm oder Vogelstimmen. Es werden nur diejenigen Frequenzspektren zur Laufzeitermittlung ausgewertet, für die die Schwerpunktsfrequenz gleich oder kleiner als die vorgegebene Frequenz ist. Der besondere Vorteil dieser Auswertung liegt darin, daß nur relevante Schallereignisse, nämlich Empfangssignale, die von Mdndungsknallen eines Geschützes herrühren, ausgewertet werden. Empfangssignale an den Mikrophonen, die auf andere Umweltgerausch zurückzuführen sind, werden somit automatisch aus der Auswertung ausgeschieden, so daß eine Übermittlung von Peilwinkeln, die die Lage von Geräuschquellen kennzeichnen wurden, ausgeschaltet ist. Die Funktion eines Vorwarners - Klassifizierung der Schallereignisse - wird durch die Auswertung der Schwerpunktsfrequenz automatisiert.In an advantageous development of the invention according to claim 3 becomes a center frequency for the magnitude spectrum of one of the complex frequency spectra won. One way of determining the center of gravity frequency is that Search for the maximum of the magnitude spectrum, the associated frequency of which is the center of gravity frequency indicates. It is also possible by calculating an area through the gradient the magnitude spectrum and the frequency axis is limited and determining the center of gravity this area as well as choosing the associated frequency, the center of gravity frequency to determine. This center of gravity frequency is compared with a specifiable frequency, which is significant for the center of gravity frequency of the muzzle blast of guns. This frequency lies in a lower frequency range than for example wise those of a range of machine gun salvos, bullet cracks or environmental noise, such as B. general battle noise or bird calls. It will only those frequency spectra are evaluated to determine the transit time for which the Center of gravity frequency is equal to or less than the specified frequency. The special one The advantage of this evaluation is that only relevant sound events, namely Received signals that originate from the muzzle blast of a gun are evaluated will. Received signals at the microphones that can be attributed to other environmental noise are thus automatically eliminated from the evaluation, so that a transmission of bearing angles, which characterize the location of noise sources, were switched off is. The function of an advance warning device - classification of sound events - is automated by evaluating the center of gravity frequency.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in den Merkmalen des Anspruchs 4 angegeben, die ein Verfahren zur Störbefreiung beschreibt.Another advantageous embodiment of the invention is in the features of claim 4, which describes a method for interference clearance.
Die an den Meßorten ermittelten Laufzeiten werden jeweils quadriert, addiert und aus der Summe die Wurzel gezogen. Diese Summe wird mit einem Quotienten aus dem Abstand der sich diametral gegenüberliegenden Mikrophone und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen verglichen. Es werden nur Laufzeiten ausgewertet, für die die Wurzel gleich oder kleiner als der Quotient ist. Die zugehörigen Empfangssignale gehören zu Schallwellen, die sich über dem Boden mit bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit ausgebreitet haben.The transit times determined at the measuring locations are each squared, added up and taken the root of the sum. This sum is given with a quotient from the distance between the diametrically opposed microphones and the propagation speed of sound waves compared. Only runtimes for which the root is equal to or less than the quotient. The associated received signals belong to sound waves that are above the ground with known propagation speed have spread.
Fehler, die beispielsweise auftreten, wenn außer dem Knall noch Windgeräusche durch unterschiedliche Luftturbulenzen an jedem Mikrophon empfangen werden, werden erkannt und unterdrückt, da dann die Wurzel größer als der Quotient ist. Immer wenn die Wurzel nicht gleich oder kleiner als der Quotient ist, kann man mit Sicherheit davon ausgehen, daß die Laufzeiten nicht zu Empfangssignalen eines Mündungsknalls eines Geschützes gehören, sondern durch Störungen verursacht werden, beispielsweise auch durch Störungen in den verwendeten Auswertegeräten.Errors that occur, for example, when, in addition to the bang, there is also wind noise be received by different air turbulences at each microphone recognized and suppressed, since the root is then greater than the quotient. Always when the root is not equal to or less than the quotient, one can with certainty assume that the transit times do not result in receiving signals of a muzzle bang of a gun, but are caused by interference, for example also due to malfunctions in the evaluation devices used.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können gemäß dem Verfahren nach Anspruch 5 bei exakter horizontaler Lage des Kreuzes auch Elevationswinkel von Schallwellen ausgewertet werden. Der Arcus Cosinus der radizierten Summe der quadrierten Laufzeiten geteilt durch den Quotienten gibt den Elevationswinkel an. Falls nur Ziele unter Elevationswinkeln innerhalb vorgebbarer Winkelgrenzen in Betracht gezogen werden sollen, ist eine Ausschaltung der übrigen durch einen einfachen Vergleich mit vorgegebenen Werten für den Cosinus möglich. Damit kann beispielsweise die Auswertung eines Überschallknalis und damit die Anzeige von Flugzeugen ausgeschaltet werden.According to an advantageous development of the invention, according to the method according to claim 5 with an exact horizontal position of the cross also elevation angle can be evaluated by sound waves. The arc cosine of the rooted sum of the The squared transit times divided by the quotient gives the elevation angle. If only targets at elevation angles within predeterminable angle limits are to be considered are to be drawn is to eliminate the rest by means of a simple comparison possible with preset values for the cosine. With this, for example, the evaluation a supersonic boom and thus the display of aircraft can be switched off.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestelltem Ausfüurungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer angenommenen Gefechtslage, Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Auswerteschaltung für das Verfahren zum Bestimmen von Geschützstandorten.The invention is based on an exemplary embodiment shown in the drawing described in more detail below. They show: FIG. 1 a schematic representation an assumed battle situation, Fig. 2 is a block diagram of a Evaluation circuit for the method for determining gun locations.
Von Meßorten 1 und 2 gemäß Fig. 1 werden Geschütze 3, 4 und 5 akustisch gepeilt und ihre Standorte in einer Zentrale 6 bestimmt. An jedem Meßort 1 oder 2 befindet sich ein Kreuz 10 bzw. 11 mit je vier Mikrophonen, deren Abstände d wesentlich kleiner als die Entfernungen zwischen den Meßorten 1 und 2 und zu den Geschützen 3, 4 und 5 sind. Die Mikrophone jedes Kreuzes 10 bzw. 11 sind jeweils mit einer Auswerteschaltung 12 bzw. 13 verbunden. Die Positionen der Meßorte 1, 2 sind in der Zentrale 6 auf einer Lagekarte eingetragen. Die Orientierung einer Bezugsachse des Kreuzes 10 bzw. 11 bezüglich Nord wird am Meßort 1 bzw. 2 ermittelt und in die Auswerteschaltung 12 bzw. 13 eingegeben, in der aus Laufzeiten zwischen sich diametral gegenüberliegenden Mikrophonen Peilwinkel #i bzw. #i bezogen auf Nord ermittelt und über Funk an die Zentrale 6 übertragen werden.Guns 3, 4 and 5 are audible from measuring locations 1 and 2 according to FIG. 1 and their locations are determined in a control center 6. At each measuring location 1 or 2 there is a cross 10 or 11 with four microphones each, the spacing d of which is essential smaller than the distances between measuring points 1 and 2 and to the guns 3, 4 and 5 are. The microphones of each cross 10 and 11 are each with one Evaluation circuit 12 or 13 connected. The positions of the measuring locations 1, 2 are in the headquarters 6 entered on a situation map. The orientation of a reference axis of the cross 10 or 11 with respect to north is determined at the measurement location 1 or 2 and into the Evaluation circuit 12 or 13 entered, in the run times between them diametrically opposite microphones bearing angle #i or #i based on north determined and transmitted to the control center 6 by radio.
In der Zentrale 6 werden in der Lagekarte an die Positionen der Meßorte 1, 2 die Peilwinkel <Pi' (i = 3, 4, 5) als Schenkel eingetragen, deren Schnittpunkte die Standorte der Geschütze 3, 4 und 5 liefern.In the center 6 the positions of the measuring locations are shown in the location map 1, 2 the bearing angles <Pi '(i = 3, 4, 5) entered as legs, their points of intersection provide the locations of guns 3, 4 and 5.
Da in aller Regel die Geschütze 3, 4 und 5 nicht gerade so zeitlich feuern, daß ihre Mündungsknalle gleichzeitig am Meßort 1 empfangen werden, ist die Trennung zweier Geschützpeilungen gewährleistet. Das Eintragen von Scheinzielen auf der Lagekarte an Schnittpunkten 16, 17 und 18 wäre dadurch zu vermeiden, daß während der Gefechtsaufklärung, beispielsweise der Meßort 1, eine andere Position einnimmt.As a rule, cannons 3, 4 and 5 are not so timed fire that their muzzle bangs are received at the same time at measuring location 1, is the Separation of two gun bearings guaranteed. The entry of decoy targets on the location map at intersections 16, 17 and 18 would be avoided in that during the battle reconnaissance, for example measuring location 1, a different position occupies.
Die Peilwinkel zu den Geschützen 3, 4 und 5 ändern dann ihre Werte, die Standorte der Geschütze 3, 4 und 5 bleiben die gleichen, nur die Scheinziele verändern ihre Lage und sind dadurch von den Geschützen zu unterscheiden. Die Abmaße des Kreuzes würden eine Installation auf einem Fahrzeug erlauben, so daß eine Positionsveränderung leicht vorzunehmen wäre.The bearing angles to the guns 3, 4 and 5 then change their values, the locations of guns 3, 4 and 5 remain the same, only the decoy targets change their position and can therefore be distinguished from the guns. The dimensions of the cross would allow installation on a vehicle so that a change in position would be easy to do.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild für eine Auswerteschaltung 12 am Meßort 1, die genauso auch als Auswerteschaltung 13 am Meßort 2 eingesetzt werden kann.Fig. 2 shows a block diagram for an evaluation circuit 12 on Measurement location 1, which are also used as evaluation circuit 13 at measurement location 2 can.
Empfangssignale von sich diametral gegenüberliegenden Mikrophonen 20, 22 bzw. 21, 23 des Kreuzes 10 werden in gleich aufgebauten Verarbeitungskanälen I bzw. II ausgewertet.Received signals from diametrically opposed microphones 20, 22 and 21, 23 of the cross 10 are in identically structured processing channels I and II evaluated.
Die Mikrophone 20 und 22 sind über Analog/Digital-Wandler 24, 25, Speicher 26, 27 und Rechenschaltungen 28, 29 zum Berechnen eines komplexen Frequenzspektrums verbunden. Digitalisierte Empfangssignale, die innerhalb eines vorgebbaren Zeitintervalls vom Mikrophon 20 empfangen wurden, sind im Speicher 26 abgespeichert und werden beispielsweise nach dem Algorithmus der Fast-Fourier-Transformation in ein komplexes Frequenzspektrum gewandelt. Die gleiche Signalverarbeitung wird für Empfangssignale des Mikrophons 22 vorgenommen. Die komplexen Frequenzspektren der Empfangs signale der Mikrophone 20 und 22 werden in einer Multiplizierschaltung 30 konjugiert komplex miteinander multipliziert. Der Multiplikationsschaltung 30 ist eine Rechenstufe 31 zum Bilden der Rücktransformierten des konjugiert komplexen Produkts nachgeschaltet. In einer sich an- schließenden Bewertungsschaltung 32 wird der Betrag der Rücktransformierten gebildet und eine Laufzeit T1 ermittelt, bei der das Maximum des Betrags liegt.The microphones 20 and 22 are via analog / digital converters 24, 25, Memories 26, 27 and arithmetic circuits 28, 29 for calculating a complex frequency spectrum tied together. Digitized received signals within a predeterminable time interval were received by the microphone 20 are stored in the memory 26 and are for example, according to the algorithm of the Fast Fourier Transformation into a complex one Frequency spectrum converted. The same signal processing is used for received signals the microphone 22 made. The complex frequency spectra of the received signals the microphones 20 and 22 are complex conjugate in a multiplier circuit 30 multiplied with each other. The multiplication circuit 30 is an arithmetic stage 31 connected downstream for forming the inverse transform of the complex conjugate product. In a closing evaluation circuit 32 becomes the The amount of the inverse transformed is formed and a running time T1 is determined for which the maximum of the amount is.
Im zweiten Verarbeitungskanal II werden Empfangssignale der diametral gegenüberliegenden Mikrophone 21, 23 des Kreuzes 10 zur Ermittlung einer Laufzeit T2 verarbeitet.In the second processing channel II, the received signals are diametrically opposite microphones 21, 23 of the cross 10 to determine a transit time T2 processed.
In einem Peilwinkelrechner 33 wird das Verhältnis der #1 Laufzeiten #1 zu #2 und der arctan #2 quadrantentreu berechnet, der gleich dem Peilwinkel ç ist. Über ein Tor 34 wird der Peilwinkel 9 an die Zentrale 6 übermittelt.In a bearing angle calculator 33, the ratio of the # 1 transit times # 1 to # 2 and the arctan # 2 is calculated true to the quadrant, which is equal to the bearing angle ç is. The bearing angle 9 is transmitted to the control center 6 via a gate 34.
Die Ausgänge der Rechenschaltung 28 für Real- und Imaginärteil des komplexen Frequenzspektrums der Empfangs signale des Mikrophons 20 sind mit einem Betragsbildner 40 zum Berechnen eines Betragsspektrums verbunden, dem eine Rechenstufe 41 zum Bestimmen einer Schwerpunktsfrequenz des Betragsspektrums nachgeschaltet ist. Ein anschließender Vergleicher 42 ist mit einer Frequenzeingabe 43 verbunden, in der eine für Frequenzspektren von Mündungsknallen signifikante Schwerpunktsfrequenz f vorgebbar ist. Der Vergleicher 42 gibt ein Steuersignal ab, wenn die in der Rechenstufe 41 ermittelte Schwerpunktsfrequenz kleiner oder gleich der in der Frequenzeingabe 43 vorgegebenen Schwerpunktsfrequenz f ist. Der Vergleicher 42 steuert die Multiplikationsschaltungen 30 in den Verarbeitungskanälen I und II an. Nur wenn ein Steuersignal vorhanden ist, werden Frequenzspektren für eine Weiterverarbeitung zugelassen, da sie von Mündungaknallen stammen. Beim Empfang anderer Umweltgeräusche werden die Multiplikationsschaltungefl 30 durch den Vergleicher 42 gesperrt.The outputs of the computing circuit 28 for the real and imaginary part of the complex frequency spectrum of the reception signals of the microphone 20 are with a Amount generator 40 connected for calculating an amount spectrum, which a calculation stage 41 connected downstream for determining a center frequency of the magnitude spectrum is. A subsequent comparator 42 is connected to a frequency input 43, in which a center frequency that is significant for the frequency spectra of muzzle bangs f can be specified. The comparator 42 outputs a control signal when the calculation stage 41 determined center of gravity frequency less than or equal to that in the frequency input 43 given center of gravity frequency f. The comparator 42 controls the multiplication circuits 30 in processing channels I and II. Only if a control signal is available is, frequency spectra are allowed for further processing because they are of Muzzle pops originate. When other environmental noises are received, the multiplication circuits are fl 30th blocked by the comparator 42.
Die Ausgänge der Verarbeitungskanäle I und II sind mit einem Berechnungsteil 50 verbunden, in dem die Laufzeiten #1 und #2 quadriert, ihre Summe gebildet und die Summe radiziert wird. Die radizierte Summe ist für Mündungsknalle, die von der gleichen Schallquelle über den gleichen Ausbreitungsweg empfangen wurden, gleich einem Quotienten #* = d , der gebildet ist aus dem Abstand d zweic er diametral gegenüberliegender Mikrophone 20, 22, bzw. 21, 23, geteilt durch die Ausbreitungsgeschwindigkeit c des Schalls.The outputs of the processing channels I and II are connected to a calculation part 50 in which the transit times # 1 and # 2 are squared, their sum is formed and the sum is square rooted. The rooted sum is equal to a quotient # * = d, which is formed from the distance d between two diametrically opposed microphones 20, 22 or 21, 23, divided by the propagation speed for muzzle blasts received from the same sound source via the same propagation path c of sound.
In einer Vergleichsstufe 51, die mit einem Wertgeber 52 für den Quotiententausch #* verbunden ist, wird geprüft, ob die radizierte Summe T kleiner oder gleich dem Quotienten s ist. Die Vergleichsstufe 51 ist mit dem Tor 34 verbunden und öffnet das Tor 34 für Peilwinkel (p, wenn die Bedingung sz s* erfüllt ist, da diese Peilwinkel (p nicht durch Störungen Geschütze vortäuschen, sondern den Standort eines Geschützes liefern.In a comparison stage 51, which is connected to a value transmitter 52 for the exchange of quotients # * is connected, it is checked whether the rooted sum T is less than or equal to the Quotient s is. The comparison stage 51 is connected to the gate 34 and opens the gate 34 for bearing angle (p, if the condition sz s * is met, since this bearing angle (p do not fake guns by interference, but rather the location of a gun deliver.
Alle Peilwinkel #, für die die radizierte Summe T größer als der Quotient #* ist, werden nicht in die Zentrale 6 übermittelt, da sie durch Störungen verursacht werden.All bearing angles # for which the rooted sum T is greater than the quotient # * is not transmitted to the control center 6 because it is caused by malfunctions will.
In einer Prüfstufe 53, die dem Berechnungsteil 50 für die radizierte Summe T nachgeschaltet ist, wird festgestellt, ob die radizierte Summe # kleiner als der Quotient s ist. Für diese Werte von T wird eine nachgeschaltete Tabellenvergleichsschaltung 54 aktiviert, in der der Wert der radizierten Summe T in die Glei-T chung £ = arc cos * eingesetzt wird und mit einer Wertetabelle verglichen wird. Das Ergebnis liefert einen Elevationswinkel g , der in einer Vergleichsstufe 55 mit einem vorgebbaren maximalen Elevationswinkel ß verglichen wird. Die Vergleichsstufe 55 ist mit dem Tor 34 verbunden. Es werden nur Peilwinkel (p an die Zentrale 6 übertragen, wenn der zugehörige Elevationswinkelt unter dem vorgegebenen maximalen Elevationswinkel ß liegt.In a test stage 53, the calculation part 50 for the rooted Sum T is connected downstream, it is determined whether the rooted sum # is smaller than the quotient is s. A table comparison circuit connected downstream is used for these values of T 54 activated, in which the value of the rooted sum T is converted into equi-T chung £ = arc cos * is used and compared with a table of values. The result supplies an elevation angle g, which is determined in a comparison stage 55 is compared with a predeterminable maximum elevation angle β. The comparison level 55 is connected to gate 34. Only bearing angles (p are transmitted to the control center 6, if the associated elevation angle is below the specified maximum elevation angle ß lies.
Die in Fig. 2 dargestellten Rechenschaltungen 28, 29, die Multiplizierschaltung 30 und die Rechenstufe 31 in der Auswerteschaltung 12 können durch einen Rechner ersetzt werden, in den die digitalisierten Empfangssignale der Mikrophone 20, 22 als Real- und Imaginärteil zur Fourier-Transformation eingelesen werden und in dem daraus das komplexe Frequenzspektrum gebildet, nach einem Sortierprogramm für eine Rücktransformation aufbereitet und rücktransformiert wird. Ein solches Rechenverfahren ist beispielsweise in dem Buch "Theory and Application of Digital Signal Processing" von Lawrence R. Rabiner und Bernard Gold" 1975, Bell Telephone Laboratories, Inc. Prentice-Hall, Inc. New Jersey, auf den Seiten 58 ff beschrieben.The computing circuits 28, 29 shown in FIG. 2, the multiplier circuit 30 and the computing stage 31 in the evaluation circuit 12 can be through a computer are replaced, in which the digitized reception signals of the microphones 20, 22 can be read in as real and imaginary parts for the Fourier transformation and in the from this the complex frequency spectrum is formed, according to a sorting program for one Inverse transformation is prepared and inversely transformed. Such a calculation method is for example in the book "Theory and Application of Digital Signal Processing" by Lawrence R. Rabiner and Bernard Gold "1975, Bell Telephone Laboratories, Inc. Prentice-Hall, Inc. New Jersey, on pages 58 ff.
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