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Zur Ermittlung des Ortes einer Schallquelle, insbesondere des Standortes eines Gesehützes, beobachtet man bekanntlich die Zeit des Eintreffens eines Schallwellenzuges an mindestens drei verschiedenen Beobaehtungsorten. Der geometrische Ort aller Punkte, von denen Schallwellen aus gehen können, deren Laufzeitunterschied zu zwei von den Beobachtungsorten einen bestimmten Wert hat, ist bekanntlich eine Hyperbel. Die Brennpunkte dieser Hyperbel sind die beiden Beobachtungpunkte. Die Brennstrahlen unterscheiden sieh in ihrer Länge um den vom Schall in der Laufzeitdifferenz zurückgelegten Weg. Durch Beobachtung des Eintreffens des Schallwellenzuges an drei oder mehreren Beobachtungsorten erhält man somit zwei oder mehrere Hyperbeln, die sich. in dem Schallort P, beispielsweise dem Standort des Gesehützes, schneiden.
Es hat sich gezeigt, dass bei diesem bekannten Verfahren die Genauigkeit ausreicht, wenn die Messstellen beispielsweise in einem Abstand von einem oder mehreren Kilometern voneinander (Grossbasis) und etwa parallel zur feindlichen Front angeordnet sind.
Es ist vorgeschlagen worden, dieses Messverfahren dadurch zu ergänzen und zu verbessern, dass, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, zwei Messstellengruppen mit je zwei Messmikrophonen Mi, M. bzw. M/, M ;/ in grossem Abstand (Grossbasis) voneinander vorgesehen sind. Die Messmikrophone jeder Gruppe sind bei diesem Verfahren in einem Abstand von beispielsweise 50 bis 500 m (Kleinbasis)
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Mikrophonen jeder Gruppe erhält man je einen geometrischen Ort für den Punkt P. Diese beiden Hyperbeln schneiden sich jedoch in zwei Punkten, von denen der eine diesseits, der andere jenseits der Front liegt.
Da es sehr häufig vorkommt, dass von den Abschüssen der eigenen Geschütze sowie von Granateinschlägen auf dem eigenen Frontgebiet ausgehende Schallwellen beobachtet werden,
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ergänzen, das von den übrigen ebenfalls nur einen sehr geringen Abstand besitzt. Dadurch wird eine Entscheidung darüber ermöglicht, ob der Schallwellenzug von vorne oder von hinten kam, d. h. von einem eigenen oder feindlichen Geschütz ausging.
Im allgemeinen wird bei dem bekannten Verfahren zur Übermittlung der von einer Gruppe von Messmikrophonen gewonnenen Schallwelle eine gemeinsame Messstelle at bzw. a vorgesehen, die über Drahtverbindungen oder neuerdings im allgemeinen drahtlos mit einer oder mehreren Auswertestellen in Verbindung stehen. Zur Übermittlung der aufgenommenen Schallwelle werden bei den bekannten Einrichtungen bei jedem Messstellensender drei verschiedene tonfrequente Zwischenfrequenzen vorgesehen und diese gemeinsam auf einen Hochfrequenzkanal gegeben und ausgestrahlt. Am Empfangsort, d. h. an der Auswertestelle A werden in bekannter Weise die tonfrequenten Zwischenfrequenzen wieder einzeln ausgesiebt und demoduliert.
Der Empfänger jeder Gruppe in der Auswertestelle A erzeugt in einer der Zahl der Messmikrophone entsprechenden Zahl von Stromkreisen auf diese Weise Schwankungen, die den in den Messmikrophonen durch die Schallwellen erzeugten Stromschwankungen entsprechen und die erforderlichenfalls unter Zwischenschaltung von Verstärkern einer AufnahmeVorrichtung, beispielsweise den Schleifen eines Oszillographen, zugeführt werden können.
Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Einrichtung zur Ermittlung des Ortes einer Schallquelle, insbesondere des Standortes eines Geschützes, bei der diese Nachteile dadurch vermieden werden,
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dass eine Gruppe an sieh bekannter Relais vorgesehen ist, die durch das Eintreffen der Front des Schallwellenzuges bei dem der gesuchten Schallquelle am nächsten liegenden Mikrophon (Hauptmikrophon) jeweils in Betrieb gesetzt wird und dann in vorzugsweise einstellbarer Reihenfolge und Verzögerung die Verbindungen zwischen der Messstelle und dem Hauptmikrophon bzw. den Nebenmikrophonen herstellt bzw. unterbricht.
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die durch Mi und M2 gehende Gerade etwa senkrecht auf dem entsprechenden Teil der Linie F steht.
Da der aufzunehmende Vorgang nur etwa 0#2 sek dauert, kann das Hauptmikrophon Mi nach dem Eintreffen der Front des Schallwellenzuges wieder abgeschaltet werden. Der Sehallwellenzug, der das Hauptmikrophon Mi zuerst erreichte, benötigt eine vom Abstand L und der Fortpflanzungsrichtung des Schalles abhängende Zeit, um zum Nebenmikrophon M2 zu gelangen. Da es sich nur darum handelt, diese Zeitdifferenz zu ermitteln, wird erfindungsgemäss das zunächst gesperrte Nebenmikrophon M2 durch das Hauptmikrophon M1 verzögert eingeschaltet. Die Verzögerung ist dabei erfindungsgemäss so bemessen, dass das Nebenmikrophon M2 zum Empfang erst von dem Augenblick an bereit ist, in dem die Front des von Mi aufgenommenen Schallwellenzuges M2 frühestens erreichen konnte.
Da der Zeitunterschied zwischen dem Eintreffen in Mi und in M2 von der Fortpflanzungsrichtung des Schalles abhängt, gelingt es durch diese Massnahme, wie die folgenden Überlegungen zeigen werden, aus der Gesamtheit der Schallwellenzüge, die zuerst Mi und dann M2 erreichen, von der Aufnahme in M2 alle auszuschliessen, die nicht aus einem bestimmten Winkelbereich kommen.
In Fig. 3 sind die beiden im Abstand L voneinander angeordneten Messmikrophone Mi und Mz dargestellt. Das Hauptmikrophon Mi sei ununterbrochen zum Empfang von Sehallwellen bereit.
Wenn die Schallquelle P sich in einer im Vergleich zum Abstand L sehr grossen Entfernung von den Messmikrophonen befindet, kann mit genügender Annäherung für die folgenden Überlegungen die Front des Schallwellenzuges als gerade angenommen werden. Wenn beispielsweise ein Schallwellenzug S sich in einer Richtung fortbewegt, die mit der Verbindungslinie Mi, M : den Winkel ? bildet, so fällt in dem Augenblick, in dem das Hauptmikrophon Mi von der Front des Schallwellenzuges erreicht wird, diese Front mit der Geraden a zusammen. Das Nebenmikrophon M ; wird von der Front des Schallwellenzuges erst erreicht, wenn diese die Gerade b erreicht hat. Die Schallwelle muss also
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Verhältnissen bezeichnet. Da cos m == i !/L, ist l höchstens gleich L.
Wenn zum Durchlaufen der Strecke L die Zeit T benötigt wird, so muss das Nebenmikrophon Ma zur Aufnahme spätestens t sek nach dem Eintreffen der Front des Schallwellenzuges in Mi bereit sein und es darf frühestens T sek nach
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deren Fortpflanzungsrichtung mit der Verbindungslinie Mi, M2 einen grösseren Winkel als ! p bildet.
Wenn der aufzunehmende Teil des Schallvorganges nur T sec dauert, so muss das Hauptmikrophon Mi nach dem Eintreffen der Front des Schallwellenzuges mindestens t sek lang zur Aufnahme bereit bleiben. Erfindungsgemäss wird mit Hilfe an sich bekannter, mechanischer oder elektrischer Relaisanordnungen zur Zeit t1 (stets vom Eintreffen der Front des Sehallwellenzuges in Mi an gerechnet) das Hauptmikrophon M1 abgeschaltet, zur Zeit l2 das zunächst gesperrte Nebenmikrophon M2 eingeschaltet und zur Zeit t2 das Nebenmikrophon M2 wieder abgeschaltet. Die Wieder-
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genommen wird, wenn seine Fortpflanzungsrichtung mit der Basis Mi, M ; keinen grösseren Winkel als T bildet (cos (p = t2/t).
Es gelangen jedoch nicht etwa nur die aus diesem Winkelbereich kommenden Schallwellenzüge in M2 zur Aufnahme. Es werden vielmehr alle in Richtung auf M2 sich bewegenden Schallwellen in Ma aufgenommen, die zur Zeit des Eintreffens des die Relaisanordnung des Hauptmikrophons auslösenden
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Radien t2 v und (4 - t) V sind.
Wenn von einer vollständigen Messabteilung mit den Auswertestellen Ai und A2, wie in Fig. 4 schematisch dargestellt ist, ein etwa 15 km breiter Teil des feindlichen Geländes erfasst werden soll durch die Messstellen a2 bis %, die etwa in 3 km Abstand von der Front F angeordnet sind, so würde bereits von dem in der Mitte gelegenen Hauptmikrophon der Messstelle a4 das ganze Gebiet überdeckt, wenn der Winkel f =#75 . Es wird im allgemeinen nicht notwendig sein, den Winkel'c noch grösser zu wählen, Durch entsprechende Wahl von L bzw. durch entsprechende Einstellung der Relais-
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t2 = = T ##.
Dutch Versuche wurde festgestellt, dass der für die Schallmessung wesentliche Teil des Geschützdonners in erster Linie vom Mündungsknall herrührt und dass dieser bereits 0'2 sek nach dein ersten Einsatz sehr stark abgeklungen ist. Die dann folgenden indirekten Schallwellen und
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mikrophon A/i abgeschaltet und das Nebenmikrophon M2 eingeschaltet. Da in diesem Falle die Schallwelle einen sehr grossen Weg, nämlich die Strecke L zurückzulegen hat, bis das Nebenmikrophon M2 von ihr erreicht wird, werden von dem Nebenmikrophon M2 erst zur Zeit T die dem Schallwellenzug entsprechenden Stromschwankungen der Messstelle übermittelt.
Hiezu werden 0'2 sek benötigt ; so dass mit einer Umschaltpause von 0#05 sek zur Zeit tn=1#25 sck die Aufnahme der Schallwelle durch das Nebenmikrophon m2 auf jeden Fall beendet ist und die Umschaltung der Messstelle auf das Hauptmikrophon Mi erfolgen kann.
Im Grenzfall tp =#75 beginnt zunächst das Hauptmikrophon Mi mit der Aufnahme des bei ihm eintreffenden Schallwellenzuges, die einschliesslich der Umschaltpause aber zur Zeit =='-t =
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der Sehallwelle in Mi bereits beendet, die Umschalteinrichtung kann jedoch mit Rücksicht auf den Grenzfall'f = 0 nicht so eingerichtet werden, dass die Umschaltung früher als 1#25 sek nach dem Eintreffen der Schallwelle in Mi vorgenommen wird.
Bei diesem Abstand der beiden Messmikrophone und dieser Einstellung der Relaisanordnung werden also alle zuerst zum Mikrophon Mi gela. ngenden Schallwelen vollständig vom Nebenmikrophon aufgenommen, falls ihre Fortpflanzungsrichtung. einen zwischen 0 und #75 liegenden Winkel mit der Basis MB M2 bildet.
Da die Zeitunterschiede wegen der steilen Front der Schallwellenzüge mit einer Genauigkeit von ungefähr 1 bis 3 Millisekunden aus den Aufnahmediagrammen ermittelt werden können, beträgt die Genauigkeit der Winkelbestimmung unter den diesem Beispiel zugrunde gelegten Verhältnissen im
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am grössten, je grösser der Winkel tp ist. Es ist deshalb in manchen Fällen vorteilhafter, das Nebenmikrophon M2 so anzuordnen in bezug auf das Hauptmikrophon Mi, dass die Verbindungslinie der beiden auf der Front F nicht senkrecht steht.
Fig. 7 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung die Mikrophone Mi und M2 im
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dass von all den Schallwellen, die zur Auslösung des Hauptmikrophons Mi Anlass gegeben haben können, von dem Nebenmikrophon Ma nicht nur alle, die nicht aufgenommen werden, deren Fortpflanzungs- richtung mit L einen grösseren Winkel bildet als 1'1 (cos) 01 = t2/T), sondern auch alle die Schallwellenzüge, deren Fortpflanzungsrichtung mit L einen kleineren Winkel als #2 bildet (cos #2=(t2-#)/T).
Es werden also von diesen Schallwellen nur die aufgenommen, die aus dem Winkelraum #(#1-#2) kommen. Es empfiehlt sich jedoch, die Einstellung der Relais so vorzunehmen, dass t # T + T.
Wenn eine Auswertestelle mit zwei oder mehreren mit je einem Haupt-und Nebenmikrophon ausgerüsteten Messstellen zusammenarbeitet, ist es leicht möglich, zu entscheiden, ob die von der einzelnen Messstelle aufgenommene Sehallwelle aus der links bzw. rechts von MI, M2 liegenden Halbebene gekommen ist. Wenn jedoch eine Auswertestelle ausnahmsweise mit nur einer einzigen Messstelle zusammenarbeitet, so ist es notwendig, bei dieser erfindungsgemäss noch ein drittes Mikrophon Ms vorzusehen, damit diese Entscheidung getroffen werden kann. Es ist zweckmässig, das Mikrophon Ma in der Nähe des Mikrophons M2 anzuordnen und es ebenfalls jeweils durch das Hauptinikrophon in Betrieb zu setzen.
Dabei müssen die Öffnungs- und Schliessungszeiten so gewählt werden, dass der
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vom Eintreffen des Schalles in Mi an mindestens so lange geöffnet bleibt, wie der Schall zum'Durchlaufen des Weges MI, M2 benötigt. Es lässt sich leicht ausrechnen, wie gross der Winkel M2, M1, M2 höchstens sein darf, damit bei gleichzeitiger Öffnung des Kontrollmikrophons 1113 mit dem Nebenmikrophon M2 der Schallvorgang auch von M2 aufgezeichnet wird. Für das geschilderte Beispiel ergibt sich, dass es zweckmässig ist, diesen Winkel nur etwa gleich 15'. zu wählen (Fig. 8).
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Es ist nicht notwendig, dass das Kontrollmikrophon Ms den Schaltvorgang in der aufgenommenen Form auf den Übertragungskanal gibt. Es ist in vielen Fällen vorteilhafter, erfindungsgemäss die in j1-13
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eintreffenden Sehallvorganges praktisch unabhängigen scharfen Kontrollzeitmarke bewirkt. Die zur Erzeugung dieses elektrischen Kurzzeitgebers vorgesehene Einrichtung kann erfindungsgemäss so geschaltet werden, dass das Kontrollmikrophon M3 jeweils so lange gesperrt wird, bis das Hauptmikrophon Mi wieder eingeschaltet wird.
In manchen Fällen ist es zweckmässig, dem Kontrollmikrophon M3 einen besonderen Übertragungskanal zur Verfügung zu stellen, wenngleich dadurch die Messapparatur an Umfang um ein Geringes vergrössert wird, so dass man im allgemeinen vorziehen wird, das Kontrollmikrophon auf den gleichen Kanal arbeiten zu lassen wie die Messmiktophone Mi und M2.
Auch bei den Mikrophonen Mi und M2 können erfindungsgemäss Einrichtungen vorgesehen werden, durch die die dem Sehallvorgang entsprechenden elektrischen Schwingungen zur Auslösung kurzzeitiger Vorgänge, beispielsweise von Kippschwingungen, benutzt werden. Dieser Verzicht auf die genaue Wiedergabe der Kurvenform der Schallwelle ermöglicht nämlich unter Umständen eine genauere Ermittlung der Zeitunterschiede zwischen dem Eintreffen der Schallwellenfront bei den Mikrophonen Mi und M2 und erlaubt eine Vereinfachung der Apparatur.
Da anderseits aus der Kurvenform gewisse Rückschlüsse auf die Art der Schallquelle, also insbesondere auf das Kaliber des gesuchten Geschützes, gezogen werden können, wird man häufig erfindungsgemäss nur eines der beiden Mikrophone mit derartigen Einrichtungen versehen.
Es wird im allgemeinen zweckmässig sein, diese Hilfseinrichtungen und auch die Relaisanordnung selbst nicht in unmittelbarer Nähe der einzelnen Mikrophone, sondern an der Messstelle vorzusehen, deren Lage in bezug auf die Mikrophone selbstverständlich ohne Einfluss ist. Als Schallempfänger können erfindungsgemäss nicht nur Hitzdraht-, Kohle-oder Kondensatormikrophone, sondern auch alle andern bekannten Schallempfänger Verwendung finden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Ermittlung des Ortes einer Schallquelle, insbesondere des Standortes eines
Geschützes, bei der an jeder Messstelle zwei oder mehr Mikrophone vorgesehen sind, dadurch gekenn- zeichnet, dass eine Gruppe an sich bekannter Relais vorgesehen ist, die durch das Eintreffen der Front des Schallwellenzuges bei dem der gesuchten Schallquelle am nächsten liegenden Mikrophon (Hauptmikrophon) jeweils in Betrieb gesetzt wird und dann in vorzugsweise einstellbarer Reihenfolge und Verzögerung die Verbindungen zwischen der Messstelle und dem Hauptmikrophon bzw. den Nebenmikrophonen herstellt bzw. unterbricht.