CH670710A5

CH670710A5 -

Info

Publication number: CH670710A5
Application number: CH272185A
Authority: CH
Inventors: Wilfried Meuser
Original assignee: Krupp Gmbh
Priority date: 1981-04-27
Filing date: 1985-06-27
Publication date: 1989-06-30
Also published as: DE3116586A1; DE3116586C2

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln von Geschützstandorten der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Bei der Artillerieaufklärung werden akustisch geortete Geschütze in eine Lagekarte eines Gefechtsgebietes eingetragen, um einen Überblick über die Lage und Aufschluss über gegnerische Stellungen zu erlangen.

Hierzu wird an zwei Messorten im Gelände ein Kreuz aus vier benachbarten Mikrophonen ausgebracht, dessen eine Achse eine Bezugsrichtung liefert. Die Laufzeiten zwischen Empfangssignalen diagonal gegenüberliegender Mikrophone werden ermittelt und liefern Peilwinkel zwischen Bezugsrichtung und Schalleinfallsrichtung des Mündungsknalls. Trägt man diese Peilwinkel an den Positionen der Messorte in die Lagekarte ein, so erhält man die Geschützstandorte. Kritisch wird die Ermittlung der Geschützstandorte, wenn mehrere Geschütze Salven abfeuern, da dann zwar aufeinanderfolgend die Peilwinkel am Messort ermittelt werden, aber die Zuordnung zu den entsprechenden Peilwinkeln am anderen Messort nicht mehr gegeben ist. Trägt man alle Peilwinkel in die Lagekarte ein, so erhält man ausser den Geschützstandorten zusätzliche Orte von sog. Scheinzielen. Die Scheinziele erscheinen an Schnittpunkten von angetragenen Peilwinkeln, die an den Messorten von unterschiedlichen Mündungsknallen ermittelt werden.

In der deutschen Patentanmeldung P 3 116 586.9 ist zur Abhilfe bereits vorgeschlagen, den einen Messort während der Aufklärung zu verlegen, da dann bei Eintragung nachfolgender Peilungen in die Lagekarte nur Geschützstandorte wieder an den gleichen Orten der Lagekarte auftreten, Scheinziele aber nicht wieder auf die vorhergehend eingetragenen Orte fallen. Allerdings muss dabei die neue Position des Messorts vorher wieder geographisch ausgemessen werden, so dass sich der Zeitraum zur Aufklärung durch diese zusätzlichen Messungen entsprechend verlängert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrichtung so zu verbessern, dass nach wie vor die Zuordnung und Auswertung der an den Messorten empfangenen Schallereignisse unabhängig von Wettereinflüssen gewährleistet bleibt, jedoch eine Eliminierung auftretender Scheinziele ohne Verlegung mindestens einer der Messorte bei aufeinanderfolgenden Peilungen sicher möglich ist.

Diese Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art erfindungsgemäss durch die Merkmale in Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst. Zusätzlich zur Ermittlung der Laufzeiten wird an einem der Mikrophone festgestellt, wann ein Empfangssignal am Messort eingetroffen ist. Beispielsweise wird die Uhrzeit zusätzlich zu den Peilwinkeln über Funk an eine Zentrale übertragen, in der auch die Peilwinkel ausgewertet werden und in die Lagekarte eingetragen werden. In der Zentrale werden Differenzen von sämtlichen Empfangszeitpunkten an den beiden Messorten gebildet.

Durch Eintragen der Peilwinkel in eine Karte erhält man Dreiecke, deren Spitzen entweder Geschützstandorte oder Orte von Scheinzielen angeben. Zur Bestimmung der Laufzeitdifferenzen werden bei den eingetragenen Dreiecken die Seitenlängen gemessen und durch die Schallgeschwindigkeit geteilt. Es werden jetzt nur diejenigen Spitzen von Dreiecken auf die endgültige Lagekarte übernommen, für die die im Kennzeichenteil angegebene Prüfvorschrift, nämlich die Übereinstimmung von Laufzeitdifferenzen und Differenzen von Empfangszeitpunkten, zutrifft. Es handelt sich hierbei um ein graphisches Verfahren, das auch auf einem Rechenautomaten zu realisieren ist.

Ausserdem ist es gemäss den Merkmalen des Anspruchs 2 vorteilhaft möglich,die Abstände der Schnittpunkte von den Messorten, in denen sich die Peilstrahlen schneiden, aus den Peilwinkeln durch Anwendung des Sinussatzes zu berechnen und ihre Differenzen durch die Schallgeschwindigkeit zu teilen. Diese Quotienten liefern die Laufzeitdifferenzen und werden mit den Differenzen der Empfangszeiten verglichen. Bei Übereinstimmung ist das Dreieck, dessen Spitze den Geschützstandort liefert, gefunden. Der Geschützstandort wird dann in die Lagekarte eingetragen, indem die zu diesem

2

5

10

15

20

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Dreieck gehörende durch den Sinussatz berechneten Seitenlängen mit Hilfe der Peilwinkel in geographische Koordinaten umgerechnet werden. Bei diesem Verfahren muss keine Karte ziim Auftragen der Dreiecke erstellt werden, sondern nur trigonometrische Berechnungen vorgenommen werden, die problemlos und zügig auf einem Rechner mit herkömmlichen Mitteln durchführbar sind.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung liegt darin, dass in der Lagekarte nur Geschützstandorte und nicht Orte von Scheinzielen eingetragen werden, die eine Massierung gegnerischer Geschütze vortäuschen könnten. Die Lage wird stets richtig dargestellt, so dass bei einem Gegenangriff nur echte Ziele bekämpft werden. Das graphische oder rechnerische Vorgehen ist durch trigonometrische Verknüpfung mit Rechnermitteln in kurzen Rechenzeichen durchführbar.

Nach einer Weiterbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung werden nur solche Empfangszeitpunkte für die Ermittlung ihrer Differenzen und zugehörige Peilwinkel zum Bestimmen der Laufzeitdifferenzen berücksichtigt, die innerhalb eines Zeitraums liegen, der gemäss Anspruch 2 durch den Quotienten aus Entfernung zwischen den Positionen der Messorte geteilt durch die Schallgeschwindigkeit bestimmt wird. Es ist vorteilhaft, nur so weit zurückliegende Empfangszeitpunkte zu berücksichtigen, da sich dadurch die jeweilige Beobachtungszeit bis zur Aktualisierung der Lagekarte verkürzt und der Rechenaufwand zur Überprüfung dieses Zeitraums nur gering ist. Dieser Zeitraum gibt die grösstmögliche Laufzeitdifferenz eines Mündungsknalls ans, wenn nämlich die «Spitze des Dreiecks» auf einer Linie mit den Messorten liegen würde. Diese Massnahme ist sinnvoll, da es keine Differenzen von Seitenlängen eines Dreiecks geben kann, die länger als die Grundlinie des Dreiecks sind. Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung ist eine zügige und sichere Gefechtsaufklärung möglich.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer angenommenen Gefechtslage,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Karte.

Von Messorten 1 und 2 gemäss Fig. 1 werden Geschütze 3, 4 und 5 akustisch gepeilt und ihre Standorte in einer Zentrale 6 bestimmt. Die Entfernung der Messorte 1,2 voneinander entspricht grössenordnungsmässig der Entfernung zu den Geschützen 3,4,5 und liegt im Kilometerbereich. An jedem Messort 1 oder 2 befindet sich ein Kreuz mit je vier Mikrophonen, deren Abstände voneinander wesentlich kleiner als die Entfernungen zwischen den Messorten 1 und 2 und zu den Geschützen 3,4 und 5 sind und im Meterbereich liegen. Die Mikrophone jedes Kreuzes sind jeweils mit einer Auswerteschaltung 12 bzw. 13 verbunden. Die Positionen der Messorte 1,2 werden in der Zentrale 6 in eine Lagekarte eingetragen. Die Orientierung einer Bezugsachse des Kreuzes an jedem Messort 1 bzw. 2 bezüglich Nord wird ermittelt und in die Auswerteschaltung 12 bzw. 13 eingegeben, in der aus Laufzeiten zwischen sich diagonal gegenüberliegenden Mikrophonen Peilwinkel bzw. Q bezogen auf Nord ermittelt und über Funk an die Zentrale 6 übertragen werden.

Jedem Messort 1,2 ist ein Zeitgeber 14,15 zugeordnet. Die Zeitgeber 14,15 sind miteinander synchronisiert und beispielsweise Uhren. Mit den Auswerteschaltungen 12,13 wird jeweils der Empfangszeitpunkt eines Mündungsknalls ermittelt, indem bei einem der Mikrophone jedes Kreuzes ein Empfangssignal festgestellt und ihm eine Uhrzeit zugeordnet wird. Die Empfangszeitpunkte werden über Funk an die Zentrale 6 übertragen.

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In der Zentrale 6 werden gemäss Fig. 2 and die Positionen der Messorte 1,2 die Peilwinkel (pi, Çi (i = 3,4,5) als Peilstrahlen eingetragen. Diese Peilstrahlen schneiden sich in einer Vielzahl von Schnittpunkten B, C, D, E, F, G, H, I, von denen zu bestimmen ist, welche Schnittpunkte Geschützstandorte der Geschütze 3,4 und 5 und welche Schnittpunkte Orte von Scheinzielen kennzeichnen. Hierzu werden von jedem Dreieck, dessen Grundlinie jeweils durch die Messorte 1 und 2 angegeben ist, die Seitenlängen ermittelt und voneinander abgezogen. Diese Differenz wird durch die Schallgeschwindigkeit c geteilt. Sie gibt eine Laufzeitdifferenz an, die zwischen den Empfangszeitpunkten an den Messorten 1 und 2 entsteht, wenn am Schnittpunkt ein Geschütz gefeuert hat und ein Mündungsknall mit Schallgeschwindigkeit sich zu den Messorten 1 und 2 fortgepflanzt hat.

In einer ersten Tabelle sind für eine Gefechtssituation sich ergebende Laufzeitdifferenzen aufgeführt. In der ersten Spalte sind die Schnittpunkte B, C, D, E, F, G, H und I als Spitzen der in Fig. 2 aufgezeichneten Dreiecke angegebenen der zweiten bzw. dritten Spalte Zeiten pro Sekunde, die aus den einzelnen Seitenlängen der Dreiecke mit der Grundlinie zwischen den Messorten 1 bzw. 2 und den Spitzen an den Schnittpunkten B, C,..., I geteilt durch die Schallgeschwindigkeit c gewonnen wurden. In der vierten Spalte sind aus diesen Zeiten berechnete Laufzeitdifferenzen A/s für jedes Dreieck eingetragen.

Diese erste Tabelle kann auch dadurch erstellt werden,

dass aus den an jedem Messort 1,2 ermittelten nordbezogenen Peilwinkeln «pi, Çi Dreieckswinkel und daraus mit Hilfe trigonometrischer Verknüpfungen Seitenlängen bzw. Abstände der Schnittpunkte der Peilstrahlen zu den Messorten 1,2 berechnet werden. An jedem Messort 1 bzw. 2 liegt unter Berücksichtigung der Zählrichtung ein Messortswinkel ao = 360 - ai bzw. ct2 zwischen Bezugsrichtung N und Grundlinie zwischen den Messorten 1 und 2, wie in Fig. 2 eingetragen. Zur Bestimmung der Dreieckswinkel am Messort 1 werden vom Messortswinkel ao = 360 - ai die Peilwinkel (pi abgezogen bzw. zum Winkel ai hinzugezählt. Die Dreieckswinkel am Messort 2 werden durch Subtraktion der Peilwinkel Çi vom Messortswinkel <X2 gewonnen.

Aus dem Dreieckswinkeln ai + q» und ai - (pi an der Grundlinie zwichen den Messorten 1 und 2 wird für den Schnittpunkt B der dritte Dreieckswinkel [180 — (ai + q>3 + (X2 — Ç3)] = ys berechnet. Die Seitenlänge zwischen Messort 1 und Schnittpunkt B ergibt sich aus der Entfernung zwischen den Messorten 1 und 2 geteilt durch sin Y3 und multipliziert mit sin (ai + q»), die Seitenlänge zwischen Messort 2 und Schnittpunkt B ist gleich der Entfernung zwischen den Messorten 1 und 2 geteilt durch sin j3 und multipliziert mit sin (as - Ç3). Die Laufzeitdifferenz A/s wird aus der Differenz der Seitenlängen geteilt durch die Schallgeschwindigkeit c berechnet und in die erste Zeile der ersten Tabelle eingetragen.

Mit Hilfe der übrigen Peilwinkel (pi und Çi werden in gleicher Weise die Laufzeitdifferenzen A/s unter Anwendung des Sinussatzes ermittelt und in die übrigen Zeilen der Tabelle - den Schnittpunkten C, D,..., I zugeordnet - eingetragen.

Tabelle 1

Spitze Seitenlänge Seitenlänge A/s

(Spitze-Messort 1 )/s (Spitze-Messort 2)/s c c

B 12,43 13,54 I - 1.11 I

E 20,23 19,53 +0,70

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

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Tabelle 1 (Fortsetzung)

Spitze

Seitenlänge (Spitze-Messort I)/s c

Seitenlänge (Spitze-Messort 2)/s c

A/s j

37,08

31,30

+ 5,78

c

10,07

8,96

+ 1,11

D

9,45

5,04

+ 4,41

F

13,50

10,66

l+2,84|

G

11,05

5,23

+ 5,82

H

16,06

8,18

1 + 7,881

Zur Auswertung der empfangenen Mündungsknalle wird eine zweite Tabelle erstellt. Sie gibt den zeitlichen Ablauf der in Fig. 1 dargestellten Gefechtssituatin wieder. Die drei

Geschütze 3,4,5 feuern in zeitlich dichter Folge, ihre Abschusszeiten sind natürlich an den Messorten 1,2 unbekannt. Die Empfangszeitpunkte an den Messorten 1,2 werden als Uhrzeiten festgestellt und in den beiden ersten s Spalten der zweiten Tabelle im Sekundenmassstab aufgelistet. Es werden in der dritten Spalte die Differenzen des ersten Empfangszeitpunktes am Messort 1 mit sämtlichen Empfangszeitpunkten am Messort 2 innerhalb eines Zeitraums, der durch die Entfernung zwischen den Messorten 1 io und 2 geteilt durch die Schallgeschwindigkeit c festgelegt ist, eingetragen. In der vierten Spalte sind die Differenzen des als zweites verzeichneten Empfangszeitpunktes am Messort 1 mit sämtlichen Empfängszeitpunkgen am anderen Messort 2 aufgelistet. Die folgenden Spalten 5 bis 10 geben die Diffe-15 renzen aus den folgenden Empfangszeitpunkten am Messort 1 jeweils mit sämtlichen Empfangszeitpunkten am Messort 2 an.

Tabelle 2

Empfangszeitpunkte der

Differenzen der Empfangszeiten 5/s

Messorte

1:

2:

Spalte 3

Spalte 4

Spalte 5

Spalte 6

Spalte 7

Spalte 8

Spalte 9

Spalte 10

10h s

0 min s

13,18

1+ 7.881

+ 9,25

+ 10,32

+12,32

+12,88

+13,25

+15,32

+17,25

18,18

+ 2,88

+ 4,25

+ 5,32

+ 7,32

1 + 7,88 I

+ 8,25

+10,32

+12,25

20,66

+ 0,40

+ 1,77

1+ 2,84

+ 4,84

+ 5,40

+ 5,77

+ 7,84

+ 9,77

21,06

- 1,60

. _0'23 ,

- 0,84

|+ 2,84|

+ 3,40

+ 3,77

+ 5,84

+ 7,77

22,43

- 2,48

1-1,11 1

- 0,04

+ 1,96

+ 2,52

+ 2,89

+ 4,96

+ 6,89

22,66

- 4,60

-3,23

- 2,16

- 0,16

+ 0,40

+ 0,77

+ 2,84 1

+ 4,77

23,50

- 6,48

-5,11

- 4,04

- 2,04

- 1,48

- 1,11

+ 0,96

+ 2,89

23,54

-10,48

-9,11.

- 8,04

- 6,04

- 5,48

- 5,11

- 3,04

- 1,11

25,66

26,06 26,43

27,54

28,50 30,34

31,54

Die Spalten 3 bis 10 der zweiten Tabelle werden jetzt mit der Spalte für die Laufzeitdifferenzen A/s der ersten Tabelle verglichen. Übereinstimmende Zeiten sind mit einem Kästchen gekennzeichnet. Sie sind ein Indiz für die Standorte der Geschütze 3,4 und 5 gemäss Fig. 1.

An den Spitzen B, F und H der Dreiecke in Fig. 2 befinden sich demnach Geschütze. Sie kennzeichnen Geschützstandorte, die in die Lagekarte übernommen werden. Anhand der Tabellen stellt man fest, dass als erstes Schallergebnis am Messort 2 ein Mündungsknall des Geschützes 5 an der Stelle H um 10.00 h, 0 min, 13,18 s empfangen wurde. Der gleiche Mündungsknall wurde am Messort 1,10.00 h, 0 min, 21,06 s empfangen. Die Differenz 8 = 7,88 s der Empfangszeitpunkte in Spalte 3 der zweiten Tabelle ist gleich der Laufzeit-differenz A = 7,88 s in der ersten Tabelle und gehört zu dem Dreieck, dessen Spitze H in der letzten Zeile der ersten Tabelle zu finden ist. Die Spitze H entspricht dem Geschützstandort für das Geschütz 5 gemäss Fig. 1.

Verfolgt man die zweite Tabelle weiter, so stellt man fest, dass bei Differenzbildung des Empfangszeitpunktes 10.00 h, 0 min, 22,43 s am Messort 1 mit sämtlichen Empfangszeitpunkten am Messort 2 die Differenz S = -l,llsin der vierten Spalte für den Empfangszeitpunkt 10.00 h, 0 min,

23,54 s am Messort 2 festgestellt wird. Es handelt sich hier um das Dreieck mit der Spitze B, das in der ersten Tabelle in der ersten Zeile dargestellt ist. Hier ist wieder ein Geschützstandort, nämlich der des Geschützes 3 gemäss Fig. 1. Dieser 50 Geschützstandort wird ebenfalls in die Lagekarte übertragen.

Bei der Differenzbildung des nächsten Empfangszeitpunktes 10.00 h, 0 min, 23,50 s am Messort 1 mit dem dritten Empfangszeitpunkt 10.00 h, 0 min, 20,66 s am Messort 2 5S findet man in der fünften Spalte eine Differrenz S = +2,84 s der Empfangszeitpunkte, die mit der Laufzeitdifferenz A = +2,84 s in der sechsten Zeile der ersten Tabelle identisch ist, es handelt sich hier um die Spitze F gemäss Fig. 2, die wieder einen Geschützstandort kennzeichnet, und zwar das 60 Geschütz 4 gemäss Fig. 1. Bei der Differenzbildung des Empfangszeitpunktes 10.00 h, 0 min, 25,50 s am Messort 1 stellt man fest, dass das Geschütz 4 im Abstand von 2 s gefeuert hat, wie die Differenzbildung (Spalte 6) mit dem vierten Empfangszeitpunkt 10.00 h, 0 min, 22,66 s am Messort 2 auf-„ weist.

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Als nächstes wird ein Mündungsknall vom Geschütz 5 in der Spitze H detektiert, wie der siebten Spalte der zweiten Tabelle zu entnehmen ist. Der achten Spalte und der zehnten

5

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Spalte ist zu entnehmen, dass am Messort 1 ein Mündungsknall um 10.00 h, 0 min, 26,43 s und 10.00 h, 0 min, 3,43 s vom Geschütz 3 empfangen wurde, das 1,11s später vom Messort 2 detektiert wurde.

Die Differenzen 8/s sind mit positiven und negativen Vorzeichen versehen, abhängig davon, welcher Messort 1 oder 2 zuerst den Mündungsknall empfangen hat. Sämtliche Differenzen 5/s von Empfangszeitpunkten, die nicht mit den Laufzeitdifferenzen A/s in der ersten Tabelle identisch sind,

zeigen, dass keine Zuordnung der Empfangszeitpunkte zu ein und demselben Mündungsknall möglich ist, und geben keine Geschützstandorte an.

Anhand dieser beiden Tabellen ist leicht zu erkennen, dass nur die Schnittpunkte B, F und H die Geschützstellungen der Geschütze 3,4 und 5 kennzeichnen und in die Lagekarte einzutragen sind. Die Schnittpunkte E, I, C, D und G geben Orte von Scheinzielen an. Die Erstellung der Tabellen und ihr Vergleich ist mit Rechnermitteln durchführbar.

B

l Blatt Zeichnungen

Claims

670710 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung 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 Mündungsknallen, mit einem Kreuz aus vier Mikrophonen an mindestens zwei Messorten, wobei eine Achse des Kreuzes auf eine beliebige azimutale Bezugsrichtung ausgerichtet ist und die Mikrophone am Messort voneinander einen wesentlich geringeren Abstand als die Entfernung zwischen den Messorten aufweisen, und mit einem Peilwinkelrechner an jedem Messort, in welchem zwei Laufzeiten zwischen sich jeweils diagonal gegenüberliegenden Mikrophonen eines Kreuzes ermittelt, zueinander in ein Verhältnis gesetzt und dessen Arcus Tangens bestimmt werden, der ein Peilwinkel zur Bezugsrichtung ist, wobei aus den an den beiden Messorten ermittelten Peilwinkeln unter Berücksichtigung ihrer Positionen'und ihrer gegenseitigen Entfernung der Geschützstandort bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit Rechnermitteln Abstände von Schnittpunkten aller durch die ermittelten Peilwinkel vorgegebenen Peilstrahlen von jedem der Messorte als Seitenlängen von Dreiecken bestimmt werden, deren gemeinsame Grundlinie die Entfernung der beiden Messorte ist, dass aus den durch die Schallgeschwindigkeit geteilten beiden Seitenlängen jedes Dreiecks eine Laufzeitdifferenz berechnet und tabelliert wird, dass an jedem Messort mit Hilfe von Zeitgebern (14,15) Empfangszeitpunkte des Mündungsknalls an einem der Mikrophone festgestellt und Differenzen zwischen sämtlichen an den beiden Messorten festgestellten Empfangszeitpunkten gebildet und tabelliert werden, dass die Tabellen mit den Laufzeitdifferenzen und den Differenzen der Empfangszeitpunkte miteinander verglichen werden und dass diejenigen Schnittpunkte als Geschützstandorte angegeben werden, deren zugeordnete Laufzeitdifferenzen mit Differenzen der Empfangszeitpunkte übereinstimmen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Messort Dreieckswinkel durch Subtraktion der dort ermittelten Peilwinkel und einem Messorts-winkel, der zwischen Bezugsrichtung und Verbindung der beiden Messorte als Grundlinie des Dreiecks liegt, gebildet werden, dass aus der Summe der beiden Dreieckswinkel an den beiden Messorten der am Schnittpunkt der Peilstrahlen als Spitze des Dreiecks liegende dritte Dreieckswinkel gewonnen wird, dass jede Seitenlänge vom Messort zur Spitze aus der Entfernung zwischen den Messorten als Grundlinie des Dreiecks geteilt durch den Sinus des Dreieckswinkels an der Spitze und multipliziert mit dem Sinus des Dreieckswinkels am gleichen Messort berechnet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich für Empfangszeitpunkte durchgeführt wird, die innerhalb eines durch den Quotienten aus Entfernung zwischen den Messorten und Schallgeschwindigkeit bestimmten Zeitraums liegen.