DE19827377B4

DE19827377B4 - Flächenverteidigungsmine

Info

Publication number: DE19827377B4
Application number: DE19827377A
Authority: DE
Inventors: Randolf Dipl.-Math. Barg; Uwe Dipl.-Ing. Dr. Aulenbacher
Original assignee: Rheinmetall Landsysteme GmbH
Current assignee: Rheinmetall Landsysteme GmbH
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1998-06-19
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2018-06-20
Also published as: GB9913799D0; GB2338540B; SE518156C2; SE9902214D0; SE9902214L; GB2338540A; ES2170603A1; DE19827377A1; ES2170603B2

Abstract

Flächenverteidigungsmine mit einem mit einer Abschußeinrichtung (3) versehenen Gehäuse (2), mindestens einem aus der Abschußeinrichtung (3) abfeuerbaren und eine zielsuchende Zündeinrichtung aufweisenden Submunitionskörper, einer ausschließlich aus passiven Sensoren bestehenden Sensorik (8, 10) und einer mit der Sensorik (8, 10) verbundenen Auswerteelektronik (15) mit den Merkmalen:
a) die Sensorik (8, 10) umfaßt mindestens drei arrayartig an der Außenseite des Gehäuses (2) angeordnete akustische Sensoren (8);
b) die Auswerteelektronik (15) umfaßt einen Mikrocontroller (19) mit einem Speicher (20), in dem für verschiedene Zielarten charakteristische Merkmalsdaten abgelegt sind;
c) der Mikrocontroller (19)
– ermittelt aus den mit den Sensoren (8) empfangenen Signalen und dem Abstand der Sensoren (8) voneinander den jeweiligen Peilwinkel, unter dem die Mine (1) das mögliche Ziel (17) sieht,
– vergleicht die mit den akustischen Sensoren (8) gemessenen Daten mit den für verschiedene Zielarten in dem Speicher abgelegten charakteristischen Merkmalsdaten und führt eine Zielklassifikation und...

Description

Die Erfindung betrifft eine Flächenverteidigungsmine mit einem mit einer Abschußeinrichtung versehenen Gehäuse, mindestens einem aus der Abschußeinrichtung abfeuerbaren und eine zielsuchende Zündeinrichtung aufweisenden Submunitionskörper, einer Sensorik und einer mit der Sensorik verbundenen Auswerteelektronik.

Zur Sicherung und Raumüberwachung werden Flächenverteidigungsminen verwendet, die eine Sensorik zur Klassifizierung insbesondere motorisierter Ziele (Rad- oder Kettenfahrzeuge) sowie zur Bestimmung des Bahnverlaufes des jeweiligen sich bewegenden Zieles aufweisen. Aus diesen Daten werden anschließend mittels der Auswerteelektronik die Abfeuersignale für den auf das Ziel abzufeuernden Submunitionskörper bestimmt.

Zur Zielklassifizierung und Bestimmung des Bahnverlaufes des als Zieles klassifizierten Fahrzeuges werden üblicherweise entweder eine Sensorik mit aktiven Sensoren (Radarsensoren) oder eine Multi-Mode-Sensorik mit einer Kombination aus aktiven und passiven Sensoren (Radar- und/oder Akustik- und/oder Seismiksensoren) verwendet.

In der nachträglich veröffentlichten DE 197 12 371 A1 wird eine Flächenverteidigungsmine offenbart, die mehrere akustische Sensoren als auch mehrere Radarsensoren aufweist. Mit Hilfe beider Sensortypen wird eine Zielklassifizierung vorgenommen und durch eine interne Auswerteelektronik bewertet.

Nachteilig ist bei den bekannten Minen, daß die Sensorik relativ aufwendig aufgebaut ist und insbesondere die aktiven Sensoren einen hohen Stromverbrauch benötigen.

Aus der DE 195 36 756 C1 ist eine Flächenverteidigungsmine mit einer Abschußeinrichtung zum Verschießen von Submunitionskörper bekannt, die eine Sensorik und eine mit der Sensorik verbundene Auswerteelektronik aufweist. Zur Positionsvermessung eindringender Schallquelle erfolgt eine Kreuzpeilung mit Hilfe von zwei Gruppen von akustischen Sensoren. Dabei ist die erste Gruppe der akustischen Sensoren an dem Minengehäuse angeordnet, während die zweite Gruppe der akustischen Sensoren an einem von dem Minengehäuse trennbaren Trägerkörper angebracht ist, welcher über ein Verbindungskabel mit dem Minengehäuse verbunden bleibt. Ohne diese zweite, bei der Positionsvermessung einen relativ großen Abstand von dem Minengehäuse aufweisenden Sensorgruppe, ist die Auswerteelektronik der bekannten Mine nicht in der Lage, die Bahnkurve und den optimalen Zeitpunkt zur Abfeuerung des Submunitionsgeschosses zu bestimmen.

Die bekannte Flächenverteidigungsmine weist eine Reihe von Nachteilen auf. So muß durch die Verwendung einer Doppel-Basis von Zeit zu Zeit eine Kalibrierung der Mine erfolgen, weil bei Liegezeiten der Minen von mehreren Monaten von einer Lageveränderung des Trägerkörpers relativ zu dem Minenkörper, z.B. durch starken Wind oder Tiere etc., ausgegangen werden muß. Außerdem besteht die Gefahr, daß durch einen Bruch oder eine Ablösung des Verbindungskabels die Gesamtfunktion der Mine in Frage gestellt ist. Ferner vergrößert die Verwendung einer zweiten Sensorbasis die Entdeckungsgefahr der Mine erheblich. Schließlich erfolgt mit der bekannten Flächenverteidigungsmine keine Klassifizierung der Schallquelle, so daß der jeweilige teure Submunitionskörper auch auf Schallquellen verschossen wird, die an sich nicht beschossen werden sollen (z.B. Jeeps).

Sowohl aus der DE 41 19 612 A1 als auch aus G. Stammel: „Sperren ergänzen Feuer und Bewegung" in DE-Z: Wehrtechnik 8/88, Seite 74–79 sind Flächenverteidigungsminen bekannt, bei denen zur Bestimmung der Bahnkurve und damit zur Berechnung des Zünd zeitpunktes mindestens ein zusätzlicher aktiver (IR- oder Radar-) Sensor erforderlich ist. Wie bereits vorstehend erwähnt wurde, ist der Stromverbrauch derartiger Sensoren relativ hoch. Außerdem ist bei Verwendung aktiver Sensoren die Gefahr groß, daß die Minen durch den Gegner leichter entdeckt bzw. gestört werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flächenverteidigungsmine der eingangs erwähnten Art anzugeben, die eine einfach aufgebaute Sensorik umfaßt, welche einen gegenüber vergleichbaren bekannten Minen geringen Stromverbrauch aufweist und im Abstandsbereich bis zu etwa 200 m eine genaue Zielklassifizierung und Bahnermittlung des jeweils klassifizierten Zieles erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.

Im wesentlichen liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, eine Sensorik zu verwenden, die ausschließlich aus an der Außenseite des Minengehäuses angeordneten passiven Sensoren besteht, wobei im einfachsten Fall lediglich arrayartig angeordnete akustische Sensoren verwendet werden, mit denen sowohl eine Zielklassifizierung als auch eine Bahnermittlung des jeweiligen Zieles vorgenommen wird.

Um insbesondere die Genauigkeit der Zielklassifizierung weiter zu erhöhen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zusätzlich zu den akustischen Sensoren noch mindestens einen seismischen Sensor in die Sensorik zu integrieren.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Auswerteelektronik eine Weckschaltung zur Reduzierung des Stromverbrauches, die mit den akustischen und/oder dem seismischen Sensor verbunden ist, derart, daß beim Empfang zielrelevanter akustischer und/oder seismischer Signale die Auswerteelektronik aktiviert wird.

Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Sensoren und die Auswerteelektronik an einem zylinderförmigen Gehäusebauteil der Mine befestigt. Dadurch kann die Montagehöhe der Sensorik sehr flach gehalten werden. Ferner läßt sich die gesamte Sensorik, gegebenenfalls einschließlich der Auswerteelektronik, als vormontierbare Einheit herstellen.

Vorzugsweise sind die akustischen Sensoren an schwenkbaren armförmigen Befestigungsteilen angeordnet, welche beim oder nach dem Verlegen der Mine aus entsprechenden in dem zylinderförmigen Gehäusebauteil vorgesehenen Ausnehmungen nach außen schwenkbar sind. Dadurch können die Minen sehr platzsparend gelagert werden. Außerdem sind die akustischen Sensoren während der Lagerung und dem Transport gegen eine Beschädigung geschützt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Flächenverteidigungsmine mit in das Minengehäuse eingeklappten akustischen Sensoren;
2 einen Querschnitt durch die in 1 dargestellte Mine entlang der dort mit II-II bezeichneten Schnittlinie mit ausgeklappten akustischen Sensoren;
3 das Blockschaltbild einer mit mehreren Sensoren verbundenen Auswerteelektronik und
4 ein Signalflußdiagramm zur Erläuterung der Erfindung.
In 1 ist mit 1 eine erfindungsgemäße Flächenverteidigungsmine bezeichnet. Die Mine 1 umfaßt ein zylinderförmiges Gehäuse 2 und eine nur schematisch angedeutete Abschußeinrichtung 3 für einen aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten Submunitionskörper mit zielsuchender Zündeinrichtung. Die Mine 1 ruht auf drei ausklappbaren Beinen 4 auf dem Erdboden 5.
Das Minengehäuse setzt sich aus einem Unterteil 6 und einem Gehäuse-Oberteil 7 zusammen. Während an dem äußeren Umfang des Oberteiles 7 gleichmäßig drei akustische Sensoren (Mikrofone) 8 verteilt angeordnet sind, befindet sich am bodenseitigen Ende 9 des Minengehäuses 2 ein seismischer Sensor (Geofon) 10.
Die akustischen Sensoren 8 sind jeweils an dem ersten Ende 11 eines entsprechenden armförmigen Befestigungsteiles 12 angeordnet. Das jeweils zweite Ende 13 der Befestigungsteile 12 ist schwenkbar an dem Gehäuse-Oberteil 7 gelagert, derart, daß die akustischen Sensoren aus entsprechenden Ausnehmungen 14 des Gehäuse-Oberteiles 7 von einer Ruhestellung in eine Betriebsstellung herausklappbar sind (2).
Sowohl die akustischen Sensoren 8 als auch der seismische Sensor 10 sind mit einer Auswerteelektronik 15 (3) verbunden. Zur raumsparenden Unterbringung der Auswerteelektronik 15 innerhalb des Minengehäuses 2 kann die Elektronik z.B. entweder, wie in 2 angedeutet, auf der Innenseite 16 des Gehäuse-Oberteiles 7 befestigt werden oder auch innerhalb einer entsprechenden Ausnehmung des Oberteiles 7 angeordnet werden (nicht dargestellt).
In 1 ist ferner mit 17 ein zu bekämpfendes gepanzertes Ziel bezeichnet, welches sich auf einer Bahnkurve 18 bewegt.
3 zeigt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles der Auswerteelektronik 15. Sie besteht im wesentlichen aus einem Echtzeit-Rechnersystem mit einem Mikrocontroller 19 mit einem Speicher 20, in dem die für die verschiedene Zielarten charakteristische Merkmalsdaten abgelegt sind. Der Mikrocontroller 19 ist über einen Analog-/Digitalwandler 21 und einer als Weckschaltung wirkenden Schwellwertschaltung 22 (sowie weiteren aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten Baueinheiten, wie Signalverstärkern und Filterstufen) mit den akustischen Sensoren 8 und dem seismischen Sensor 10 verbunden.
Wie aus 4 zu entnehmen ist, werden die von den akustischen Sensoren 8 und dem Geofon 10 kommenden zeitabhängigen Signale A1-A3 und S1 nach ihrer Verstärkung mit einer Abtastrate von z.B. 2,5 KHz digitalisiert. Die entsprechenden Signalpakete mit einer vorgegebenen Dauer von z.B. 400 ms werden dann mit einer Fenster-Funktion (z.B. einem Hamming-Fenster) multipliziert und die sich ergebenden Zeitsamples werden anschließend fouriertransformiert, wobei die Fouriertransformation vorzugsweise mit Hilfe einer schnellen Fouriertransformation (FFT) durchgeführt wird.
Unter Berücksichtigung der vorgegebenen arrayartigen Mikrofongeometrie läßt sich dann der Peilwinkel bestimmen, wobei eine Korrelation der Sensorsignale A1-A4 mit Hilfe der schnellen Fouriertransformation durchgeführt wird.
Mit Hilfe zielcharakteristischer Merkmale der akustischen und der seismischen Signale und deren Spektren (z.B. der Leistung der Gesamtsignale, der Leistung, bezogen auf vorgegebene Frequenzintervalle, Verhältnisse der Leistungen in unterschiedlichen Frequenzbereichen, Leistungsverhältnisse von akustischer zu seismischer Leistung in vorgegebenen Frequenzintervallen und/oder dominate Frequenzen und Frequenzbereiche) erfolgt dann sowohl eine Klassifikation des Zieles als auch die Ermittlung der Zielgeschwindigkeit.
Als besonders geeignet zur Ermittlung der Zielklassifikation und Zielgeschwindigkeit hat sich die sogenannte Clusteranalyse bewährt. Hierbei wird ein mehrdimensionaler Merkmalsraum aus Merkmalen aufgespannt, die zunächst durch sorgfältige Vermessung von möglichen Zielen unter verschiedenen Bedingungen gewonnen werden. Diese Merkmalsvektoren werden in geeigneter Form in dem Speicher 20 abgelegt. Anschließend wird dann der ermittelte Merkmalsvektor eines unbekannten Zieles mit den gespeicherten Werten verglichen und durch diesen Vergleich der passende Wert für die Fahrzeuggeschwindigkeit (Geschwindigkeitsbetrag) und den Zieltyp (in der Regel näherungsweise) bestimmt.
Aus dem Peilwinkel und der Zielgeschwindigkeit bestimmt der Mikrocontroller 19 dann die Bahnkurve und mit dieser sowie der Ziel/Nichtziel-Entscheidung wird der optimale Auslösezeitpunkt für den Abschuß der Submunition unter Verwendung der gegebenen Daten der Submunitions-Ballistik und der Abschußeinrichtung ermittelt.

1: Flächenverteidigungsmine, Mine
2: Gehäuse
3: Abschußeinrichtung
4: Bein
5: Erdboden
6: Unterteil
7: Gehäuse-Oberteil, Gehäusebauteil
8: akustischer Sensor, Sensorik, Mikrofon
9: bodenseitiges Ende
10: seismischer Sensor, Sensorik, Geofon
11: erste Ende (Befestigungsteil)
12: Befestigungsteil
13: zweites Ende (Befestigungsteil)
14: Ausnehmungen
15: Auswerteelektronik
16: Innenseite
17: Ziel
18: Bahnkurve
19: Mikrocontroller
20: Speicher
21: Analog-/Digitalwandler
22: Schwellwertschaltung

Claims

Flächenverteidigungsmine mit einem mit einer Abschußeinrichtung (3) versehenen Gehäuse (2), mindestens einem aus der Abschußeinrichtung (3) abfeuerbaren und eine zielsuchende Zündeinrichtung aufweisenden Submunitionskörper, einer ausschließlich aus passiven Sensoren bestehenden Sensorik (8, 10) und einer mit der Sensorik (8, 10) verbundenen Auswerteelektronik (15) mit den Merkmalen: a) die Sensorik (8, 10) umfaßt mindestens drei arrayartig an der Außenseite des Gehäuses (2) angeordnete akustische Sensoren (8); b) die Auswerteelektronik (15) umfaßt einen Mikrocontroller (19) mit einem Speicher (20), in dem für verschiedene Zielarten charakteristische Merkmalsdaten abgelegt sind; c) der Mikrocontroller (19) – ermittelt aus den mit den Sensoren (8) empfangenen Signalen und dem Abstand der Sensoren (8) voneinander den jeweiligen Peilwinkel, unter dem die Mine (1) das mögliche Ziel (17) sieht, – vergleicht die mit den akustischen Sensoren (8) gemessenen Daten mit den für verschiedene Zielarten in dem Speicher abgelegten charakteristischen Merkmalsdaten und führt eine Zielklassifikation und eine Zielgeschwindigkeitsbestimmung vor, – ermittelt aus der Zielgeschwindigkeit und dem zeitlichen Verlauf des Peilwinkels näherungsweise den zeitlichen Verlauf der Bahnkurve des als Ziel (17) klassifizierten Objektes und – ermittelt aus dem zeitlichen Verlauf der Bahnkurve und der vorgegebenen Submunitions-Ballistik einen optimalen Auslösezeitpunkt für den Abschuß der Submunition aus der Mine (1).
Flächenverteidigungsmine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorik (8, 10) zusätzlich zu den akustischen Sensoren (8) für die Zielklassifizierung und/oder Zielgeschwindigkeitsermittlung mindestens einen mit der Auswerteelektronik (15) verbundenen seismischen Sensor (10) umfaßt.
Flächenverteidigungsmine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik (15) eine Weckschaltung umfaßt, die mit dem akustischen und/oder dem seismischen Sensor (8, 10)) verbunden ist, derart, daß beim Empfang zielrelevanter akustischer und/oder seismischer Signale die Auswerteelektronik (15) aktiviert wird.
Flächenverteidigungsmine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Sensoren (8) und die Auswerteelektronik (15) an einem zylinderförmigen Gehäusebauteil der Mine (1) befestigt sind, welches als vormontierbare Einheit herstellbar ist.
Flächenverteidigungsmine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Sensoren (8) an schwenkbaren armförmigen Befestigungsteilen (12) angeordnet sind, welche beim oder nach dem Verlegen der Mine (1) aus entsprechenden in dem zylinderförmigen Gehäusebauteil (7) vorgesehenen Ausnehmungen (14) nach außen schwenkbar sind.