DE2743477A1

DE2743477A1 - Fehltreffer-melder fuer luftziele

Info

Publication number: DE2743477A1
Application number: DE19772743477
Authority: DE
Inventors: Terence William Chubb; John Sheppard
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1976-09-27
Filing date: 1977-09-27
Publication date: 1978-03-30
Also published as: GB1572714A; FR2365773A1; SE7710632L

Description

IKG. R. BEETZ SEW. - DIPU-INC. K MMPRECMI V O *7 / O / '7 "7

je. R. BtETZ _JR.. _M mn..mm.tSSS Z/434 /7

Steinsdorfrtne· IO · 8000 IMnOm 22

27.339P 27. Sept. 1977

The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, Whitehall, London SWl, Großbritannien

Fehltreffer-Melder für Luftziele

Die Erfindung betrifft einen Fehltreffer-Melder für Luftziele, insbesondere einen akustischen Fehltreffer-Melder.

Zur Waffenerprobung und für Schießübungen werden Luftziele verwendet und auf diese Geschosse im allgemeinen von hinten abgefeuert. Normalerweise hat ein derartiges Ziel einen torpedoförmigen Rumpf mit Leitflächen am Schwanz und wird von einem Schlepptau geschleppt, das an einem Befestigungspunkt an der Seite des Rumpfs ungefähr auf halber Rumpflänge befestigt ist. Bisher wird insbesondere ein Trefferablage-Melder zusammen mit einem derartigen Ziel verwendet, der einen Wandler, normalerweise ein Mikrophon, am Ziel aufweist, um Stoßwellen von den Geschossen zu erfassen, die mit Überschallgeschwindigkeit das Ziel

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passieren, und eine an den Wandler angeschlossene Einrichtung zur Abschätzung der Trefferablage der Geschosse aufgrund der Intensität der erfaßten Stoßwellen. Die geschätzten Trefferablagen (Fehlabstände) werden codiert und an eine Empfangsstation gesendet. Dieser akustische Trefferablage-Melder meldet allerdings nicht die Fehltreffer-Richtung, d. h. die von ihm gesendeten Daten sind gleich, egal ob das Geschoß links oder rechts oder oben oder unten das Ziel passiert.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Fehltreffer-Melder zu schaffen, der gewisse Angaben auch über die Fehltreffer-Richtung macht.

Die erfindungsgemäß Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch das Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Mindestens einer der Wandler kann auch an eine Einrichtung zur Abschätzung der Trefferablage der Geschosse aufgrund der Intensität der erfaßten Stoßwellen angeschlossen sein.

Vorzugsweise sind auf dem Vieleck vier Wandler angeordnet, und vorzugsweise ist das Vieleck ein Rechteck, insbesondere Quadrat, wobei ein Wandler oberhalb der Längsachse des Ziels, ein anderer unten und jeweils einer an jeder Seite angeordnet sind. Bei einem geschleppten Ziel befinden sich die Wandler vorzugsweise vor dem Befestigungspunkt für das Schlepptau durch das das Ziel geschleppt ist, und bei beliebigen Zielen sind sie vorzugsweise am Vorderende des Ziels nach vorn springend angeordnet.

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Die Einrichtung zur Ermittlung von Richtungsinformation kann ihrerseits eine Einrichtung aufweisen, die für jede Stoßwelle das erste Paar von benachbarten Wandlern feststellt, um die Stoßwelle zu erfassen, so daß der Quadrant festgestellt wird, durch den das Geschoß passierte.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ziel mit einem Fehltreffer-Melder,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Melders von Fig. 1 und

Fig. 3 und 4 genauer erfindungswesentliche Schaltungsteile des Blockschaltbilds von Fig. 2.

Das Ziel von Fig. 1 hat einen zylindrischen Rumpf 1, eine stumpfe Nase 2 und hintere Leitflächen 3. Ungefähr auf halber Länge des Rumpfs 1 befindet sich ein Schlepptau-Befestigungspunkt 4. Das Ziel ist herkömmlich aufgebaut. Bei Gebrauch wird das Ziel von einem Flugzeug durch ein Schlepptau geschleppt, das am Schlepptau-Befestigungspunkt 4 befestigt ist, so daß es mit seiner Nase nach vorn und unten und zum Hinterteil des Flugzeugs zeigt, während der Schlepptau-Befestigungspunkt 4 nach oben gerichtet ist.

Auf der Nase des Ziels sind vorspringend vier Mikrophone 5-8 in quadratischer Anordnung verteilt. Das Mikrophon 5 befindet sich oberhalb der Längsachse des Ziels, wenn das Ziel seine Gebrauchs-Orientierung angenommen hat, das Mikrophon 6 unterhalb der Achse sowie die Mikrophone 7 und 8 jeweils an einer Seite der Achse. Die Nasen-Haiterung hat sich

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als aerodynamisch zufriedenstellend erwiesen, wenn geschoß- bzw. kugelförmige Mikrophone verwendet werden, und hat den Vorteil gegenüber einer Halterung z. B. am Hinterende des Ziels, daß die Mikrophone sich nicht in der Nachströmung des Schlepptaus befinden, die stärkere Geräusche hinter dem Schlepptau erzeugt. Der Vorteil der vorspringenden Anordnung der Mikrophone an der Nase besteht darin, daß die Mikrophone Stoßwellen von allen Seiten empfangen können, ohne durch den Zielrumpf abgeschattet zu sein.

Gemäß Fig. 2 sind die Mikrophone 5-8 mit einem Sektorcode-Generator 9 verbunden, der ein Sektorsignal bei Erfassen einer Stoßwelle erzeugt, das angibt, welches von zwei benachbarten Mikrophonen zuerst die Stoßwelle erfaßt hat. Das Sektorsignal wird über ein Verzögerungsglied 10 in einen Multiplexer 11 eingespeist. Das eine der vier Mikrophone, nämlich das Mikrophon 6, ist auch mit einem Trefferablagecode-Generator 12 verbunden, der ähnlich wie in einem herkömmlichen Trefferablage-Melder aufgebaut ist und ein Entfernungssignal entsprechend der Trefferablage aufgrund der Intensität der Stoßwelle erzeugt. Dieses Trefferablage-Signal wird ebenfalls in den Multiplexer 11 eingespeist, der das Sektorsignal und das Trefferablage-Signal verknüpft^ sowie das resultierende Signal in einen Modulator 13 einspeist, der ein moduliertes Signal erzeugt und dieses an einen Sender 14 abgibt.

Aus dem vom Sender 14 gesendeten Signal kann nicht nur die Trefferablage, sondern auch der Quadrant ermittelt werden, durch den hindurch jedes Geschoß passierte, und zwar oben links, oben rechts, unten links oder unten rechts. Die Quadranteninformation ist nur völlig zuverlässig, wenn die Geschosse unmittelbar von hinten auf das

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Ziel gefeuert werden, wie es bei Geschützerprobungen üblich ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Fehlerrate nur 5 % beträgt, wenn die Geschosse unter 20° zur Zielachse gefeuert werden, wobei zu erwarten ist, daß in der Praxis meistens von
feuert werden wird.

Praxis meistens von hinten und innerhalb 20° zur Achse ge-

Der Sektorcode-Generator ist genauer in Fig. 3 abgebildet. Die verstärkten Ausgangssignale der Mikrophone 5-8 von Fig. 1 und 2 werden über zugehörige Bandpaßfilter 15-18 in Eingänge von zugehörigen Monoflops 19-22 eingespeist. Die Bandpaßfilter 15-18 haben ein Durchlaßband von 3 Hz bis 9 kHz und sind vorgesehen, um höhenabhängige Stoßwellensignal-Komponenten zu unterdrücken, so daß der Verlauf der in die Monoflops 19-22 eingespeisten Signale im wesentlichen unabhängig von der Betriebshöhe des Ziels ist. Die Monoflops 19-22 geben Impulse von ca. 5 ms Dauer ab.

Die Ausgänge der Monoflops 19-22 sind an Eingänge von vier NAND-Gliedern 23-26 wie folgt angeschlossen:

Der Ausgang des Monoflops 19 an die Eingänge der NAND-Glieder 23 und 26; der Ausgang des Monoflops 20 an die Eingänge der NAND-Glieder 24 und 25; der Ausgang des Monoflops 21 and die Eingänge der NAND-Glieder 23 und 24 sowie der Ausgang des Monoflops 22 an die Eingänge der NAND-Glieder und 26. Die Ausgänge der NAND-Glieder 23-26 sind über zugehörige Kondensatoren 27-30 mit Eingängen von zugehörigen Monoflops 31-34 verbunden, die gesetzt werden, um invertierte Impulse mit einer Dauer von 10 ms zu erzeugen. Die Ausgänge der Monoflops 31-34 sind jeweils an Eingänge aller der NAND-Glieder 23-26 mit Ausnahme Jeweils einen angeschlos-

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sen, d. h. der Ausgang des Monoflops 31 ist mit den Eingängen der NAND-Glieder 24-26, d. h. allen außer dem NAND-Glied 23, verbunden, der Ausgang des Monoflops 32 mit den Eingängen aller NAND-Glieder bis auf das NAND-Glied 24 usw.

Die Ausgänge der Monoflops 31-33 sind auch mit Eingängen von NAND-Gliedern 35 und 36 wie folgt verbunden:

Der Ausgang des Monoflops 31 mit einem Eingang des NAND-Glieds 35; der Ausgang des Monoflops 32 mit Eingängen der NAND-Glieder 35 und 36 sowie der Ausgang des Monoflops 33 mit einem Eingang des NAND-Glieds 36. Die Ausgänge X und Y der NAND-Glieder 35 und 36 sind die Sektorcodeausgänge des Sektorcode-Generators.

Wenn keine Stoßwellen erfaßt worden sind, liegen die Ausgänge der Monoflops 19-22 auf logischem "O"-Pegel, so daß die Ausgänge der NAND-Glieder 23-26 auf logischem "1"-Pegel liegen. Die Ausgänge der Monoflops 31-34 liegen auf logischem "1"-Pegel, so daß die Ausgänge X und Y der NAND-Glieder 35 und 36 auf logischem "O"-Pegel liegen. Wenn Stoßwellen von zwei benachbarten Mikrophonen empfangen worden sind, z. B. den Mikrophonen 5 und 7 in Fig. 1 und 2, und zwar innerhalb von 5 "is Abstand, so werden die entsprechenden der Monoflops 19-22, nämlich in diesem Beispiel I9 und 21, gleichzeitig auf logischen "1"-Pegel gesetzt. Alle Eingänge von einem der NAND-Glieder 23-26, nämlich des NAND-Glieds 23 im vorliegenden Beispiel, werden dann gleichzeitig auf logischen "1"-Pegel gesetzt, so daß das Ausgangssignal dieses NAND-Olieds auf logischen "O"-Pegel fällt. Der Eingang des zugehörigen der Monoflops 31-34, Im vorliegenden Beispiel 31* fällt darauf momentan auf den logischen "0^M-

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Pegel, so daß eine Triggerung erfolgt. Der Ausgang des entsprechenden der Monoflops 31-34 fällt dann auf logischen "O"-Pegel. Da die Ausgänge der Monoflops 31-34 die beschriebenen Verbindungen mit den Eingängen der NAND-Glieder 23-26 aufweisen, werden bei Triggern eines der Monoflops 31-34 die Eingänge der anderen gesperrt. Daher wird nur eines der Monoflops 31-34 entsprechend dem ersten Paar von benachbarten Mikrophonen getriggert, um eine Stoßwelle zu erfassen. Wenn das erste Paar 5 und 7 ist, wird 31 getriggert, bei 6 und J dann 32, bei 6 und 8 dann 33 und bei 5 und 8 dann 34. Die NAND-Glieder 35 und 36 erzeugen ein 2-Bit-Sektorsignal an ihren Ausgängen X und Y. V/enn das Geschoß das Ziel in einem der beiden unteren Quadranten passiert, so ist das erste Paar von benachbarten Mikrophonen zum Erfassen der Stoßwelle 6 und 7 oder 6 und 8, so daß das Monoflop 32 oder 33 getriggert wird. In beiden Fällen befindet sich der Ausgang Y auf logischem "1"-Pegel. Wenn das Geschoß das Ziel in einem der beiden oberen Quadranten passiert, so befindet sich der Ausgang Y auf logischem "O"-Pegel. Ähnlich ist der Ausgang X auf logischem "1"- oder "O"-Pegel, wenn das Geschoß rechts oder links passiert (wenn von hinten sich dem Ziel nähert).

Der Sektorcode-Generator von Fig. 3 hat auch Mittel zur Erkennung von StorSignalen. Die Ausgänge der Monoflops I9 und 20 sind mit den Eingängen eines NAND-Glieds 37 und die Ausgänge der Monoflops 21 und 22 mit den Eingängen eines NAND-Glieds 38 verbunden. Die Eingänge der Monoflops 31-34 sind sämtlich mit Eingängen eines NAND-Glieds 39 verbunden. Die Ausgänge der NAND-Glieder 37-39 sind mit Eingängen eines NAND-Glieds 40 verbunden, dessen Ausgang an einen Eingang eines Monoflops 41 angeschlossen ist.

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Bevor irgendwelche Stoßwellen erfaßt werden, befinden sich die Ausgänge der NAND-Glieder 37 und 38 auf logischem "1"-Pegel und der Ausgang des NAND-Glieds 39 auf logischem "O"-Pegel. Der Ausgang des NAND-Glieds 40 liegt dann auf logischem "1"-Pegel. Wenn ein Paar benachbarte Mikrophone eine Stoßwelle erfaßt hat, fällt einer der Eingänge des NAND-Glieds 39 auf logischen "o"-Pegel ab, so daß sein Ausgang auf logischen "1"-Pegel ansteigt. Wenn die Ausgänge der NAND-Glieder 37 und 38 sich noch auf logischem "1"-Pegel befinden, was der Fall ist, wenn kein Paar gegenüberliegende Mikrophone eine Stoßwelle erfaßt hat, dann fällt der Ausgang des NAND-Glieds 40 auf logischen "O"-Pegel ab und wird das Monoflop 41 getriggert. Wenn andererseits ein Paar gegenüberliegender Mikrophone eine Stoßwelle vor irgendeinem anderen Paar benachbarter Mikrophone erfaßt, befindet sich der Ausgang entweder des NAND-Glieds 37 oder des NAND-Glieds 38 auf logischem "θ"-Pegel und wird das Monoflop 41 nicht getriggert. Ein Impuls vom Monoflop 41 gibt also eine erlaubte Reihenfolge von Erfassungen an, was auf den ersten Blick eine zuverlässige Sektoranzeige bedeutet.

Die in Fig. 4 gezeigte Schaltung stellt das Verzögerungsglied 10 und den Multiplexer 11 von Fig. 2 dar. Der Ausgang des Trefferablagecode-Generators 12 von Fig. 2 ist mit einem Eingang eines Addierers 42, der das Multiplexen vornimmt, und einem Eingang eines Monoflops 43 verbunden. Die Impulslänge des Monoflops 43 bestimmt vor allem die Länge der erzeugten Verzögerung, weshalb ihr optimaler Wert von der Dauer des Ausgangssignals des Trefferablagecode-Generators 12 abhängt; ca. 20 ms ist ein typischer Wert. Der Ausgang des Monoflops 43 ist mit einem Eingang eines NAND-Glieds 44 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Monoflops 41 von Fig. 3 verbunden 1st. Der Ausgang des NAND-Glieds 44

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ist über zwei Monoflops 45 und 46 in Reihe an einen Parallellast-Triggereingang/eines fünfstufigen Schieberegisters 4? angeschlossen. Die fünf parallelen Dateneingänge des Schieberegisters 47 werden mit konstanten "θ"-, "1"- und ^w0ⁿ-Pegelsignalen sowie den Ausgangssignalen von den Ausgängen X und Y des Sektorcode-Generators von Fig. 3 beaufschlagt.

Der Ausgang des Monoflops 43 ist auch über ein Monoflop 48 mit einem Setzeingang eines Flipflops 49 verbunden. Der nichtinvertierende Ausgang des Flipflops 49 ist mit einem Eingang eines NAND-Glieds 50 verbunden, dessen anderer Eingang einen Taktpuls empfängt. Der Ausgang des NAND-Glieds 50 ist an einen Takteingang C des Schieberegisters und an einen Eingang eines Zählerstand-5-Zählers 51 angeschlossen. Der Ausgang des Zählers 51 ist an den Rücksetzeingang des Flipflops 49 und an einen Eingang eines Monoflops 52 angeschlossen. Die Ausgänge des Monoflops 52 sind mit dem Rücksetzeingang R des Schieberegisters 47 bzw. dem RUcksetzeingang des Zählers 51 verbunden. Der Serienausgang des Schieberegisters 47 ist an den anderen Eingang des Addierers 42 angeschlossen.

Wenn eine Stoßwelle erfaßt wird und der Trefferablagecode-Generator 12 von Fig. 2 ein Ausgangssignal erzeugt, so gelangt dieses in den Addierer 42_}und gleichzeitig wird das Monoflop 43 getriggert. Wenn ein Impuls auch durch das Monoflop 41 von Fig. 3 erzeugt wird, fällt der Ausgang des NAND-Glieds 44 auf logischen "O"-Pegel ab, was das Monoflop 45 triggert, das nach einer Verzögerung das Monoflop 46 triggert, so daß das Schieberegister 47 mit den Ausgangssignalen von den Ausgängen X und Y des Sektorcode-Generators und einem konstanten "OlO"-Code beaufschlagt wird.

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Wenn das Monoflop 43 in seinen stabilen Zustand zurückkehrt, bis zu welchem Zeitpunkt das Signal vom Trefferablagecode-Generator beendet sein sollte, wird das Monoflop 48 getriggert, so daß das Flipflop 49 gesetzt und das NAND-Olied 50 geöffnet wird. Taktimpulse werden dann in das Schieberegister 47 eingespeist, so daß die fünf Bits "OlOXY" in den Addierer 42 gelangen. Wenn fünf Taktimpulse am Ausgang des NAND-Glieds 50 aufgetreten sind, wird durch den Zählerstand-5-Zähler 51 das Flipflop 49 zurückgesetzt und das Monoflop 52 getriggert, das den Zähler 51 und das Schieberegister 47 rücksetzt.

Der Addierer 42 empfängt also zuerst den Trefferablagecode und dann den Sektorcode. Falls kein Signal vom Trefferablagecode-Generator 12 gekommen wäre, wäre das Schieberegister 47 niemals beaufschlagt oder getaktet worden, so daß es kein Ausgangssignal erzeugt hätte. Eine derartige Situation kann auftreten, wenn ein Geschoß das Ziel in großer Entfer_T nung passiert, da die Trefferablagecode-Generatoren grundsätzlich kein Ausgangssignal bei Geschossen erzeugen, deren berechnete Entfernung eine gewisse Entfernung von z. B. 14 m überschreitet. Falls kein Impuls vom Monoflop 41 von Fig. erzeugt worden wäre, wä^e das Schieberegister 47 nicht beaufschlagt bzw. geladen worden, selbst wenn es getaktet worden wäre. Das Ausgangssignal des Addierers 42 hätte dann den Trefferablagecode, gefolgt von fünf "O"-Bits, aufgewiesen. Das Fehlen der konstanten "OlO"-Bits in den Sektorcodebits hätte angezeigt, daß keine zuverlässige Sektorinformation gewonnen werden konnte.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können in verschiedener Hinsicht abgewandelt werden. Z. B. könnte der MeI-

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der anstatt Festeilung des ersten Paars von benachbarten Mikrophonen zum Erfassen der Stoßwelle einfach das erste Mikrophon zum Erfassen der Stoßwelle feststellen. Dies würde eine Gewinnung von Richtungsinformation in Quadrantenform unter Verwendung einfacherer Elektronik erlauben, jedoch bei gleichzeitigem Nachteil des Verlustes des Schutzes vor Störsignalen. Wahlweise könnte bei größerem Schaltungsaufwand eine Richtungsinformation in Oktantenform durch Peststellen der Erfassungsreihenfolge innerhalb des ersten Mikrophon-Paars oder durch Peststellung des ersten Paars und des dritten Mikrophons zur Stoßwellenerfassung gewonnen werden. Das beschriebene Ausführungsbeispiel stellt einen Kompromiß zwischen gewünschter Leistungsfähigkeit und einfachem Schaltungsaufbau dar, wobei berücksichtigt ist, daß Luftziele nur eine beschränkte Lebensdauer haben.

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e e r s e i \ e

Claims

Patentansprüche

l.'^: Fehltreffer-Melder für Luftziele, gekennzeichnet

durch mehrere Wandler (5-8), die auf den Ecken eines Vielecks um die Längsachse des Ziels (1) angeordnet sind, um Stoßwellen von das Ziel mit Überschallgeschwindigkeit passierenden Geschossen zu erfassen, und

durch eine an die Wandler angeschlossene Einrichtung (9; Fig. 3) zur Gewinnung von Richtungsinformation aufgrund der verschiedenen Erfassungszeitpunkte der Stoßwellen durch die Wandler.
2. Fehltreffer-Melder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zur Gewinnung der Richtungsinformation diese aus der Reihenfolge, in der die Wandler eine Stoßwelle erfassen, gewinnt.
3. Fehltreffer-Melder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zur Gewinnung der Richtungsinformation das erste Paar benachbarter, eine Stoßwelle erfassender Wandler ermittelt und allein daraus die Richtungsinformation gewinnt.
4. Fehltreffer-Melder nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zur Ermittlung der Richtungsinformation eine Warneinheit (37-41) zum Erkennen von Erfassungs-Reihenfolgen, die mit der Erfassung einer einzigen Stoßwelle aus einer Richtung quer zur Längsachse des Ziels nicht verträglich sind, und zur entsprechenden Erzeugung eines Warnsignals aufweist (Fig. 3).

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5. Fehltreffer-Melder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die WarnelnhelE/feststellt, wenn eine Stoßwelle offensichtlich durch ein Paar nichtbenachbarter Wandler vor der Erfassung durch ein Paar benachbarter Wandler erfaßt wird.
6. Fehltreffer-Melder nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

der auf einem Ziel mit einem Schlepptau-Befestigungspunkt montiert ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (5-8) in Schlepprichtung vor dem Schlepptau-Befestigungspunkt (4) montiert sind (Fig. 1).
7. Fehltreffer-Melder nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Wandler (5-8) auf der Nase des Ziels (1) montiert sind (Fig. 1).
8. Fehltreffer-Melder nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß vier Wandler (5-8) vorgesehen und an den Ecken eines Quadrats angeordnet sind (Fig. 1).
9. Fehltreffer-Melder nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,

gekennzeichnet

durch eine an einen (6) der Wandler (5-8) angeschlossene, für sich bekannte Einrichtung (12) zur Gewinnung von Trefferablage-Information aus der Intensität der erfaßten Stoßwellen (Fig. 2).

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10. Fehltreffer-Melder nach Anspruch 9, gekennzeichnet

durch einen Sender (13, 14) zum Senden der Trefferablage-Information und der Richtungsinformation an eine Empfangsstation (Fig. 2).