DE3014395C1 - Anordnung zur Signalverarbeitung für Lauerminen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Signal­ verarbeitung für Lauerminen unter Verwendung von Sensoren zum Aufnehmen von Boden- und/oder Luftschall, bei welcher der Amplitudenverlauf und die Frequenz als Auslösekriterium verwertet wird.

Solche Sensoren sind an sich bekannt. Aus der DE-PS 15 31 721 ist eine Seemine mit Fernzündung offenbart, deren Zünder auf elektrische Unterwasserstromlinien anspricht, daher liegt hier ein völlig anderes Verhalten der Amplituden- und Frequenz­ maxima vor, das sich zur Lösung der nachstehend angegebenen Aufgabe nicht übertragen läßt.

Eine Zündschaltung für Streumunition, wobei sich auf die Feststellung des minimalen Zielabstandes bezogen wird, ist aus der DE-OS 26 08 067 bekanntgeworden. Eine Maximalbewertung von Sensorsignalen ist hier nicht möglich. Allen bekannten Sensor-Ausführungsformen haftet der Nachteil an, daß sie sehr stark pegelabhängig sind und daß die Detektion erst sehr spät nach dem sogenannten Wechselpunkt erfolgt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Signalverarbeitungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der - beispielsweise durch das Passieren eines Luftfahrzeuges über oder nahe einer Lauermine - durch Aus­ wertung der in Bodenschallaufnehmern bzw. allgemeinen Schall­ aufnehmern gewonnenen Signale anhand der Frequenzänderung, der Impulsdichte über der Bewertungsschwelle und der Frequenz­ bewertung über die Phasenbezüge eine Detektion erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 niedergelegten Maßnahmen in zuverlässiger Weise gelöst, wobei in den Unter­ ansprüchen auf vorteilhafte Ausgestaltungen hingewiesen wird. In der nachfolgenden Beschreibung werden Ausführungs­ beispiele beschrieben und behandelt, so in den Zeichnungen dargestellt, die außerdem weitere Erläuterungen geben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 die Schaltanordnung eines Maximumdetektors für die vorgeschlagene Anordnung,

Fig. 4 ein vereinfachtes Ablaufschema (Flow-Diagramm) für den Verarbeitungsteil des Maximumdetektors nach Fig. 3,

Fig. 5 Skizzendiagramm der Clock-Pulse als Maß für die Signalspannung,

Fig. 6 Diagramm für die Mittelung des Signalwertes in dem Verarbeitungsteil.

Das in der Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Signalverarbeitung der eingangs genannten Art setzt sich aus dem Aufnehmer- und Verstärkersensor 10, und ihm zugeordne­ ten Amplituden-Schwellwertdetektor mit Max-Detektor je nach Ausführung 13 sowie dem Frequenzwandler 11, der eine Eingangs­ spannung in eine entsprechende Frequenz umwandelt, zusammen, wobei letzterem ein analoger oder digitaler Maximumdetektor 12 zugeordnet ist, dessen Ausgangssignal zusammen mit dem Ausgangssignal des Schwellwertdetektors 13 einer Zündauslöse­ einheit 14 eingegeben werden. Es können nun zwei Zündkriterien erzeugt werden, einmal eine Zündung nach Überschreiten des Pegelmaximums, wobei die Pegel digital gemittelt werden und zum andernmal eine Zündung nach Überschreiten des Frequenz­ maximums. Hier verhindert eine Unterschreitung der Pegel­ schwelle eine Zündung.

Der eingesetzte digitale Maximumdetektor arbeitet nach dem Prinzip eines Schleppzeigers, d. h. das anliegende Signal wird digitalisiert und über eine Zeit von rund 80 ms gemittelt. Hierbei soll noch einmal hervorgehoben werden, daß sich diese Beschreibung auf Ausführungs­ beispiele bezieht und je nach Gegebenheiten Werte und Dimensionierungen etc. anders gewählt werden können. Im vorliegenden Beispiel (siehe hierzu auch Fig. 3) ist also der Mittelwert B erhalten worden und wird nun mit dem in einer vorhergegangenen Mittelungsperiode gefun­ denen Mittelwert A verglichen.

Ist der neue Wert B nun größer als der Wert A, so wird er in einen Speicher 20 übernommen und nach der nächsten Mittelungsperiode zum Vergleich herangezogen. Diese Übernahme wird durch einen sogenannten "Latch-Impuls" 21 erzwungen und angezeigt. Um nun zu verhindern, daß Werte, die unterhalb einer vorbestimmten Schwelle liegen, eine Zündung auslösen, ist der Zwischenspeicher 20a mit der Schwelleneinheit 22 angeordnet. Letztere ist neben dem Komparator 20b angeordnet.

Damit aber ein kurzzeitiges Zwischenmaximum keine Zündung auslösen kann, ist der Zündauslöseeinheit 14, 114 eine Nachtrigger-Zeiteinheit 19 vorgeschaltet. Durch diese Einheit 19 wird nun nur ein Zündsignal gegeben, wenn innerhalb einer einstellbaren Nachtriggerzeit kein neuer Mittelwert größer ist als der bisher gespeicherte Maximal­ wert. Man kann hier auch von einer digitalen Integration zur Bestimmung des Maximums sprechen.

Die Fig. 3 zeigt den Aufbau und die Schaltung des vor­ geschlagenen Maximumdetektors 12, 112. Dieser setzt sich aus dem Steuerteil 15 und dem Verarbeitungsteil 16 zu­ sammen, wobei das Steuerteil aus einem Sägezahngenerator 18, einem AD-Wandler 18a, dem Taktgeber 18b und dem Steuerpulsgeber Latch/Reset 18c besteht.

Das Verarbeitungsteil 16 umfaßt die Mittelungseinheit bzw. den Zähler B 16a, die Zwischenspeicher 20, 20a, den Digitalkomparator 20b, die Nachtrigger-Zeiteinheit 19 und die Schwelle 22. Den Speichern des Maximumdetektors 12, 112 ist ein externes Reset 17 zugeordnet, mit dem sie auf Null gesetzt werden können und dadurch ein Zünden zu jedem Zeitpunkt verhindert werden kann. Der Komparator ist ein Mehrfachkomparator, der die Mindestamplitude und die drei Ausgangssignale der Bandpässe vergleicht.

Zum Steuerteil 15 ist zu sagen, daß ein Taktgenerator - hier z. B. als rc-Generator 18b ausgeführt - einen Takt von z. B. 100 kHz erzeugt (T = 10 µs). Der Takt wird über den Zähler 187 und das Widerstandsnetzwerk 18 _w in eine Treppenkurve verarbeitet und über den Teiler 18d und eine Logik 18c so verarbeitet, daß nach 80 ms ein kurzer Latch-Puls und 10 µs später ein Reset-Puls erfolgt. Außerdem wird ein 200 Hz-Takt an den Verarbeitungsteil 16 geführt.

Der Latch-Puls 21 veranlaßt den Verarbeitungsteil 16 zu einem Vergleich zwischen dem neuen Pegel und dem im Spei­ cher 20 enthaltenen alten Pegel. Der Reset-Puls löscht den Speicherinhalt des Zählers 16a und danach ist der Verarbeitungsteil 16 für eine neue Mittelung wieder be­ reit.

Die niedrigsten fünf Bit des von der Takteinheit 18b gespeisten Zählers 18 _z des Sägezahngenerators 18 wer­ den einem Widerstandsnetzwerk 18 _w desselben zugeführt.

Am Ausgang dieses Netzwerkes entsteht eine sogenann­ te Treppenfunktion von 32 Stufen. Der Analogkompara­ tor 18a vergleicht die anliegende Signalspannung mit dem Wert des Netzwerkes 18 _w und liefert einen hohen Ausgangswert, wenn die Signalspannung größer ist als die Vergleichsspannung. Der Zähler 16a des Verarbei­ tungsteiles 16 wird somit bei jedem Taktpuls um 1 er­ höht und zwar solange das Signal größer als die Ver­ gleichsspannung ist. Das heißt aber, daß die Anzahl der Clockpulse ein Naß für die Signalspannung ist. (Siehe hierzu Fig. 5).

Die Logik des Verarbeitungsteils 16 nimmt die vom Steuerteil 15 kommenden Clock-Pulse auf und summiert sie über 256 Zyklen im Zähler 16a, der also beim Ein­ treffen des sog. Latch-Pulses einen über 80 ms ge­ mittelten Signalwert enthält. (Siehe hierzu Fig. 6).

Der Ablauf beim Vergleich und der Nachtriggerzeit ist in dem Flußdiagramm gemäß Fig. 4 so eindeutig wieder­ gegeben, daß sich eine nähere Beschreibung erübrigt. Erwähnt muß noch werden, daß ein externes Reset für eine Dauer größer als 82 ms alle Speicher des Verar­ beitungsteils 16 auf Null setzt bzw. setzen kann. Ein Unterschreiten der gewählten Schwelle wird am Ausgang der Schwelle 22 signalisiert.

In der Fig. 2 ist ein im Prinzip gleiches, im Auf­ bau etc. etwas abgewandeltes Ausführungsbeispiel ge­ zeigt. Hier sind zwischen dem Aufnehmer- und Verstär­ kersensor 10 und dem Komparator 112 Bandpaßfilter 111a -c geschaltet, die analog oder digital arbeiten können.

Zusammenfassend vollzieht sich die Erzeugung des so­ genannten "Zündout" wie folgt:
Das Sensor-Signal erzeugt am Eingang des Wandlers 11, 111a-c, einen Puls so oft es einen Wert von 150 mV überschreitet. Das Ausgangssignal des Wandlers wird 2 : 1 im Pegel angepaßt und dem Maximumdetektor 12, 112 zugeführt. Ein Überschreiten des Frequenzmaxi­ mums führt nur dann zum positiven Zündsignal 30, 130, wenn gleichzeitig die Pegelschwelle des Amplituden­ schwellwertdetektors 13 überschritten ist. Das Zünd­ signal von diesem Detektor erfolgt erst beim Über­ schreiten seines Pegelmaximums, sofern die Nachtrig­ gerzeit abgelaufen und die Schwelle überschritten ist.

Die erfindungsgemaße Anordnung wie sie in Ausführungs­ beispielen vorbeschrieben ist, hat außer den genannten Vorteilen noch einige wesentliche vorteilhafte Eigen­ schaften, so z. B. ist sie durch die Frequenzunter­ scheidung nicht pegel- und damit auch nicht typenab­ hängig. Weiterhin können damit die Betriebszustände des Zieles ermittelt werden und zur Auslösung des Zünd­ signals beitragen.

Claims (4)

1. Anordnung zur Signalverarbeitung für Lauerminen unter Verwendung von Sensoren zum Aufnehmen von Boden- und/ oder Luftschall, bei welcher der Amplitudenverlauf und die Frequenz zur Zündauslösung herangezogen sind, da­ durch gekennzeichnet, daß neben dem Amplitudenmaximum das Frequenzmaximum als Auslöse­ kriterium verwertet wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß sie aus einem Steuerteil (15) mit einem Taktgenerator (18b), einem davon angesteuerten Sägezahn­ generator, einem Analogkomparator (18a) und einem Ver­ arbeitungsteil (16) mit einem rücksetzbaren Zähler (18) zum Zählen der Ausgangssignale des Analogkomparatos, zwei Zwischenspeicher (20, 20a) für den Zählerstand und einem Digitalkomparator (20b) zum Vergleichen des Zählerstandes mit dem im Zwischenspeicher (20a) gespeicherten Wert besteht.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Verarbeitungsteil (16) ein externes Reset (17) zum "Auf-Null-Setzen" aller Speicher (20, 20a) zugeordnet ist.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zündauslöseeinheit (14, 114) eine Nachtrigger-Zeiteinheit (19) vorgeschaltet ist.