DE3216183A1

DE3216183A1 - Verfahren zum ermitteln von geschuetzstandorten

Info

Publication number: DE3216183A1
Application number: DE19823216183
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dipl.-Ing. 2800 Bremen Meuser
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 1981-04-27
Filing date: 1982-04-30
Publication date: 1986-07-17

Description

Verfahren zum Ermitteln von Geschützstandorten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Geschützstandorten der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art nach Patent ........
(Patentanmeldung P 31 16 586.9).
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 dem Hauptpatent 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, das Verfahren nach dem Hauptpatent 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 einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art erfindungsgemäß durch die Merkmale im 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 zür Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, die Abstände der Schnittpunkte von den Meßorten, in denen sich die Peilstrahlen schneiden, aus den Peilwinkeln durch Anwendung des Sinus satzes 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 Dreieck gehörenden durch den Sinussatz berechneten Seitenlängen mit Hilfe der Peilwinkel in geographische Koordinaten umgerechnet werden. Bei diesem Verfahren muß keine Karte zum 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 des erfindungsgemäßen Verfahrens 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 erfindungsgemäße Verfahren ist in gleicher Weise graphisch oder rechnerisch durch trigonometrische Verknüpfung mit Rechnermitteln in kurzen Rechenzeichen durchführbar.
Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens 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 an, wenn nämlich die "Spitze des Dreiecks1, 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 dem erfindungsgemäßen Verfahren 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. 2'i 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 Empfangs zeitpunkte werden über Funk an die Zentrale 6 übertragen.
In der Zentrale 6 werden gemäß Fig. 2 an die Positionen der Meßorte 1, 2 die Peilwinkel <Pi ç i (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 Gefchtssituation 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 angegeben, in 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 d/s für jedes Dreieck eingetragen.
Diese erste Tabelle kann auch dadurch erstellt werden, daß aus den an jedem Meßort 1, 2 ermittelten nordbezogenen Peilwinkeln (Pji 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 α0=360-α1 bzw. a2 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-«l die Peilwinkel #i abgezogen bzw.
zum Winkel al hinzugezählt. Die Dreieckswinkel am Meßort 2 werden durch Subtraktion der Peilwinkel Si vom Meßortswinkel a2 gewonnen.
Aus den Dreieckswinkeln α1+#3 und α2-#3 an der Grundlinie zwischen den Meßorten 1 und 2 wird für den Schnittpunkt B der dritte Dreieckswinkel [180-(α1+#3+α2- 23)0 = t3 berechnet. Die Seitenlänge zwischen Meßort 1 und Schnittpunkt B ergibt sich aus der Entfernung zwischen den Meßorten 1 und 2 geteilt durch sin f3 und multipliziert mit sin (α1+#3), die Seitenlänge zwischen Meßort 2 und Schnittpunkt B ist gleich der Entfernung zwischen den Meßorten 1 und 2 geteilt durch sin 3 und multipliziert mit sin(α2-#3).
Die Laufzeitdifferenz t/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 #i und #i werden in gleicher Weise die Laufzeitdifferenzen /s unter Anwendung des Sinussatzes ermittelt und in die übrigen Zeilen der Tabelle - den Schnittpunkten C, D, ...,I zugeordnet - eingetragen.
Erste Tabelle: Spitze Seitenlänge Seitenlänge (Spitze-Meßort l)/s (Spitze-Meßort 2)/s c c B 12,43 13,54 E 20,23 19,53 J 37,08 31,30 C 10,07 8,96 D 9,45 5,04 F 13,50 10,66 G 11,05 5,23 H 16,06 8,18

-1,11

+0,70

+5,78

+1,11

+4,41

,841

+5,82

+7,88

Zur Auswertung der empfangenen Mündungsknalle wird eine zweite Tabelle erstellt. Sie gibt den zeitlichen Ablauf der in Fig. 1 dargestellten Gefechtssituation 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 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 und 2 geteilt durch die Schallgeschwindigkeit c festgelegt ist, eingetragen. In der viertn Spalte sind die Differenzen des als zweites verzeichneten Empfangszeitpunktes am Meßort 1 mit sämtlichen Empfangszeitpunkten am anderen Meßort 2 aufgelistet. Die folgenden Spalten 5 bis 10 geben die Differenzen aus den folgenden Empfangszeitpunkten am Meßort 1 jeweils mit sämtlichen Empfangszeitpunkten am Meßort 2 an.

Zweite Tabelle: Empfangszeitpunkte der Differenzen der Empfangszeiten Meßorte #/s 1: 2: 10 h ; 0 min; Spalte Spalte Spalte Spalte Spalte Spalte Spalte Spalte s 3 4 5 6 7 8 9 10

13,18 + 7,88 + 9,25 +10,32 +12,32 +12,88 +13,25 +15,32 +17,25

18,18 + 2,88 + 4,25 + 5,32 + 7,32 + 7,88 + 8,25 +10,32 +12,25

20,66 + 0,40 + 1,77 + 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 - 1,11 - 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 + 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

25,50

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 Schallereignis am Meßort 2 ein Mündungsknall des Geschützes 5 an der Stelle H um 10.ovo h, 0 min, 13,18 s empfangen wurde. Der gleiche Mündungsknall wurde am Meßort 1 um 10.ovo h, 0 min, 21,06 s empfangen. Die Differenz 6= 7,88s der Empfangszeitpunkte in Spalte 3 der zweiten Tabelle ist gleich der LaufzeitdifferenzA = 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 lO.oo h, 0 min, 22,43 s am Meßort 1 mit sämtlichen Empfangszeitpunkten am Meßort 2 die Differenz 6 = -1,11 s in der vierten Spalte für den Empfangszeitpunkt 10.ovo 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 Geschützstandort wird ebenfalls in die Lagekarte übertragen.
Bei der Differenzbildung des nächsten Empfangszeit- punktes lO.oo h, 0 min, 23,50 s am Meßort 1 mit dem dritten Empfangszeitpunkt lO.oo h, 0 min, 20,66 s am Meßort 2 findet man in der fünften Spalte eine Dif ferenz 6 = +2,84 s der Empfangszeitpunkte, die mit der Laufzeitdifferenz : = +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 Geschütz 4 gemäß Fig. 1. Bei der Differenzbildung des Empfangszeitpunktes 10.ovo 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.ovo h, 0 min, 22,66 s am Meßort 2 aufweist.
Als nächstes wird ein Mündungsknall vom Geschütz 5 in der Spitze H detektiert, wie der siebt.en Spalte der zweiten Tabelle zu entnehmen ist. Der achten Spalte und der zehnten Spalte ist zu entnehmen, daß am Meßort 1 ein Mündungsknall um lO.oo h, 0 min, 26,43 s und lO.oo h, 0 min, 30,43 s. vom Geschütz 3 empfangen wurde, das 1,11 s später vom Meßort 2 detektiert wurde.
Die Differenzen 6/s sind mit positiven und negativen Vorzeichen versehen, abhängig davon, welcher Meßort 1 oder 2 zuerst den Mündungsknall empfangen hat. Sämtliche Differenzen 6/s von Empfangszeitpunkten, die nicht mit den Laufzeitdifferenzen J /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, 1, C, D und G geben Orte von Scheinzielen an. Die Erstellung der Tabellen und ihr Vergleich ist mit Rechnermitteln durchführbar.
- L e e r s e i t e -

Claims

PATENTANSPRÜCHE Verfahren zum Ermitteln von Geschützstandorten von Meßorten aus, deren Entfernungen voneinander in der Größenordnung der Entfernung zum Geschütz sind und im Kilometerbereich liegen1 mittels Laufzeitauswertung von an den Meßorten empfangenen Mündungsknallen, bei dem an mindestens zwei Meßorten jeweils ein Kreuz aus vier Mikrophonen derart aufgestellt wird, daß 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, bei dem zwischen sich jeweils diagonal gegenüberliegenden Mikrophonen eines Kreuzes die jeweiligen Laufzeiten ermittelt und zueinander in ein Verhältnis gesetzt werden, dessen Arcus Tangens ein Peilwinkel zur Bezugsrichtung ist und bei dem aus den an den beiden Meßorten ermittelten Peilwinkeln unter Berücksichtigung ihrer Positionen und ihrer gegenseitigen Entfernung der Geschützstandort nach Patent ........

(Patentanmeldung P 31 16 586.9) bestimmt. wird, dadurch gekennzeichnet, daß 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 wird, daß an jedem Meßort Empfangszeitpunkte des Mündungsknalls an einem der Mikrophone festgestellt und Differenzen zwischen sämtlichen an den beiden Meßorten festgestellten Empfangszeitpunkten gebildet werden, daß die Laufzeitdifferenzen und die Differenzen der Empfangszeitpunkte miteinander verglichen werden und daß diejenigen Schnittpunkte als Geschützstandorte angegeben werden, deren zugeordneten Laufzeitdifferenzen mit Differenzen der Empfangszeitpunkte übereinstimmen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Meßort Dreieckswinkel durch Subtraktion der dort ermittelten Peilwinkel und einem Meßortswinkel, 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. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich für Empfagszeitpunkte durchgeführt wird, die innerhalb eines durch den Quotienten aus Entfernung zwischen den Meßorten und Schallgeschwindigkeit bestimmten Zeitraums liegen.