DE3519269A1

DE3519269A1 - Verfahren zur ermittlung von fahrtzustandsdaten eines objektes

Info

Publication number: DE3519269A1
Application number: DE19853519269
Authority: DE
Inventors: Hanns-Wilhelm Dr. Leuschner; Erk Dipl.-Phys. 2000 Wedel Sörensen
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: STN Systemtechnik Nord GmbH
Priority date: 1985-05-30
Filing date: 1985-05-30
Publication date: 1986-12-04
Anticipated expiration: 2005-05-31
Also published as: DE3519269C2

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-HH/Sa/mar

Theodor-Stern-Kai 1 HH 65/2**

D-6D00 Frankfurt 70

"Verfahren zur Ermittlung van Fahrtzustandsdaten eines Objektes"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäB dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Moderne und zukünftige Kriegsschiffe und U-Boote werden zunehmend mit akustischen Tieftonsensoren ausgestattet. Dies sind z. B. geschleppte Hydrophonarrays. Diese erlauben auf große Entfernungen die Zielortung und Klassifizierung im Tieftonbereich. Auch Hubschrauber und Panzer können durch Luftschallsensoren geortet und nach Linien klassifiziert werden. Ebenso sind für Laser passive Ortungsverfahren bekannt.

Für eine üJaffeneinsatzentscheidung (z.B. Torpedo) ist die passive Zieldatenbestimmung mit bekannten Verfahren bei Benutzung von Tieftonpeilungen problematisch bzw. unbekannt. Die Zeitkonstante des Einschwingens bei den für die bekannten Verfahren notwendigen Kursänderungen des Orters insbesondere bei geschleppten Arrays ist zu groß.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem bei Verwendung von Sensoren, die eine Frequenzanalyse

-G- HH 85/2U

ermöglichen, die Fahrtzustandsdaten in angemessener Zeit zu ermitteln.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

In den Ansprüchen 2 bis 5 sind Weiterbildungen und in Anspruch 6 eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 angegeben.

Der Ortungsvorteil won Sensaren, die eine Frequenzanalyse ermöglichen, gegenüber herkömmlichen Sensoren ist dann gegeben, ωεπη Linien eines Objektes im Tieftonbereich geartet werden. Unter dieser Gegebenheit ist, wie fnlgt beschrieben, beispielsweise weiträumig ein lilaffeneinsatz (Torpedo) möglich, ωεπη weiterhin vorausgesetzt werden kann, daß während der verfahrensspezifischen Meßzeit der Gegnerzustand (Kurs- Geschwindigkeit) stationär ist. Der Vorteil des beschriebenen Verfahrens ist, daß der Waffenträger mit Tieftonsensareinrichtung ohne langwierige Meßfahrten mit Kursänderungen bei Ortung eines Gegners direkt bestimmen kann, ab sich der Gegner im lüaffeneinsatzbereich befindet bzw. mit welchem Manöver bzw. ob es in den Einsatzbereich kommen kann.

Neben der Uermessung der Peilung zum Objekt wird die Dopplerverschiebung der gearteten Linie(n) über der Zeit vermessen.

Peilungsänderungsgeschwindigkeit und Dopplerverschiebungsgeschwindigkeit geben einen Aufschluß darüber, welchen Kurs das Schiff/ U-Boot fahren muß, um in den Waffeneinsatzbereich zu kommen, bzw. ob es im Lüaffeneinsatzbereich ist.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine allgemeine Situation,

Fig. 2 eine Lage nach Ermittlung der Zieldaten und ,

Fig. 3 eine Einrichtung auf dem Schiff zur Anwendung des Verfahrens.

Im folgenden werden die nachstehenden Begriffe verwendet:

E = Eigenschiff/boot

G = Gegner

V = Gegnergeschwindigkeit

"f* η = Gegnerkurs

^ er ⁼ Gegnerentfernung

Ψ er ⁼ Gegnerpeilung

sy = Eigenkurs

U = Eigenfahrt

N = Referenzrichtung (z.B. Ward)

Die kinematischen Beziehungen lauten:

a = V COS (f -</?,.„) - \Jr- COS (^r- "YVo) (Ό

a,__ K_rp = V_n sin ("V^ - ψ _„) - V sin (^₁- -^«-o) (2)

EGTEG G G 'EG E 'E /EG

ap_G bestimmt die gesamte Dopplerverschiebung der gegnerischen Linie(n) durch Gegnerfahrt und Eigenfahrt

V„ cos ( ^- - f⁵-™) = V„ bestimmt den Geanerdoppleranteil

b ι La i Lb bp

(Gegnerfahrt in Peilrichtung)

M cos (.-"γ,- - ψ pp) = V_ bestimmt den Eigendappleranteil (Eigenfahrt in Peilrichtung)

Die gesamte Dopplerverschiebungsänderung | ist gegeben durch f

f = -^- a_rr (3)

g _c eg

f Empfangsfrequenz der Linie, c Ausbreitungsgsschujindigkeit ^ der Dbjektstrahlung

-B- HH 85/2£f

Die Gegnerdapplerverschiebungsanderung f ist gegeben durch ^f - %

f um Eigendoppier korrigierte Empfangsfrequenz der Linie

Es gilt: f = f

= f

ε g c +

f (f ) und U- sind Meßgrößen, damit sind auch f_ (f„) beg g Ep GG

kannt.

In Fig. 1 sind die vorgenannten Daten eingezeichnet.

Zur Ermittlung der Entfernung a_f„ zum Ziel G ergibt sich nach einer Differentiation der Gleichung (1)

3 ι-· «-^ ~~ ** J X Π \ V' rt ^mm T** |— f-i J \^ Γ" ·"* "™* f~ " *' ' \ Y^ r— ι Γ* *"^ ' )T Γ" P^

Eü G ¹G IEb I tb h ¹L | tb ι ta mit Gl (2) ergibt sich

^SEG ⁼ f EG ' ^aEG und mit Gl (3) folgt

C f

EG _f Λ 2 π J EG

f , f , iP sind Meßgrößen.

Mit dieser Gleichung ergibt sich die Entfernung zum Objekt und damit beispielsweise eine Aussage, ob sich der Gegner im Waffen-εinsatzbereich befindet.

- 9 - HH 85/2<t

Zur Bestimmung der Geschuindigkeitskampanente quer zur Peilung ergibt sich aus GL (k) mit

^UGp ^{= U}G

U sin (ψ ^: - Φ ) ist die Gegnergeschuindigkeitskampanente senkrecht zur Gegnerpeilung (U_r ).

Mit Gl (*0 ergibt sich damit
V = ^C ' ^fG

f,,, f„, „ sind Meß- bzui. abneleitete Größen. G b Eb

GemäB Fig. 2 kann nun z. B- das Schiff/U-Baat E seine eigene Geschuindigkeitskompanenta \S'^ senkrecht zur Gegnerpeilung gemäß dieser Gleichung einstallen (ξ). Die Gesamtgeschuindigkeit V „ kann es "50 uählen, daß sich Schiff/Boct E und Gegner G nähern und sich die Tieftonsensoren im Grtungssektor zum Gegner befinden (b). c stellt den Ortungssektor eines geschlepp-

3 Γ Χ* Φ V S

ten Hydrophon/ 9ar. Bei Einhaltung dieser Regel befindet sich das Schiff/Boot E auf Kollisionskurs zum Gegner G. Dsmit kommt es in den lilaffeneinsatzbereich bei ständiger Ortung des Gegners.

Nach Fig. 3 werden von dem LJaffenträger 2 (Schiff/U-Boot) Tieftonsensaren 1 (tamed array) nachgeschleppt. Die Empfangssignale der Sensoren gelangen zu einer Einrichtung an Bord des Schiffes 2, die eine Peileinrichtung 3 und Gerät h zur Analyse des empfangenen Frequenzspektrums aufweist. Die Peildaten und die aus dem Gerät if gewonnenen Daten stehen als Eingangssignale an einem Rechner 6 an. Dem Gerät h ist ferner ein Horrekturglied 5 nachgeschaltet, mit dem der Eigendoppier unter Berücksichtigung

- 10 -

eigener Navigationsdaten wie Kurs und Geschwindigkeiten, die bei 8 zugeführt werden, korrigiert uird. Das Ausgangssignal
des Gliedes 5 steht ebenfalls am Eingang des Rechners 6 an.
Der Rechner 6 ermittelt aus den Eingangswerten die für einen liJaffeneinsatz notwendigen Zieldaten und führt diese einem
Führungsbereich 7 zu. Die Funktionen der Bauteile 3, U und 5 können aber auch unmittelbar im Rechner ^:6 ausgeführt werden.

- Leerseite

Claims

Licentig Verualtungs-GmbH PTL-HH/Sa/mpr

Theodor-Stern-Kai 1 HH

D-6000 Frankfurt 70

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Ermittlung van den Fahrzustandsdaten Entfernung und Geschwindigkeit senkrecht zur Objektpeilung unter Verwendung van Sensoren, mit denen neben einer Peilmessung auch eine Vermessung von von einem Objekt ausgestrahlten signifikanten Frequenzen ermöglicht wird, dadurch gekennzeichnet, dsß die signifikanten Frequenzen der georteten Linie(n) über der Zeit vermessen uierden, und daß aus der Peiländerungsgeschtiiindigkeit und der Frequenzänderungsgeschuindigkeit die Daten bestimmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daQ aus der Geschwindigkeitskümponente senkrecht zur Peilung die eigene Geschiüindigkeitskomponente senkrecht zur Peilung eingestellt wird.

- 2 - HH 85/2<f

3. Verfahren nach Anspruch 2 unter Verwendung van geschleppten Sanarantennen bzui* Sonarseitenantennen an einem Unterwasserfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtgeschuiindigkeit des Unteruiasserfahrzeugs so eingestellt wird, daß das Fahrzeug auf einen Kollisianskurs zum Objekt geführt und das Objekt im Ortungssektar der Sensaren gehalten wird.

U. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB aus der gesamten Dapplerverschiebung durch Objekt- und Eigenfahrt

cos (T _G -r_EG) - V_E ons (t_E -y_EG) (1)

marin V-. = Objektgeschwindigkeit

Vp = Eigengeschwindigkeit

T_G = Kurs des Objektes

^u- = Eigenkurs und

Y__ = Objektpeilunq bedeuten
' Eb

nach Differentiation und Einsatz der kinematischen Beziehung

³EG f EG = ^UG ^{Sin (}Tg -f EG⁾ sich ergibt

³EG = ^EG · ^aEG
und daß mit der gesamten Dapplerverschiebuhgsänderung.

g c EG

mit f als Empfannsfrequenz der Linie und c als Schallgeschwindigkeit

- 3 - HH 85/2U

die Entfernung zum Objekt mit
c . f

' 7
f U>

g · ( eg

berechnet wird.

5) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Dopplerverschiebungsänderung des Objektes

f_r —-§· . v_rn (U)

G _c Gp
mit dem Dopaleranteil des Objektes

V = V_p cos (N> - ψ )
nach Differentiation

_E - f EQ⁵ f ES ■

worin y . sin (^_n - fr ρ ^ die Geschujindigkeitskampanente des Objektes (V_Qg) senkrecht zur Objektpeilung (Y^q) is* ^{und dHp5} aus der Gleichung

^Unc f \P

FP

der Hurs bestimmt uird.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daB aus den Sensoren (1) Signale an eine Peileinrichtung (3) und einem Analysegerät (U) für das empfangene Frequenzspektrum gelangen, deren Ausgangssignale unmittelbar, auf einen Rechner (6) geführt sind, daß dem Analysegerät (U) ein Korrekturglied (5) für den Eigendoppier nachgeschaltet ist, dem

HH

Navigationsdaten zugeleitet uierden und dessen Ausgangssignale ebenfalls am Rechner (6) anstehen, der aus der Gesamtheit der Eingangssignale die für den Führungsbereich (7) des Schiffes erfqrderlichen Daten ermittelt.