DE3706859A1 - Hit image determination - Google Patents

Hit image determination

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DE3706859A1
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Hans-Ulrich Dipl Phys Dr Moede
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/0009—Transmission of position information to remote stations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41J—TARGETS; TARGET RANGES; BULLET CATCHERS
    • F41J5/00—Target indicating systems; Target-hit or score detecting systems
    • F41J5/06—Acoustic hit-indicating systems, i.e. detecting of shock waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/001—Acoustic presence detection

Abstract

A mobile acoustic hit image determination device is constructed such that the impact point can be determined on the basis of the sound signals from a round of ammunition striking in an n-sided polygon formed by measurement stations, and can be evaluated by a remote evaluation station.

Description

Die Erfindung geht aus von einer mobilen akustischen Vor­ richtung zur Trefferbildermittlung für Flugkörper und Rohr­ waffen für den maritimen Einsatz unter Verwendung von Schall­ sender, Schallsensoren sowie Bojenkörpern und Informations­ elektronikgeräten.The invention is based on a mobile acoustic system Direction for hit image determination for missiles and pipe weapons for maritime use using sound transmitters, sound sensors as well as buoy bodies and information electronic devices.

Zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit von Waffen müssen Trefferbilder erstellt und ausgewertet werden.To determine the performance of weapons need Hit images are created and evaluated.

Die bei der Bundeswehr vorhandenen Landschießplätze sind für die Erprobung von Raketen und reichweitengesteigerten Rohrwaffen zu klein, da entweder die Schießbahnen zu kurz sind oder die seitlichen bzw. radialen Gefahrenbereiche über die Platzgrenzen hinausgehen. Eine Erweiterung bestehender Plätze ist praktisch nicht möglich. Ausreichend große Schieß­ gebiete werden sich nur auf See einrichten lassen. Damit sind die bisherigen Verfahren zur Ermittlung von Treffer­ bildern nicht mehr anwendbar, da mit ihnen nur Einschläge an Land bzw. von landgestützten Meßplätzen aus vermessen werden können.The land shooting ranges available at the Bundeswehr are for the testing of missiles and increased range Guns too small, because either the shooting range is too short are or the lateral or radial danger zones over exceed the space limits. An extension of existing ones Places are practically not possible. Sufficiently large shoot areas can only be set up at sea. In order to are the previous methods for determining hits pictures are no longer applicable, as they only serve as impacts measured on land or from land-based measuring stations can be.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um Aufschlagorte zu ermitteln:There are several ways to serve determine:

  • - Mit optischen Geräten (Goniometer, Kinotheodolit) werden Flugbahnen verfolgt oder Aufschlagsäulen eingemessen, Goniometer und Theodolite sind an eingemessene Punkte und solide Fundamente gebunden.
    Die Aufschlagsorte werden durch Kreuzpeilungen von mindestens 2 Punkten ausreichenden Abstandes eingemessen. Dabei muß die Flugbahn bzw. der Aufschlagort innerhalb der Sichtweite der Meßgeräte liegen.
    Die Sichtweite ist von der Erdkrümmung und dem Wetter abhängig. Schiffe sind selbst bei Verwendung von stabili­ sierten Plattformen als Träger für diese optischen Messungen ungeeignet, da sie nicht absolut ortsfest verankert werden können.    - With optical devices (goniometer, cinema mortodolite) trajectories are traced or service columns are measured, goniometers and theodolites are bound to measured points and solid foundations.
    The points of impact are measured by means of cross-bearings at a sufficient distance of at least 2 points. The trajectory or the point of impact must be within the sight of the measuring devices.
    Visibility depends on the curvature of the earth and the weather. Ships are unsuitable for these optical measurements even when stabilized platforms are used as carriers, since they cannot be anchored absolutely stationary.
  • - Das Auftreffgebiet wird in den bei Niedrigwasser trocken­ fallenden Bereich des Wattenmeeres gelegt.
    Unmittelbar nach dem Schießen wird eine Suchmannschaft ins Auftreffgebiet gebracht. Sie markiert die Einschläge, um ihre Vermessung vom Festland aus zu ermöglichen.
    Da das Schießen, die Markierung und geodätische Messung der Aufschlagsorte an eine Niedrigwasserperiode gebunden sind, ist dem schnellen und sicheren Personentransport ins Meßgerät besondere Aufmerksamkeit zu schenken.
    Praktisch ist der Transport nur mit Hubschrauber durch­ führbar. Die Erprobung kann also nur in einem relativ kleinen Zeitfenster mit hohem personellen und materiellen Aufwand durchgeführt werden.    - The impact area is placed in the area of the Wadden Sea that falls dry in low water.
    Immediately after the shooting, a search team is brought to the target area. It marks the impacts so that they can be measured from the mainland.
    Since the shooting, marking and geodetic measurement of the impact sites are tied to a low water period, special attention must be paid to the fast and safe transport of people into the measuring device.
    In practice, the transport can only be carried out by helicopter. The testing can therefore only be carried out in a relatively small time window with high personnel and material expenditure.
  • - Mit Hilfe von speziellen Radargeräten kann die Flugbahn verfolgt, bzw. die beim Aufschlag entstehende Wassersäule sensiert werden. Auch bei diesem Verfahren muß von soliden, eingemessenen Standorten aus gemessen werden. Erdkrümmung und Wetter beeinflussen die Reichweite.
    Die Detektion von Wassersäulen auf große Entfernungen ist schwierig, da die von der Wassersäule reflektierte Strahlung so gering ist, daß sie sich von den durch Wellen hervor­ gerufenen Reflektionen oft nicht klar trennen läßt.    - With the help of special radar devices, the trajectory can be tracked or the water column created during impact can be sensed. This method also has to be measured from solid, calibrated locations. Earth curvature and weather affect the range.
    The detection of water columns over long distances is difficult because the radiation reflected by the water column is so low that it can often not be clearly separated from the reflections caused by waves.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine mobile Vorrichtung zur Trefferbildermittlung für den maritimen Einsatz zu schaffen, durch welche der Treffpunkt von Flug­ körpern und von reichweitengesteigerter Munition am Auf­ schlagort mit einfachen Mitteln erfaßbar wird, wobei die auf­ genommenen Meßwerte durch eine an einem beliebigen Ort positionierte Auswertestation zu verarbeiten sind.The invention is therefore based on the object of a mobile Device for determining hit images for the maritime To create use through which the meeting point of flight bodies and ammunition with increased range on the up location can be detected with simple means, the on measured values taken by at any place positioned evaluation station are to be processed.

Die Aufgabe wird ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffes des Hauptanspruches erfindungsgemäß durch seine kennzeichnenden Merkmale gelöst.The task is based on the characteristics of the generic term of the main claim according to the invention by its characterizing Features solved.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet es, in Gewässern binnen kurzer Zeit einen Schießplatz aufzubauen, dessen Länge der Reichweite eines jeden Geschützes oder Raketenwerfers anpaßbar ist. Aufzeichnung der Zeiten und Auswertung der Treffer erfolgen in einer außerhalb des Gefahrenbereiches positionierten Auswertestation.The device according to the invention allows in waters to build a shooting range within a short time, its length the range of any gun or rocket launcher is customizable. Recording the times and evaluating the Hits occur outside of the danger area positioned evaluation station.

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher beschrieben werden. Es zeigt dabei in der Zeichnung dieThe invention is intended to be described in more detail using an exemplary embodiment to be discribed. It shows the in the drawing

Fig. 1 den Aufbau der Meßstation, Fig. 1 shows the construction of the measuring station,

Fig. 2 den Meßaufbau, Fig. 2 shows the measurement setup,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Meßstation Fig. 3 is a block diagram of the measuring station

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Auswertestation. Fig. 4 is a block diagram of the evaluation station.

Die Meßvorrichtung besteht aus einer Meßstation und einer Auswertestation.The measuring device consists of a measuring station and a Evaluation station.

Die Meßstation wiederum besteht aus mindestens 3 Meßstellen, welche im Dreieck bzw. n-Eck zueinander angeordnet sind.The measuring station in turn consists of at least 3 measuring points, which are arranged in a triangle or n-corner to each other.

Die Meßstation an sich besitzt einen Unterwassergeräte­ träger 11, welcher aus einem Auftriebskörper 4 besteht, der mit einem Schallsender 2 und einem Schallempfänger 3 aus­ gerüstet ist und über einem Ankerteil 1 seilgeführt auf dem Meeresboden 9 positioniert gehalten wird. Der Geräte­ träger 11 steht über ein Meßkabel 5, welches zugfest ist, mit einem Schwimmkörper 10, welcher sich an der Wasserober­ fläche 8 befindet, in Verbindung. Dieser Schwimmkörper 10 besteht aus einem Bojenkörper 6, an dessen aus dem Wasser ragenden Teil eine nach oben ragende Antenne 7 angebracht ist.The measuring station itself has an underwater equipment carrier 11 , which consists of a buoyancy body 4 , which is equipped with a sound transmitter 2 and a sound receiver 3 and is held in a cable-guided position on the sea floor 9 via an anchor part 1 . The device carrier 11 is via a measuring cable 5 , which is tensile, with a floating body 10 , which is located on the water surface 8 , in connection. This floating body 10 consists of a buoy body 6 , on the part of which projects out of the water, an upwardly projecting antenna 7 is attached.

Der Schwimmkörper 10 ist darüber hinaus mit einer Energie­ versorgung (Akkumulator) sowie mit einem Fernsteuerempfänger und einem Telemetriesender ausgerüstet.The floating body 10 is also equipped with an energy supply (accumulator) and with a remote control receiver and a telemetry transmitter.

Das zugfeste Meßkabel 5 kann auch gegen ein einfaches Meßkabel und eine zugfeste Verbindung ausgetauscht werden.The tensile measuring cable 5 can also be exchanged for a simple measuring cable and a tensile connection.

Die Auswertestation (Fig. 4) ist in der Regel in einem Wasserfahrzeug untergebracht. Sie kann jedoch auch an Land betrieben werden. Die Auswertestation selber besteht aus einem Mehrkanal-Telemetrie-Empfänger mit Anpassung, Filter und Zeitmessung, wobei je 1 Kabel pro Meßstation vorgesehen ist. The evaluation station ( Fig. 4) is usually housed in a watercraft. However, it can also be operated on land. The evaluation station itself consists of a multi-channel telemetry receiver with adaptation, filter and time measurement, whereby 1 cable is provided per measuring station.

Des weiteren beinhaltet sie einen Fernsteuersender zur Steuerung der Meßstationen, einen Prozeßrechner mit Ein-/Aus­ gabegeräten zur Steuerung des Meßablaufs und zur Verarbei­ tung der anfallenden Meßdaten sowie die Energieversorgung der Auswertestation.It also includes a remote control transmitter Control of the measuring stations, a process computer with on / off devices for controlling the measuring process and for processing processing of the measurement data and the energy supply of the Evaluation station.

Das mit der Vorrichtung betriebene Verfahren läuft folgender­ maßen ab: Im Meßfeld selber werden mindestens 3 Meßstellen an unterschiedlichen Orten angeordnet. Anzustreben ist dabei ein möglichst gleichseitiges n-Eck.The method operated with the device runs as follows Dimension: At least 3 measuring points are in the measuring field itself arranged in different places. It should be aimed at an equilateral n-corner if possible.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalles im Wasser des Meßfeldes wird mit Hilfe von beispielsweise Salinometer, Schallgeschwindigkeitsmeßsonden gemessen und in den Prozeß­ rechner der Auswertestation (Fig. 4) eingegeben. Von mindestens 2 Sendeschwingern werden nacheinander Signale ins Wasser geleitet. Die Meßanlage ermittelt die Laufzeit der Signale von den Sendern zu den Meßstellen und leitet sie in den Rechner ein. Aus den Laufzeiten dieser Signale und der Schallgeschwindigkeit bestimmt der Rechner die Lage der Meßstellen zueinander. Wenn die Lage eines Senders und der Winkel zum 2. Sender bzw. die Lage beider Sender aus einem bestehenden Koordinatensystem (Seekarte, UTM, . . .) in den Rechner gegeben werden, transformiert er in den folgenden Rechnungen die ermittelten Orte in dieses System. Bei der eigentlichen Trefferbildvermessung werden dann alle Aufschlagsorte auch auf dieses Koordinatensystem bezogen.The speed of propagation of the sound in the water of the measuring field is measured with the help of, for example, salinometers, sound speed measuring probes and entered into the process computer of the evaluation station ( FIG. 4). Signals from at least 2 transmitters are successively directed into the water. The measuring system determines the transit time of the signals from the transmitters to the measuring points and introduces them into the computer. The computer determines the position of the measuring points relative to one another from the transit times of these signals and the speed of sound. If the position of a transmitter and the angle to the second transmitter or the position of both transmitters are entered into the computer from an existing coordinate system (sea map, UTM,...), It transforms the determined locations into this system in the following calculations. During the actual hit image measurement, all impact locations are then also related to this coordinate system.

Diese Messung geht folgendermaßen vor sich: Das zu vermessende Objekt schlägt im Meßfeld auf und eine an ihm angebrachte Deutladung wird gezündet. Bei großkalibrigen Geschossen und Raketen kann auf eine Deutladung verzichtet werden, weil das natürliche Aufschlaggeräusch zur Detektion der Ereignisse ausreicht. This measurement proceeds as follows: The one to be measured Object hits in the measuring field and one attached to it German charge is ignited. For large caliber projectiles and Missiles can be dispensed with a German charge because that natural impact sound for the detection of events is sufficient.  

Das Geräusch wird von den Empfängern (Hydrophonen) der Meßstellen aufgenommen, über Kabel zu den Schwimmkörpern und auf dem Funkweg zur Auswertestation geleitet. Von der Aus­ wertestation werden die Zeitpunkte des Eintreffens des Geräusches an den Meßstellen registriert, die Zeitdifferenzen zwischen den Zeitpunkten ermittelt und in den Prozeßrechner eingeleitet. Der Prozeßrechner prüft die Daten auf logische Fehler und errechnet aus den Laufzeitdifferenzen des Knalls zwischen Sendeort und Meßstellen, der Schallgeschwindigkeit und den Orten der Meßstellen den Aufschlagsort und die Aufschlagszeit. Aufschlagsort und -zeit werden von der Anlage per Bildschirm bzw. Drucker ausgegeben und zur Dokumentation auf Datenträgern (Magnetband, Diskette) zur weiteren Ver­ fügung gespeichert.The sound is from the receivers (hydrophones) of the Measuring points added, via cable to the floats and routed to the evaluation station by radio. From the out the time of arrival of the Noise recorded at the measuring points, the time differences determined between the times and in the process computer initiated. The process computer checks the data for logical Error and calculated from the runtime differences of the bang between the sending location and measuring points, the speed of sound and the locations of the measuring points, the site of impact and the Impact time. The location and time of the service are determined by the facility output on screen or printer and for documentation on data media (magnetic tape, diskette) for further ver added saved.

Claims (2)

1. Mobile akustische Vorrichtung zur Trefferbildermittlung für Flugkörper und Rohrwaffen für den maritimen Einsatz unter Verwendung von Schallsendern, Schallsensoren sowie Bojenkörpern und Informationselektronikgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung aus mindestens drei auf dem Meeresboden positioniert verankerbaren und mit Schallsende- und Schallempfangselektronik bestückten Meßstationen und einer davon getrennt angeordneten elektronisch betriebenen Auswertestation besteht und jede Meßstation ihrerseits einen Unterwassergeräteträger (11) und einen Schwimmkörper (10) aufweist, wobei der Unter­ wassergeräteträger (11) mit einem Schallsender (2) und einem Schallaufnehmer (3), die beide auf einem Auftriebskörper (4) befestigt sind, welcher über eine Zugverbindung durch einen Ankerteil (1) auf einer bestimmten Höhe positioniert gehaltert wird, ausgerüstet ist und über eine Zugverbindung und ein Meßkabel (5) mit dem Schwimmkörper (10) an der Wasseroberfläche in Verbindung steht, an dessen aus dem Wasser ragenden Teil seines Bojenkörpers (6) eine Antenne (7) angebracht ist.1. Mobile acoustic device for hit image determination for missiles and barrel weapons for maritime use using sound transmitters, sound sensors and buoy bodies and information electronics devices, characterized in that the measuring device consists of at least three measuring stations that can be anchored on the seabed and equipped with sound transmission and sound reception electronics and one There is an electronically operated evaluation station arranged separately therefrom and each measuring station in turn has an underwater device carrier ( 11 ) and a floating body ( 10 ), the underwater device carrier ( 11 ) having a sound transmitter ( 2 ) and a sound sensor ( 3 ), both of which are mounted on a buoyancy body ( 4 ) are attached, which is held in position at a certain height via a connection by means of an anchor part ( 1 ), is equipped and via a connection and a measuring cable ( 5 ) with the float ( 10 ) on the water surface is connected, on the part of its buoy body ( 6 ) protruding from the water, an antenna ( 7 ) is attached. 2. Verfahren zur Trefferbildermittlung für Flugkörper und Rohrwaffen für den maritimen Einsatz unter Verwendung von Schallsendern, Schallsensoren sowie Bojenkörper und Informationselektronikgeräten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der dreieckförmig zueinander angeordneten Meßstationen über deren Schall­ sender und Schallempfänger bei Kenntnis der jeweiligen Wasserschallausbreitungsgeschwindigkeit die Position der Meßstationen zueinander feststellbar und der Treffpunkt des im durch die Meßstationen gebildeten Dreieck auftref­ fenden Flugkörpers oder Geschosses beim Eintauchen ins Wasser entweder durch das Aufschlaggeräusch selber oder durch Aktivierung einer vorher in den Flugkörper oder das Geschoß eingebauten Schallquelle ortbar ist, wobei die ermittelten Meßwerte drahtlos an die Auswertestation leitbar sind.2. Procedure for determining hit images for missiles and Guns for maritime use of sound transmitters, sound sensors and buoy bodies and information electronics devices according to claim 1, characterized in that by means of the triangular mutually arranged measuring stations via their sound transmitter and sound receiver with knowledge of the respective  Water sound propagation speed the position of the Measuring stations ascertainable to each other and the meeting point of the triangle formed by the measuring stations missile or projectile when immersed in Water either through the impact noise itself or by activating a previously in the missile or the floor built-in sound source is locatable, whereby the measured values determined wirelessly to the evaluation station are conductive.
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