DE3914179A1 - Verfahren zur ermittlung der trefferablage beim beschuss von uebungszielen - Google Patents
Verfahren zur ermittlung der trefferablage beim beschuss von uebungszielenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Er
mittlung der Trefferablage beim Beschuß ruhender oder
beweglicher Übungsziele durch Messung der Druckwelle
vorbeifliegender Geschosse, sowie auf eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bekannt akustische Verfahren zur Geschoßablage
messung an ruhenden oder mit Unterschallgeschwindigkeit
bewegten Übungszielen anzuwenden. Hierbei wird die von
den überschallschnellen Geschossen erzeugte kegelförmi
ge Druckwelle unter Verwendung von einem oder mehreren
Mikrophonen erfaßt, wobei der Druckwellenerzeugungs
punkt auf der Geschoßbahn sowie die Druckwellenamplitu
de und/oder die Druckwellendauer zur Messung herange
zogen werden. Diese direkte Messung bei bewegten Zie
len, in Abhängigkeit von den vektoriellen Größen Ge
schoß-, Ziel- und Schallgeschwindigkeit ist fehlerhaft
und nur in seltenen Sonderfällen ist das richtige Er
gebnis vorhanden.
Aus der DE- OS 31 22 644, ist ein Verfahren zur akusti
schen Messung der Trefferablage beim Beschuß fliegender
Übungsziele bekannt, welches einen Teil der Fehler ver
meidet.
Dieses Verfahren geht von der akustischen Messung der
Trefferablage beim Beschuß fliegender Übungsziele aus,
wobei im Ziel die Stärke des Druckes der Stoßwelle des
Geschosses aufgenommen wird und einer Auswerteapparatur
am Boden zugesandt wird. Unter Berücksichtigung von
vorgegebenen Parametern wird dann der Abstand zwischen
Geschoßbahn und Übungsziel im Augenblick des Vorbei
gangs des Geschosses ermittelt, indem die Periodendau
er der Druckwelle im Übungsziel und der Beschußwinkel
zwischen der Zielbahn und der Geschoßbahn festgestellt
und zur Gewinnung des wahren Abstandes zwischen Ge
schoßbahn und Übungsziel ein Korrekturfaktor berechnet
wird. Die Genauigkeit der Messung ist somit von den
vorgegebenen Parametern abhängig. In jedem Fall wird
die Druckwelle über Mikrophone gemessen, womit der so
genannte Knalleffekt in die Messung eingeht. Die
Schwierigkeiten die sich bei der Messung über Mikro
phone ergeben sind aber allgemein bekannt.
Darüberhinaus offenbart die EP 00 03 095 eine Erweite
rung des oben genannten Verfahrens durch Verwendung von
5 Mikrophonen, wobei 4 Mikrophone an den Ecken eines
Polyeders angeordnet sind. Hierdurch können nicht nur
betragsmäßige Abstandsinformationen zwischen Geschoß
bahn und Übungsziel, sondern auch Richtungsangaben er
mittelt werden.
Bei den bekannten Verfahren ist jedoch folgendes zu
beachten:
Die Gestalt der Druckwelle des Geschosses ist von vie
len Einsatzparametern wie z.B. Geschoßtyp und -entfer
nung, Zielgeschwindigkeit und Beschußwinkel abhängig,
so daß für jede Kombination von Einsatzparametern eine
Eichung vorgenommen werden muß und die entsprechenden
Korrekturfaktoren im Auswerteprogramm beim Einsatz vor
gewählt werden müssen.
Da sich die Gestaltsveränderung der Druckwelle bei der
Ausbreitung nicht oder nur bedingt exakt rechnerisch
ermitteln läßt, kann eine Auswertung nur durch aufwen
dige Eichungen für die jeweiligen Einsatzbedingungen
erfolgen, eine zyklische Kalibrierung der Anlage ist
notwendig.
Die Aufnahme der Druckwellengestalt durch Mikrophone
ist darüberhinaus durch eine Vielzahl von Störparame
tern wie Temperaturschwankungen und Rauschpegel, insbe
sondere bei hohen Zielgeschwindigkeiten, beeinträchtigt
und die meßtechnische Umwandlung im Mikrophon ist
durch Dopplereffekte und die Mikrophoneigencharakteri
stik erschwert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein
völlig neuartiges Verfahren zu schaffen, durch welches
die Genauigkeit der Ermittlung der Trefferablage beim
Beschuß von Übungszielen erhöht wird, und bei welchem
von der Druckwelle der vorbeifliegenden Geschosse le
diglich die Information über den Durchgang der Druck
wellenfront ausgewertet wird, ohne hierbei Mikrophone
verwenden zu müssen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kenn
zeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein völlig neuar
tiger Weg beschritten, indem von einfachen Drucksenso
ren, die in einer im wesentlichen geradlinigen oder
langgestreckten Kette angeordnet sind (Sensorkette),
lediglich der Durchgang der Druckwellenfront der vor
beifliegenden überschallschnellen Geschosse in Form von
zeitversetzten getriggerten Impulsen registriert wird.
Geometrisch betrachtet bedeutet dieser Registriervor
gang ein Schneiden der Sensorkette mit dem Machkegel
des Geschosses, d.h. die Ermittlung eines Kegelschnit
tes.
Somit entfällt die Vermessung der Gestalt der Stoßwel
le, die von überschallschnellen Geschossen erzeugt wird
und die bekannterweise mit Hilfe von Mikrophonen von
der Geschoßvorderkante und der Geschoßhinterkante ra
dial mit Schallgeschwindigkeit abschwemmend vermessen
wird. Damit spielen die bekannten Zusammenhänge zwi
schen der Gestaltveränderung, d.h. der abnehmenden Am
plitude und der zunehmende Abstand zwischen Wellen
kopf und Wellenschwanz, mit wachsender Lauflänge vom
Ort der Erzeugung keine Rolle mehr, weil durch die
Erfindung von der Ermittlung des gesuchten Abstandes
zwischen Mikrophon und dem zum Mikrophon nächstliegen
den Bahnpunktes des Geschosses bewußt Abstand genommen
wird.
Als Drucksensoren genügen bei der vorliegenden Erfin
dung einfache, preiswerte Sensoren ohne jede besondere
Eigenschaften, die lediglich evtl. getriggerte Signale
liefern, die eindeutig vom Störpegel unterschieden wer
den können. Deshalb können als Drucksensoren z.B. auch
Piezomembrane verwendet werden.
Wegen der erheblich geringeren Kosten ist der Einsatz
einer größeren Zahl von Drucksensoren möglich anstatt
möglichst weniger teuerer Mikrophone wie bei den be
kannten Verfahren. Im Endergebnis sind die Kosten so
viel geringer, daß eine solche Sensorkette im Verlust
bereich in unmittelbarer Zielnähe plaziert werden kann.
Als Schnittfigur zwischen der Sensorkette und dem Mach
kegel des Geschosses, im vorliegenden Fall erfolgt der
Schnitt in Bewegungsrichtung des Machkegels, d.h. in
Richtung der Kegelachse, entsteht aus elementaren geo
metrischen Überlegungen eine Hyperbel, in einem Sonder
fall, dem Volltreffer, ein Geradenpaar oder bei beweg
ten Übungszielen deren affine Abbildung. Diese affine
Abbildung entsteht auch bei allen Schnittwinkeln un
gleich 90°.
Wenn nun eine Kette von mehreren Drucksensoren vom
Machkegel des Geschosses geschnitten wird, so werden die
einzelnen Drucksensoren nacheinander von der Druckwel
lenfront des breiter werdenden Machkegels erfaßt und
diese lösen zeitversetzt nacheinander Impulse aus.
Aus dem Zeitversatz der Impulse der einzelnen Drucksen
soren läßt sich die Gestalt der Schnittfigur zwischen
Machkegel des Geschosses und geradliniger Sensorkette
eindeutig ermitteln. Diese Schnittfiguren sind mei
stens, wie oben erwähnt, Hyperbeln oder deren affine
Abbildungen.
Da eine Hyperbel eine mathematisch exakt definierte Ge
stalt hat, genügen wenige, d.h. mindestens drei Punkte
zur eindeutigen Festlegung der Koeffizienten der voll
ständig beschreibenden Funktion.
Bei vollständig bekannter Hyperbel sind der mit der
Sensorkette geschnittene Machkegel des Geschosses und
der Abstand der Kegelachse zur Sensorkette mit relativ
geringem Aufwand berechenbar.
Unter Zuhilfenahme eines zusätzlichen Drucksensors, der
außerhalb der horizontalen Ebene durch die Sensorkette
angeordnet ist, läßt sich nun die Lage des Geschoßka
nals eindeutig bestimmen.
Bei bewegten Übungszielen und bei beliebigen Schnitt
winkeln zwischen Sensorkette und Geschoßbahn ungleich
90° muß zudem eine Rücktransformation des affinen Bil
des der maßstäblichen Originalhyperbel, welches als
Schnittfigur zwischen Machkegel des Geschosses und der
Sensorkette entsteht, auf die maßstäbliche Originalhy
perbel durchgeführt werden.
Die Geschwindigkeit des Übungszieles und des Geschosses
können über die Bildung des Machzahldreiecks ermittelt
werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber bekann
ten Methoden folgende Besonderheit auf:
- - Für die Messung werden keine technisch aufwendigen Mikrophone benötigt, damit entfallen alle sich durch die Messung mit Mikrophonen ergebenden Schwierigkeiten;
- - das erfindungsgemäße Verfahren kommt mit einfachen Drucksensoren aus, welche wegen der geringeren Ko sten auch in größerer Stückzahl im Verlustbereich angeordnet werden können;
- - anstatt der Gestalt der Druckwelle des vorbeiflie genden Geschosses, wird die sehr viel genauer be stimmbare Schnittfigur zwischen der Sensorkette und dem Machkegel nur über die Information des Durchgangs der Druckwellenfront ermittelt;
- - an die Übertragung der Meßsignale zwischen den Drucksensoren und der Auswerteeinheit werden keine besonderen Anforderungen gestellt;
- - eine Vorausbestimmung von Einsatzparametern durch Eichbeschuß, ebenso wie eine zyklischen Eichung der Anlage entfällt weitgehend.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausfüh
rungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
erläutert. Dabei zeigt im einzelnen:
Fig. 1 die Geschoßbahn mit Sensorkette, Machkegel
und entstehender Schnitthyperbel,
Fig. 2 ein Sensor-Zeit-Diagramm zur Rekonstruk
tion der Schnitthyperbel,
Fig. 3 ein lmpuls-Zeit-Diagramm eines Drucksen
sors.
In Fig. 1 ist die geradlinige Sensorkette 1 mit den
Drucksensoren 2 dargestellt, die von einem überschall
schnellen Geschoß 6 überflogen wird, dessen Druckwelle
sich in Form des Machkegels 7 ausbreitet. Die Hyperbel
8 stellt die Schnittfigur des Machkegels 7 mit der Sen
sorkette 1 dar.
In Fig. 2 ist die Rekonstruktion der Schnitthyperbel 8
aus den zeitversetzten Impulsen der einzelnen Drucksen
soren 2 der Sensorkette 1 gezeigt, welche in der Aus
werteeinheit erfolgt.
Die Drucksensoren geben einen Impuls an die Auswerte
einheit, wenn entsprechend Fig. 3 beim Durchgang der
Druckwellenfront ein bestimmter Schwellwert 12 bzw.
Rauschpegel von z. B. 68 dB überschritten wird. Der
Schwellwert 12 muß den normal vorhandenen Geräuschpegel
berücksichtigen und gleichzeitig auf den Geräuschpegel
der kleinsten Geschoßdruckwelle abgestimmt sein. Der
Schwellwert liegt somit oberhalb des normal vorhandenen
Geräuschpegels 13 und unterhalb des Geschoßgeräuschpe
gels 14. Mit der Weiterleitung des Impulses an die Aus
werteeinheit muß gleichzeitig die Kennung des betref
fenden Drucksensors, d. h. die örtliche Position, an die
Auswerteeinheit gemeldet werden, damit eine Rekonstruk
tion der Schnitthyperbel entsprechend Fig. 2 ermöglicht
wird.
Aus der vollständig bekannten Schnitthyperbel oder ih
rem affinen Bild 8 in Fig. 1, deren Äste in 9 in die
Asymptoten übergehen, ist mit relativ geringen Aufwand
der Machkegel 7, die Hyperbelachse 10 und die Kegelach
se 11 sowie deren räumlicher Abstand berechenbar. Der
Winkel zwischen Sensorkette und Geschoßbahn ist somit
auch bestimmbar.
Drucksensor 5 z.B. in Fig. 1 ist der Zielmitte zugeord
net, so daß durch die Lage der Schnitthyperbelachse un
ter Berücksichtigung der Relativgeschwindigkeit die Ge
schoßablage ermittelt werden kann; bei ruhenden Zielen
z.B. rechts oder links von der Zielmitte und bei beweg
ten Zielen davor oder dahinter in Zielbewegungsrich
tung.
Durch mindestens einen Drucksensor 4 in Fig. 1 (Hilfs
sensor) außerhalb der horizontalen Ebene durch die Sen
sorkette, wird die Lage des Geschoßkanals bzgl. ober
halb bzw. unterhalb der Sensorkette eindeutig festge
legt.
Bei der Betrachtung von bewegten Übungszielen ist Fig.
1 ein Ausführungsbeispiel mit einer im Schleppseil des
Schleppkörpers integrierten Sensorkette, welche durch
die Zielmitte in Zielbewegungsrichtung geführt ist.
In diesem Fall ist die Schnitthyperbel 8 die affine Ab
bildung der maßstäblichen Originalhyperbel. Diese affi
ne Abbildung muß erst durch Rücktransformation auf die
maßstäbliche Originalhyperbel zurückgeführt werden, be
vor die Trefferablage ermittelt werden kann.
Die Bestimmung der Ziel- und der Geschoßgeschwindigkeit
als Funktion der Machzahl erfolgt über die Bildung des
Machzahldreiecks.
Mit Hilfe des Temperatursensors 3 in Fig. 1 wird die
Umgebungstemperatur gemessen, so daß aus den eben ge
nannten Größen die absoluten Geschwindigkeiten des Ge
schosses und des Übungszieles bestimmt werden können.
Darüberhinaus kann auch der Abstand zwischen Geschütz
und Übungsziel und die Flughöhe eines bewegten Übungs
zieles bei Eingabe entsprechender Randparameter ermit
telt werden.
Als bewegte Übungsziele werden normalerweise räumliche
Körper, sogenannte Schleppkörper, mit Hilfe eines
Schleppseiles in einem entsprechenden Abstand von einem
Schleppflugzeug gezogen. Hierbei kann die Sensorkette,
die innerhalb des Übungszielgebietes eine Gerade bilden
sollte, an einem oder an beiden Enden über das Übungs
ziel hinausragen.
Die Sensorkette kann bei bewegten Übungszielen z.B. in
das Schleppseil integriert werden und durch die Ziel
mitte in Zielbewegungsrichtung angeordnet werden. Bei
einem räumlichen Übungsziel können aber auch zwei oder
mehrere Sensorketten vorgesehen werden, die in einem
bestimmten Winkel aufeinander zulaufen. Bei einem
Schleppsack können z.B. zwei oder mehrere Sensorketten
auf dessen Kontur angebracht werden. Durch zwei oder
mehrere aufeinander zulaufende Sensorketten kann auf
einen oder mehrere Hilfssensoren außerhalb der horizon
talen Ebene durch eine einzige Sensorkette verzichtet
werden. Die Sensorkette muß wegen der eindeutigen Be
stimmung der Schnitthyperbel mit mindestens drei Druck
sensoren ausgestattet sein. Die Sensorkette kann auch
eine unterschiedliche Bestückungsdichte von Drucksenso
ren aufweisen, wenn in der näheren und weiteren Umge
bung des Übungszieles unterschiedliche Genauigkeiten
gefordert sind.
An die Übertragung der Impulse der Drucksensoren zur
Auswerteeinheit werden keine besonderen Anforderungen
gestellt. Deshalb kann die Auswerteeinheit in sicherer
Entfernung vom Übungsziel angordnet werden. Bei beweg
ten Übungszielen kann die Auswerteeinheit im Bereich
des Schleppseils angeordnet sein, oder im Flugzeug oder
auch in der Bodenstation. Entsprechende Sende- und Em
pfangseinheiten sorgen für die Übertragung der ausge
werteten oder der noch nicht ausgewerteten Daten.
Die Auswerteeinheit kann neben einem Rechner einen
A-D-Wandler und einen Zwischenspeicher beinhalten.
Die Bodenstation umfaßt mindestens eine Anzeigevorrich
tung, die die Darstellung der Ergebnisse übernimmt. Ne
ben der numerischen Anzeige der ermittelten Ergebnisse
ist die genaue Darstellung des Geschoßkanals in dreidi
mensionaler Perspektive ebenso möglich, wie die Dar
stellung einer Zielscheibe mit eingeblendeten Zonen,
Ringen und Punkten. Ebenso kann eine statistische Aus
wertung der Trefferergebnisse über einen gewünschten
Zeitraum erfolgen.
Claims (15)
1. Verfahren zur Ermittlung der Trefferablage beim
Beschuß ruhender oder beweglicher Übungsziele,
durch Messung der Druckwelle vorbeifliegender Ge
schosse, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschoß
auf seiner Flugbahn in den Bereich mindestens ei
ner annähernd geradlinig verlaufenden, dem Übungs
ziel zugeordneten Sensorkette gelangt, durch wel
che die Druckwelle des Geschosses geschnitten
wird, und daß die von der Druckwelle beeinflußten
Sensoren zeitversetzte getriggerte Impulse an ei
ne Auswerteeinheit abgeben, in der die Schnitthy
perbel des Geschoßmachkegels in mindestens zwei
Punkten erfaßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lage des Geschoßkanals im Zielgebiet durch
die zeitliche Impulsfolge eines mittig festgeleg
ten Sensors und den von der Druckwelle nachfolgend
beaufschlagten Sensoren unter Berücksichtigung der
Relativgeschwindigkeiten aus Geschoß und Ziel be
stimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß mittels eines Hilfssensors, außer
halb der horizontalen Ebene durch die Sensorkette,
durch die Zeitimpulsmessung des vom Hilfssensor
ausgelösten Impulses, die Lage des Geschoßkanals
eindeutig bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß bei bewegten Übungszielen, bei denen sich auch
die Sensorkette bewegt und/oder bei beliebigen
Schnittwinkeln zwischen Sensorkette und Geschoß
bahn, das, durch die zeitversetzten Impulse der
von der Druckwelle beaufschlagten Sensoren dann
entstehende, affine Bild der Schnitthyperbel in
der Auswerteeinheit erfaßt und auf symbolischem,
geometrischem oder numerischem Wege in die maß
stäbliche Originalhyperbel rücktransformiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zielbewegungsgeschwindigkeit
und/oder andere Einsatzparameter während des Ein
satzes zyklisch oder stationär gemessen bzw. er
rechnet oder aber vorher eingegeben wird und zur
Auswertung als bekannte Größe mitverwertet werden
kann.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung
des Abstandes der Hyperbelachse zur Kegelachse des
Geschoßmachkegels der aus der Gleichung der
Schnitthyperbel errechenbare Kegel dient.
7. Verfahren nach Anpruch 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß aus den Transformationsparametern
bei der Rücktransformation der affinen Abbildung,
der aus den zeitversetzten Impulsen abgeleiteten
Hyperbel in die maßstäbliche Originalhyperbel die
Geschwindigkeiten im Geschwindigkeitsdreieck aus
Zielbewegung, Geschoßbewegung und Schallausbrei
tung bestimmt werden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen
Temperaturmeßsensor im Zielgebiet die Umgebungs
temperatur gemessen wird, und daß mit Hilfe dieser
Größe die absolute Geschwindigkeit des Geschosses
und/oder des Zieles erfaßt wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, da
durch gekennzeichnet, daß jedem Übungsziel eine
Sensorkette zugeordnet ist, die innerhalb des
Übungszielgebietes eine Gerade bildet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich
net, daß die Sensorkette an beiden Enden über das
Übungsziel hinausragt.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sensorkette mindestens
zwei weitere Sensoren zugeordnet sind, die außer
halb der von den Sensoren gebildeten Geraden seit
lich versetzt liegen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich
net, daß bei Übungszielen mit räumlichem Körper
zwei oder mehrere Sensorketten vorgesehen sind,
die in einem vorgegebenen Winkel aufeinander zu
laufen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich
net, daß die Auswerteeinheit aus einem Zwischen
speicher und einem Rechner besteht.
14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit bei beweg
lichen Übungszielen im Schleppseil des Schleppkör
pers angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich
net, daß als Sensoren Piezomembranen vorgesehen
sind.
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- 1990-06-22 FR FR9007835A patent/FR2663729A1/fr active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2663729A1 (fr) * | 1989-04-28 | 1991-12-27 | Rhein Flugzeugbau Gmbh | Procede pour determiner la deviation du tir lors du bombardement de buts d'exercices et dispositif pour la mise en óoeuvre du procede. |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5072428A (en) | 1991-12-10 |
GB9013256D0 (en) | 1990-08-08 |
FR2663729A1 (fr) | 1991-12-27 |
GB2245064A (en) | 1991-12-18 |
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