DE4303194A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Beschußwarnung von Luft-, See- oder Landfahrzeugen und Abstandsmessung vorbeifliegender Geschosse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschußwarnung von Luft-, See- oder Landfahrzeugen und zur Abstandsmessung vor­ beifliegender Geschosse. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

In Luft-, Land- oder Seefahrzeugen ist es häufig aufgrund des dort gegebenen Geräuschpegels nicht immer möglich, festzustel­ len, ob das Fahrzeug beschossen wird. Hierbei geht es nicht nur um Warnsysteme für Militärfahrzeuge, sondern auch für Zivil­ fahrzeuge.

Tatsächlich werden z. B. in Luftfahrzeugen mit hohem Eigenge­ räuschpegel durch Triebwerkslärm oder Luftschraubenschall vor­ beiliegende Geschosse von der Besatzung in der Regel akustisch nicht wahrgenommen. Bei Verwendung von geräuschisolierten Helmen mit integrierten Kopfhörern wird dieses Problem noch verstärkt. Die Folge ist, daß der Luftfahrzeugführer, z. B. in einem Hubschrauber während des Einsatzes in geringen Flughöhen über einem kriegsaktiven Gebiet, einen etwaigen Beschuß, z. B. vom Boden mit kleinen Kalibern, erst bemerkt, wenn sein Luft­ fahrzeug getroffen und beschädigt wurde. Da in der Regel der erste Feuerstoß noch nicht trifft, wird das Abschußrisiko für ein solches Luftfahrzeug erheblich vermindert, wenn dem Piloten frühzeitig Meldungen über etwaige abgefeuerte Geschosse gegeben werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, womit auf zuverlässige Weise Geschosse registriert werden, die auf das Fahrzeug abgegeben worden sind und dieses nur knapp verfehlen. Die gewonnenen Informationen sollen dem Fahrzeugführer die Möglichkeiten ver­ schaffen, die Entfernung vorbeifliegender Geschosse zu ermit­ teln und Hinweise auf etwaige Fluchtmanöver zu geben. Die Vor­ richtung soll ohne großen technischen Aufwand aufgebaut sein.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfah­ ren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß am oder mit dem Fahrzeug eine Sensorkette verbunden ist, deren einzelne Sen­ soren die Druckwelle vorbeifliegender Geschosse messen und zeitversetzt getriggerte Impulse an eine Auswerteinheit geben, in der die Schnitthyperbel des Geschoßmachkegels in mindestens zwei Punkten erfaßt wird.

Die vorliegende Erfindung beruht im Prinzip auf dem sogenannten Machkegelvermessungsverfahren, das beispielsweise in der DE 39 14 179 A1 beschrieben wird. Dieses Vermessungsverfahren beruht darauf, daß von einfachen Drucksensoren, die in einer im wesentlichen geradlinigen oder langgestreckten Kette angeordnet sind, lediglich der Durchgang einer Druckwellenfront des oder der vorbeifliegenden überschallschnellen Geschosse in Form von zeitversetzten getriggerten Impulsen registriert wird. Durch dieses Messen der Druckwellenfront kann der Kegelschnitt der Druckwelle und hieraus die Geschoßrichtung, deren Geschwindig­ keit etc. ermittelt werden. Das Machkegelvermessungsverfahren nach DE 39 14 179 A1 wurde zum Übungsschießen auf stehende oder bewegte Ziele, wie z. B. an langen Zugseilen von Flugzeugen geschleppten Zieldarstellungskörpern angewendet. Im Prinzip soll dieses Verfahren modifiziert werden, wobei die erforderli­ che Sensorkette auf das Maß normaler in Fahrzeugen verwendeter Längen (z. B. in Antennenform) verkürzt werden kann. Nach Wei­ terbildungen der Erfindung werden mit dem Verfahren nicht nur der am Zielmittelpunkt am nächsten liegende Punkt der Geschoß­ flugbahn, sondern der exakte Geschoßkanal relativ zur Antenne ebenso ermittelt wie der Standort des Schützen unter Berück­ sichtigung der Geschoßballistik. Durch fortlaufende Überwachung ist es ebenso möglich, die Trends einzelner Geschosse innerhalb eines Feuerstoßes zu ermitteln, die Kalibergröße und damit das Gefahrenpotential des Beschusses festzustellen und die genann­ ten Größen optisch und akustisch so aufzubereiten, daß ein sub­ jektiver Eindruck des Beschusses vektoriell für die Zielperson, den Führer des unter Beschuß genommenen Fahrzeuges, entsteht.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den Ansprüchen 2 bis 8 beschrieben, die prinzipiell in einer ande­ ren Verwendung aus der DE 39 14 179 A1 bekannt sind.

Schließlich soll die Auswerteinheit nach einer Weiterbildung der Erfindung die geschoßfreien Fluchtwege ermitteln und dem Fahrzeugführer anzeigen. Hierbei können bei gleichzeitigem Beschuß aus mehreren Richtungen in einem Rechner die Gefahren­ potentiale der verschiedenen Beschußquellen gewichtet und so Entscheidungspräferenzen für den Fahrzeugführer, insbesondere für den Piloten vorgeschlagen werden. Die Anzeige erfolgt bevorzugt in Echtzeit.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Anzeige optisch und akustisch in subjektiv erfaßbare Informationen umgewandelt und derart synthetisiert worden ist, daß beim Fahrzeugführer ein räumlicher Eindruck der Beschußsituation entsteht, insbesondere durch optisches Raumdisplay, künstlichen Stereosound der Geschosse im Kopfhörer oder ähnliches.

Zur Erhöhung der Registriergenauigkeit der Geschosse wird der Störgeräuschpegel des Fahrzeuges durch Filter in der Auswert­ einheit unterdrückt bzw. ausgefiltert.

Weiterhin bevorzugt werden durch zeitlich aufeinanderfolgende Messungen einzelne Geschosse und ihre Bewegungen voneinander separiert und als einzelne Geschoßbewegungen angezeigt.

Schließlich kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfin­ dung die Auswerteinheit ein selbsttätiges oder teilautomati­ sches Verteidigungsfeuer auf die geortete Beschußquelle steu­ ern.

Vorrichtungstechnisch kann die Sensorkette in Form einer stab­ förmigen Antenne am oder mit dem Fahrzeug verbunden sein, vor­ zugsweise liegen die Drucksensoren auf einer Geraden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden zwei oder mehrere Sensorketten vorgesehen sein, die in einem vorge­ gebenen Winkel aufeinander zulaufen. Als Sensoren werden mecha­ nisch robuste Piezomembrane verwendet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 die Geschoßbahn mit einem Machkegel und einer Schnitthyperbel,

Fig. 2 ein Sensor-Zeit-Diagramm zur Rekonstruktion der Schnitthyperbel und

Fig. 3 ein Impuls-Zeit-Diagramm des Drucksensors.

Die in Fig. 1 dargestellte geradlinige Sensorkette 10 besteht aus einzelnen Drucksensoren 11, die auf einem stabförmigen Hal­ ter linear aufgereiht sind. Die Drucksensoren 11 sind mit einer Aufnahme und Auswerteinheit 12 ebenso verbunden wie ein weite­ rer Drucksensor 13 außerhalb der durch die Drucksensoren 11 vorgegebenen Gerade. Fliegt nun ein Geschoß 14 überschall­ schnell an den Drucksensoren 11 vorbei, so bereitet sich in Form eines sogenannten Machkegels 15 eine Druckwelle aus, wovon die Hyperbel 16 die Schnittfigur dieses Machkegels 15 dar­ stellt.

In Fig. 2 ist die Rekonstruktion der Schnitthyperbel 16 aus den zeitversetzten Impulsen der einzelnen Drucksensoren 11 darge­ stellt, wobei der Sensorabstand a gegen die Zeit t aufgetragen ist. Die Schaltung 12 ist so aufgebaut, daß erst bei Über­ schreiten eines Schwellwertes b das Signal 17 eines Drucksen­ sors in eine Rechtecksignal 18 umgewandelt und entsprechend Fig. 2 gezählt wird. Der Schwellwert b liegt oberhalb eines fahrzeugfortbewegungsbedingten Geräuschpegels, z. B. oberhalb 68 dB. Aus der vollständig bekannten Schnitthyperbel 16, deren Arme asymptotisch in den Machkegel 15 übergehen, kann die Rich­ tung des Geschosses 14 sowie aus der zeitlichen Abfolge der einzelnen Drucksensorsignale die Geschwindigkeit des Geschosses gemessen werden. Bei mehr als zwei Sensorketten 10 kann eine fehlende räumliche Komponente berechnet werden. Das Meßverfah­ ren ist im einzelnen in der DE 39 14 179 A1 beschrieben, worauf ergänzend verwiesen wird.

Claims (19)

1. Verfahren zur Beschußwarnung von Luft-, See- oder Land­ fahrzeugen und zur Abstandsmessung vorbeifliegender Geschosse (14), dadurch gekennzeichnet, daß am oder mit dem Fahrzeug eine Sensorkette (10) verbun­ den ist, deren einzelne Sensoren die Druckwelle (15) vor­ beifliegender Geschosse messen und zeitversetzt getriggerte Impulse (18) an eine Auswerteinheit (12) geben, in der die Schnitthyperbel (16) des Geschoßmach­ kegels (15) in mindestens zwei Punkten erfaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Geschoßkanals im Raum durch die zeitliche Impuls­ folge eines festgelegten Sensors (11) und den von der Druckwelle (15) nachfolgend beaufschlagten Sensoren (11) unter Berücksichtigung der Relativgeschwindigkeiten aus Geschoß und Fahrzeug bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Hilfssensors (13) außerhalb der Ebene durch die Sensorkette (10), durch die Zeitimpulsmessung des vom Hilfssensor (13) ausgelösten Impulses die Lage des Geschoßkanals eindeutig bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Bewegung der Sensorkette (11) und/oder beliebigen Schnittwinkeln zwischen der Sensor­ kette (10) und der Geschoßbahn das durch die zeitversetz­ ten Impulse (18) der von der Druckwelle (15) beaufschlag­ ten Sensoren (11) entstehende, affine Bild der Schnitt­ hyperbel (16) in der Auswerteinheit (12) erfaßt und auf symbolischem, geometrischem oder numerischem Weg in die maßstäbliche Originalhyperbel rücktransformiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder weitere Einsatzparameter während des Einsatzes zyklisch oder stationär gemessen oder errechnet oder aber vorher eingegeben werden und zur Auswertung aus bekannte Größe mit verwertet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Erfassung des Abstandes der Hyper­ belachse zur Kegelachse des Geschoßmachkegels (15) der aus der Gleichung der Schnitthyperbel (16) errechenbare Kegel dient.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß aus den Transformationsparametern bei der Rücktransformation der affinen Abbildung der aus den zeitversetzten Impulsen (18) abgeleiteten Hyperbel in die maßstäbliche Originalhyperbel die Geschwindigkeiten im Ge­ schwindigkeitsdreieck aus der Fahrzeugbewegung, Geschoßbe­ wegung und Schallausbreitung bestimmt werden.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Temperaturmeßsen­ sor am Fahrzeug die Umgebungstemperatur gemessen wird und daß mit Hilfe dieser Größe die absolute Geschwindigkeit des Geschosses (14) und/oder des Fahrzeuges erfaßt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auswerteinheit (12) die geschoß­ freien Fluchtwege ermittelt und dem Fahrzeugführer anzeigt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anzeige in Echtzeit erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anzeige optisch und akustisch in subjektiv erfaßbare Informationen umgewandelt und synthetisiert werden und daß beim Fahrzeugführer ein räumlicher Eindruck der Beschußsituation entsteht, vorzugsweise durch optisches Raumdisplay, Stereosound der Geschosse im Kopfhörer oder ähnliches.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der (Stör-)Geräuschepegel des Fahrzeu­ ges, hervorgerufen durch Triebwerks-Motor oder ähnlichen Lärm, durch Filter in der Auswerteinheit unterdrückt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch zeitlich aufeinanderfolgende Mes­ sungen einzelne Geschosse und ihre Bewegungen separiert und als einzelne Geschosse angezeigt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auswerteinheit (12) ein selbsttäti­ ges oder teilautomatisches Verteidigungsfeuer an die geor­ tete Beschußquelle steuert.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 bis 14, nämlich zur Beschußwarnung von Luft-, See- oder Landfahrzeugen und zur Abstandsmessung vor­ beifliegender Geschosse, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Fahrzeug eine Sensorkette (10) angebracht und mit einer Auswerteinheit (12) verbunden ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorkette eine Gerade bildet.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei oder mehrere Sensorketten (10) vorgesehen sind, die in einem vorgegebenen Winkel aufeinander zulau­ fen.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Sensorkette weitere Sen­ soren vorgesehen sind, die mit der Auswerteinheit (12) verbunden sind.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensoren Piezomembranen vorgesehen sind.