DE69103457T2 - Verfahren zum Detektieren eines ferromagnetischen Landkrafteagens. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren eines ferromagnetischen Landkraftwagens, die insbesondere zur Zündungsauslösung einer Mine geeignet sind.
• Augenblicklich gibt es mehrere Techniken zur Lokalisierung eines Gegenstands. Hierunter befindet sich eine gewöhnliche Technik zur Lokalisierung eines ferromagnetischen Gegenstands, die darin besteht, die Schwankungen der einzelnen Bestandteile des Magnetfelds aufzuzeichnen, um den Gegenstand mittels der von ihm erzeugten Störungen des Erdmagnetfelds zu lokalisieren.
• Die für den Einsatz dieser Technik verwendeten Vorrichtungen umfassen hauptsächlich Meßbaugruppen, die aus drei ferromagnetischen, nach den drei Achsen eines Trieders angeordneten Gebern und aus einer Verarbeitungseinheit der von diesen Gebern gelieferten Signale besteht. Derartige Vorrichtungen, die insbesondere in den Patenten FR 2.613.063 und FR 2.586.302 beschrieben werden, ermöglichen die exakte Ermittlung der Position eines ferromagnetischen Gegenstands. Sie erfordern jedoch die Verwendung von mindestens zwei Meßtriedern, um den Gegenstand exakt zu lokalisieren und zwingen zu einer ausgeklügelten Verarbeitung der von den Gebern gelieferten Signale.
• Das Patent GB-2 204 407 beschreibt eine Detektierungsvorrichtung, bestehend aus drei triederförmig angeordneten Magnetgebern und einem Rechner, der ein Parameter bezüglich der vom Fahrzeug zurückgelegten Strecke ermittelt.
• Dieses Parameter ermöglicht, die Funktion der Mine nur dann freizugeben, wenn das Fahrzeug nahe genug an ihr vorbeifährt. Diese Unterlage sieht jedoch vor, daß es zum Auslösen einer Mine erforderlich ist, ein Näherungsdetektierungssystem zu verwenden, das zum Beispiel eine Messung der senkrechten Komponente des Magnetfelds nutzt.
• Die Unterlage US-3 308 760 beschreibt einen magnetischen Näherungszünder für ein Geschoß. Der Zünder umfaßt drei einen Trieder bildenden Magnetgeber. Dieser Zünder verwendet den Wert des insgesamt gemessenen Magnetfelds, um den Zündzeitpunkt zu ermitteln.
• Diese Erfindung soll diesen Nachteil beheben und hat zum Hauptziel, ein Verfahren zu liefern, das ermöglichen soll, die Position eines ferromagnetischen Fahrzeugs aus den Messungen eines einzigen Trieders der Geber abzuleiten.
• Dazu ist das erfindungsgemäße Verfahren, geeignet zum Detektieren eines ferromagnetischen Landkraftwagens, insbesondere um eine Mine zu zünden, wobei man die drei Komponenten X, Y, Z des Magnetfelds mittels drei, gemäß den drei Achsen eines Trieders angeordneten Magnetgebern mißt, dadurch gekennzeichnet, daß:
• A) man die Schwankungen HX, HY, HZ dieser drei Komponenten in bezug auf das Erdmagnetfeld in Echtzeit errechnet, sowie das Waagerechtmodul MH und das Gesamtmodul MT der Schwankungen,
• b) man den Wert des Gesamt- und Waagerechtmoduls und die senkrechte Komponente zu jedem Zeitpunkt t mit dem Wert dieser Module und Komponenten am Zeitpunkt t-1 vergleicht, und daß man die jeweiligen Höchst- und Mindestwerte MTmax, MTmin, MHmax, MHmin, HZmax und HZmin der besagten Module und Komponenten speichert,
• c) man eine Information über die Anwesenheit des Fahrzeugs liefert, wenn:
• c-1) das Gesamtmodul maximal HTmax eine vorbestimmte Schwelle S2 überschreitet,
• c-2) der Wert des waagerechten Moduls MH am Zeitpunkt t regelmäßig während eines bestimmten Zeitraums angestiegen ist, und zwar in bezug auf den gespeicherten Mindestwert MHmin,
• c-3) das Verhältnis HZmax - HZmin/MHmax eine vorbestimmte Schwelle K1 überschreitet.
• Dieses Verfahren besteht also darin, die Schwankungen der drei Komponenten der magnetischen Erdstörung sowie die Waagerecht- und Gesamtmodule aus diesen drei Komponenten zu verarbeiten. Man erreicht die exakte Lokalisierung des Fahrzeugs durch Suche und Auswertung der Extrema und der Amplitudenverhältnisse an den Gesamt- und Waagerechtmodulen und an der senkrechten Komponente.
• Demzufolge wird die Anwesenheit eines Fahrzeugs durch eine ausreichende Erhöhung des Gesamtmoduls detektiert. Daraufhin wird die Längsposition dieses Fahrzeugs durch Ermittlung festgestellt, ob das Waagerechtmodul einen Mindestwert überschritten hat, der, wie man später besser verstehen wird, der Position des besagten Fahrzeugs entspricht, in der es sich lotgerecht zum Meßtrieder befindet. Die Querposition wird aus der Berechnung des Verhältnisses zwischen den Senkrecht- und Waagerechtamplituden des Magnetfelds abgeleitet. Dieses fast eins betragende Verhältnis, wenn sich das Fahrzeug lotgerecht zum Meßtrieder befindet, wird sehr schnell kleiner, sobald sich die Magnetmasse seitlich von diesem Trieder entfernt.
• Dadurch ermöglicht dieses Verfahren die Lieferung einer Information über die Anwesenheit eines Fahrzeugs, sobald es sich lotgerecht zum Meßtrieder befindet. Dank des einfachen Verarbeitungsprinzips ist das Detektierungsverfahren außerdem schnell genug, um Fahrzeuge mit einer Fahrgeschwindigkeit von 30 m/s zu detektieren. Letztlich ermöglicht dieses Verfahren das Detektieren von Fahrzeugen in jeder beliebigen Richtung auf dem Erdfeld.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsart ist die Verarbeitung der vorgenannten Etappen (b) und (c) erst dann zulässig, wenn das Gesamtmodul eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. Die komplette Verarbeitung erfolgt also erst, wenn eine bemerkenswerte Schwankung des Gesamtmoduls, die einer Annäherung eines Fahrzeugs entspricht, entdeckt wird. Dieses Merkmal, das Zeiteinsparungen bei der Signalverarbeitung und demzufolge Energieeinsparungen ermöglicht, weist einen vorteilhaften Charakter auf, wenn die Vorrichtung autonom arbeitet und über eine integrierte Energiequelle verfügt.
• Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, wird eine Information über eine Fahrzeuganwesenheit geliefert, wenn (c-4) das Verhältnis
• MHmin/MHmax
• kleiner als ein vorbestimmter Wert K2 ist.
• Diese zur Lieferung der Information über eine Fahrzeuganwesenheit erforderliche Zusatzbedingung ist eine zusätzliche Sicherheit um sich zu vergewissern, ob sich dieses Fahrzeug lotgerecht zum Meßtrieder befindet.
• Mit dem gleichen Ziel wird außerdem vorzugsweise eine Information über eine Fahrzeugsanwesenheit geliefert, wenn (c-5) das Verhältnis
• MTmax/MTmax
• kleiner als ein vorbestimmter Wert K4 ist.
• Diese Bedingung ist eine zusätzliche Sicherheit, da die Schwankungen des Gesamtmoduls, deren Wert ausgehend vom Wert der drei Komponenten berechnet wird, weniger anfällig für Störschwankungen sind, die zum Beispiel zu einer zeitweiligen, unbeabsichtigten Verringerung des Werts dieses Moduls führen, als die Schwankungen des Waagerechtmoduls.
• Außerdem, und nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, wird eine Information über eine Fahrzeuganwesenheit geliefert, wenn (c-6) das Verhältnis
• MH/MHmax
• größer als ein vorbestimmter Wert K3 ist.
• Diese Zusatzbedingung soll verhindern, daß eine Information über eine Fahrzeuganwesenheit geliefert wird, wenn das Fahrzeug leicht in Querrichtung in bezug auf das Meßtrieder verschoben ist.
• In diesem Fall sind die Schwankungen der Waagerecht- und Gesamtmodule nämlich weniger stark, und daher können die Bedingungen (c-4) und (c-5) nicht erfüllt werden, während die Bedingung (c-3) erfüllt wird.
• Diese Zusatzbedingung ermöglicht es zu vermeiden, daß die Verarbeitung nach Vorbeifahren des Fahrzeugs fortgesetzt wird.
• Außerdem ermöglichen alle diese zur Lieferung einer Information über eine Fahrzeuganwesenheit einzuhaltenden Bedingungen, bei einem Zündungsbefehl einer Mine unbeabsichtige Auslösungen zu vermeiden, die von magnetischen Schwankungen herrühren, die von Täuschungssysteme erzeugt werden.
• Weitere Merkmale, Zwecke und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung anhand beiliegender Zeichnungen hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel eine bevorzugte Ausführungart darstellen. Diese Zeichnungen sind fester Bestandteil dieser Beschreibung, wobei
• - Fig. 1 ein Überssichtsschema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist.
• - Fig. 2 die Schwankungskurven der senkrechten Komponente, des Gesamtmoduls und des Waagerechtmoduls des Magnetfelds für ein Fahrzeug darstellt, das in bezug auf das Meßsystem in Querrichtung verschoben ist.
• - Fig. 3 die Position des Fahrzeugs in bezug auf das Meßsystem darstellt, das die auf Fig. 2 gezeigten Schwankungen des Magnetfelds erzeugt.
• - Fig. 4 die Schwankungskurven der senkrechten Komponente, des Gesamtmoduls und des Waagerechtmoduls des Magnetfelds für ein Fahrzeug darstellt, das sich lotgerecht zum Meßsystem befindet.
• - Fig. 5 die Position des Fahrzeugs in bezug auf das Meßsystem darstellt, das die auf Fig. 4 gezeigten Schwankungen des Magnetfelds erzeugt.
• - Fig. 6a, 6b, 6c das allgemeine Funktionslogigramm der Vorrichtung darstellen.
• Die auf Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist dazu ausgelegt, eine Information über die Anwesenheit eines ferromagnetischen Landkraftwagens zu liefern, wenn sich das Fahrzeug lotgerecht zu dieser Vorrichtung befindet, um eine Mine zu zünden, wie z.B. eine von einer Granate abfeuerbaren Mine.
• In erster Linie umfaßt diese Vorrichtung einen Meßtrieder 1, bestehend aus drei identischen Magnetgebern 1a, 1b 1c, die nach den drei Achsen eines Trieders angeordnet sind. Bei den verwendeten Gebern handelt es sich um Feldplatten, einerseits wegen des leichten Einsatzes derartiger Geber und andererseits wegen ihrer sehr hohen Empfindlichkeit, die sogar die Detektierung von kaum ferromagnetischen Fahrzeugen ermöglicht.
• Die Vorrichtung umfaßt ebenfalls einen Analog-/Digitalwandler 2 zur Erfassung der vom Meßtrieder gelieferten Magnetsignale und zur Digitalisierung dieser Signale.
• Außerdem umfaßt diese Vorrichtung einen Mikrorechner 3, der an den Analog-/Digialwandler 2 angeschlossen ist und die Verarbeitung der Digitalsignale gewährleistet. Dazu umfaßt dieser Mikrorechner 3, in herkömmlicher Form, einen Programmspeicher mit einem Programm der durchzuführenden logischen Operationen und einen Speicher für die Ablage der Ergebnisse. Schließlich umfaßt dieser Mikrorechner einen Detektierausgang 4 zum Anschluß an die Zündvorrichtung der Mine.
• Die Vorrichtung umfaßt schließlich integrierte Stromversorgungsmittel (nicht dargestellt), wie z.B. eine Batterie, die ihr eine perfekte Autonomie verleihen.
• Zum besseren Verständnis des Verarbeitungsprinzips der Digitalsignale sind die Schwankungskurven des Magnetfelds für ein Fahrzeug, das sich entweder in der Nähe (Fig. 3) oder lotgerecht (Fig. 5) zu einem Meßtrieder befindet, in der Anlage beigefügt.
• Wie auf Fig. 2 und 4 dargestellt, schwanken die Werte des Waagerechtmoduls und des Gesamtmoduls in ähnlicher Weise, d.h., sie steigen zunächst bis zu einem ersten Höchstwert an, nehmen dann bis zu einem Mindestwert ab, der einer Position des Fahrzeugs 5 entspricht, bei der das Fahrzeug auf die Meßvorrichtung zentriert ist, steigen erneut bis zu einem zweiten Höchstwert an und nehmen schließlich nach der Vorbeifahrt des Fahrzeugs 5 wieder ab.
• Der Wert der senkrechten Komponente schwankt in umgekehrter Richtung, d.h., er nimmt zunächst bis zu einem ersten Mindestwert ab, steigt dann über einen Nullwert, der der zentrierten Position des Fahrzeugs entspricht, bis zu einem Höchstwert an und nimmt nach Vorbeifahrt des Fahrzeugs 5 erneut bis zu seiner Annulierung ab.
• Wie aus einem Vergleich der Fig. 2 und 4 hervorgeht, zeigen die durchgeführten Aufzeichnungen, daß die Abweichungen zwischen den Extremwerten viel geringer sind, wenn das Fahrzeug 5 in bezug auf das Meßsystem in Querrichtung versetzt ist, als bei Schwankungen für ein zu dieser Vorrichtung lotgerecht vorbeifahrendes Fahrzeug 5.
• Angesichts dieser Daten wird nachfolgend das allgemeine Funktionslogigramm dieser Detektierungsvorrichtung unter Bezugnahme auf Fig. 6a bis 6c beschrieben.
• Vorher werden die einzelnen Parameter und Variablen in herkömmlicher Weise gespeichert. Außerdem wird MHmax, MTmax und HZmax im Ergebnisspeicher ein Nullwert zugeordnet, und NHmin, MTmin und HZmin ein höherer Wert, als die tatsächlich möglichen Werte.
• Die erste Etappe besteht in der Erfassung der drei Komponenten X, Y, Z des Magnetfelds und in der Errechnung der Schwankungen HX, HY, HZ des Waagerechtmoduls dieser MH- Schwankungen und des Gesamtmoduls dieser MT-Schwankungen.
• Danach nimmt die Software einen Näherungstest des Fahrzeugs 5 vor. Dieser Test besteht in einem Vergleich des MT-Gesamtmoduls mit einer Schwelle S1 des Verarbeitungsbeginns und in der Freigabe der Fortsetzung der Verarbeitung, erst wenn diese Schwelle S1 überschritten wurde.
• Außerdem läßt eine in jeder Schleife der Verarbeitung inkrementierte Verzögerung TA die Freigabe der Fortsetzung dieser Verarbeitung erst dann zu, wenn der Wert dieser Verzögerung unter einer gespeicherten Dauer TM liegt, die der maximalen Vorbeifahrtszeit eines Fahrzeugs 5 entspricht.
• Wenn der Wert des Gesamtmoduls zum ersten Mal S1 überschreitet, inkrementiert man einen Parameter SF auf den Wert 1 und gibt der Verzögerung TA einen Nullwert.
• Nach Erfüllung der Näherungstestbedingungen werden die Verarbeitungsetappen freigegeben. Wenn die Auslösebedingungen jedoch nach einer Zeit länger als TM nicht erfüllt wurden, werden die Verarbeitungsetappen erneut auf Nährungstestebene gehemmt, und man gibt dem Parameter SF nochmals einen Nullwert.
• Sind die Näherungstestbedingungen schließlich erfüllt, erarbeitet die Software die Verarbeitungsvariablen, indem sie bei jeder Schleife die errechneten Werte der Waagerecht- und Gesamtmodule und der senkrechten Komponente mit den gespeicherten Werten dieser Module und Komponente vergleicht, so daß die Extremwerte gespeichert bleiben.
• Außerdem werden als Mindestwerte nur diejenigen Werte der Gesamt- und Waagerechtmodule gespeichert, die unter einem vorbestimmten Prozentsatz der gespeicherten Höchstwerte MTmax und MHmax liegen.
• Bei diesem Beispiel muß der Wert der Module unter (ko x max M - N1) liegen, wobei ko = 0,9 und N1 = 10 Milli Gauss betragen. Bezieht man sich auf die Schwankungskurven der Gesamt- und Waagerechtmodule, so soll diese Bedingung verhindern, besonders während der ersten ansteigenden Phase dieser Kurven, daß eine Verminderung durch Störung als Mindestwert ausgelegt wird.
• Bezieht man sich erneut auf die Kurven, so wird die Erarbeitung der Verarbeitungsvariablen also darin bestehen, zunächst den Höchstwert der Gesamt- und Waagerechtmodule (ansteigende Phase der Kurve) und danach den Mindestwert dieser Module zu speichern.
• Gleichzeitig wird zunächst der Mindestwert der senkrechten Komponente und danach ihr Höchstwert gespeichert. Außerdem errechnet man zu jedem Zeitpunkt t die Abweichung E = maxHZ - minHZ.
• Die letzte Phase der Verarbeitung besteht in der Ermittlung, ob die Auslösebedingungen erfüllt wurden. Diese Auslösebedingungen lauten wie folgt:
• - Ausreichendes Signalniveau am maximalen Gesamtmodul, durch Vergleich dieses Moduls mit einer Schwelle S2 = 50 mG.
• - Überschreitung eines Mindestwerts am waagerechtmodul. Dazu muß man sich vergewissern, ob dieses Waagerechtmodul in bezug auf den gespeicherten Mindestwert MHmin regelmäßig angestiegen ist, z .B. während drei aufeinanderfolgenden Erfassungen.
• - Verhältnis zwischen der Amplitude der senkrechten Komponente E und dem maximalen Waagerechtmodul ausreichend und über einem Koeffizienten K1 = 0,8.
• - Ausreichender Mindestwert der Waagerecht- und Gesamtmodule, so daß das Verhältnis des Höchstwerts zu diesem Mindestwert größer als ein Koeffizient K2 = K4 = 0,7 ist.
• - Verhältnis des Waagerechtmoduls zum Höchstwert dieses Moduls höher als ein Koeffizient K3 = 0,25: diese Voraussetzung bedingt einen ausreichenden Anstieg des Werts von MH, um eine Auslösung nach dem Vorbeifahren des Fahrzeugs 5 zu vermeiden.
• - Werte der Komponenten HX, HY, HZ über einer vorbestimmten Schwelle S3. Diese etwas redundante Bedingung soll unter allen Umständen gewährleisten, daß keine Auslösung nach dem Vorbeifahren des Fahrzeugs 5 stattfindet.
• Alle diese Auslösebedingungen sind dazu geeignet, daß die Information über die Anwesenheit des Fahrzeugs dann geliefert wird, wenn dieses Fahrzeug über der Meßvorrichtung zentriert ist, wobei diese Position dem Mindestwert der Waagerecht- und Gesamtmodule entspricht.
• Dazu ist zu bemerken, daß es sich bei den Werten der einzelnen Koeffizienten K0... K4 und der Schwellen S1, S2, N1 um für eine gegebene Meßvorrichtung und Fahrzeugbevölkerung bestimmte Werte handelt, die je nach in betracht gezogener Anwendung angepaßt werden können.

Claims (1)

1 - Verfahren zum Detektieren eines ferromagnetischen Landkraftwagens (5), insbesondere um eine Mine zu zünden, indem die Schwankungen der einzelnen Komponenten des Magnetfelds so aufgezeichnet werden, daß man das besagte Fahrzeug aufgrund der Störungen des Erdmagnetfelds lokalisieren kann, wobei man die drei Komponenten X, Y, Z des Magnetfelds mittels drei, gemäß den drei Achsen eines Trieders angeordneten Magnetgebern (1a, 1b, 1c) mißt, dadurch gekennzeichnet, daß:

a) man die Schwankungen HX, HY, HZ dieser drei Komponenten in bezug auf das Erdmagnetfeld in Echtzeit errechnet, sowie das Waagerechtmodul NH und das Gesamtmodul MT der Schwankungen,

b) man den Wert des Gesamt- und Waagerechtmoduls und die senkrechte Komponente zu jedem Zeitpunkt t mit dem Wert dieser Module und Komponenten am Zeitpunkt t-1 vergleicht, und daß man die jeweiligen Höchst- und Mindestwerte MTmax, MTmin, MHmax, MHmin, HZmax und HZmin der besagten Module und Komponenten speichert,

c) man eine Information über die Anwesenheit des Fahrzeugs liefert, wenn:

c-1) das Gesamtmodul maximal HTmax eine vorbestimmte Schwelle S2 überschreitet,

c-2) der Wert des waagerechten Moduls MH am Zeitpunkt t regelmäßig während eines bestimmten Zeitraums angestiegen ist, und zwar in bezug auf den gespeicherten Mindestwert MHmin,

c-3) das Verhältnis HZmax - HZmin/MHmax eine vorbestimmte Schwelle K1 überschreitet.

2 - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Etappen (b) und (c) erst dann freigibt, wenn das Gesamtmodul eine vorbestimmte Schwelle überschreitet.

3 - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zu einem Zeitpunkt t nur diejenigen Werte des Gesamtmoduls MT und des Waagerechtmoduls MH als Mindestwerte speichert, die unter einem vorbestimmten Prozentsatz der gespeicherten Höchstwerte MTmax und MHmax der besagten Waagerecht- und Gesamtmodule liegen.

4 - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß (c) man eine Information über die Fahrzeuganwesenheit (5) liefert, wenn (c-4) das Verhältnis

MHmin/MHmax

kleiner als ein vorbestimmter Wert K2 ist.

5 - Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß (C) man eine Information über die Fahrzeugsanwesenheit (5) liefert, wenn (c-5) das Verhältnis

MTmin/MTmax

kleiner als ein vorbestimmter Wert K4 ist.

6 - Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß (C) man eine Information über die Fahrzeuganwesenheit (5) liefert, wenn (c-6) das Verhältnis

MH/MHmax

größer als ein vorbestimmter Wert K3 ist.