TR202006105A1 - Ateşli̇ si̇lahlar i̇çi̇n iska mesafesi̇ ve si̇lah kali̇bre kesti̇ri̇mi̇ne dayali atiş yeri̇ menzi̇l kesti̇ri̇m yöntemi̇ - Google Patents

Abstract

Buluş; karakol, sınır, birlik, toplum, araç ve konvoy güvenliği sağlamak üzere ateşli silahlardan süpersonik mermilerle yapılan atışların tespitinin ardından, ıska mesafesinin kestirimini ve silah kalibresinin (mermi çapının) sınıflandırmasını gerçekleştiren, akabinde her bir kalibre için saha atış verileri üzerinden oluşturulmuş özgün denklemler kullanılarak, atış yerinin menzilinin yüksek doğrulukla kestirilmesini sağlayan yöntem ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME ATESLI SILAHLAR içiN ISKA MESAFESI VE siLAH KALIBRE KESTIRIMINE DAYALI ATIS YERI MENZIL KESTIRIM YONTEMI Teknik Alan Bulus, iska mesafesi kestirimi ve mermi kalibresi siniflandirilmasina dayanarak atesli silahlara ait atis yeri menzilinin kestirimini saglayan bir yöntem ile ilgilidir.

Bulus özellikle; karakol, sinir, birlik, t0plum, araç ve konvoy güvenligi saglamak üzere atesli silahlardan süpersonik mermilerle yapilan atislarin tespitinin ardindan, iska mesafesinin kestirimini ve silah kalibresinin (mermi çapinin) siniflandirmasini gerçeklestiren, akabinde her bir kalibre için saha atis verileri üzerinden olusturulmus özgün denklemler kullanilarak, atis yerinin menzilinin yüksek dogrulukla kestirilmesini Teknigin Bilinen Durumu Günümüzde akustik atis yeri tespit sistemlerinde, atisa ait namlu patlamasi (muzzle blast) ve sok dalgasi (shock wave) isaretlerinin basariyla tespit edilmesi ve yönlerinin kestirilebilmesi gerekmektedir. Bu amaçla, tek noktada konumlandirilmis ya da dagitik olarak yerlestirilmis mikrofon dizinleri kullanilmaktadir. Mikrofon dizinine ulasan akustik isaretler farkli yöntemlerle islenerek tahmin yapilmakta, namlu patlamasi ile sok dalgasi isaretlerinin yönü ve aralarindaki zaman farki kestirilmektedir. Bu kestirim degerleri ve ses hizi kullanilarak da menzil kestirimi yapilabilmektedir. Bu bilgilere ek olarak, bazi atis yeri tespit sistemlerinde mermi kalibresinin veya iska mesafesinin tahminini amaçlayan çalismalar da mevcuttur.

Tekniginin bilinen durumunda iska mesafesi kestiriminde mermi kalibresi, mermi uzunlugu ve mermi hizi için baslangiçta bazi varsayimlar yapilmaktadir. Belirli kosullar ve mermi tipleri için geçerli olan varsayimlar, kosullar disina çikildiginda kestirim hatalarinin artmasina neden olmaktadir. Uzaktan ateslenmis genis çapli bir merminin yarattigi fiziksel isaretler ile, yakindan ateslenmis küçük bir mermiye ait bulgular benzer olabilmektedir. Atmosferik etkilerle yavaslayan merminin hizi için yapilan kestirimler, türbülans ve moleküler titresimler gibi olumsuz etkiler nedeniyle belli ölçüde hata içermektedir. Bununla birlikte, balistik varsayimlarla atis menzil kestirimi yapildiktan sonra yine balistik bir parametre olan mermi kalibresinin bu menzil kestirimine göre tahmin edilmesi, kendi içinde hata barindirmaktadir.

Mevcut teknikte çoklu mikrofon dizini kullanmayi gerektiren menzil kestirim yöntemlerinde ise, mikrofonlara ulasan sok dalgasi ve namlu patlamasi isaretleri arasindaki zaman farklari ve isaret gelis yönleri girdi olarak degerlendirilmektedir. Belirli bir mesafede uçus süresi sonrasi mermi yavaslamakta, bu nedenle özellikle uzun menzillerde hatalar artmaktadir. Mermi tipine göre havadaki sürtünme katsayisi farklilik göstermekte ve merminin havada kaldigi süre degismektedir. Bu nedenlerle, sok dalgasi ve namlu patlamasi isaretleri arasindaki süre ve gelis açisi ayni olmasina ragmen, farkli mermi tipleri için atis yeri menzilinde farkliliklar olabilmektedir.

Teknigin bilinen durumunda mevcut çalismalarin çogu, görev sahasi içerisine dagitik olarak yerlestirilmis algilayici birimlerin kullanimina dayanmaktadir. Bu durum, algilayici birimlerdeki isaret isleme yükünün yaninda, birimler arasindaki ag haberlesmesi ve es zamanlama problemlerine de güvenilir çözümler bulunmasini gerektirmektedir.

Birimlerde olusabilecek bu islem yükü donanim, yazilim ve veri isleme gecikmesi maliyetlerini artirmaktadir. Ayrica, birimlerden toplanan ham verilerin merkezi bir islemci ünitesine aktarilmasi ve burada islenmesi sonucu olusan gecikmeler kestirimlerin geçerliligini ve dogrulugunu azaltmaktadir.

Bir veya birden fazla dagitik yerlesimli çoklu mikrofon dizinine ihtiyaç duyan çözümlerin ortak özelligi; iska mesafesi, mermi kalibresi ve atis yeri menzilinde çok katmanli ve hiyerarsik derin ögrenme teknikleri veya mikrofonlardaki isaret gelis zaman farklari üzerinden en yakin yaklasma noktasi için genetik algoritma optimizasyonu gibi karmasik metotlarin kullanilmasidir.

Sok dalgasina ve namlu patlamasina iliskin bilgilerin, isaret baslangiç zamanlarinin, sok egim bilgisinin veya zamansal sifir geçislerinin dogru tespit edilebilmesi, isaret-gürültü oraninin (signal-to-noise ratio, SNR) belirli bir seviyenin üstünde olmasini gerektirmektedir. Gürültülü ortamlarda, uzun menzilli atislarda, susturuculu atislarda ya da araç gürültüsünü içeren mobil sistemlerde sifir geçisi olmayabilir veya namlu patlamasi tespit edilemeyebilir. Dolayisiyla, böyle bir durumda sok dalgasi ve namlu patlamasi isaretlerinin tespitine ve yönlerinin kestirimine bagli menzil kestirim yöntemi kullanmak çözüm olmayacaktir.

Literat'urde yapilan arastirma sonucunda yukarida belirtmis oldugumuz dezavantajlara sahip asagidaki dokümanlara rastlanilmistir.

U85930202 yayin numarali dokümanda, dagitik algilayici ag mimarisi üzerinden toplanan isaretler islenerek, sok dalgasi genligi, periyodu, çikis ve inis egimleri ile mermi hizi kestirimi bilgilerinden yola çikilarak mermi kalibresi ve iska mesafesi için kestirim yapilmaktadir. alti mikrofon ve merkeze yerlestirilen bir mikrofon kullanmaktadir. Mikrofonlara ulasan sok dalgasi isaretleri arasindaki gelis zaman farklari 'üzerinden, en yakin yaklasma noktasi genetik algoritma kullanilarak tayin edilmekte ve buna göre menzil kestirimi yapilmaktadir. Bu patentlerde kalibre kestirimiyle ilgili herhangi bir bilgi yoktur.

U88149649 yayin numarali dokümanda tek bir sistem kullanilarak sok dalgasi isareti tespit edilmekte, en az bes mikrofonda görülen isaretlerin basinç seviyeleri ve varis zaman farklari kullanilarak menzil kestirimi yapilmaktadir. Sok dalgasi isaretine göre elde edilen iki alternatif mermi yolundan en yakin yaklasma noktasi kestirilerek mermi yoluna karar verilmektedir. Kestirim dogrulugunu artirmak için namlu isaretinin duyulabilmesi gerekmektedir. Kalibre kestirimi için, en az bes mikrofonda sok dalgasi basinç seviyeleri, gelis zamanlari, isaretin genligi ve süresi ölçülmüs olmalidir.

USB178141 yayin numarali patent dokümaninda ise, korunacak bölgenin iki tarafina yerlestirilmis dört mikrofonlu en az iki tetrahedral dizin veya bölge içerisinde dagitik olarak en az alti sensör kullanilmaktadir. Bu birimlerdeki sok dalgasi varis zamanlari kullanilarak iska mesafesi ve mermi hizi kestirimi yapilmaktadir. Kalibre kestiriminde ise, sok dalgasinin genligi ve egimi ile saha verileri kullanilarak olusturulan denklemler kullanilmaktadir. Bu çalismadaki menzil kestirimi, sok ve namlu isaretlerinin gelis zamanlari ve isaret yön kestirimleri 'üzerinden yapilmaktadir.

Sonuç olarak, yukarida anlatilan olumsuzluklardan dolayi ve mevcut çözümlerin konu hakkindaki yetersizligi nedeniyle ilgili teknik alanda bir gelistirme yapilmasi gerekli kilinmistir.

Bulusun Amaci Bulus, mevcut durumlardan esinlenerek olusturulup yukarida belirtilen olumsuzluklari çözmeyi amaçlamaktadir.

Bulusun ana amaci; herhangi bir parametre ayarina ya da ön bilgiye ihtiyaç duymadan, birçok atis sonucu toplanan saha verilerinde kestirim hatalarini minimize edecek optimizasyon yöntemlerini uygulayarak elde edilen özgün denklemler kullanilarak iska mesafesi, silah mermi kalibresi ve atis yeri menzilinin yüksek dogrulukla kestirilmesini saglayacak bir yöntem ortaya koymaktir.

Bulusun diger amaci; namlu patlamasi isareti, artan atis yeri menzili ile birlikte oldukça zayifladigindan ve düsük SNR seviyesi tespit ve kestirim hatalarina yol açtigindan iska mesafesi ve silah kalibre kestirimi için sadece sok dalgasi isaretinin kullanilmasini saglamaktir. Bu sayede kestirim güvenilirliginin artmasi hedeflenmektedir.

Bulusun bir diger amaci; dizin geometrisinden ve mikrofon sayisindan bagimsiz bir yöntem ortaya koyarak farkli uygulamalar, sistemler ve kullanim senaryolarinda iska mesafesi, silah kalibre ve menzil kestirimini saglamaktir.

Bulusun bir diger amaci; tek bir mikrofon kullaniminda dahi yüksek dogruluga sahip menzil kestiriminin yapilmasini saglamaktir.

Bulusun bir diger amaci; iska mesafesi, silah kalibre ve atis yeri menzil kestiriminin tek bir algilayici birimde yapilabilmesini saglamak, ag kurulum problemlerini ortadan kaldirmaktir. Bu sayede ag haberlesmesi, es zamanlama, ek islem yükü, gecikme ve maliyet sorunlari ortadan kalkmaktadir.

Yukarida anlatilan amaçlari yerine getirmek üzere bulus, atesli silahlardan süpersonik mermilerle yapilan atislardaki akustik sinyallerin en az bir mikrofon ile algilanarak, atis yeri menzilinin kestirilmesine yönelik bir yöntem olup, özelligi; - sok dalgasinin ve namlu patlamasinin tespit edilmesi, - tespit edilen sok dalgasi ve namlu patlamasi arasindaki gelis zaman farkinin hesaplanmasi, o iska mesafesinin kestiriminin yapilmasi, 0 silah kalibre kestiriminin yapilmasi, 0 sok dalgasi ile namlu patlamasi arasindaki hesaplanan zaman farkinin, bahsedilen iska mesafesi kestiriminin ve silah kalibre kestiriminin kullanilarak atis yeri menzilinin hesaplanmasi islem adimlarini içermesidir.

Bulusun yapisal ve karakteristik özellikleri ve tüm avantajlari asagida verilen sekiller ve bu sekillere atiflar yapilmak suretiyle yazilan detayli açiklama sayesinde daha net olarak anlasilacaktir ve bu nedenle degerlendirmenin de bu sekiller ve detayli açiklama göz önüne alinarak yapilmasi gerekmektedir.

Bulusun Anlasilmasina Yardimci Olacak Sekiller Sekil 1, bulusa konu olan atis yeri menzili kestirim yönteminin akis diyagramidir.

Sekil 2, sok dalgasi için sinyal gücünün minimum ve maksimum oldugu zamani gösteren grafiktir.

Bulusun Detayli Açiklamasi Bu detayli açiklamada. bulusa konu olan atis yeri menzil kestirimi yönteminin tercih edilen yapilanmalari, sadece konunun daha iyi anlasilmasina yönelik olarak açiklanmaktadir.

Bulus herhangi bir parametreye ayarina yada ön bilgiye ihtiyaç duyulmadan atesli silahlardan süpersonik mermilerle yapilan atislardaki akustik sinyallerin en az bir mikrofon ile algilanarak, atis yeri menzilinin kestirilmesine yönelik bir yöntem olup, özelligi; o sok dalgasinin ve namlu patlamasinin tespit edilmesi, o tespit edilen sok dalgasi ve namlu patlamasi arasindaki gelis zaman farkinin hesaplanmasi, . iska mesafesinin kestiriminin yapilmasi, . silah kalibre kestiriminin yapilmasi, . sok dalgasi ile namlu patlamasi arasindaki hesaplanan zaman farkinin, bahsedilen iska mesafesi kestiriminin ve silah kalibre kestiriminin kullanilarak atis yeri menzilinin hesaplanmasi Bulus konusu ayrica gelen akustik veri ile Whitham sok dalgasi modelinin çapraz ilinti çiktisina bakilarak sok dalgasinin tespit edilmesi ve hizli Fourier dönüsüm yöntemi kullanilarak sok dalgasinin merkez frekansinin tespit edilmesi islem adimlarini içermektedir. Bununla birlikte namlu patlamasi tespitinin Friedlander namlu patlamasi modelinin çapraz ilinti çiktisina bakilarak elde edilmesi islem adimini içermesidir.

Bulus konusu atis yeri menzili kestirimine yönelik yöntem iska mesafesinin kestiriminin, sok isaret egimi, mermi hizi ve ses hizi kullanilarak mermi dogrultusu ile en az bir mikrofondan olusan algilayici birim arasindaki en yakin mesafeyi hesaplayabilmesi islem adimi ile hesaplanan iska frekans bilgisi ile sok isaret frekansinin karsilastirilarak mermi kalibresinin kestirilmesi islem adimini içermektedir Bulus, atesli silahlardan süpersonik mermilerle yapilan atislar için iska mesafesinin, silah mermi kalibresinin ve atis yeri menzilinin kestirilmesi amaciyla kullanilacak bir yöntemdir.

Bulunan yöntem, karakol güvenligi, araç ve konvoy güvenligi, sinir güvenligi, birlik güvenligi, toplum güvenligi ve kamu güvenligi gibi amaçlar için kullanilabilmektedir.

Yöntemin girdisi, algilayici mikrofonlara ulasan akustik sinyallerdir. Mikrofonlara ulasan sinyaller sok dalgasi (shock wave) ve namlu patlamasi (muzzle blast) tespit bloklarinda çapraz korelasyon (cross correlation) yöntemiyle tespit edilir. Ayrica sok dalgasi tespit blogunda Hizli Fourier Dönüsümü (Fast Fourier Transform, FFT) ile sok dalgasi merkez frekansi (fsw) da hesaplanmaktadir. Sok dalgasi ile namlu patlamasi sinyalleri arasindaki zaman farki (AT) asagidaki sekilde hesaplanir; Burada tmb namlu patlamasi tespit zamanini, tsw ise sok dalgasi tespit zamanini temsil etmektedir.

Ozellikle birlik içerisinde ya da araç konvoyunda aticinin nereyi hedef aldigi konusunda bilgi saglamaktadir. Iska mesafesi kestirim blogunda mermi hizi, ses hizi ve sok dalgasi sinyali egimi girdi olarak kullanilmaktadir. Buradaki blokta mermi hizi (v0=800 mi's) sabit bir deger olarak alinmaktadir. Ses hizi (c) ise ölçülen ortam sicakligina (TC) bagli olarak asagidaki formülle bulunmaktadir; c = 331 + 0.6 T, Sekil 2'de verilen sok dalgasi isareti için, Smax maksimum sinyal gücünü, Smin minimum sinyal gücünü, tmm- sinyal gücünün maksimum oldugu zamani ve rwm: sinyal gücünün minimum oldugu zamani göstermektedir. Buna göre, sok dalgasi isaretinin egimini (sm) S Smax _ Smin SW tmin _ tmax Ses hizi, mermi hizi ve sok dalgasi isaret egimi elde edildikten sonra, iska mesafesi kestirimi (dm-SS) asagidaki esitlikle hesaplanmaktadir; dmiss - ki [(7) _ 1] 170 g Burada k1 sabit bir katsayiyi, vÜ mermi hizini, c ses hizini, SsW ise sok dalgasi isaret egimini temsil etmektedir.

Elde edilen iska mesafesi kestirimi, üçüncü dereceden bir denklem icerisinde iska frekansi tespitinde (fmiss) kullanilmaktadir: Burada cim-SS iska mesafesi olup; ao, al, az ve a3 sabit birer katsayidir.

Silah kalibre kestiriminin basariyla yapilmasi, tehdit potansiyelinin dogru tahmin edilmesini, atisa karsi alinacak tedbir ve belirlenecek taktik için gerekli kararin yüksek dogrulukla verilebilmesini saglamaktadir. Çoklu atis senaryosunda mermi kalibre kestirimi, öncelikli tedbirin agir silahlara karsi alinmasina yardimci olmaktadir. Ayni zamanda, silah kalibre kestirimi, menzil kestiriminde hata oranini azaltmak ve gerekli güncellemeleri yapmak için girdi olarak kullanilmaktadir. Hesaplanan iska mesafesi frekansi (fmiss) ile sok isaret frekansi (fsw), silah kalibre kestirim blogunda asagidaki sekilde karsilastirilarak silah kalibre kestirimi (cal) yapilmaktadir. 12.7 mmîfsw < fmiss _ 300 7.62 mm; lfsw _ fmissl S 300 Buradaki kosullarin karsilastirilmasi yoluyla, silah kalibre kestirimi 5.56 mm, 7.62 mm ve 12.7 mm olarak yapilmakta ve böylece atesli silah siniflandirilabilmektedir.

Silah mermi kalibresi kestirimi (cal), iska mesafesi kestirimi (dmiss) ve sok dalgasi ile namlu patlamasi isaretleri arasindaki zaman farki (AT) bilgileri ile atis yeri menzil kestirimi (R), zaman farki ve kalibre degerlerine bagli olarak belirlenen kosullara göre asagidaki esitlik ile elde edilmektedir; ro + dmiss + TI AT + rz ATZ; cal = 7.62 mm, AT > 0.2 s 72.; + dmiss + T4 AT + rs ATZ; Çal = 12.7 mm,AT > 0.2 s rs dmiss + 119 AT; AT S 0.2 s Bu esitlikteki ro, rl, T2, T3, r4, 13, TS, T7, T8 ve n; saha verilerine göre belirlenen sabit katsayilari ifade etmektedir.

Claims (5)

1. ISTEMLER
2. Herhangi bir parametreye ayarina ya da ön bilgiye ihtiyaç duyulmadan, atesli silahlardan süpersonik mermilerle yapilan atislardaki akustik sinyallerin en az bir mikrofon ile algilanarak, atis yeri menzilinin kestirilmesine yönelik bir yöntem olup, Özelligi; o sok dalgasinin ve namlu patlamasinin tespit edilmesi, o tespit edilen sok dalgasi ve namlu patlamasi arasindaki gelis zaman farkinin hesaplanmasi, o iska mesafesinin kestiriminin yapilmasi, 0 silah kalibre kestiriminin yapilmasi, - sok dalgasi ile namlu patlamasi arasindaki hesaplanan zaman farkinin, bahsedilen iska mesafesi kestiriminin ve silah kalibre kestiriminin kullanilarak atis yeri menzilinin hesaplanmasi islem adimlarini içermesidir.
3. Istem 1' e uygun atis yeri menzili kestirimine yönelik bir yöntem olup, özelligi; gelen akustik veri ile Whitham sok dalgasi modelinin Çapraz ilinti Çiktisina bakilarak sok dalgasinin tespit edilmesi ve hizli Fourier dönüsüm yöntemi kullanilarak sok dalgasinin merkez frekansinin tespit edilmesi islem adimlarini içermesidir. istem 1) e uygun atis yeri menzili kestirimine yönelik bir yöntem olup, özelligi; namlu patlamasi tespitinin Friedlander namlu patlamasi modelinin çapraz ilinti çiktisina bakilarak elde edilmesi islem adimini içermesidir.
4. Istem 1' e uygun atis yeri menzili kestirimine yönelik bir yöntem olup, özelligi; iska mesafesinin kestiriminin, sok isaret egimi, mermi hizi ve ses hizi kullanilarak mermi dogrultusu ile en az bir mikrofondan olusan algilayici birim arasindaki en yakin mesafeyi hesaplayabilmesi islem adimini içermesidir.
5. 5. Istem 1 veya 2 veya 4' e uygun atis yeri menzili kestirimine yönelik bir yöntem olup, özelligi; hesaplanan iska frekans bilgisi ile sok isaret frekansinin karsilastirilarak mermi kalibresinin kestirilmesi islem adimini içermesidir.