WO2010108563A2 - Mikrofonanordnung zur ortung von schallquellen - Google Patents

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WO2010108563A2
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Stefan Ehlers
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Rheinmetall Defence Electronics Gmbh
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    • G01S3/80—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G01S3/802—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
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    • G01S3/8083—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using transducers spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems determining direction of source
    • G—PHYSICS
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    • 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
    • G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
    • G01S5/22—Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements

Definitions

  • the invention relates to a microphone arrangement for locating sound sources, which consists of a plurality of microphones, and which can be fastened to or in the clothing of a person.
  • microphones which serve to locate and direction of transient noise, in particular bullet and muzzle bangs.
  • microphone arrangements which are also referred to as microphone antennas, contain at least two microphones for a direction determination.
  • the microphones should be arranged at a relatively large distance from each other and in a fixed position to each other. It should be noted that attaching the microphones to a soldier's clothing does not restrict their movement, especially when carrying weapons or other equipment.
  • the invention is therefore based on the object to provide a microphone arrangement for locating sound sources, on the one hand enables an exact position and / or direction determination of a transient noise, on the other hand, the mobility and the scope of action of a soldier influenced as little negative.
  • a plurality of microphones are arranged at a distance from each other on a substantially circular arc, preferably annular, shaped support member which is attachable to or in the collar of a garment.
  • the support member can be designed so that a plurality of microphones can be mounted in a relatively large, well-defined and permanently fixed distance from each other. By attaching to or in the collar, the weight of the microphone assembly is absorbed by the shoulders and distributed evenly over the spine. On the collar or the support element can also be the associated electronics, an orientation sensor, GPS and - if necessary - attach a battery as energy storage.
  • the location of the microphone array can be determined continuously and relative to the direction of movement of the soldier.
  • the head movements of the soldier need not be taken into account, as would be required when attaching a microphone assembly to a helmet.
  • the formation of the direction is facilitated because the position of the microphone assembly becomes more stable by supporting on the shoulder and the movements of the microphone antenna are much slower overall.
  • the support element is designed as a rigid ring, which is not completely closed, but is open over a certain angular range.
  • the microphone assembly according to the invention as part of the combat equipment of a soldier mounted on or in the collar of a fragmentation protection, with which the soldier is protected.
  • a shatter-proof collar is not dropped off for a short time, so the tracking system can be constantly active.
  • FIG. 1 shows in expanded form a microphone arrangement integrated in or on a collar according to the invention
  • FIG. 2 shows the microphone arrangement in the functional position.
  • the microphone assembly is used to locate transient noise in a dangerous situation, especially for determining the direction of bullet and muzzle bangs. It is part of the combat equipment of a soldier.
  • the microphone assembly consists of a substantially circular arc, preferably annular, shaped support member to which a plurality of microphones 1-5 are fixed with a fixed distance from each other.
  • the support member 10 is a rigid ring 10 made of metal or plastic.
  • the ring 10 with the microphones 1-5 is fastened on or in the collar of a jacket-shaped garment, in particular a protective garment.
  • a protective garment In the present example he is attached to the collar of a splinter protection vest.
  • the microphone assembly with the protective clothing is part of the combat equipment of a soldier.
  • a small orientation sensor is attached to the collar or the support element (ring 10) in addition to the microphone assembly, which continuously determines the position of the ring 10 with the microphones 1-5 relative to the direction of movement of the soldier.
  • a position receiver in particular a GPS, and - if necessary - housed as a power supply accumulator.
  • the microphones 1-5 are arranged over a complete circle of 360 ° with the same distance from each other.
  • the ring 10 has a recess which is less than 90 ° of the circumference.
  • the ring 10 is arranged on the collar so that the recess is centered in the direction of movement of the soldier, that is, in the viewing direction thereof.
  • the circumference of the ring 10 are the
  • Microphones 1-5 distributed at the same angular distance. When five microphones are placed around the circumference, the distance between two adjacent microphones 1-5 is 72 °.
  • the possibilities of movement and the field of activity of a soldier are limited only insignificantly by this arrangement. Locating and determining the direction of the noise are very exact by the arrangement of the microphones over a complete circle and the fixation of their distance from each other.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine tragbare Mikrofonanordnung zur Ortung von Schallquellen mit mehreren Mikrofonen (1-5), die an der Kleidung einer Person befestigbar sind. Die Mikrofonanordnung weist mehrere Mikrofone mit Abstand voneinander an einem im Wesentlichen kreisbogenförmig, bevorzugt ringförmig, geformten Tragelement auf, das am oder im Kragen eines Kleidungsstücks anbringbar ist.

Description

B E S C H R E I B U N G
Mikrofonanordnung zur Ortung von Schallquellen
Die Erfindung betrifft eine Mikrofonanordnung zur Ortung von Schallquellen, die aus mehreren Mikrofonen besteht, und die an oder in der Kleidung einer Person befestigbar ist.
Zum Schutz von Soldaten ist es bekannt, Mikrofone einzusetzen, die zur Ortung und Richtungsbestimmung von transientem Lärm, insbesondere von Geschoss- und Mündungsknallen, dienen. Derartige Mikrofonanordnungen, die auch als Mikrofonantennen bezeichnet werden, enthalten zumindest zwei Mikrofone für eine Richtungsbestimmung. Die Mikrofone sollen in relativ großem Abstand voneinander und in einer festen Position zueinander angeordnet sein. Dabei ist zu beachten, dass bei der Anbringung der Mikrofone an der Kleidung eines Soldaten diese nicht dessen Bewegung einschränken, insbesondere wenn er Waffen oder andere Ausrüstungsgegenstände trägt.
Da für eine genaue Richtungsbildung die feste räumliche Zuordnung der Mikrofone zueinander bekannt sein muss, ist es nicht möglich, einzelne Mikrofone an verschiedenen Positionen an der Kleidung eines Soldaten zu befestigen. Dies würde bei einer Bewegung des Soldaten zu einer Positionsverschiebung der Mikrofone zueinander führen. Aus der Veröffentlichung "EARS - QinetiQ's Battle-Proven Sniper Detection Solution" vom 12.03.2008 (www.qinetig.com) ist eine Mikrofonanordnung bekannt, bei der vier Mikrofone und die zugehörige Elektronik in einem festen Gehäuse angeordnet sind, das an der Schulter des Soldaten befestigt ist. Das Gehäuse ist nicht ergonomisch geformt und seine Anbringung ist für den Soldaten störend und schränkt ihn in seiner Tätigkeit stark ein, insbesondere wenn er Waffen oder andere Ausrüstungsgegenstände über der Schulter trägt. Weiterhin ist der Abstand der Mikrofone zueinander relativ klein, wodurch die Richtungsbildung unpräziser wird.
In mehreren Veröffentlichungen wie z.B " Fixed and wearable acoustic counter-sniper Systems for law enforcement " (BBN Technologies; Cambridge, MA; SPIE International Symposium; 3-5 November 1998; Boston, MA) werden Mikrofonanordnungen an Helmen beschrieben. Bei solchen Lösungen müssen die schnellen Kopfbewegungen sehr präzise erfasst werden. Außerdem setzt diese Lösung voraus, dass der Helm permanent auf dem Kopf getragen wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mikrofonanordnung zur Ortung von Schallquellen zu schaffen, die einerseits eine exakte Positions- und/oder Richtungsbestimmung eines transientem Lärms ermöglicht, andererseits die Beweglichkeit und den Tätigkeitsumfang eines Soldaten möglichst wenig negativ beeinflusst.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass mehrere Mikrofone mit Abstand voneinander an einem im wesentlichen kreisbogenförmig, bevorzugt ringförmig, geformten Tragelement angeordnet sind, das am oder im Kragen eines Kleidungsstücks anbringbar ist.
Diese Lösung hat verschiedene weitere Vorteile: Das Tragelement lässt sich so gestalten, dass eine Vielzahl von Mikrofonen in einem relativ großen, genau definierten und dauerhaft festen Abstand voneinander angebracht werden können. Durch die Anbringung am oder im Kragen wird das Gewicht der Mikrofonanordnung von den Schultern aufgenommen und gleichmäßig auf die Wirbelsäule verteilt. An dem Kragen oder dem Tragelement lassen sich ebenfalls die zugehörige Elektronik, ein Orientierungssensor, GPS und - falls erforderlich - ein Akku als Energiespeicher anbringen.
In Kombination mit einem kleinen Orientierungssensor kann die Lage der Mikrofonanordnung kontinuierlich und relativ zur Bewegungsrichtung des Soldaten bestimmt werden. Dabei brauchen die Kopfbewegungen des Soldaten nicht berücksichtigt zu werden, wie es bei einer Anbringung einer Mikrofonanordnung an einem Helm erforderlich wäre. Bei einer Anbringung am Helm wäre es auch erforderlich, störende Leitungen zwischen dem Helm und der Kleidung eines Soldaten anzuordnen. Bei einer Anbringung am oder im Kragen wird die Richtungsbildung erleichtert, da durch Abstützung auf der Schulter die Lage der Mikrofonanordnung stabiler wird und die Bewegungen der Mikrofonantenne insgesamt wesentlich langsamer werden.
Bevorzugt ist das Tragelement als starrer Ring gestaltet, der nicht vollständig geschlossen, sondern über einen gewissen Winkelbereich geöffnet ist.
Besonders vorteilhaft lässt sich die Mikrofonanordnung nach der Erfindung als Teil der Gefechtsausrüstung eines Soldaten am oder im Kragen eines Splitterschutzes anbringen, mit dem der Soldat geschützt wird. Anders als ein Helm wird ein Splitterschutzkragen nicht für kurze Zeit abgesetzt, so dass das Ortungssystem dauernd aktiv sein kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert: Figur 1 zeigt in ausgebreiteter Form eine an oder in einem Kragen integrierte Mikrofonanordnung nach der Erfindung,
Figur 2 zeigt die Mikrofonanordnung in Funktionsposition.
Die Mikrofonanordnung dient zur Ortung von transientem Lärm in einer Gefahrensituation, insbesondere zur Bestimmung der Richtung von Geschoss- und Mündungsknallen. Sie ist Teil der Gefechtsausrüstung eines Soldaten.
Die Mikrofonanordnung besteht aus einem im wesentlichen kreisbogenförmig, bevorzugt ringförmig, geformten Tragelement, an dem mehrere Mikrofone 1-5 mit einem fixen Abstand voneinander befestigt sind. Im Beispiel ist das Tragelement 10 ein starrer Ring 10 aus Metall oder Kunststoff. Es sind im Ausführungsbeispiel fünf Mikrophone 1-5 vorhanden, wobei die Anzahl der Mikrofone je nach Anforderung an die Leistungsfähigkeit der akustischen Richtungsbildung größer oder kleiner sein kann.
Der Ring 10 mit den Mikrofonen 1-5 ist am oder im Kragen eines jackenförmigen Kleidungsstückes, insbesondere einer Schutzkleidung, befestigbar. Im vorliegenden Beispiel ist er am Kragen einer Splitterschutzweste befestigt. Die Mikrofonanordnung ist mit der Schutzkleidung Teil der Gefechtsausrüstung eines Soldaten.
Bevorzugt ist an dem Kragen oder am Tragelement (Ring 10) zusätzlich zur Mikrofonanordnung ein kleiner Orientierungssensor befestigt, der kontinuierlich die Lage des Ringes 10 mit den Mikrofonen 1-5 relativ zur Bewegungsrichtung des Soldaten bestimmt. Ebenfalls am Kragen oder am Tragelement (Ring 10) sind die zugehörige Elektronik, ein Positionsempfänger, insbesondere ein GPS, und - falls erforderlich - als Energieversorgung ein Akkumulator untergebracht. Bevorzugt sind die Mikrofone 1-5 über einen vollständigen Kreis von 360° mit gleichem Abstand voneinander angeordnet. Wie in Figur 2 dargestellt, weist der Ring 10 eine Aussparung auf, die weniger als 90° des Umfangs umfasst. Bevorzugt wird der Ring 10 an dem Kragen so angeordnet, dass die Aussparung zentriert in Bewegungsrichtung des Soldaten, also in dessen Blickrichtung weist. Über den Umfang des Ringes 10 sind die
Mikrofone 1-5 mit gleichem Winkelabstand verteilt. Bei der Anordnung von fünf Mikrofonen über den Kreisumfang beträgt der Abstand zwischen zwei benachbarten Mikrofonen 1-5 jeweils 72°.
Durch die Anordnung der Mikrofonanordnung, der Elektronik und ggf. von einem Akkumulator und weiteren Sensoren am oder im Kragen eines Kleidungsstücks (im Beispiel des Splitterschutzes) ist der Tragekomfort und die Gewichtsverteilung optimal. Die Bewegungsmöglichkeiten und das Betätigungsfeld eines Soldaten werden durch diese Anordnung nur unwesentlich eingeschränkt. Die Ortung und die Richtungsbestimmung des Lärms werden durch die Anordnung der Mikrofone über einen vollständigen Kreis und die Fixierung ihres Abstands voneinander sehr exakt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1.
Tragbare Mikrofonanordnung zur Ortung von Schallquellen mit mehreren Mikrofonen (1-5), die an der Kleidung einer Person befestigbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass dass mehrere Mikrofone mit Abstand voneinander an einem im wesentlichen kreisbogenförmig, bevorzugt ringförmig, geformten Tragelement angeordnet sind, das am oder im Kragen eines Kleidungsstücks anbringbar ist
2.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofone (1-5) mit Abstand voneinander auf einem starren Ring (10) angeordnet sind.
3.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement mit den Mikrofonen (1-5) am oder im Kragen eines Splitterschutzes befestigt ist.
4.
Mikrofonanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zugehörige Elektronik ebenfalls am oder im Kragen befestigt ist.
5.
Mikrofonanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofone (1-5) mit gleichem Winkelabstand an dem Tragelement befestigt sind.
6.
Mikrofonanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofone (1-5) über einen vollständigen Kreis von 360° mit gleichem Abstand voneinander angeordnet sind.
7.
Gefechtsausrüstung für einen Soldaten mit einer Schutzkleidung und einer Mikrofonanordnung nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die Mikrofonanordnung am oder im Kragen der Schutzkleidung befestigt ist.
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