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Dokumentenidentifikation DE3927662A1 14.03.1991
Titel Vorrichtung für die Zielerkennung und Zündauslösung von abzufeuernden Horizontal-Minen für die Panzerabwehr
Anmelder SenSys AG, Kaiserstuhl, Aargau, CH
Erfinder Deuss, Matthias, Dipl.-Phys.-Ing., 4040 Neuss, DE;
Pfaff, Helmut, Dipl.-Ing., 4000 Düsseldorf, DE
Vertreter Hauck, H., Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing., 8000 München; Graalfs, E., Dipl.-Ing., 2000 Hamburg; Wehnert, W., Dipl.-Ing., 8000 München; Döring, W., Dipl.-Wirtsch.-Ing. Dr.-Ing.; Beines, U., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 4000 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 22.08.1989
DE-Aktenzeichen 3927662
Offenlegungstag 14.03.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.03.1991
IPC-Hauptklasse F41G 7/20
IPC additional class // F42B 15/00,17/00  
Zusammenfassung Vorrichtung für die Zielerkennung und Zündauslösung von abzufeuernden Horizontal-Minen für die Panzerabwehr in einem Zielgebiet, bestehend aus zwei Richtmikrophonen, die für Panzergeräusche empfindlich sind, einem Infrarotsensor mit Richtstrahl, in dessen Richtung die Horizontal-Mine abfeuerbar ist und einer elektronischen Auswerteeinrichtung. Die Richtmikrophone sind auf das Zielgebiet gerichtet und definieren ein Zielfeld, in dessen Mitte der Richtstrahl des ebenfalls auf das Zielgebiet gerichteten Infrarotsensors mit gegenüber der Breite des Zielgebietes schmaler Richtkeule verläuft. Die elektronische Auswerteeinrichtung ermittelt nach Maßgabe einer Korrelationsfunktion für die akustischen, von den beiden Richtmikrophonen aufgenommenen Signale einen Bereich ausgeprägter, einen vorgegebenen Schwellwert übersteigender Korrelation und/oder zunehmender Korrelation (d. h. Überschreitung eines vorgegebenen Korrelationsgradienten). Die elektronische Auswerteeinrichtung löst die Zündung für die Marschbewegung der Horizontal-Mine aus, wenn außerdem der Infrarotsensor anspricht.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Zielerkennung und Zündauslösung von abzufeuernden Horizontal-Minen für die Panzerabwehr in einem Zielgebiet. Zündauslösung meint die Auslösung der Zündung für den Marsch der Horizontal-Mine zum Panzer.

Zur Panzerbekämpfung werden bisher, neben den Artilleriewaffen und diesen ähnlichen Waffensystemen, Panzerabwehr-Minen verwendet. Panzerabwehr-Minen haben die Eigenschaft, ohne personellen Einsatz über eine lange Zeitspanne hinweg, wirksam zu sein und auf diese Weise begrenzte Geländebereiche gegen Panzerzugriffe zu schützen bzw. Panzersperrgebiete zu schaffen. Nachteilig ist, daß die Panzer flächendeckend in Breite und Tiefe verlegt werden müssen, um einen wirksamen Schutz zu bieten.

Um bei der Panzerbekämpfung solche flächendeckenden Maßnahmen zu vermeiden, wird der Einsatz von Horizontal-Minen angestrebt. Sie bieten den Vorteil, eine Gelände-Zielgebietstiefe bis zu 100 m wirksam abzudecken. Horizontal-Minen bezeichnet Raketen, die aus im Kampffeld fest installierten Werfern abgefeuert werden, wenn ein zu bekämpfender Panzer im Zielfeld in die Schußrichtung kommt. Die Schußrichtung ist ein fester Parameter des installierten Werfers. Die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Zielerkennung und Zündauslösung von abzufeuernden Horizontal-Minen wird regelmäßig mit einem derartigen Werfer integriert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit der eine Horizontal-Mine in genau dem Augenblick für die Marschbewegung gezündet werden kann, in dem ein Panzer in Schußrichtung kommt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die diese Aufgabe löst, ist gekennzeichnet durch zwei Richtmikrophone, die für Panzergeräusche empfindlich sind, einen Infrarotsensor mit Richtkeule, in deren Richtung die Horizontal-Mine abfeuerbar ist und eine elektronische Auswerteeinrichtung, wobei die Richtmikrophone auf das Zielgebiet gerichtet sind sowie mit ihren Richtcharakteristiken ein Zielfeld definieren, in dessen Mitte der Richtstrahl des ebenfalls auf das Zielgebiet gerichteten Infrarotsensors mit gegenüber der Breite des Zielgebietes schmaler Richtkeule verläuft, wobei die elektronische Auswerteeinrichtung nach Maßgabe einer Korrelationsfunktion für die akustischen, von den beiden Richtmikrophonen aufgenommenen Signale einen Bereich ausgeprägter, einen vorgegebenen Schwellwert übersteigender Korrelation und/oder zunehmender Korrelation (d. h. Überschreitung eines vorgegebenen Korrelationsgradienten) ermittelt und wobei die elektronische Auswerteeinrichtung die Zündung auslöst, wenn außerdem der Infrarotsensor anspricht. - Richtmikrophone haben in bezug auf die Empfangsempfindlichkeit eine kegelförmig sich ausbreitende Richtcharakteristik, die bei den üblichen Richtmikrophonen symmetrisch ist. Der Ausdruck Achse bezeichnet die Symmetrieachse einer solchen Richtcharakteristik. Richtkeule bezeichnet die verhältnismäßig schmale Empfangscharakteristik eines Infrarotsensors. Der Ausdruck Korrelation bezeichnet das Vorliegen eines irgendwie gearteten Zusammenhanges zwischen zwei oder mehreren Zufallsvariablen und seine mathematische Darstellung. Die mathematische Darstellung des Zusammenhanges ist die Korrelationsfunktion. Die Korrelationsfunktion ist ein wesentliches Element der modernen Nachrichtentheorie (vgl. Jaglom "Einführung in die Theorie stationärer Zufallsfunktionen", Berlin 1959). Im vorliegenden Falle sind die Zufallsvariablen die Schallsignale, die von den beiden Richtmikrophonen aufgenommen werden.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung. So ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Richtmikrophone mit achsparallelen Richtcharakteristiken auf das Zielgebiet gerichtet sind und ein rechteckiges Zielgebiet definieren. Dabei verläuft die Richtkeule des Infrarotsensors erfindungsgemäß parallel zu den Achsen der Richtmikrophone. In bezug auf die Betriebsweise empfiehlt die Erfindung, daß im Einsatzfall, d. h. nach Auslegung und Scharfmachen der Horizontal-Mine, in einer ersten Betriebsphase nur eines der Richtmikrophone und ein Teil der elektronischen Auswerteeinrichtung eingeschaltet sind, bis ein panzertypisches Schallsignal ermittelt wird, welches die eingeschaltete elektronische Auswerteeinrichtung bei Ermittlung eines panzertypischen Schallsignals das zweite Richtmikrophon und den übrigen Teil der elektronischen Auswerteeinrichtung einschaltet, und daß die elektronische Auswerteeinrichtung den Infrarotsensor zuschaltet (die Horizontal-Mine akustisch freigibt), wenn der vorgegebene Schwellwert der Korrelation bzw. des Korrelationsgradienten überschritten wird. Die Anordnung ist zweckmäßigerweise so getroffen, daß die Richtmikrophone in einer horizontalen Ebene neben der Horizontal-Mine, Abstand der Richtmikrophone etwa 1 m, und der Infrarotsensor oberhalb der Horizontal-Mine, mittig zwischen den Richtmikrophonen, angeordnet sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Schema einer Horizontal-Mine mit erfindungsgemäßer Vorrichtung,

Fig. 2 den Strahlengang des Infrarotsensors aus dem Gegenstand der Fig. 1,

Fig. 3 die Darstellung einer Horizontal-Mine mit erfindungsgemäßer Vorrichtung im Einsatz,

Fig. 4 eine vereinfachte Darstellung einer Horizontal-Mine im Einsatz mit graphischer Darstellung der Schallsignale, der Korrelationsfunktion und des Signals des Infrarotsensors,

Fig. 5 die Schallsignale, die in einem speziellen Einsatz von den beiden Richtmikrophonen aufgenommen sind, und zwar im Korrelationsbereich oberhalb des Schwellwertes,

Fig. 6 die Korrelationsfunktion zu den Schallsignalen der Fig. 5,

Fig. 7, 9 entsprechend der Fig. 5 Schallsignale, die in einem anderen Einsatz von den beiden Richtmikrophonen aufgenommen wurden,

Fig. 8, 10 die Korrelationsfunktionen dazu.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung besteht aus zwei, parallel in Zielrichtung ausgerichteten Mikrophonen (M1, M2), die, ausgerichtet in Zielrichtung, seitlich am Minenkörper 1 befestigt sind und einem oberhalb des Minenkörpers 1 angebrachten Infrarotsensor S, dessen optische Achse ebenfalls in Zielrichtung ausgerichtet ist.

Der Infrarotsensor S besteht im wesentlichen aus einem pyroelektrischen Infrarotdetektor 2, der sich im Brennpunkt eines sphärischen Hohlspiegels 3 befindet. Fig. 2 zeigt schematisch den Strahlengang im Sensor S. Der Spiegel 3 konzentriert die aus der Zielrichtung einfallende Wärmestrahlung auf die wirksame Fläche des Detektors 2. Hierdurch wird die vom Detektor 2 empfangene Strahlungsleistung etwa um den Faktor 2000, gegenüber einem nicht verspiegelten System, gesteigert. Der vom Sensor S optisch registrierte Kegel hat z. B. einen Öffnungswinkel von 2/100 Grad. Bei einem Abstand von 50 m hat das "Gesichtsfeld" des Sensors S einen Radius von etwa 0,5 m.

Die akustischen und die optischen Signale werden von der elektronischen Auswerteeinrichtung parallel verarbeitet. Der Funktionsablauf des Systems, von der Zielerkennung bis zur Zündauslösung, läßt sich in drei Phasen unterteilen:

  • Phase 1: In dieser "Bereitschaftsphase" ist nur ein Mikrophon und ein Teil der Elektronik in Betrieb. Werden von diesen Mikrophonen länger anhaltende Geräusche registriert, die einem für Fahrzeuge typischen Frequenzbereich zuzuordnen sind, so wird die Mine "geweckt".
  • Phase 2: In dieser Phase sind beide Mikrophone, der Infrarotsensor und die gesamte Elektronik in Betrieb. Die Mikrophone empfangen akustische Signale von einem sich nähernden Zielobjekt. Die Signale werden digitalisiert und zur Verarbeitung einem Rechner zugeführt, der die Signalwerte einer Korrelationsanalyse unterwirft. Dieses bedeutet, daß die von den Mikrophonen M1 und M2 aufgenommenen Signale, die einen Laufzeitunterschied aufweisen, zur Berechnung einer Korrelationsfunktion benutzt werden, die Aufschluß über den "mittleren" Zusammenhang der Signale gibt und damit ein Maß für die strukturelle Verwandschaft beider Signale ist. Der Wert der Korrelationsfunktion ist unabhängig vom Laufzeitunterschied beider Signale, und damit vom seitlichen Abstand des Zielobjektes von der Schußlinie. Die Korrelationsfunktion erreicht ein Maximum, wenn sich die registrierte Geräuschquelle auf der Schußlinie befindet, d. h. wenn der Laufzeitunterschied null wird. - Wenn die Korrelationsfunktion einen definierten Schwellwert überschreitet, d. h. das Zielobjekt sich unmittelbar vor der Schußlinie befindet, geht das System in Phase 3 über.
  • Phase 3: In dieser Phase ist die Zündung der Mine "akustisch" freigegeben. Fährt das Zielobjekt in die Schußlinie, so wird es vom Infrarotsensor optisch erfaßt und der Schuß wird ausgelöst.


Die Fig. 3 und 4 stellen den hier kurz geschilderten Entscheidungsablauf auf verschiedene Weise graphisch dar. Die Verknüpfung von akustischem und optischem Zündkriterium hat folgende Vorteile: Die hohe Empfindlichkeit und die schmale Richtkeule des Infrarotsensors bietet, gegenüber einer rein akustischen Lösung, den Vorteil hoher Zielgenauigkeit auf große Entfernung. Die gleichzeitige Einbeziehung eines akustischen Zündkriteriums bietet Sicherheit gegen Fehlauslösung durch den Infrarotsensor, da sie eine Unterscheidung verschiedener infrarot-strahlender Objekte ermöglicht.

Die folgenden Abbildungen zeigen einige Beispiele für reale Akustik- bzw. Infrarotsignale. Außerdem drei Korrelationsfunktionen, die aus den Signalen der vorbeifahrenden Panzer berechnet wurden. Fig. 5 zeigt die Signale S1, S2 eines Panzers M 60 bei Durchfahrt durch die Schußlinie. Der Abstand Panzer - Mikrophon betrug bei dieser Aufnahme 30 m, die Fahrtgeschwindigkeit 20 Km/h. Die Messung wurde unter sehr günstigen Bedingungen, d. h. ohne wesentlichen Einfluß von Störgeräuschen vorgenommen. Entsprechend zeigen beide Signale einen hohen Grad an Übereinstimmung. Fig. 6 zeigt die mit den Signalen des vorbeifahrenden Panzers berechnete Korrelationsfunktion, dargestellt als Funktion des seitlichen Abstandes von der Schußlinie. Die eingezeichneten, rechteckigen Markierungen stellen die Position des Panzers jeweils 25 m rechts und links von der Schußlinie dar. Die mittlere Markierung stellt ein Zielfenster dar, innerhalb dessen sich der Panzer in Zielrichtung befindet. Das Maximum der Korrelationsfunktion befindet sich etwa 3 m hinter dem Nulldurchgang des Panzers (bezogen auf die Panzermitte), also in Höhe des Panzerhecks. Dieses ist darauf zurückzuführen, daß die Hauptgeräuschquelle (Auspuffschlitze) sich beim Panzer M 60 auf der Panzerrückseite befindet. Dieses zeigt die Problematik einer rein akustischen Ortung. Die Ortung ist abhängig von der Lage der Geräuschquelle auf dem Zielobjekt. Eine Zündauslösung im Maximum der Korrelationsfunktion wäre nicht möglich. Die aufsteigende Flanke der Korrelationsfunktion kann jedoch zur "akustischen" Zündfreigabe, d. h. zur Initialisierung der Phase 3, genutzt werden. In der vorliegenden Abbildung ist der Beginn der Phase 3 durch eine senkrechte Markierung, etwa 1 m vor dem Nulldurchgang der Panzermitte angegeben. Die Entscheidung zur Initialisierung der Phase 3 wird vom Rechner während der Berechnung der Korrelationsfunktion vorgenommen. Die Fig. 7 und 8 zeigen die entsprechenden Darstellungen für einen Schützenpanzer. Bei der Betrachtung dieser Ergebnisse sind zwei Punkte von Bedeutung: Die Signale sind durch Windrauschen stark gestört und zeigen nicht die weitgehende Übereinstimmung wie die M 60 Signale in Fig. 5. Die zugehörige Korrelationsfunktion in Fig. 8 zeigt dennoch ein eindeutiges Maximum bei Durchfahrt des Panzers durch die Schußlinie. Außerhalb des Hauptmaximums treten in dieser Abbildung kleinere Nebenmaxima hervor, die auf Windstörungen zurückzuführen sind. Die Rechnerentscheidung zur Initialisierung der Phase 3 liegt hier etwa 3 m vor dem Durchgang der Panzermitte durch die Schußlinie. Die Fig. 9 und 10 zeigen die Signale bzw. die Korrelationsfunktion für zwei im Abstand von 25 m hintereinanderfahrende Panzer (M 60 / Kürassier). Die Korrelationsfunktion zeigt, gegenüber Fig. 5, stärkere Störungen, hervorgerufen durch die Überlagerung der Signale beider Panzer, Phase 3 wird unmittelbar vor dem Zielfenster 3 initialisiert.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung für die Zielerkennung und Zündauslösung von abzufeuernden Horizontal-Minen für die Panzerabwehr in einem Zielgebiet, gekennzeichnet durch
    1. zwei Richtmikrophone, die für Panzergeräusche empfindlich sind,
    2. einen Infrarotsensor mit Richtkeule, in deren Richtung die Horizontal-Mine abfeuerbar ist und
    3. eine elektronische Auswerteeinrichtung,
  2. wobei die Richtmikrophone auf das Zielgebiet gerichtet sind sowie mit ihren Richtcharakteristiken ein Zielfeld definieren, in dessen Mitte der Richtstrahl des ebenfalls auf das Zielgebiet gerichteten Infrarotsensors mit gegenüber der Breite des Zielgebietes schmaler Richtkeule verläuft, wobei die elektronische Auswerteeinrichtung nach Maßgabe einer Korrelationsfunktion für die akustischen, von den beiden Richtmikrophonen aufgenommenen Signale einen Bereich ausgeprägter, einen vorgegebenen Schwellwert übersteigender Korrelation und/oder zunehmender Korrelation (d. h. Überschreitung eines vorgegebenen Korrelationsgradienten) ermittelt und wobei die elektronische Auswerteeinrichtung die Zündung auslöst, wenn außerdem der Infrarotsensor anspricht.
  3. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtmikrophone mit achsgleichen Richtcharakteristiken auf das Zielgebiet gerichtet sind und ein rechteckiges Zielgebiet definieren.
  4. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtkeule des Infrarotsensors parallel zu den Achsen der Richtcharakteristiken der Richtmikrophone verläuft.
  5. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Einsatzfall (d. h. nach Auslegung und Scharfmachen der Horizontal-Mine) in einer ersten Betriebsphase nur eines der Richtmikrophone und ein Teil der elektronischen Auswerteeinrichtung eingeschaltet sind, bis ein panzertypisches Schallsignal ermittelt wird, daß die eingeschaltete elektronische Auswerteeinrichtung bei Ermittlung eines panzertypischen Schallsignals das zweite Richtmikrophon und den übrigen Teil der elektronischen Auswerteeinrichtung einschaltet und daß die elektronische Auswerteeinrichtung den Infrarotsensor zuschaltet (akustisch freigibt), wenn der vorgegebene Schwellwert der Korrelation bzw. des Korrelationsgradienten überschritten wird.
  6. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtmikrophone in einer horizontalen Ebene neben der Horizontal-Mine, Abstand der Richtmikrophone etwa 1 m, und der Infrarotsensor oberhalb der Horizontal-Mine, zwischen den Richtmikrophonen, angeordnet sind.






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