DE69528594T2

DE69528594T2 - Bestimmung der herkunft eines projektils

Info

Publication number: DE69528594T2
Application number: DE69528594T
Authority: DE
Inventors: O. Conner; B. Mcnelis
Original assignee: AAI Corp
Current assignee: Textron Systems Corp
Priority date: 1994-08-30
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2015-08-12
Also published as: KR100251402B1; CA2194760A1; EP0778952A4; WO1996007109A1; DE778952T1; EP0778952B1; DE69528594D1; AU4128096A; JPH10509793A; EP0778952A1; US5544129A; AU685017B2; CA2194760C; KR970705761A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der allgemeinen Richtung des Ursprungs eines Projektils und insbesondere eines solchen Projektils, das aus feindlichen Handfeuerwaffen, wie z. B. Maschinengewehren, Gewehren und Pistolen sowie anderen Abschußgeräten stammt.
In modernen hochmobilen Kampfsituationen, in denen eine sich verändernde Kampfzone geographisch nicht leicht zwischen einem nicht feindlichen und einem feindlichen Beschuß unterscheiden kann, wird das Erfassen des Ursprungs eines feindlichen Beschusses immer wichtiger. Zahlreiche Bemühungen wurden auf diesem Gebiet gemacht, um zwischen solchen Beschüssen und den von diesen herrührenden Projektilen Unterscheidungen zu treffen, aber diese Bemühungen blieben von einem praktischen Standpunkt aus solange ohne Erfolg, bis die in dem US-Patent Nr. 5,241,518 beschriebene Erfindung gemacht wurde, deren Anmelderin die der vorliegenden Erfindung ist. Dieses Patent beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Flugbahn eines Überschallprojektils von unbekannter Geschwindigkeit und Richtung. In der Vorrichtung sind mindestens drei zueinander beabstandete Sensoren, die jeweils mindestens drei Wandler umfassen, in der Lage, von einer Stoßwelle getroffen zu werden, die von einem in der Nähe der Sensoren vorbeifliegenden Überschallprojektil erzeugt wurde, und in der Lage, in Antwort auf diese Stoßwelle Signale zu erzeugen. Man fand heraus, daß diese Signale mit dem Azimut und dem Höhenwinkel eines sich von jedem Sensor zum Ursprung der Stoßwelle erstreckenden Einheitszielvektors in Zusammenhang stehen. Die Vorrichtung sieht Mittel vor, beispielsweise einen Rechner, um aus den Signalen den Azimut und den Höhenwinkel des sich von jedem Sensor zum Ursprung der Stoßwelle erstreckenden Einheitszielvektors zu berechnen und um aus den Einheitszielvektoren jedes der drei Sensoren den Azimut und den Höhenwinkel der lokalen Flugbahn des Projektils zu berechnen. Selbstverständlich breitet sich die Stoßwelle durch das Projektil aus, und durch Messen der beim Passieren der Wandler der Sensoren durch die Stoßwelle verstreichenden Zeitspannen hat es sich als möglich erwiesen, die Flugbahn dieses Überschallprojektils zu berechnen.
Für die vorstehenden Zwecke sind die Sensoren dieser Vorrichtung (einschließlich der Wandler) gegenüber der von dem Überschallprojektil erzeugten Stoßwelle und insbesondere gegenüber der Stoßfront und den Linien der Umgebungsdichte derselben empfindlich. Aus der Stoßwelle und den Linien der Umgebungsdichte kann anhand der Zeitspanne, die beim Durchlauf der Stoßwelle und der Linie der Umgebungsdichte über einen Sensor hinweg verstreicht, die Länge des Projektils berechnet werden. Indem man somit die Länge des Projektils sowie die Flugbahn kennt, kann man anhand von Nachschlagetabellen über die Projektillänge und die Eigenschaften des Geschützes, aus dem das Projektil abgefeuert wird, z. B. eine Kanone, auch den eigentlichen Ursprung (das Geschütz) dieses Projektils berechnen.
Während vorstehend eine sehr knappe Zusammenfassung dieses US-Patentes wiedergegeben wurde, sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Vorrichtung und das Verfahren dieses Patentes nur bei der Bestimmung der oben beschriebenen Eigenschaften eines Überschallprojektils Anwendung finden können. Ferner sei darauf hingewiesen, daß die betreffende Vorrichtung bzw. das Verfahren, auch wenn sie für moderne Schlachtfeldbedingungen durchaus geeignet sind, kostspielig, ziemlich komplex und für Bedingungen außer Gefechtsbedingungen nicht geeignet sind, wie z. B. im Falle einer lokalen Revolte, eines Heckenschützenfeuers, eines Beschusses durch einen Attentäter und dergleichen.
Ein Versuch, die Richtung einer Druckwelle auf einfachere Weise zu bestimmen, ist im GB-Patent Nr. GB 2 246 861 B angegeben, in dem vier druckempfindliche Wandler auf der Oberfläche einer Kugel in einer tetraedischen Konfiguration zueinander beabstandet sind, d. h. die Positionen der vier Wandler auf der Oberfläche der Kugel bilden die Spitzen eines Tetraeders. Die Größe der Kugel ist selbstverständlich relativ entscheidend, da die Größe ausreichend klein sein muß, um ein Unterbrechen des Druckwellenmusters zu vermeiden, andererseits aber groß genug sein muß, um eine angemessene Zeitverzögerung zwischen dem Auftreffen der Druckwelle auf den einzelnen vier Wandlern zu liefern. Somit darf die Kugel auch nicht zu klein sein. Die Zeitabstände zwischen dem Auftreffen der jeden Wandler passierenden Druckwelle werden gemessen, woraus sich die Geschwindigkeit der Druckwelle und die drei Richtungskosinus der Normalen zur Druckwelle ergeben. Wenn die Ausrichtung der Kugel zur Druckwelle bekannt ist, können die Richtungskosinus der Achse zu jedem der vier Wandler berechnet werden, da der von der Normalen zur Druckwelle und zum Mittelpunkt der Kugel begrenzte Winkel bestimmt werden kann.
Diese Vorrichtung hat jedoch eine Anzahl von nicht unwesentlichen Nachteilen: die Kugelkonfiguration ist zwingend erforderlich und wäre beispielsweise auf dem Dach eines Autos ziemlich auffällig; die Kugel kann gegenüber der Druckwelle leicht "blind" gemacht werden, z. B. wenn sich die Kugel auf einem Kofferraum eines Fahrzeuges befindet und die Druckwelle von der Vorderseite des Fahrzeuges kommt; die Kugel kann durch Heckenschützenbeschuß leicht zerstört werden; die Kugel muß zur Druckwelle hin ausgerichtet werden. Somit ist diese Vorrichtung zur Verwendung in Umgebungen, die von der vorliegenden Erfindung ins Auge gefaßt werden, nicht geeignet.
Das Dokument GB 2 105 464 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Azimutwinkels des Ursprungs einer Druckwelle einer Feuerwaffe.
Aufgrund der vorstehenden Ausführungen wäre es ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, Verfahren und Vorrichtungen anzugeben, die dazu geeignet sind, die allgemeine Richtung des Ursprungs eines Projektils aus feindlichem Beschuß unter anderen Bedingungen als Gefechtsbedingungen, wie beispielsweise diejenigen, die vorstehend erwähnt wurden, zu bestimmen. So könnten solche Vorrichtungen und Verfahren beispielsweise dazu verwendet werden, feindliche Heckenschützenfeuer in geschlossenen Ortschaften ausfindig zu machen, wie z. B. in Städten und Großstädten, oder ebenso den Beschuß von Verbrechern oder Attentätern unter solchen Umständen. Indem man die allgemeine Richtung des Ursprungs eines feindlich abgefeuerten Projektils kennt, kann der Standort des Verbrechers, des Heckenschützens oder des Attentäters bestimmt werden, um ein Unterdrückungsfeuer abzufeuern.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung beruht auf mehreren großen Entdeckungen und mehreren untergeordneten Entdeckungen. Zunächst hat man festgestellt, daß Sensoren vorgesehen werden können, die mindestens drei zueinander beabstandete Wandler haben, wobei jeder der Wandler in der Lage ist, von einer Druckwelle getroffen zu werden, die an dem Ursprung eines Treibmittels für ein Projektil und von diesem Treibmittel erzeugt wurde, und diese Wandler können in Antwort darauf ein Signal erzeugen. Im Gegensatz zu dem Verfahren und der Vorrichtung des zuvor erwähnten US-Patentes, bei dem Berechnungen auf der Grundlage der von einem Überschallprojektil erzeugten Stoßwelle und Linien der Umgebungsdichte durchgeführt werden, basiert somit die vorliegende Erfindung auf dem Erfassen der Druckwelle, die beispielsweise von dem Mündungsknall aus der das Projektil abfeuernden Feuerwaffe erzeugt wird. Mit anderen Worten basiert die vorliegende Erfindung nicht auf Daten aus dem Projektil selbst, wie in dem zuvor erwähnten US-Patent, sondern nur auf den Daten, die aus der Druckwelle beispielsweise des Mündungsknalles der das Projektil, z. B. die Kugel, abfeuernden Feuerwaffe gesammelt werden.
Als zweite große Entdeckung hat man festgestellt, daß die Signale, die von den Wandlern erzeugt werden, Zeitbeziehungen zwischen den Wandlern aufstellen, wenn die Druckwelle der Reihe nach auf jeden der drei erforderlichen Wandler trifft.
Als dritte große Entdeckung stellte man fest, daß aus diesen Zeitbeziehungen mindestens ein Einheitszielvektor von mindestens einem Sensor zu dem Ursprung der Druckwelle bestimmt werden konnte und daß der Einheitszielvektor in die allgemeine Richtung des Ursprungs des Projektils zeigen wird.
Als untergeordnete Entdeckung stellte sich heraus, daß im Falle von mindestens zwei zueinander beabstandeten Sensoren, die jeweils einen Einheitszielvektor erzeugen, diese beiden Einheitszielvektoren dann zum Bestimmen des allgemeinen Abstandes zwischen den Sensoren und dem Ursprung des Projektils mittels Triangulation verwendet werden können. Indem man nicht nur die allgemeine Richtung des Ursprungs der Druckwelle aus den Sensoren, sondern auch den allgemeinen Abstand des Ursprungs der Druckwelle zu den Sensoren kennt, kann somit der Standort des Heckenschützens, des Attentäters, des Verbrechers usw. für ein unmittelbares und effektives Unterdrückungsfeuer sehr genau bestimmt werden.
Da beispielsweise im Falle eines Heckenschützenfeuers eine Vielzahl von Projektilen auf schnelle Weise abgefeuert werden, ist es als zweite untergeordnete Entdeckung zur genauen Bestimmung des Ursprungs der Druckwelle wichtig, daß Druckwellen aus aufeinanderfolgenden, schnell abgefeuerten Projektilen bei der Berechnung des Einheitszielvektors aus der Druckwelle des ersten oder früher abgefeuerten Projektils nicht durcheinander gebracht werden. Zu diesem Zweck wird eine Zeitbegrenzung zwischen einem Signal, das von einem Wandler erzeugt wird, auf den die Druckwelle zuerst auftrifft, und einem Signa(festgesetzt, das von Wandlern erzeugt wird, auf die die Druckwelle anschließend auftrifft. Für den Fall, daß diese Zeitbegrenzung geringer ist als die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Projektilen, die aus einer Schnellfeuerwaffe oder einem Schnellfeuerabschußgerät abgefeuert werden, wird dann die Bestimmung des Ursprungs der Druckwelle für ein erstes Projektil abgeschlossen sein, ehe eine Druckwelle aus einem zweiten oder nachfolgenden Projektil in der Nähe der Wandler oder Sensoren passieren wird.
Als diesbezügliche weitere nebengeordnete Entdeckung wird das Empfangen von Signalen aus den Wandlern so gesteuert, daß diese Signale, z. B. auf Null zurückgesetzt werden, nachdem die Zeitbegrenzung überschritten ist. Dadurch werden selbst im Falle eines Schnellfeuers das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung immer noch genaue allgemeine Richtungen zu dem Ursprung des Projektils zum Ergebnis haben und nicht durch mehrfache Druckwellen, die durch Schnellfeuerwaffen gebildet werden, durcheinander gebracht werden.
Die Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Als Einleitung zur kurzen Beschreibung der Zeichnungen wird darauf hingewiesen, daß die in dem zuvor erwähnten US-Patent Nr. 5,241,518 beschriebene, detaillierte Vorrichtung an die vorliegende Erfindung angepaßt werden kann, indem die Wandler für die Sensoren und die Parameter ausgewählt werden, die in dem Rechner, der zum Durchführen der oben beschriebenen Berechnungen verwendet wird, eingestellt werden. Zu Zwecken der Klarheit werden hier somit die geeigneten Teile der Vorrichtung und die Zeichnungen des US-Patentes Nr. 5,241,518 verwendet, und für eine weitere Beschreibung derselben kann auf dieses Patent Bezug genommen werden.
In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung einer geeigneten Sensoranordnung, wobei die Figur im wesentlichen gleich der Fig. 6 des zuvor genannten Patentes ist,
Fig. 2 eine Darstellung einer geeigneten Anordnung der Vorrichtung, wobei die Figur im wesentlichen gleich der Fig. 7 des zuvor genannten Patentes ist,
Fig. 3 eine Darstellung der vorliegenden Vorrichtung, wie sie auf einem Gewehr eingesetzt werden kann, wobei die Figur gleich der Fig. 12 des zuvor genannten Patentes ist,
Fig. 4 eine alternative Anordnung der vorliegenden Sensoren auf einem Gewehr, wobei die Figur gleich der Fig. 13 des zuvor genannten Patentes ist,
Fig. 5 die vorliegenden Sensoren, die auf einer tragbaren Vorrichtung angeordnet sind, wobei die Figur gleich der Fig. 14 des zuvor genannten Patentes ist,
Fig. 6 ein Diagramm, das vereinfachte Mathematik zeigt, um die erforderlichen Berechnungen gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführen, und
Fig. 7 und 8 Aufzeichnungen von Testergebnissen beim Abfeuern von Überschallkugeln, wie sie im Beispiel beschrieben sind.
Da ein großer Teil der Theorie der Berechnungen, die von dem Rechner zum Erzeugen des vorliegenden Einheitszielvektors durchgeführt werden, in allen Einzelheiten im US-Patent Nr. 5,241,518 beschrieben ist, werden diese Berechnungstheorien hier aus Gründen der Prägnanz nicht im Detail wiederholt. Im Grunde ist jedoch, wie in Fig. 1 gezeigt, jeder Wandler 60, 61 und 62 (in Fig. 1 sind drei gezeigt) auf einem Träger 63 (nachstehend noch genauer erläutert) angebracht. Die Wandler können jede Art von akustischem Wandler sein, der in der Lage ist, in Antwort auf einen von der auf den Wandler treffenden Druckwelle erzeugten Druck auf den Wandler ein Signal zu erzeugen. Die Wandler können ein Lichtsignal, ein akustisches Tonsignal, ein elektrisches Signal oder andere Signale erzeugen, jedoch sind im Handel erhältliche piezoelektrische Kristalle in dieser Hinsicht ziemlich gut geeignet. Die in Fig. 1 gezeigten Wandler sind beispielsweise solche piezoelektrischen Kristalle, die von Electro-Ceramics hergestellt werden und eine Dicke von 3,175 mm (0,125 inch) und einen Durchmesser von 2,54 cm (1 inch) haben, obgleich jede andere gewünschte Konfiguration derselben verwendet werden kann. Ein Draht 64 wird an jede Seite der Kristalle gelötet, nachdem die Oberfläche des Kristalls mit einem Schleifmaterial behandelt wurde, wie z. B. Scotch Brite. Die Polarität jedes Kristalls wird vermerkt, so daß jeder Eingang zum Kristall die gleiche der (nachstehend erläuterten) Detektionselektronik übermittelte Polarität hat. Während der Kompression des Kristalls durch die Druckwelle wird ein positives Spannungsausgangssignal erzeugt. Die Kristalle können mit einem Klebstoff, wie z. B. ein Klebstoff auf Silikonbasis, auf den Träger 63 geklebt werden, und vorzugsweise ist der Träger ein herkömmliches stoßdämpfendes Material, z. B. Isodamp. Dieses Material hat akustische Dämpfungseigenschaften, die, wie dies nachstehend genauer erläutert wird, von Nutzen sind. Obgleich die Verwendung eines solchen stoßdämpfenden Materials nicht notwendig ist, dient sie dennoch dazu, die Genauigkeit des durch die Erfindung bestimmten Einheitszielvektors zu erhöhen. An beengten Orten, wie z. B. auf Großstadtstraßen und dergleichen, an denen feindliches Feuer aus einer sehr kurzen Entfernung kommen kann, mag diese Genauigkeit nicht erforderlich sein, und die Wandler könnten auf anderen Oberflächen, wie beispielsweise dem Dach, der Motorhaube, dem Kotflügel, den Türen oder dem Kofferraum eines Fahrzeugs angebracht werden, die deshalb zum Sensor oder der Vielzahl von Sensoren werden. Nichtsdestotrotz werden die Wandler vorzugsweise auf einem Träger angebracht, der getrennt von irgendeinem Fahrzeug oder von anderen die Wandler tragenden Vorrichtungen ist, und die Wandler werden auf diesem Träger mit bekannter Geometrie angebracht, z. B. ein gleichseitiges Dreieck mit Schenkellängen von 7,62 cm (3 inch) oder mehr, obgleich eine beliebige bekannte Geometrie und ein beliebiger Abstand zwischen den Kristallen verwendet werden kann. Das gleichseitige Dreieck vereinfacht jedoch die Berechnungen zum Bestimmen des Einheitszielvektors.
Die sechs Drähte 64, zwei aus jedem der drei Wandler 60, 61 und 62, werden an einem Datensammelmodul, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, angeschlossen, wobei für jeden Wandler ein Datensammelmodul vorgesehen ist. Die Module bestimmen, welcher Wandler als erster von der Druckwelle getroffen wird, welcher Wandler als zweiter von der Druckwelle getroffen wird und wieviel Zeit zwischen dem ersten und dem zweiten Auftreffen verstrichen ist, sowie die Zeitbeziehungen zwischen dem ersten und dem letzten Auftreffen, usw. Diese Informationen oder ausgewählte Teile derselben werden in einen Rechner eingegeben, um die erforderlichen Berechnungen, wie oben beschrieben, mittels beliebiger herkömmlicher Vorrichtungen durchzuführen, wie z. B. von einem Multiplexer mit parallelem Anschluß zu einem Parallel-Seriell-Adapter, mit dazugehöriger erforderlicher Stromversorgung, wie dies ebenfalls in Fig. 2 gezeigt ist. Beispielsweise kann diese Anordnung zwölf 8-bit parallele Eingangsanschlüsse unterbringen und jeden wiederum zu einem einzelnen 8-bit parallelen Ausgangsanschluß schalten. Das Ausgangssignal wird durch einen Parallel-Seriell-Adapter hindurch dem Rechner zugeführt. Mit Ausnahme der Sensoren sind alle Bestandteile dieser Anordnung im Handel erhältlich und auf diesem Gebiet allgemein bekannt. Folglich ist eine weitere Beschreibung derselben nicht erforderlich.
Sobald die Daten in dem Rechner sind, werden sie in Berechnungen eingesetzt, um diese Daten in einen Einheitszielvektor umzuwandeln, der in die allgemeine Richtung des Ursprungs der Druckwelle zeigt. Wenn mindestens zwei zueinander beabstandete Sensoren der beispielsweise in Fig. 1 gezeigten allgemeinen Konfiguration vorhanden sind und jeder dieser beiden diesen Einheitszielvektor erzeugt, dann kann, wie dies oben kurz angemerkt wurde, mittels Triangulation der so erzeugten Einheitszielvektoren auch der allgemeine Abstand zwischen den Sensoren und dem Ursprung der Druckwelle und folglich dem Ursprung des Projektils bestimmt werden. Diesbezüglich können Formeln zur Triangulation verwendet werden, was auf diesem Gebiet allgemein bekannt ist, und in diesem Zusammenhang sind keine weiteren Erläuterungen erforderlich.
Somit entnimmt der Rechner die Daten aus jedem Wandler und/oder Sensor und führt die oben genannten Berechnungen durch, um die allgemeine Richtung des Ursprungs des Projektils zu bestimmen, und im Falle von mindestens zwei Sensoren den Abstand zwischen den Sensoren und dem Ursprung des Projektils. Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung wird der Ursprung des Vektors beispielsweise der zentrale Punkt 66 der drei Wandler sein, da diese Wandler in der bevorzugten gleichseitigen dreieckigen Form angeordnet sind, wobei der vollständige Einheitszielvektor der Wandler zu dem Ursprung der Druckwelle verläuft. Deshalb erhält man durch diese Berechnung die allgemeine Richtung des Ursprungs des Projektils aus der Druckwelle, die auf die Wandler des Sensors trifft. Obgleich dies zweckdienlich ist, sind zum Durchführen der Abstandsberechnung jedoch nur zwei Sensoren erforderlich.
Auch wenn vorstehend ein sehr nützliches und bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurde, können andere Mittel zum Messen des Zeitpunktes, zu dem die Druckwelle auf jeden Wandler trifft, verwendet werden, und es ist nur erforderlich, daß irgendein Mittel vorgesehen ist, um den Zeitpunkt zu messen, zu dem die Druckwelle auf jeden der Wandler trifft, da es ganz offensichtlich nicht das spezielle Mittel, sondern die Messung des Zeitpunktes durch diese Mittel ist, die für die Erfindung von Bedeutung ist.
Ebenso kann jedes beliebige Mittel verwendet werden, um aus dem gemessenen Zeitpunkt die allgemeine Richtung oder den Abstand (im Falle von zwei Sensoren) des Projektils zu berechnen. Obgleich die in Fig. 2 gezeigte Anordnung äußerst zufriedenstellend und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist, können andere Anordnungen zum Durchführen der Berechnungen verwendet werden.
Ebenso wird darauf hingewiesen, daß, insbesondere in Großstädten, Städten und unter Heckenschützenbeschuß, eine große Anzahl von akustischen Wellen vorhanden sein kann. Daher ist es wichtig, daß die Vorrichtung in der Lage ist, zwischen Hintergrundgeräuschen, die andere akustischen Wellen erzeugen, und der Druckwelle zu unterscheiden, die von dem Treibmittel für das jeweilige Projektil erzeugt wird. So müssen die Sensoren (und Wandler) gegenüber einer Druckwelle empfindlich sein, die von dem detonierenden Treibmittel für das Projektil ausgeht.
Um eine solche Empfindlichkeit hervorzurufen, stehen herkömmliche Mittel zur Verfügung. Beispielsweise können entweder die Wandler oder das Datensammelmodul oder der Rechner so ausgebildet sein, daß von den Wandlern erzeugte Signale nur von dem Rechner angenommen werden, wenn diese Signale das bekannte "Fingerabdruck"-Muster haben, das mit einer Druckwelle übereinstimmt, z. B. die Anstiegs- und Abfallzeit des Druckes der Druckwelle, im Gegensatz zu sehr unterschiedlichen Mustern für Hintergrundgeräusche. Alternativ dazu kann ein getrennter Sensor, der gegenüber einer Druckwelle empfindlich und gegenüber Hintergrundgeräuschen unempfindlich ist, als Gate verwendet werden, um die Übertragung von Signalen von den Sensoren (Wandlern) zu dem Rechner herzustellen oder zu unterbrechen.
Ferner sei darauf hingewiesen, daß es wichtig ist, das "Übersprechen" zwischen den Wandlern eines Sensors oder zwischen Sensoren oder zwischen Wandlern, die einzeln angeordnet und gruppiert werden, um einen Sensor zu bilden, auf ein Minimum herabzusetzen. Zu diesem Zweck werden die Sensoren/Wandler vorzugsweise auf dem oben beschriebenen akustischen Material angebracht. In dem Fall, in dem die Wandler einen beträchtlichen Abstand zueinander haben, z. B. drei Wandler, die auf dem Dach eines Fahrzeuges zueinander beabstandet sind (und einen Sensor bilden), wird dieses "Übersprechen" jedoch minimal sein, und unter solchen Bedingungen kann eine akustische Dämpfung unnötig sein, insbesondere wenn das Verfahren und die Vorrichtung in geschlossenen Ortschaften eingesetzt werden sollen, wie z. B. in Großstädten und Städten, in denen die Genauigkeit der Richtung des Ursprungs des Projektils oder der Abstand zwischen den Sensoren und dem Ursprung des Projektils (wenn mindestens zwei Sensoren verwendet werden) nicht so entscheidend ist, wie in dem Fall, in dem diese Ursprünge von den Sensoren/Wandlern viel weiter entfernt sind.
Zum Messen der Zeitbeziehung zwischen den mindestens drei Wandlern aus den Signalen, wenn die Druckwelle nacheinander auf jeden der mindestens drei Wandler trifft, kann eine gewöhnliche Rechneruhr verwendet werden. Alternativ dazu kann ein getrennter Zeitgeber verwendet werden, von denen viele bekannt und auf diesem Gebiet herkömmlich sind und hier nicht beschrieben werden müssen.
Bezüglich des Bestimmens aus den Zeitbeziehungen mindestens eines Einheitszielvektors von mindestens einem Sensor zu dem Ursprung der Druckwelle oder aus mindestens zwei Sensoren des Abstandes des Ursprungs der Druckwelle, sei darauf hingewiesen, daß, wenn eine Druckwelle einen ersten Wandler passiert, deren Druck ein Signal in diesem Wandler, z. B. eine piezoelektrische Vorrichtung, erzeugt. Ebenso wird ein Signal von einem an zweiter Stelle von dieser Druckwelle getroffenen Wandler erzeugt werden, und ebenso wird ein Signal von einem von dieser Druckwelle an dritter Stelle getroffenen Wandler erzeugt werden. Die Zeitspannen, die zwischen dem jeweiligen Auftreffen auf die drei Wandler verstreichen, sind proportional zu dem Azimut und dem Höhenwinkel eines Einheitszielvektors, der in die allgemeine Richtung des Ursprungs des Projektils zeigt. Wenn die Wandler die Konfiguration eines gleichseitigen Dreiecks haben, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, wird der Ursprungs des Vektors am Punkt 66 der Fig. 1 sein, und somit ist die Berechnung stark vereinfacht. Die Berechnung kann aber unabhängig von der Konfiguration der Wandler für die Sensoren durch geometrische Berechnungen erfolgen. Es sei darauf hingewiesen, daß beispielsweise ein Fahrzeug mit einer Vielzahl von Wandlern, z. B. 10, 20 oder 50, versehen werden kann, die über das Fahrzeug verteilt mit Abstand zueinander angeordnet werden, und eine Gruppe aus drei Wandlern bildet einen Sensor. Die drei zusammengruppierten Wandler, die einen Sensor bilden, müssen nicht diejenigen sein, die unmittelbar und sequentiell von der Welle getroffen werden, und könnten beispielsweise der erste, der fünfte und der zehnte sein; je nach deren Positionen sind es die, die für die erfaßte Druckwelle geeigneter sind. Der Rechner kann leicht so programmiert werden, daß er eine Gruppe von drei (oder Gruppen von drei) Wandlern auswählt, um einen Sensor (oder mehrere Sensoren) zu bilden, indem die Druckwelle, die von allen oder einem Teil der Wandler empfangen wird, analysiert wird.
Im Falle von zwei zueinander beabstandeten Sensoren, die jeweils einen solchen Einheitszielvektor erzeugen, kann ähnlich dazu eine Triangulation durchgeführt werden, um aus diesen beiden so erzeugten Einheitszielvektoren den allgemeinen Abstand zwischen den Sensoren und dem Ursprung des Projektils zu bestimmen. Falls erwünscht, können mehr als zwei Sensoren für diesen Zweck eingesetzt werden, z. B. drei Sensoren, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Wenn die mindestens zwei Sensoren, die jeweils drei Wandler (oder Gruppen von Wandlern) haben, in diesem Fall die Konfiguration eines gleichseitigen Dreiecks haben, ist auch diese Berechnung vereinfacht, doch auch hier kann die Berechnung durchgeführt werden, ganz gleich ob die Sensoren die Konfiguration eines gleichseitigen Dreiecks haben oder nicht.
Viele Handfeuerwaffen, z. B. Faustfeuerwaffen, feuern Unterschallprojektile ab. Selbstverständlich erzeugen die Unterschallprojektile keine Stoßwelle aus dem Projektil an sich, und somit ist die Druckwelle die einzige bedeutende Welle, die für die vorliegende Erfindung in Betracht gezogen und datenmäßig analysiert werden muß. Für den Fall, daß das Projektil ein Überschallprojektil ist, erzeugt jedoch dieses Überschallprojektil, z. B. aus leistungsstarken Langwaffen, ebenso eine Stoßwelle in der Nähe des sich bewegenden Projektils, und diese Stoßwelle muß von der Druckwelle unterschieden werden, da andernfalls die Vorrichtung der Versuchung unterliegt, Berechnungen anhand der falschen Welle durchzuführen. So wird eine Unterscheidung getroffen zwischen den Signalen, die in Antwort auf die Druckwelle erzeugt werden, und Signalen, die durch das Auftreffen von Stoßwellen des Überschallprojektils erzeugt werden. Dies kann auf die Art erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit den Sensoren bei der Beschreibung der Unterscheidung gegenüber Hintergrundgeräuschen beschrieben wurde, z. B. durch die Wahl der Wandler oder Sensoren selbst, so daß sie nur empfindlich gegenüber dem "Fingerabdruck" der Druckwelle sind, oder durch Unterscheidung zwischen dem sehr charakteristischen Druckprofil des Überschallprojektils und dem Druckprofil einer Druckwelle mittels üblicher elektronischer Unterscheidungsmittel, z. B. durch Musterabgleich.
Wie dies oben kurz angemerkt wurde, können insbesondere bei Heckenschützenbeschuß automatische Schnellfeuerwaffen eingesetzt werden. Um zu verhindern, daß die Vorrichtung zwischen den Druckwellen, die von einer Schnellfeuerwaffe erzeugt werden, durcheinanderkommt, wird zwischen einem Signal, das von einem Wandler erzeugt, auf den die Druckwelle als erstes auftrifft, und dem Signal, das von dem Wandler erzeugt wird, auf den diese Druckwelle anschließend auftrifft, eine Zeitbegrenzung gesetzt. Diese Zeitbegrenzung kann beispielsweise durch die üblichen Parameter einer Rechnerzeituhr oder eines anderen Zeitgebers auf die gleiche Weise wie oben beschrieben festgesetzt werden. Durch Festsetzen dieser Zeitbegrenzung auf weniger als die Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Projektilen, die aus einer Schnellfeuerwaffe abgefeuert werden, werden die Signale, die von der Vorrichtung zum Durchführen der Berechnungen verwendet werden, diejenigen Signale sein, die von der Druckwelle eines einzigen Projektils erzeugt werden, selbst wenn mehrere Projektile schnell abgefeuert werden. Beispielsweise können herkömmliche Maschinengewehre nur mit einer Rate von weniger als etwa 10 Projektilen pro Sekunde abfeuern, d. h. ein Projektil jede 1110 Sekunde oder jede 100 Millisekunden. Durch das Festsetzen dieser Zeitbegrenzung auf beispielsweise weniger als 75 Millisekunden, z. B. 25 Millisekunden oder weniger, wird somit sichergestellt, daß die Signale, die zur vorliegenden Berechnung verwendet werden, von der Druckwelle eines einzigen Projektils erzeugt werden, und dies wird jede mögliche Verwirrung der Vorrichtung hinsichtlich der empfangenen Druckwellen ausschließen.
Aus nahezu dem gleichen Grund wie oben erläutert, ist es ferner erforderlich, daß die Vorrichtung auf die "Startposition" oder "Nullposition" zurückgestellt wird, so daß sie den Ursprung einer nachfolgenden Anzahl von einzelnen Projektilen schnell bestimmen kann. Dies geschieht ebenfalls auf der Grundlage einer Zeitvorgabe, und da moderne Rechner die oben beschriebenen Berechnungen leicht in einigen Millisekunden oder weniger mittels eines üblichen analogen Rechnerprogramms durchführen können, kann der Zyklus der Berechnungen so festgesetzt werden, daß innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne diese Berechnungen durchgeführt werden und die Vorrichtung auf "Start" oder "Null" zurückgesetzt wird. Passenderweise wird dieses Zurückstellen, das nach Überschreiten der Zeitbegrenzung aktiviert wird, zeitlich gesehen auf die gleiche Zeitspanne festgelegt, wie sie oben beschrieben wurde, d. h. auf weniger als die Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Projektilen, die aus einer Schnellfeuerwaffe abgefeuert werden, z. B. 75 Millisekunden oder weniger, obgleich diese Rückstellzeit viel kürzer sein könnte, z. B. 10 Millisekunden oder sogar ein Bruchteil einer Millisekunde. In jedem Fall wird für die vorstehenden Zwecke der Empfang der Signale zum Bestimmen der Zeitbeziehungen wie oben beschrieben periodisch zurückgestellt, um der Vorrichtung die Möglichkeit zu geben, den Ursprung von mehreren, schnell abgefeuerten Projektilen schnell zu bestimmen.
Was die Vorrichtung der Erfindung angeht, so hat sie mindestens einen Sensor, der mindestens drei zueinander beabstandete Wandler enthält, die jeweils in der Lage sind, von einer Druckwelle getroffen zu werden, die an einem Ursprung eines Treibmittels für ein Projektil und von diesem Treibmittel erzeugt wurde, und in Antwort darauf ein Signal zu erzeugen, wie dies vorstehend erläutert wurde. Meßvorrichtungen zum Messen von Zeitbeziehungen zwischen den mindestens drei Wandlern aus den Signalen, wenn die Druckwelle nacheinander auf jeden der mindestens drei Wandler trifft, sind vorgesehen, und diese Meßvorrichtungen können wie oben beschrieben beispielsweise die Rechneruhr oder ein anderer Zeitgeber sein.
Ein Rechenmittel zum Bestimmen des mindestens einen Einheitszielvektors von dem mindestens einen Sensor zu dem Ursprung der Druckwelle aus den Zeitbeziehungen kann irgendein herkömmlicher Rechner sein, der für die oben beschriebene Triangulation basierend auf den Signalen und den dazwischen verstreichenden Zeitspannen, die aus den Wandlern/Sensoren empfangen werden, programmiert ist.
Für den Fall, daß mindestens zwei zueinander beabstandete Sensoren vorhanden sind, die jeweils in der Lage sind, einen Einheitszielvektor zu erzeugen, kann das Triangulationsmittel erneut ein Rechner sein, und der Rechner bestimmt mittels Triangulation der so erzeugten Einheitszielvektoren den allgemeinen Abstand zwischen den Sensoren und dem Ursprung des Projektils, und zwar auf die gleiche Weise wie dies vorstehend in Zusammenhang mit der Richtung des Ursprungs des Projektils beschrieben wurde.
Ebenso können die Unterscheidungsmittel zur Unterscheidung zwischen einem Projektil, das ein Überschallprojektil ist, diejenigen sein, die oben beschrieben wurden, d. h. das Erfassen des "Fingerabdruck"-Musters oder die Wahl des Wandlers, z. B. das piezoelektrische Element. Die Unterscheidungsmittel unterscheiden zwischen den Signalen, die in Antwort auf die Druckwelle erzeugt werden, und Signalen, die durch auftreffende Stoßwellen des Überschallprojektils erzeugt werden. Mit einer solchen Unterscheidung werden jegliche Signale, die sonst von dem Überschallprojektil erzeugt werden würden, aus den Signalen ausgeschlossen, die für die entsprechenden Berechnungen, z. B. Ursprung oder Abstand, verarbeitet werden.
Das Zeitgebermittel zum Festsetzen der Zeitbegrenzung zwischen einem Signal, das von einem Wandler erzeugt wird, auf den die Druckwelle zuerst auftrifft, und einem Signal, das von Wandlern erzeugt wird, auf die die Druckwelle anschließend auftrifft, kann wie vorstehend beschrieben sein, z. B. die übliche Rechnerzeituhr oder eine andere entsprechende herkömmliche Vorrichtung, und insbesondere wird eine solche Uhr oder Vorrichtung derart eingestellt, daß die Zeitbegrenzung weniger als die Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Projektilen beträgt, die aus einer Schnellfeuerwaffe abgefeuert werden, insbesondere weniger als 75 Millisekunden.
Ähnlich dazu können die Rückstellmittel, die vorgesehen sind, um den Empfang der Signale zum Bestimmen der Zeitbeziehung auf Null zurückzustellen, die übliche Rechneruhr oder eine getrennte Vorrichtung sein, wie dies oben beschrieben wurde, und diese sind auf diesem Gebiet alle allgemein bekannt und leicht erhältlich. In jedem Fall stellen die Rückstellmittel den Empfang der Signale nach Überschreiten der Zeitbegrenzung auf Null zurück.
Aus dem Vorstehenden und unter Berücksichtigung der Offenbarung des US-Patentes Nr. 5,241,518, das oben kurz beschrieben wurde, geht hervor, daß die Vorrichtung jenes Patentes dazu verwendet werden kann, die Funktion des vorliegenden Verfahrens auszuführen und die vorliegende Vorrichtung zu bilden, wenn ausgewählte Teile jener Vorrichtung jenes Patentes verwendet werden. Bedeutende Unterschiede liegen jedoch darin, daß im Gegensatz zu dem Verfahren und der Vorrichtung, die in jenem Patent beschrieben sind, in dem die von dem Überschallprojektil erzeugte Stoßwelle für Berechnungszwecke herangezogen wird, die vorliegende Erfindung dahingehend Unterscheidungen trifft, daß derartige Stoßwellen aus der Datensammlung oder der Berechnung ausgeschlossen werden, und die Berechnung auf der Grundlage der Druckwelle erfolgt. Dadurch, daß die Berechnung auf der Grundlage der Druckwelle erfolgt, ist es folglich selbstverständlich nicht möglich, mit Hilfe der vorliegenden Erfindung die Parameter zu bestimmen, die von der Vorrichtung und dem Verfahren jenes Patentes bestimmt werden, d. h. die Flugbahn eines Überschallprojektils, die Länge eines Projektils, den spezifischen Ursprung eines Projektils und die Zielabweichung dieses Projektils von den Sensoren. Man könnte daher annehmen, daß die vorliegende Erfindung einen wesentlichen Rückschritt auf diesem Gebiet darstellt, aber dies ist nicht der Fall. Durch die vorliegende Erfindung sind die Vorrichtung, die erforderlichen Berechnungen und die Komplexität der Berechnungen beträchtlich vereinfacht, wodurch die vorliegende Vorrichtung bedeutend kostengünstiger und durch weniger geschultes Personal bedeutend leichter bedienbar wird. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung mit effektiver Genauigkeit an eingeengten Orten eingesetzt werden, wie z. B. in Städten und Großstädten. Der größte Unterschied liegt jedoch wahrscheinlich darin, daß die vorliegende Erfindung den Ursprung und den Abstand eines Unterschallprojektils, z. B. Beschuß aus leistungsarmen Handfeuerwaffen, bestimmen kann.
Obgleich die Vorrichtung der Erfindung auf irgendeinem besonderen Ausrüstungsteil angeordnet werden kann, wie z. B. einem Fahrzeug, einem Schützenpanzer oder dergleichen, so kann sie ebenso auf zum Schutz eingesetzten Waffen angeordnet werden, wie sie beispielsweise in den Fig. 3 und 4 gezeigt sind. Wie in Fig. 3 dargestellt, können drei Sensoren 120, 121 und 122 auf einem Gewehr angebracht werden (zur Abstandsbestimmung sind nur zwei erforderlich), zusammen mit der geeigneten Datenverarbeitungseinheit 123, die als akustische Signalverarbeitungseinheit (ASPU) bezeichnet wird. Einer der Sensoren ist auf dem Lauf 124 des Gewehrs angebracht, während einer oder zwei (wie in der Zeichnung dargestellt) auf einziehbaren Sensorarmen 125 und 126 angebracht sind. Dadurch sind Sensoren sowohl zum Bestimmen der allgemeinen Richtung des Ursprungs des Projektils als auch zum Bestimmen des allgemeinen Abstandes des Ursprungs des Projektils vorgesehen.
Alternativ dazu zeigt die Fig. 4 ein akzeptables, jedoch im Gegensatz zur Fig. 3 weniger wünschenswertes Ausführungsbeispiel, bei dem drei (zur Abstandsbestimmung sind nur zwei erforderlich) Sensoren 130, 131 und 132 auf einem Lauf 133 eines Gewehrs angebracht sind. Wenn die Druckwelle die Reihe aus Sensoren passiert oder dieser Reihe aus Sensoren sehr nahe kommt, ist es offensichtlich, daß dann die vorliegenden Abstandsberechnungen mittels der Datenverarbeitungseinheit 134 (ASPU) nicht möglich sein werden.
Die Fig. 5 zeigt eine weitere Anwendung, bei der eine tragbare Einheit mit Sensoren 140, 141 und 142 versehen ist, so daß beispielsweise eine schützende Militärperson die Richtung eines Heckenschützen- oder Attentäterbeschusses bestimmen kann.
Selbstverständlich wird der Montageaufbau des oder der Sensoren oder Wandler von der speziellen Ausrüstung abhängen, auf der sie angebracht werden, wobei die praktische Anwendung einer solchen Anordnung berücksichtigt wird. Für den Fall, daß die Sensoren oder Wandler auf einem motorisierten Fahrzeug angebracht werden, beispielsweise auf einem Auto, sollten sie auf der Oberfläche des Fahrzeuges angebracht und von den durch das Fahrzeug hervorgerufenen Geräuschen isoliert werden, indem Standard-Stoßisolierungsverfahren und -materialien mit hoher Hysterese verwendet werden. Wenn beispielsweise mehrere Wandler auf dem Dach und anderen Teilen eines Fahrzeuges angebracht sind, so daß eine Druckwelle aus jeder beliebigen Richtung erfaßt werden kann, könnten diese mehreren Wandler die Berechnungen durcheinanderbringen. Um dies zu vermeiden, kann der Rechner bei solchen Montagen derart angesteuert werden, daß nur eine ausgewählte Anzahl von Wandlern oder die Daten derselben zu Berechnungszwecken herangezogen werden, z. B. nur die ersten drei "Treffer" zum Bestimmen des Ursprungs des Projektils und nur die ersten sechs "Treffer" zum Bestimmen des Ursprungs und des Abstandes. Wie oben angemerkt, müssen jedoch die zu einem Sensor gruppierten Wandler nicht diejenigen sein, die nacheinander getroffen werden, sondern können auf der Basis längerer Abstände zueinander ausgewählt werden, um sich zu einem Sensor zu gruppieren, z. B. der an dritter, zehnter und an zwölfter Stelle getroffene Wandler. Die aktivierten Wandler, bzw. die aus diesen Wandlern vom Rechner empfangenen Daten werden hinsichtlich der spezifischen involvierten Wandler identifiziert, und ihre räumliche Anordnung auf dem Fahrzeug ist bekannt. Folglich ist der Abstand zwischen den ausgewählten Wandlern für Berechnungszwecke, wie sie oben beschrieben sind, bekannt.
Die akustische Signalverarbeitungseinheit enthält die erforderlichen herkömmlichen Zeitgeberschaltungen, Unterscheidungsschaltungen und Rechenalgorithmen, um, wie vorstehend erläutert, den Ursprung und den Abstand des Projektils (im Falle von drei Sensoren) zu bestimmen.
Die vorliegende Erfindung gibt somit ein sehr genaues und leicht erreichbares Mittel und Verfahren zum Bestimmen des Ursprungs und/oder des Abstandes eines Projektils aus der Druckwelle des detonierenden Treibmittels an. Die Vorrichtung besteht aus Bestandteilen, die im Handel erhältlich sind, und kann zu einer großen Vielzahl von Konfigurationen für einen umfassenden Anwendungsbereich zusammengesetzt werden, wie dies vorstehend erläutert wurde. Die Vorrichtung ist relativ kostengünstig herzustellen und leicht zu bedienen, was für die speziellen, oben beschriebenen Bedingungen erforderlich ist. Demgemäß stellt die Erfindung einen beträchtlichen Fortschritt auf diesem Gebiet dar.
Zwar können die oben beschriebenen Berechnungen durch die in dem oben genannten US-Patent beschriebenen Entsprechungen (engl.: analogs) durchgeführt werden, da aber, wie dies oben erwähnt wurde, die vorliegenden Berechnungen beträchtlich vereinfacht werden können, wird im folgenden vereinfachte Mathematik zum Bilden der geeigneten Entsprechungen aufgezeigt.
Es wird angenommen, daß der Sensor von dem Ursprung der Druckwelle weit genug entfernt ist und daß die Abstände zwischen den Wandlern in den Sensoren ausreichend gering sind, daß die Vorderfront der Druckwelle als ebene Welle in der Nähe der Wandler gesehen werden kann. &sub1;, &sub2; und &sub3; sind Vektoren von jedem der entsprechenden Wandler senkrecht zur auftreffenden Druckebene. Die Länge jedes dieser Vektoren ist der Abstand zwischen jedem Wandler und der Ebene. Die Zeitspanne, welche die Druckebene benötigt, um die einzelnen Wandler zu erreichen, ist t&sub1;, t&sub2; bzw. t&sub3;. Somit sind:
&sub1; = t&sub1;VS
&sub2; = t&sub2;VS
&sub3; = t&sub3;VS
Es wird angemerkt, daß &sub1;, &sub2; und &sub3; parallel und demzufolge alle ihre Einheitsvektoren gleich sind. Dieser Einheitsvektor wird mit bezeichnet; die Größe heißt "Sensoreinheitszielvektor". Unter Bezugnahme auf die Fig. 6, stellt man fest, daß die folgenden Beziehungen gelten:
Die Bezeichnungen Δt&sub1;&sub2;, Δt&sub1;&sub3; und Δt&sub2;&sub3; bezeichnen die Zeitunterschiede zwischen dem Auftreffen auf den Wandlern 1 und 2 (t&sub2; - t&sub1;), usw. VS ist die Schallgeschwindigkeit. S&sub1;&sub2;, S&sub1;&sub3; und S&sub2;&sub3; sind die Wandlerabstandsvektoren. Indem das Koordinatensystem so ausgewählt wird, daß alle Wandler in der X-Y-Ebene liegen, hat keiner der Abstandsvektoren eine Z-Komponente. Somit müssen nur zwei dieser Gleichungen gelöst werden. Die ersten beiden werden ausgewählt. Die folgenden Ausdrücke sind die abgeleiteten Komponenten des Einheitszielvektors und werden für eine vereinfachte Entsprechung zur Computerberechnung verwendet:
uz = (1 - ux² + uy²)1/2
Die Fig. 7 ist eine Aufzeichnung der Druckwelle, die von einem PCB-Linearwandler aufgefangen wird, der 0,9144 m (3 Fuß) entfernt und 0,3048 m (1 Fuß) seitlich von einem Mündungsknall angeordnet ist. Die Ordinate gibt die von dem Wandler erzeugten Volt und die Abszisse die Zeit in Mikrosekunden an.
Das gleiche gilt für die Fig. 8, außer daß der Wandler 9,144 m (30 Fuß) entfernt und 0 m (0 Fuß) seitlich von dem Mündungsknall angeordnet wurde, d. h. in der Richtung des Mündungsknalls.
Wie aus Fig. 7 zu erkennen ist, befinden sich die ersten beiden Peaks etwa bei Nullzeit ab dem Mündungsknall und stellen die Stoßwelle der Überschallkugel dar. Es sind genau diese zwei sehr eindeutigen Peaks, die unterschieden werden müssen, wie dies oben erklärt wurde.
Wie in Fig. 8 gezeigt, wurde jedoch die Stoßwelle mit den zwei Peaks nicht erfaßt, sondern nur die Druckwelle bei etwas mehr als der Nullzeit. Somit ist die Unterscheidung in einigen Fällen entscheidend und in anderen nicht entscheidend.
In Fig. 7 liegt die Druckwelle bei etwa 750 Mikrosekunden und in Fig. 8 bei etwas über 0 Mikrosekunden, wodurch sich der Zeitunterschied darstellen läßt, wenn sich der Wandler nicht in der direkten Bahn der Kugel (Fig. 7) und wenn er sich in der direkten Bahn (Fig. 8) der Kugel befindet.
Sowohl in Fig. 7 als auch in Fig. 8 kann man erkennen, daß die Druckwelle einen äußerst identifizierbaren "Fingerabdruck" hat, und auf dieser Grundlage können die oben erläuterten Unterscheidungen getroffen werden, sodaß der Ursprung und der Abstand eines Unterschallprojektils bestimmt werden können.
Demgemäß erkennt man, daß aus den Einheiten u der vorstehenden mathematischen Berechnungen, der Azimut und der Höhenwinkel des bzw. der Einheitszielvektoren auf die in dem oben angeführten US-Patent beschriebene Weise auf vereinfachte und leichte Art berechnet werden können.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen der allgemeinen Richtung des Ursprungs eines Projektils, umfassend:

(A) Bereitstellen mindestens eines Sensors (120, 121, 122) mit mindestens drei zueinander beabstandeten Wandlern (60, 61, 62), die jeweils in der Lage sind, von einer Druckwelle getroffen zu werden, die an einem Ursprung eines Treibmittels für ein Projektil und von diesem Treibmittel erzeugt wurde, und in Antwort darauf ein Signal zu erzeugen,

(B) Messen einer Zeitbeziehung zwischen den mindestens drei Wandlern (60, 61, 62) aus den Signalen, wenn die Druckwelle nacheinander auf jeden der mindestens drei Wandler (60, 61, 62) auftrifft, und

(C) Bestimmen eines Azimutwinkels für mindestens einen Einheitszielvektor von dem mindestens einen Sensor (120, 121, 122) zu dem Ursprung der Druckwelle aus den Zeitbeziehungen derart, daß der Einheitszielvektor in die allgemeine Richtung des Ursprungs des Projektils zeigt, gekennzeichnet durch:

(D) Bestimmen eines Höhenwinkels für den mindestens einen Einheitszielvektor aus den Signalen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei insgesamt mindestens zwei zueinander beabstandete Sensoren vorhanden sind und jeder den genannten Einheitszielvektor erzeugt, und Bestimmen des allgemeinen Abstands zwischen den Sensoren und dem Ursprung des Projektils durch Triangulierung der so erzeugten Einheitszielvektoren.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Projektil ein Überschallprojektil ist und eine Unterscheidung zwischen den Signalen, die in Antwort auf die Druckwelle erzeugt werden, und Signalen gemacht wird, die durch auftreffende Stoßwellen des Überschallprojektils erzeugt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Zeitbegrenzung zwischen dem Signal, das von dem Wandler erzeugt wird, auf den die Druckwelle zuerst auftrifft, und den Signalen festgesetzt wird, die von den Wandlern erzeugt werden, auf die die Druckwelle anschließend auftrifft.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Zeitbegrenzung geringer ist als die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Projektilen, die aus einer Schnellfeuerwaffe abgefeuert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Zeitbegrenzung nicht größer als 75 Millisekunden ist.

7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Empfang der Signale zum Bestimmen der Zeitbeziehungen periodisch auf Null zurückgestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Empfang der Signale nach Überschreiten der Zeitbegrenzung auf Null zurückgestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zeitbeziehungen und der Einheitszielvektor von einem Computer berechnet werden.

10. Vorrichtung zum Bestimmen der allgemeinen Richtung des Ursprungs eines Projektils, umfassend:

(A) mindestens einen Sensor (120, 121, 122) mit mindestens drei zueinander beabstandeten Wandlern (60, 61, 62), die jeweils in der Lage sind, von einer Druckwelle getroffen zu werden, die an einem Ursprung eines Treibmittels für die Projektile und von diesem Treibmittel erzeugt wird, und in Antwort darauf ein Signal zu erzeugen,

(B) Meßvorrichtungen, die dazu geeignet sind, eine Zeitbeziehung zwischen den mindestens drei Wandlern (60, 61, 62) aus den Signalen zu messen, wenn die Druckwelle nacheinander auf jeden der mindestens drei Wandler (60, 61, 62) auftrifft, und

(C) Rechenmittel, die dazu geeignet sind, einen Azimutwinkel für mindestens einen Einheitszielvektor von dem mindestens einen Sensor (120, 121, 122) zu dem Ursprung der Druckwelle aus den Zeitbeziehungen zu bestimmen, derart, daß der Einheitszielvektor in die allgemeine Richtung des Ursprungs des Projektils zeigt, gekennzeichnet durch:

(D) Rechenmittel, die dazu geeignet sind, aus den Signalen einen Höhenwinkel für den Einheitszielvektor zu bestimmen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei insgesamt mindestens zwei zueinander beabstandete Sensoren vorhanden sind, die jeweils in der Lage sind, den genannten Einheitszielvektor zu erzeugen, sowie Triangulierungsmittel, die dazu geeignet sind, durch Triangulierung der so erzeugten Einheitszielvektoren den allgemeinen Abstand zwischen den Sensoren und dem Ursprung des Projektils zu bestimmen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Projektil ein Ultraschallprojektil ist und Unterscheidungsmittel vorgesehen sind, um zwischen den Signalen, die in Antwort auf die Druckwelle erzeugt werden, und Signalen zu unterscheiden, die durch auftreffende Stoßwellen des Ultraschallprojektils erzeugt werden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei Zeitgebermittel vorgesehen sind, um eine Zeitbegrenzung zwischen dem Signal, das von dem Wandler erzeugt wird, auf den die Druckwelle zuerst auftrifft, und den Signalen festzusetzen, die von den Wandlern erzeugt werden, auf die die Druckwelle anschließend auftritt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Zeitbegrenzung geringer ist als die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Projektilen, die aus einer Schnellfeuerwaffe abgefeuert werden.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Zeitbegrenzung nicht größer als 75 Millisekunden ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei Rückstellmittel vorgesehen sind, um den Empfang der Signale zum Bestimmen der Zeitbeziehungen auf Null zurückzustellen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Rückstellmittel den Empfang von Signalen nach Überschreiten der Zeitbegrenzung auf Null zurückstellen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Zeitbeziehungen und der Einheitszielvektor von einem Computer berechnet werden.