April 2012

Rheinmetall Defence Electronics entwickelt hoch modernes akustisches Schützen-Lokalisierungs-System

Spezialmikrofone schützen Soldaten bei Beschuss

Häufig sind militärische Aktivitäten auch mit der Erzeugung von Lärm verbunden. Was liegt also näher, als solche Geräusche zu nutzen, um ihre Quelle zu orten?

Bei der Rheinmetall Defence Electronics GmbH in Bremen befasst man sich schon seit langem intensiv mit der akustischen Detektion, Ortung und Klassifizierung unterschiedlichster militärisch relevanter Geräuschquellen. Aktuelles Ergebnis dieser Anstrengungen ist das akustische Schützen-Lokalisierungs-System (ASLS).

Das ASLS wurde konzipiert, um den Schutz von Fahrzeugbesatzungen im Falle eines Beschusses zu erhöhen. Die praktische Erfahrung im Einsatz hat gezeigt, dass die Besatzung nur zu häufig den Beschuss durch einzelne Schützen im Fahrzeug nicht wahrnimmt - nicht zuletzt, weil sie im Fahrzeuginneren von den Umgebungsgeräuschen weitgehend entkoppelt ist. Das Ziel der Entwicklungsarbeiten, die von der Bundeswehr mit vorangetrieben wurden, bestand daher in der Realisierung eines automatisch arbeitenden Schützen-Lokalisierungs-Systems.

Mikrofonantenne zur Schützenortung (links) und Situational Awareness System (SAS) mit kompakter ASLS Variante (rechts)

Mikrofonantenne zur Schützenortung (links) und Situational Awareness System (SAS) mit kompakter ASLS Variante (rechts)

Dabei kommt Rheinmetall Defence Electronics zu Gute, dass man über eine langjährige und umfangreiche Erfahrung bei der Nutzung der Akustik für Aufklärungsanwendungen verfügt. Die Anwendungen reichen von der klassischen Artillerieortung über die Detektion und Verfolgung tief fliegender Hubschrauber, die sich mit Radar und Optronik häufig nicht auffassen lassen, bis hin zu räumlich verteilten und vernetzten Sensorsystemen auf akustischer Basis für die Aufklärung von Fahrzeugbewegungen in der Fläche.

Die akustische Schützen-Lokalisierung stützt sich dabei auf Mikrofone, da ein Gewehrschuss zwangsläufig mit zwei markanten akustischen Ereignissen verbunden ist: dem Mündungsknall und dem Geschossknall. Sobald das Geschoss den Lauf verlässt, entsteht der Mündungsknall; während des Fluges erzeugt das Geschoss selber einen Geschossknall, sofern und solange es sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegt. Beide Ereignisse lassen sich mit Mikrofonen sehr gut registrieren.

Mikrofonantenne zur Schützenortung

Mikrofonantenne zur Schützenortung

Für die Schützenortung wurde eigens eine kompakte Mikrofonantenne entwickelt und erprobt. Sie verfügt über acht Spezialmikrofone, die für hohe Schalldruckpegel ausgelegt sind. Handelsübliche Mikrofone können den Überschallknall des Geschosses nicht sauber erfassen. Mit dieser Anordnung wird in Verbindung mit der Signalverarbeitung auf relativ einfachem Weg eine 360° Abdeckung erreicht.

Die Datenerfassung und die Signalverarbeitung erfolgen in einer kompakten und energieeffizienten Auswerteelektronik, zusammen mit einem Akku integriert in den Fuß der Mikrofonantenne, die aufgrund der zylindrischen Anordnung der Mikrofone auch als Zylinderantenne bezeichnet wird. Damit ist auch – unabhängig vom Fahrzeug – ein mobiler oder abgesetzter Betrieb über längere Zeit möglich. Die Signalauswerteverfahren, die auf bekannten Verfahren aus dem Sonar wie der Richtungsbildung basieren, bieten eine präzise Ortung (Richtung und Entfernung) des Schützen. Es wird eine sehr geringe Falschalarmrate auch in der gestörten Fahrzeugumgebung erreicht.

Energieeffiziente Elektronikbaugruppe, die sowohl auf dem Fahrzeug als auch in der manngetragenen Variante zum Einsatz kommt

Energieeffiziente Elektronikbaugruppe, die sowohl auf dem Fahrzeug als auch in der manngetragenen Variante zum Einsatz kommt

Die Leistungsfähigkeit des Systems ist dem menschlichen Hörvermögen in einzelnen Merkmalen deutlich überlegen: Es vermag z. B. auch Frequenzanteile zu erfassen, die außerhalb des Hörbereichs des Menschen liegen; darüber hinaus kann das System auch sehr kurzzeitige Ereignisse im Millisekunden-Bereich zuverlässig registrieren. Somit werden auch bei Umgebungslärm die beiden Knallereignisse sicher erkannt, was für das menschliche Ohr kaum mehr möglich ist.

Zusätzlich verfügt das ASLS über integrierte Lagesensoren und einen kompakten GPS-Sensor. Mit Hilfe dieser Sensoren werden die Fahrzeugbewegungen erfasst und berücksichtigt. Dadurch wird gewährleistet, dass die Schützenposition auf dem Bedien- und

Anzeigeeinheit auch während der Fahrt präzise angezeigt bleibt. Zurückliegende Ereignisse werden lokal gespeichert und können angezeigt werden. Somit ist der Zugriff auf die letzten Ereignisse jederzeit möglich und können nachträglich ausgewertet werden.

Die Elektronik und die Signalverarbeitung wurden auf extreme Energieeffizienz getrimmt. Dadurch konnte die Leistungsaufnahme deutlich auf unter ein Watt reduziert werden.

Registriert das ASLS einen Schuss, wird die Besatzung durch das System automatisch akustisch wie auch visuell alarmiert. Eine kontinuierliche Konzentration auf das System ist daher nicht erforderlich. Das Ergebnis umfasst exakte Angaben hinsichtlich Azimut, Elevation und Entfernung.

Die Nutzer des ASLS werden bereits durch Routineaufgaben stark in Anspruch genommen. Die Anforderungen an eine intuitive Bedienung waren daher hoch. Für den Anwender stehen verschiedene Alternativen der Darstellung zur Verfügung: etwa ein eigenständiges Bedienteil, das auch mobil genutzt werden kann, oder mittels integrierter Darstellung in einer C4I-Oberfläche. Auch die Symboleinblendung in elektronische Sichtmittel (Augmented Reality) ist möglich.

Manngetragene Schützenortung auf der Schulter des Soldaten

Manngetragene Schützenortung auf der Schulter des Soldaten

Durch diese Flexibilität kann das System mit geringem Aufwand selbst in kleine oder in nicht militarisierte Fahrzeuge eingerüstet werden. Das trifft auch auf die Adaption der Mikrofonantenne zu. Da die Auswertelektronik und das Akkupack in den Antennenfuß integriert sind, sind kaum weitere Integrationsmaßnahmen, wie etwa die Anbindung an das Bordnetz des Fahrzeuges, zwingend nötig - gleichwohl aber möglich.

Das ASLS bietet ein hohes Aufwuchspotenzial. Eine Verknüpfung mit optronischen Komponenten, wie beispielsweise dem Situational Awareness System (SAS), ist in der fortgeschrittenen Bearbeitung. Neben dem ASLS für Fahrzeuge und Systeme wird darüber hinaus auch an einer manngetragenen Schützendetektionsausstattung gearbeitet.

Das Hören spielt eine zentrale Rolle, wenn der Soldat seine Umgebung überwacht. Die Aufgaben „Horchhalt" und „Hören und Sehen bei Nacht" sind dafür klassische Beispiele. Mit dem ASLS hat die Rheinmetall Defence Electronics GmbH in Bremen ein System entwickelt, das den Soldaten in dieser Aufgabe unterstützt und entlastet und damit zusätzlichen Schutz für Leib und Leben bietet.

Gunnar Becker

Rheinmetall AG

Leiter Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Oliver Hoffmann
Rheinmetall Platz 1
40476 Düsseldorf
Deutschland
Telefon: +49 211 473-4748
Fax: +49 211 473-4157

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