Bochumer Verifikationsprojekt - Sensorstation 2000

Im Rahmen eines Vorhabens zur Friedensforschung soll unter der Leitung von Frau Prof. Dr. Beate Meffert ein Messgeraet entwickelt werden, dass fuer die kooperative Verifikation von Abruestungsmassnahmen einsetzbar ist. Kooperativ heisst dabei, dass beide Seiten, die zu ueberpruefende Seite und die Vor-Ort-Inspekteure, im gegenseitigen Einvernehmen handeln. Ein Beispiel fuer einen derartigen Ruestungskontrollvertrag ist der KSE-Vertrag aus dem Jahre 1990 (KSE: Konventionelle Streitkraefte in Europa). Er legt zwischen NATO- und frueheren Warschauer-Vertrags-Staaten Obergrenzen fuer Panzer, gepanzerte Kampffahrzeuge, Artillerie, Kampfflugzeuge und Kampfhubschrauber fest.

Das Messgeraet soll in Feldversuchen Signale registrieren, die von vorbeifahrenden militaerischen Landfahrzeugen verursacht werden. Dazu werden an das Messgeraet Mikrofone (Sensoren fuer den Schall) und Geofone (Sensoren fuer die Bodenvibration) angeschlossen. Die akustischen und seismischen Signale werden in den Frequenzbereich transformiert, eine Obertonanalyse sucht die Grundschwingung, und es wird versucht, auf den Fahrzeugtyp zu schliessen.

Leopard 1 Video oder Leopard 2 Daimler Benz 1017

Erste eigene Untersuchungen [1] wurden im Jahre 1995 mit folgenden Parametern durchgefuehrt:

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass man mit Goefonsignalen aus dem Frequenzbereich 33 bis 71 Hertz in der Lage ist, die 3 Fahrzeugtypen sicher voneinander zu unterscheiden. Die folgende Abbildung zeigt einen Merkmalsraum mit 2 kanonischen Merkmalen, gebildet aus 13 Hartleykoeffizienten. Die Klassifikation erfolgte fehlerfrei [1].

Kanonischer Merkmalsraum [1]

Das Bochumer Verifikationsprojekt (BVP) hat eine Reihe von Experimenten an schweren Militaerfahrzeugen durchgefuehrt. Dabei wurden die akustischen, seismischen und magnetischen Signale so weit analysiert, dass nun mit der Erprobung im Feldexperiment begonnen werden kann. Im gegenwaertigen, vom BMBF gefoerderten Projekt (Foerderkennzeichen 01LX 9908/9) soll eine Feldsensorstation mit akustischen und seismischen Messkanaelen ausgelegt und aufgebaut werden. Die Station soll dann ueber einige Monate auf einem militaerischen Uebungsgelaende betrieben werden. Die gewonnenen Fahrzeugsignale sollen analysiert und daraufhin Verbesserungen fuer das Messgeraet vorgeschlagen werden.

Projektmitarbeiter:

Stellenausschreibungen:

Links zum Vorhaben:

Literatur:

  1. Lopez, D.: Diskriminanzanalytische Untersuchungen von Schallsignalen militaerischer Landfahrzeuge. Diplomarbeit am Fachbereich Elektrotechnik der HU Berlin, 1995
  2. Lopez, D.: Seismic Classification of Military Vehicles using Statistical Pattern Recognition. in "Verification - Research Reports, No. 7". Bochum: Brockmeyer 1995

Publikationen:

Publikationen
  1. Meffert, B., Guenther, M., Heese, L., Hochmuth, O., Kell, G., Morgenstern, T., Weiss, A. und Winkler, F.: Mehrkanalige, hochaufloesende Sensorstation zur Erfassung und Verarbeitung akustischer und seismischer Signale schwerer Landfahrzeuge. 8. FONAS-Fachgespraech: Verifikationsforschung - Ergebnisse der vom BMBF gefoerderten Projekte, Berlin: Maerz 2001 (Poster)
  2. Weiss, A., Linev, S. und Altmann, J.: Akustisch-seismische Fahrzeugmessungen fuer die Verifikation. Fruehjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Hamburg: Maerz 2001
  3. Hochmuth, O. Kell, G., Winkler, F., Weiss, A., Linev, S., Meffert, B.: Mehrkanalige, hochaufloesende Sensorstation fuer die Klassifikation schwerer Landfahrzeuge. Fruehjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Hamburg: Maerz 2001 (Kurzfassung, Vortrag )
  4. Kell, G., Hochmuth, O., Meffert, B., Winkler, F.: Hochaufloesende Messungen akustischer Signale unter Feldbedingungen. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft fuer Akustik, Hamburg: Maerz 2001 (Kurzfassung)
  5. Altmann, J., Linev, S., Weiss, A.: Akustisch-seismische Messungen zur Verifikation von Fahrzeugbeschraenkungen. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft fuer Akustik, Hamburg: Maerz 2001
  6. Meffert, B., Hochmuth, O.: Signale fuer die Abruestung. Berlin: Humboldt-Spektrum 8 (2001) 2, 16-20
  7. Linev, S., Altmann, J., Weiss, A.: Acoustic-seismic military-vehicle measurements of 2000 at Meppen, Germany. in "Verification - Research Reports, No. 11". Lenzen: Verlag Georg Grüneberg 2001 (Titel)
  8. Meffert, B., Hochmuth, O. et al: Sensor station 2000 for acoustic and seismic measurements of high dynamic range. in "Verification - Research Reports, No. 11". Lenzen: Verlag Georg Grüneberg 2001 (Titel, Kurzfassung)
  9. Weiss, A.: Sensor Verification and Automatic Detection of Heavy Land Vehicles. 13th International Summer Symposium on Science and World Affairs, Berlin: Juli 2001

Presse:

Presse

Firmen:

Datenblaetter:

Schaltungsvariante 3, Vibrationsmessungen am Schwingtisch (16. 08. 2000, 12 Uhr):

Messfrequenz stets 100 Hz
Abtastfrequenz stets 2048 Hz
Beobachtungsdauer stets 1 Sekunde
Vertikalgeofon SM6 im PE-3-Gehaeuse
Signal G1fs.pro VSS= 155.81 mm/s, Dynamik 66 dB oder 11 bit
Signal G1fs2.pro VSS= 80.23 mm/s, Dynamik 60.5 dB oder 10 bit
Signal G1leer.pro VSS= 1.42 mm/s, Dynamik 29.5 dB oder 5 bit
Signal G8fs.pro VSS= 19.48 mm/s, Dynamik 52 dB oder 9 bit
Signal G8fs2.pro VSS= 9.93 mm/s, Dynamik 54 dB oder 9 bit
Signal G8leer.pro VSS= 0.19 mm/s, Dynamik 29.8 dB oder 5 bit
Signal G23fs.pro VSS= 6.77 mm/s, Dynamik 52 dB oder 9 bit
Signal G23fs2.pro VSS= 3.63 mm/s, Dynamik 60.8 dB oder 10 bit
Signal G23leer.pro VSS= 0.13 mm/s, Dynamik 33.6 dB oder 6 bit

Schaltungsvariante 3, Messungen der Bodenvibration auf der Strasse (16. 08. 2000, 17 Uhr):

nichtmilitaerische Landfahrzeuge
Abtastfrequenz stets 2048 Hz
Beobachtungsdauer stets 1 Sekunde
Vertikalgeofon SM6 im PE-3-Gehaeuse
Bus 360 Signal Bus2.pro VSS= 0.42 mm/s, Dynamik 44 dB oder 8 bit
Kalibrieren Signal Stein.pro VSS= 6.78 mm/s, Dynamik 66 dB oder 11 bit
Post-LKW Signal Postlkw.pro VSS= 0.46 mm/s, Dynamik 45.4 dB oder 8 bit
Warten Signal Leer3.pro VSS= 0.14 mm/s, Dynamik 49.6 dB oder 9 bit
Kalibrieren Signal Nicky.pro VSS= 6.79 mm/s, Dynamik 66 dB oder 11 bit
Kran 2 Signal Kran2.pro VSS= 0.69 mm/s, Dynamik 46.6 dB oder 8 bit

Schaltungsvariante 2 (4kanalig):

Gehaeuse als 5¼-Zoll-Einschub:
Gehaeuse

5¼-Zoll-Einschub:
Einschub

Netzteilplatine (inkl. Wettersignale):
Netzteilplatine

Analogplatine (4kanalig):
Analogplatine

Schaltungsvariante 2, Vibrationsmessungen am Schwingtisch (20. 09. 2000, 16 Uhr):

Abtastfrequenz stets 4 kHz
Beobachtungsdauer stets 1 Sekunde
Horizontalgeofon SM6 im PE-3-Gehaeuse

Hammerschlag:
Hammerschlag VSS= 724 mm/s, Dynamik 138.5 dB oder 23 bit

Messfrequenz stets 10 Hz:
6 mm/s VSS= 6 mm/s

0,445 mm/s VSS= 0.445 mm/s

Silence VSS= 5.5 µm/s

Widerstand an Stelle des Geofons:
Widerstand VSS= 3.8 µm/s

Schaltungsvariante 2, Messungen der Bodenvibration auf der Strasse (25. 09. 2000, 15 Uhr):

nichtmilitaerische Landfahrzeuge
Abtastfrequenz stets 4 kHz
Beobachtungsdauer stets 1 Sekunde
Horizontalgeofon SM6 im PE-3-Gehaeuse
Steinfall VSS= 6.25 mm/s
Lkw 1 VSS= 0.235 mm/s
Lkw 2 VSS= 0.185 mm/s
Lkw 3 VSS= 0.27 mm/s
Lkw 4 VSS= 0.54 mm/s
Muellauto VSS= 0.225 mm/s
Bus 1 VSS= 0.2 mm/s
Bus 2 VSS= 0.172 mm/s
Verkehrsruhe 1 VSS= 83 µm/s
Verkehrsruhe 2 VSS= 80 µm/s

Sensorstation:

Ein Geofon SM6 mit Erdspiess steckt im Boden, dahinter die Sensorstation 2 mit analogem Eingangsteil (rechts oben).
Sensorstation 2 im Feld
Abmessungen zirka 483 breit, 88 mm hoch und 473 mm tief.
Sensorstation 2 im Labor
Sensorstation 1 in Meppen (oben: Ethernetkabel, Stromkabel, unten: 4 Sensorkabel)
Sensorstation 1 in Meppen

Blockschaltbild:

M: Mantisse, E: Exponent
Blockschaltbild

Feldmessungen in Meppen (Oktober 2000):

Zu Gast bei der Wehrtechnischen Dienststelle fuer Waffen und Munition der Bundeswehr in Meppen (Emsland)
Container Axel Weiss
Container Sergej Linev und Axel Weiss

Untersuchungen zum Web-Geofon (Januar bis Maerz 2001):

Ein Geofon SM6 nimmt die Bodenvibration im Institutsgebaeude auf und ist an eine Sensorstation angeschlossen. Die seismischen Signale werden vom Sensor erfasst und in der Sensorstation digitalisiert. Die Abtastfrequenz betraegt intern 32768 Hz. Das Signal wird tiefpassgefiltert und im Verhaeltnis 1:16 dezimiert (2048 Hz). Ein noch mehr dezimiertes Signal wird erzeugt, indem das Signal erneut tiefpassgefiltert und im Verhaeltnis 1:4 dezimiert wird (512 Hz). Beide Signale koennen "in Echtzeit" von jedem java-faehigen Browser empfangen und dargestellt werden. Beide Signale werden zusaetzlich einer Diskreten Fouriertransformation unterworfen. Die Spektren koennen ebenfalls im Browser-Fenster angezeigt werden. Die mittlere Amplitude des Signals wird durch den RMS-Algorithmus (root mean square) ermittelt und kann ebenfalls im Browser angezeigt werden. Die RMS-Signale benoetigen die geringste Uebertragungsrate beim Transport ueber das Internet.

Bildschirm-Schnappschuss © Axel Weiss

Sensoren:

Mikrofonkapsel 4189 Mikrofonverstaerker 2669C
Frequenzgang Mikrofon B&K 4198
Geofon SM-6
Empfindlichkeit Geofon SM-6

© Dr.-Ing. Olaf Hochmuth
Erstellt am 2. 1. 2000, zuletzt geaendert am Dienstag, 10. Juni 2003