Luchtakoestiek: Akoestische sluipschutterlocalisatie (1996 – 1998)

Akoestische sluipschutterlocalisatie

Bij diverse Verenigde Naties interventies, bijvoorbeeld in het voormalige Joegoslavië en Somalië, is gebleken dat sluipschutters (snipers) een belangrijke storende factor kunnen vormen bij het uitvoeren van Peace Support operations (PSO). Met name het niet of niet snel genoeg kunnen localiseren van een sluipschutter maakt het bestrijden van die dreiging moeilijk. De meest gangbare methode bij het opsporen is door gebruik te maken van oor en oog. Sluipschutters werken vaak alleen of in teams van twee personen en wisselen meestal van positie na ieder schot. Bij voorkeur maken ze gebruik van natuurlijke beschutting waarbij het mondingsvuur zo goed mogelijk gecamoufleerd wordt zodat visuele observatie moeilijk wordt. Toch blijft het opsporen en zo mogelijk het onschadelijk maken van sluipschutters een belangrijk onderdeel van de taken in het kader van de controle van bestandsafspraken bij PSOs.

Uit onderzoek was gebleken dat het theoretisch mogelijk is om een schutter automatisch te localiseren via het geluid van het schot. Die mogelijkheid biedt daarmee een relatief goedkope oplossing voor het sluipschutter-localisatieprobleem. TNO-FEL heeft in de jaren ’90 de praktische haalbaarheid van die methodiek al aangetoond. Tijdens metingen, uitgevoerd op het Infanterie Schietkamp in de Harskamp bleek het principe ook in de praktijk naar verwachting te functioneren. Bij deze metingen bestond het sensorgedeelte uit één array van drie microfoons, opgesteld in een driehoekige formatie (beenlengte driehoek ca. 150 cm). De microfoonsignalen van een schot werden in een PC verwerkt. Het resultaat van deze verwerking was dat richting en afstand tot de schutter ten opzichte van het array konden worden berekend. Bovendien werd uit de geregistreerde signalen de schootsrichting afgeleid. De richting naar de schutter en de schootsrichting konden met grote nauwkeurigheid worden bepaald; de afstand tot de schutter was minder accuraat. Voorwaarde voor de goede werking van de detector is wel dat het array is opgesteld in het gebied waar de schokgolf ontvangen kan worden (Mach-gebied) van het wapen en dat een redelijk betrouwbare schatting van de schootstabel van het wapen bekend is.

Indien het array staat opgesteld buiten het Machgebied kan met het array alleen de richting bepaald worden waarin de schutter zich bevindt. Wanneer de schootstabel niet bekend is, zal deze moeten worden geschat. Bij een redelijke schatting zal de fout in de gevonden positie niet al te groot zijn. Bij gebruik van een tweede array vervalt de voorwaarde dat de schootstabel van het wapen bekend moet zijn. In dat geval kan een groter gebied worden bestreken en is geen voorkennis nodig van de ballistische eigenschappen van het wapen. Bovendien kan dan ook de afstand tot de schutter nauwkeuriger worden berekend.

Een apparaat dat op passieve wijze langs akoestische weg een scherpschutter kan localiseren leek dan ook een zinvolle technologische ontwikkeling. Zo’n apparaat sloot goed aan op de behoeften van bepaalde militaire eenheden, met name die van die eenheden die worden ingezet in het kader van PSOs zoals een infanteriebataljon dat belast is met uitvoeren van gebiedsbeveiliging tijdens vredesondersteunende operaties. In de NATO Army Armaments Group AC/225, Land Group 6, werd gesproken over operationele eisen voor een dergelijk systeem.

Het principe

Het werkingsprincipe van de sluipschutterlocalisator is gebaseerd op het nauwkeurig vaststellen van de aankomsttijden in de microfoons van het geluid van het mondingsvuur en van de schokgolf van een schot. Bij een bekend verondersteld verloop van het projectiel als functie van de tijd kunnen vervolgens de locatie van de schutter en de richting van de schootsbaan worden berekend. De veronderstelde geometrie wordt in het figuur hieronder weergegeven. Op de foto is tevens de schokgolf van een projectiel is te zien. Mits de akoestische signalen, veroorzaakt door het schot, goed herkend kunnen worden, zal het akoestisch systeem tot goede prestaties in staat zijn. De prestaties zullen verminderen bij lager wordende signaal-ruis-verhouding. Verantwoordelijk voor de signaal-ruis-verhouding zijn de de bronsterkte, de afstand tot de schutter, eventueel storend omgevingslawaai in de omgeving van het array en de lokale meteorologische condities die in hoge mate de akoestische golfvoortplanting bepalen. Het voordeel van het systeem is dat het zelf passief is, geen ‘line of sight’ nodig heeft en relatief goedkoop is. Een tegenmaatregel van de schutter om de bronsterkte te verkleinen door toepassing van geluiddempers zal ten koste gaan van zijn effectiviteit.

Geometrie schutter t.ov. het akoestisch array (foto beschikbaar gesteld door ISL, St. Louis, Frankrijk)
Geometrie schutter t.ov. het akoestisch array (foto beschikbaar gesteld door ISL, St. Louis, Frankrijk)

Metingen

Op het Infanterie Schietkamp in de Harskamp (baan India en Oostdorp) is in 1996 een aantal signaalregistraties gemaakt van schoten met de Fal en de Diemaco. De maximale afstand bij de metingen op baan India bedroeg ca. 475 meter, bij de metingen in Oostdorp was de grootste afstand ca. 300 meter. In Oostdorp bestond bovendien geen optisch zicht tussen de schutter en het meetarray als gevolg van de bebouwing op het terrein. Voor elke aangegeven schutterpositie werden tien schoten op een doel afgevuurd. Van deze schoten werden de aankomsttijden van het mondingsvuur en de schokgolf vastgesteld en vervolgens werden hieruit de afstand en richting tot de schutter berekend alsmede de schootsrichting. Voor de metingen met de Fal op het terrein India zijn de resultaten van deze metingen grafisch weergegeven in de onderstaande figuren 2a en 2b. In deze figuren zijn bovenaan drie richtpunten weergegeven met daaronder een aantal schutterposities, aangegeven met een omcirkeld nummer. Rechts boven bevond zich het microfoonarray, in de figuur aangeduid met een driehoek. De resultaten zijn met het corresponderende cijfer in figuur 2a grafisch weergegeven; in figuur 2b zijn de gevonden schootsrichtingen weergegeven.

Fig. 2a Akoestisch bepaalde afstand en richting; elk cijfer representeert een gevonden positie (afstand en hoek)
Fig. 2a Akoestisch bepaalde afstand en richting; elk cijfer representeert een gevonden positie (afstand en hoek)
Fig. 2b Akoestisch bepaalde schootsrichting; de richtingen zijn aangegeven met een streepje vanuit de schutterlocaties. Voor elke locatie zijn tien waarnemingen gedaan.
Fig. 2b Akoestisch bepaalde schootsrichting; de richtingen zijn aangegeven met een streepje vanuit de schutterlocaties. Voor elke locatie zijn tien waarnemingen gedaan.

In figuur 2a is te zien dat de langs akoestische weg gevonden richting naar de schutter zeer accuraat is; de spreiding in afstand was in het algemeen groter. Voor de metingen, uitgevoerd in Oostdorp waar de maximum afstand weliswaar geringer was, waren zowel hoek- als afstandinformatie zeer accuraat. In alle gevallen was de gevonden schootsrichting van de schutter zeer betrouwbaar (fig. 2b). In operationele omstandigheden kan een akoestisch detectiesysteem zoals hier aangegeven, een bepaalde reactie initiëren om de schutter te neutraliseren of het kan gebruikt worden als informatie voor het sturen van optische richtapparatuur (mogelijkheid tot verificatie).

Demonstrator

Op het TNO-FEL is in 1997 een sluipschutterlocalisatie-demonstrator ontwikkeld waarmee het werkingsprincipe is aangetoond en waarmee tevens de prestaties
gemeten onder verschillende omstandigheden gemeten zijn. Het sensorgedeelte werd uitgevoerd met een extra vierde microfoon die het mogelijk maakt ook de elevatie naar de schutter te bepalen. Het array is bedoeld voor plaatsing op het imperial van een Mercedes-Benz 290GD 5kN van de Koninklijke Landmacht. Het blokschema van de functionaliteiten is in figuur 3 geschetst. Een belangrijk facet van de demonstrator is ook de mens-machineinterface. in figuur 4 wordt de lay-out van een scherm geillustreerd.

Fig. 3: Het array kan op het dak van een KL halftonner geplaatst worden terwijl de PC zich in de cabine van het voertuig bevindt.
Fig. 3: Het array kan op het dak van een KL halftonner geplaatst worden terwijl de PC zich in de cabine van het voertuig bevindt.

 

Hoofdvenster van de toepassing
Fig 4: Hoofdvenster van de toepassing

 

Het array op een KL halftonner
Het microfoonarray op een KL halftonner

Conclusie

Afhankelijk van de uit te voeren opdracht in relatie tot het dreigingsniveau van vijandelijke sluipschutterinzet kan een passief sluipschutter-localiseringsysteem een zinvolle aanvulling zijn op het uitrustingspakket van een uit te zenden eenheid.

Typische eigenschappen van het systeem zijn:

  • geen “line of sight” benodigd
  • mobiel en eenvoudig transportabel
  • er is slechts een korte installatietijd nodig
  • het systeem is eenvoudig te bedienen
  • het systeem kon compatible gemaakt worden met het Grondsensor Gegevens-verwerkend Systeem (GGS) van het Onbemande Grondsensorensysteem HERMES-2000.

 
 

Met dank aan

De basis voor deze bijdrage is ontleend aan een eerder artikel van Ir. H.A. van Hoof, Ing. G.P. van Voorthuijsen.