DE3832678C2 - Peilverfahren und Vorrichtung zu dessen Durchführung - Google Patents
Peilverfahren und Vorrichtung zu dessen DurchführungInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Peilverfahren gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es aus der DE 30 17 797 A7
bekannt ist. Sie umfaßt auch eine Vorrichtung zur
Durchführung des Peilverfahrens.
Schallabstrahlende oder schallreflektierende Ziele werden
in der Sonartechnik über Richtcharakteristiken gepeilt, die
aus Empfangssignalen einer Empfangsanlage mit jeweils um
gleiche Winkel horizontal versetzte Wandleranordnungen in
einem Richtungsbildner gebildet werden. Die
Peilgenauigkeit steigt mit der Verkleinerung des
Öffnungswinkels der Richtcharakteristik und mit der Anzahl
der über den Horizont verteilten Richtcharakteristiken.
Bei einem vorgegebenen interessierenden Frequenzbereich
wird der Öffnungswinkel durch die geometrische
Konfiguration der Empfangsanlage bestimmt.
Um auch Ziele in großen Entfernungen orten zu können, ist
es von Vorteil, tieffrequente Signalanteile des vom Ziel
abgestrahlten Schalls auszuwerten. Der Öffnungswinkel
einer Richtcharakteristik in diesem Frequenzbereich ist
aber nicht so zu verkleinern, daß eine gewünschte
Peilauflösung erzielt werden kann.
Ein weiteres Problem besteht in der Sonartechnik darin,
mehrere Ziele innerhalb eines Winkelsektors zu trennen und
ihre Peilung zu bestimmen.
Aus DE 21 13 883 C2 und DE 30 17 797 A1 sind bereits
Verfahren zur Zieltrennung bekannt, bei denen
Frequenzspektren aus den Empfangssignalen abgeleitet werde
und aus jeder einzelnen Spektrallinie ein Peilwinkel
ermittelt wird, wobei gleiche Peilwinkel für ggf.
verschiedene Frequenzen die Peilung liefern.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das
Peilverfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten
Art so weiter zu bilden, daß die Peilauflösung größer als
die durch die einzelnen Richtcharakteristiken erzielte
Peilung ist und mehrere frequenzmäßig trennbare,
breitbandig schallabstrahlende Ziele gleichzeitig gepeilt
werden können, und eine entsprechende Peilvorrichtung zu
schaffen.
Diese Aufgabe wird mit einem Peilverfahren gemäß Anspruch
und mit einer Peilvorrichtung gemäß Anspruch 5 gelöst.
Benachbarte Richtcharakteristiken empfangen das vom
gleichen Ziel breitbandig abgestrahlte Geräusch mit
unterschiedlichen Pegeln. Die Spektrallinien in den
Frequenzspektren benachbarter Richtcharakteristiken, die
bei der gleichen Frequenz liegen, sind Stützstellen einer
Winkelfunktion, über die eine komplexe Fourier-
Transformation durchgeführt wird. Das Ergebnis ist eine
Funktion, die mindestens zwei Linien aufweist,
nämlich einen Gleichanteil und eine Grundwelle. Die
Grundwelle liegt immer bei der gleichen unabhängigen
Variablen, da die Winkelfunktion stets mit den durch die
Empfangsrichtung vorgegebenen Stützstellen gebildet wird.
Die Winkelfunktion weist je Frequenz nur ein einziges
Maximum auf, da die Ziele durch ihre unterschiedlichen
Frequenzinhalte trennbar sind. Die Lage des Maximums der
Winkelfunktion gibt die Peilung an. Nach der komplexen
Fourier-Transformation wird diese Information aus der
Phase der Grundwelle zurückgewonnen. Der Vorteil dieser
Vorgehensweise besteht darin, daß eine Interpolation
zwischen den Richtcharakteristiken ohne Vorgabe einer
Näherungskurve vorgenommen wird. Dadurch ist die
Genauigkeit sehr groß, obwohl der Rechenaufwand sehr klein
ist.
Da über jede der Spektrallinien bei sämtlichen Frequenzen
die Winkelfunktion gebildet wird und aus der
transformierten Winkelfunktion die Peilung bestimmt wird,
ist eine Mittelung zwischen sämtlichen gewonnenen
Peilungen in einfacher Weise möglich, um eine
Störbefreiung zu erzielen. Ein weiterer Vorteil des
Peilverfahrens nach Anspruch 1 besteht darin, daß auch mit
nur vier Richtcharakteristiken, die um 90° räumlich
versetzt gebildet werden, eine Peilung über den gesamten
Horizont möglich wird.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Weiterbildung des
Peilverfahrens nach Anspruch 2 besteht in der großen
Reichweite, da die tieffrequenten Signalanteile sich über
größere Entfernungen mit geringerer Dämpfung ausbreiten
als die höherfrequenten Signalanteile des vom Ziel
abgestrahlten Schalls. Obwohl im tieffrequenten Bereich
die Richtcharakteristiken der Empfangsanlagen einen
größeren Öffnungswinkel aufweisen, ist mit dem
erfindungsgemäßen Peilverfahren eine Interpolation
zwischen benachbarten Beams in der Güte möglich, daß mit
zuverlässigen Peilergebnissen gerechnet werden kann.
Bei der vorteilhaften Weiterbildung des Peilverfahrens
nach Anspruch 3 wird im oberen Frequenzbereich der
Empfangsanlage gearbeitet, und zwar werden die
Gruppensignale der Richtcharakteristiken dort auf ein
schmales Frequenzband begrenzt. Wenn der Schall von einem
fahrenden U-Boot, Schiff oder Torpedo abgestrahlt wird,
weisen die Gruppensignale eine Amplitudenmodulation auf
einem Rauschträger auf. Die durch Demodulation gewonnene
Einhüllende des Rauschträgers wird frequenzmäßig
analysiert. Die Spektrallinien der Frequenzspektren der
Einhüllenden werden zur Ermittlung der Winkelfunktion und
der Grundwelle der transformierten Winkelfunktion benutzt.
Mit dieser Signalverarbeitung ist durch die gute Bündelung
der Richtcharakteristik eine Nutz/Störverbesserung gegeben
und gleichzeitig eine Zielerkennung, da nur solche
Gruppensignale zur Peilung verwendet werden, die eine
Amplitudenmodulation ihres Rauschträgers aufweisen. Diese
Amplitudenmodulation bildet sich nur dann aus, wenn das
Ziel ein propellerbetriebenes Wasserfahrzeug ist, wie
beispielsweise in der DE-OS-35 31 230 beschrieben. Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Weiterbildung des
Peilverfahrens nach Anspruch 4 besteht darin, daß durch
die Quotientenbildung der Beträge von Grundwelle und
Gleichanteil der transformierten Winkelfunktion die
Peilgenauigkeit angegeben werden kann.
Die in den Ansprüchen 5, 6 und 7 angegebenen
Peilvorrichtungen zum Ausüben des erfindungsgemäßen
Peilverfahrens zeichnen sich dadurch aus, daß gängige
Schaltanordnungen verwendet werden können. Besonders
vorteilhaft ist es, die mit dem Peilverfahren gewonnene
Peilung zusammen mit der Signalstärke der Grundwelle als
abhängiger Variabler oder zusammen mit den Frequenzen der
ausgewerteten Spektrallinien anzuzeigen. Durch die Anzeige
der Signalstärke der Grundwelle über der Peilung wird die
vorteilhafte Möglichkeit gegeben, das meßtechnisch nicht
erfaßbare Maximum der Winkelfunktion in Abhängigkeit von
der Einfallsrichtung der vom Ziel empfangenen Schallwellen
darzustellen. Ebenso ist es vorteilhaft möglich, das
Nutz/Störverhältnis in Abhängigkeit von der Peilung
anzugeben.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels für
ein Peilverfahren mit geringer Anzahl räumlich versetzter
Richtcharakteristiken in der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer
Panorama-Sonaranlage,
Fig. 2.1-2.4 Frequenzspektren von Gruppensignalen der
Panorama-Sonaranlage nach Fig. 1,
Fig. 3.1-3.3 Winkelfunktionen und
Fig. 4 eine transformierte Winkelfunktion.
Vier Richtcharakteristiken einer Panorama-Sonaranlage
weisen in Empfangsrichtungen θ1, θ2, θ3, θ4, wie in
Fig. 1 schematisch dargestellt. Gruppensignale der vier
Richtcharakteristiken werden aus Empfangssignalen
in einem Richtungsbildner 10 gebildet. Dem
Richtungsbildner 10 ist eine Signalaufbereitungsschaltung
11 für die vier Gruppensignale nachgeordnet. Die
Signalaufbereitungsschaltung 11 weist entweder einen
Tiefpaß je Empfangsrichtung oder einen Bandpaß mit
nachgeschaltetem Hüllkurvendemodulator auf, wie es
beispielsweise in der DE-OS 35 31 230 angegeben ist. Der
Signalaufbereitungsschaltung 11 sind für jede
Richtcharakteristik je eine Frequenzanalyseschaltung mit
Betragsbildner zum Berechnen der Leistungsspektren
nachgeordnet. Sie bilden den Analysator 12. Dem Analysator
12 ist eine Rechenschaltung 13 nachgeordnet, in der die
Spektrallinien gleicher Frequenz ω1 bzw. ω2 bzw. ω3 den
Empfangsrichtungen θ1, θ2, θ3, θ4 zugeordnet und drei
Winkelfunktionen W1, W2, W3 als Funktion der
Empfangsrichtung θ gebildet werden. Der Rechenschaltung 13
sind entsprechend der Anzahl der Winkelfunktionen W, die
durch den betrachteten Frequenzumfang und die
Frequenzauflösung des Analysators 12 bestimmt wird,
Fourier-Transformations-Schaltungen 141, 142, 143
nachgegeordnet, in denen die transformierten
Winkelfunktionen W1, W2, W3 gebildet werden.
Jeder Fourier-Transformations-Schaltung 141, 142, 143 ist
eine Phasenrechenstufe 151, 152, 153 und parallel dazu
eine Betragsrechenstufe 161, 162, 163 mit Quotientenstufen
171, 172, 173 nachgeordnet.
Fig. 2.1, 2.2, . . ., 2.4 zeigen Frequenzspektren der vier
Gruppensignale der Richtcharakteristiken. Das
Frequenzspektrum Sθ1 der in die Empfangsrichtung θ1
weisenden Richtcharakteristik in Fig. 2.1
weist bei der Frequenz ω2 eine Spektrallinie auf. In
Fig. 2.2 ist das Frequenzpektrum Sθ2 des Gruppensignals
der in die Empfangsrichtung θ2 weisenden
Richtcharakteristik dargestellt mit drei Spektrallinien
bei den Frequenzen ω1, ω2, ω3. Fig. 2.3 zeigt das
Frequenzspektrum Sθ3 des Gruppensignals der
Empfangsrichtung θ3 mit den beiden Spektrallinien bei ω1
und ω3. Von der Richtcharakteristik, die in die
Empfangsrichtung θ4 weist, wird kein von einem Ziel
abgestrahlter Schall empfangen.
Fig. 3.1, 3.2 und 3.3 zeigen die Winkelfunktionen W1, W2,
W3, die aus den Spektrallinien gemäß Fig. 2 der
Frequenzspektren Sθ1, Sθ2, . . ., Sθ4 je Frequenz ω1
bzw. ω2 bzw. ω3 gewonnen werden. In Fig. 3.1 sieht man
Stützstellen der Winkelfunktionen W1 bei den
Einfallsrichtungen θ2 und θ3, da die beiden zugehörigen
Frequenzspektren gemäß Fig. 2.2 und 2.3 bei der Frequenz
ω1 je eine Spektrallinie aufweisen. Fig. 3.2 zeigt die
Winkelfunktion W2 für die Frequenz ω3 mit Stützstellen
bei den Empfangsrichtungen θ1 und θ2. Gemäß Fig. 3.3
zeigt die Winkelfunktion W3 für ω3 bei den in die
Empfangsrichtungen θ2 und θ3 weisenden
Richtcharakteristiken Stützstellen. Diese drei
Winkelfunktionen W1, W2, W3 werden in den
Fourier-Transformations-Schaltungen 141, 142, 143
transformiert und man erhält die transformierten
Winkelfunktionen F{W}, die jeweils einen Gleichanteil GA
und eine Grundwelle GW bei α1 aufweisen, wie in Fig. 4
beispielhaft für die Winkelfunktion W1 dargestellt. In der
Phasenrechenstufe 151 wird die Phase dieser Grundwelle GW
bestimmt. Die Phase gibt den Peilwinkel ϕ1 zum Ziel Z1
an, dessen abgestrahlte Schallenergie mit den
Richtcharakteristiken, die in die Empfangsrichtungen θ2
und θ3 weisen, empfangen wurde. Der Peilwinkel ϕ1 liegt
zwischen den beiden Empfangsrichtungen θ2, θ3, wie in
Fig. 1 gezeigt, und wird in einer Peilanzeigeeinheit 18
zusammen mit der Frequenz ω1 im mittleren Anzeigefeld
dargeboten.
In der Quotientenstufe 171 wird der Quotient aus
Grundwelle GW und Gleichanteil GA bestimmt und als
Nutz/Störverhältnis der unter der Peilung ϕ1 empfangenen
Schallenergie auf der Peilanzeigeeinheit 18 im unteren
Anzeigefeld dargestellt. Der Betrag der Grundwelle GW, der
im oberen Anzeigefeld dargestellt ist, gibt die
Signalstärke an, die unter der Peilung ϕ1 empfangen
worden wäre, wenn eine Richtcharakteristik in diese
Richtung weisen würde. Die Winkelfunktionen W2 und W3
werden in gleicher Weise ausgewertet.
In der Peilanzeigeeinheit 18 wird über der Peilung ϕ2, ϕ3
als unabhängiger Variabler die Signalstärke (F{W}), die
Frequenz ω und das Nutz/Störverhältnis N/S angezeigt. Den
auf der Peilanzeigeeinheit 18 dargestellten Diagrammen ist
zu entnehmen, daß das Ziel Z1 die größte Signalstärke bei
der Frequenz ω1 mit gutem Nutz/Störverhältnis aufweist.
Das Ziel Z3 wird mit der Frequenz ω3 bei geringerer
Signalstärke empfangen als das Ziel Z2 mit der
Frequenz ω2.
Claims (8)
1. Peilverfahren, bei dem aus Gruppensignalen von
Richtcharakteristiken mit räumlich versetzten
Empfangsrichtungen einer Panorama-Sonaranlage
Frequenzspektren abgeleitet werden und die Peilung je
Frequenz ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
aus den Frequenzspektren aller Gruppensignale
Spektrallinien gleicher Frequenz (ω) den
Empfangsrichtungen (θ) der zugehörigen
Richtcharakteristiken zugeordnet werden und eine
Winkelfunktion (W) bilden, daß jede Winkelfunktion (W)
einer komplexen Fourier-Transformation unterworfen
wird und daß die Phase der Grundwelle (GW) der
transformierten Winkelfunktion (F{W}) bestimmt wird,
die ein Maß für die Peilung ist.
2. Peilverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenzspektren nach Tiefpaßfilterung der
Gruppensignale gebildet werden.
3. Peilverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gruppensignale in einem Frequenzband im oberen
Frequenzbereich der Sonaranlage nach Bandpaßfilterung
demoduliert werden, und daß die Frequenzspektren der
Einhüllenden der bandpaßgefilterten, demodulierten
Gruppensignale gebildet werden.
4. Peilverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag der Grundwelle
(GW) gebildet wird und der Quotient aus den Beträgen
der Grundwelle (GW) und des Gleichanteils (GA) der
transformierten Winkelfunktion (F{W}) zur Angabe des
Nutz- zu Störverhältnisses (N/S) berechnet wird.
5. Peilvorrichtung zur Durchführung des Peilverfahrens
nach Anspruch 1, bei der eine Empfangsanlage einen
Richtungsbildner zum Bilden von Gruppensignalen
räumlich versetzter Richtcharakteristiken und für
jedes Gruppensignal eine Frequenzanalyseschaltung mit
Betragsbildner zum Bilden des Frequenzspektrums
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
Leistungsspektren der Gruppensignale aller
Richtcharakteristiken einer Rechenschaltung (13) zum
Bilden von Winkelfunktionen (W1, W2, W3) zugeführt
sind, wobei die Rechenschaltung (13) die
Einfallsrichtungen (θ) der Richtcharakteristiken
Spektrallinien gleicher Frequenz (ω) zuordnet, daß die
Rechenschaltung (13) mit Fourier-Transformations-
Schaltungen (141, . . ., 143) für jede Winkelfunktion
(W1, W2, W3) verbunden ist, daß den Fourier-
Transformations-Schaltungen (141, . . ., 143) jeweils
eine Phasenrechenstufe (151, . . ., 153) zum Berechnen
der Phase aus Real- und Imaginärteil der am Ausgang
der Fourier-Transformations-Schaltung (141, . . ., 143)
anstehenden, transformierten Winkelfunktion
(F{W1}) vorgesehen ist und daß den Phasenrechenstufen
(151, . . ., 153) eine Peilanzeigeeinheit (18) zur
Anzeige der jeweiligen Frequenz ω1, ω2, ω3 der
ausgewerteten Spektrallinien der Leistungsspektren
und/oder der Signalstärke der Grundwelle (GW) der
transformierten Winkelfunktion (F{W1}) in Abhängigkeit
von der Phase (ϕ1, ϕ2, ϕ3) als Peilung nachgeschaltet
ist.
6. Peilvorrichtung nach Anspruch 5 zur Durchführung des
Peilverfahrens nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen Richtungsbildner (10) und
Frequenzanalyseschaltungen je Richtcharakteristik ein
Tiefpaß geschaltet ist.
7. Peilvorrichtung nach Anspruch 5 zur Durchführung des
Peilverfahrens nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen Richtungsbildner (10) und
Frequenzanalyseschaltungen je Richtcharakteristik ein
Bandpaß und nachgeordneter Hüllkurvendemodulator
vorgesehen sind.
8. Peilvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7 zur
Durchführung des Peilverfahrens nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Fourier-
Transformations-Schaltung (141, . . ., 143) eine
Quotientenstufe (171, . . ., 173) zum Bilden des
Verhältnisses der Beträge der Grundwelle und des
Gleichanteils der transformierten Winkelfunktion und
eine nachgeschaltete, in der Peilanzeigeeinheit (18)
vorgesehene Darstellungseinheit nachgeordnet sind zum
Darbieten des Quotienten als Nutz-/Störverhältnisses
über der Peilung.
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DE19883832678 DE3832678C2 (de) | 1988-09-27 | 1988-09-27 | Peilverfahren und Vorrichtung zu dessen Durchführung |
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Family
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: ATLAS ELEKTRONIK GMBH, 2800 BREMEN, DE |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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Owner name: STN ATLAS ELEKTRONIK GMBH, 28309 BREMEN, DE |
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