DE3888377T2 - Sonarsignalverarbeitungsgerät. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sonarsystem zum Detektieren von Signalen, welche von Objekten reflektiert werden, die durch einen ausgesendeten Schallimpuls angestrahlt werden, mit
• einem ersten Schallempfänger und einem zweiten Schallempfänger mit grundlegend unterschiedlichen Eigenschaften zur gleichzeitigen Verarbeitung der reflektierten Signale, wobei der erste und der zweite Empfänger Ausgangssignale entsprechend den genannten Objekten bei einer ersten Falschalarmrate und einer zweiten Falschalarmrate an ihren jeweiligen Ausgängen erzeugen, und
• Mitteln zum Kombinieren der Ausgänge des ersten Empfängers und des zweiten Empfängers zur Erzeugung eines Ausgangssignales, das eine niedrigere Falschalarmrate hat als diejenige, welche durch den ersten und den zweiten Empfänger jeweils einzeln erzeugt werden.
• Gemäß dem Stande der Technik wurden Sonarsignale von Zielobjekten unter Verwendung eines Empfängers in Verbindung mit einer Bedienungsperson detektiert, durch die auf einer Anzeige beobachtete Signale als reflektierte Signale von Objekten im Unterschied von Signalen bestimmt wurden, die durch Zurückstrahlung oder Störung erzeugt wurden, welche durch das Meer oder durch das Schiff hervorgerufen sind, auf welchem das Sonargerät mitgeführt wird.
• Um die Abhängigkeit von einer visuellen Beobachtung der Anzeige durch eine Bedienungsperson für die Bestimmung der reflektierenden Objekte herabzusetzen, ist es wünschenswert, einen aktiven Empfänger vorzusehen, der eine Darstellung reflektierender Objekte mit hoher Wahrscheinlichkeit der Erfassung vorsieht, während er gleichzeitig mit geringer Wahrscheinlichkeit eine Darstellung von anderen als den reflektierenden Objekten auf der Anzeige liefert.
• Gegenwärtige Praxis in der Sonartechnik ist, Rohdaten darzustellen (d. h. eine wesentliche Menge von Rauschecho- oder Zufallsereignissen von anderen anstelle eines reflektierenden Objektes) und es der Bedienungsperson abzuverlangen, zu entscheiden, ob ein reflektierendes Objekt vorhanden ist. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zu schaffen, das einen Algorithmus verwendet, der einen vollständig neuen Weg bei dem Detektierungsverfahren dadurch liefert, daß nur geographisch bedingte oder zielobjekt-bedingte Ereignisse von reflektierenden Objekten dargestellt werden. Zufallsereignisse oder Rauschechoereignisse werden nicht wiedergegeben, so daß man eine echt störungsfreie Wirkungsweise erreicht.
• Die US-A-3,723,952 beschreibt ein Sonarsystem derart, wie es zuvor eingangs definiert wurde, bei welchem das System für den Betrieb als Echolot ausgebildet ist, so daß es den Abstand zwischen der Wasseroberfläche und dem Meeresboden mißt. Die Reflexionsstärke des Meeresbodens ist eine Funktion seines Neigungswinkels. Das Schall-Tiefenmeßgerät projiziert einen akustischen Strahl, welcher Seitenstrahlungskeulen sowie eine Hauptstrahlungskeule hat. Ein abfallender Meeresboden kann folglich eine Reflexion einer Seitenstrahlungskeule vornehmen, welche stärker als die Reflexion der Hauptstrahlungskeule ist. Auch kann die Reflexion der Seitenstrahlungskeule vor der Reflexion der Hauptstrahlungskeule eintreffen. Das in der US-A-3,723,952 beschriebene Sonarsystem enthält daher einen Winkelabweichungsanzeiger, der eine Signalgröße erzeugt, welche proportional zu der Winkeldifferenz zwischen dem Einfallswinkel einer Phasenfront eines eintreffenden akustischen Echosignales und einer vorbestimmten Normalen ist, wodurch zwischen Echos der Hauptstrahlungskeule, welche normal zu dem Empfangsgerät sind, und Echos der Nebenstrahlungskeule unterschieden wird. Nur solche Echosignale, welche einen Einfallswinkel innerhalb eines vorbestimmten Sektors aufweisen, werden zur Aktivierung einer Zeitmeßeinrichtung verwendet. Eine geteilte Strahl-Empfängereihe kommt zur Anwendung und jeder Halbstrahl ist ausreichend breit, um verschiedene Seitenstrahlungskeulen des empfangenen Strahles zu umfassen. Die Reihe ist so ausgebildet, daß eine räumliche Trennung zwischen den Phasenzentren der beiden Halbstrahlen erreicht wird. Die Phase der Signalausgänge der beiden Halbstrahlen ist proportional zum relativen Richtungswinkel eines eintreffenden Echosignales. Ein Empfänger des Systems enthält einen Wiederholungs-Korrelationsempfänger, der verwendet wird, um das Eingangs-Echodatensignal zu einem Schaltkreis zu liefern. Der andere Empfänger enthält den Richtungs-Abweichungsanzeiger, welcher einen Abschneid- Korrelator enthält, der durch zwei Ausgänge eines Strahlformers über jeweilige Filter und π/4-Phasenschieber komplementären Vorzeichens gespeist wird. Das Ausgangssignal von dem Abschneid-Korrelator ist ein Signal, dessen Größe e mit dem Abweichungswinkel über eine Beziehung verbunden ist, welche die Größe der Empfangssignalleistung, die Größe der Störleistung, die Eingangsbandbreite und die arithmetische Mittenfrequenz enthält. Die Signalgröße e ist so proportional zu dem winkelmäßigen Unterschied zwischen der Phasenfront eines eintreffenden Signales und einer vorbestimmten Normalen und wird durch ein Tiefpaßfilter (Integrator) zu einem Schwellwertdetektor geleitet. Der Ausgang des Schwellwertdetektors sperrt den Schaltkreis nur, wenn die Signalgröße e größer als ihr Wert für kleine Abweichungswinkel ist. Auf diese Weise werden nur Echosignaldaten für Echos durch den Schaltkreis gelassen, die innerhalb eines bestimmten kleinen Sektors um die Abweichung Null von der vorbestimmten Normalen empfangen werden.
• Die US-A-3,622,963 beschreibt einen Polaritäts-Übereinstimmungskorrelator zur Bestimmung der Richtung eines Objektes von einer Wandlergruppe. Der Polaritäts-Übereinstimmungkorrelator ist so geschaltet, daß er Ausgangssignale von zwei getrennten Wandlern oder Gruppen von Wandlern empfängt, die so angeordnet sind, daß nur, wenn ein Echo sich horizontal ausbreitet, beide Wandler oder Gruppen das Echo gleichzeitig empfangen. Der Korrelator verwendet Korrelatorschaltkreise in Gestalt von Exklusiv-ODER-Schaltungen und führt eine Verzögerung in dem Ausgangssignal eines der Wandler oder Wandlergruppen ein. Ein spannungsgesteuerter Oszillator dient zur Verschiebung des Signales durch eine erste Verzögerungseinrichtung und ein Oszillator fester Frequenz dient zur Verschiebung des teilweise verzögerten Signales durch eine zweite, angezapfte Verzögerungseinrichtung. Eine Rückkopplung wird zur Veränderung der Frequenz des frequenzveränderlichen Oszillators in solcher Weise eingesetzt, daß ein Signal erhalten wird, das für die Richtung des Echos repräsentativ ist.
• In einer Veröffentlichung mit dem Titel "On Digital Replica Correlation Algorithms with Applications to Active Sonar" beschreiben T.H. Glisson, C.I. Black und A.P. Sage auf den Seiten 190 bis 197 in IEEE Transactions on Audio and Electroacoustics, Band AU-17, Nr. 3, September 1969, die Verwendung einer schnellen Fourier-Transformation in einem Wiederholungs-Korrelationsalgorithmus für die Verwendung in einem schmalbandigen und breitbandigen Frequenzmodulationssonar. Der beschriebene grundsätzliche Algorithmus erfordert die Summation des Produktes aufeinander folgender, überlappender Segmente des empfangenen Signales mit jeder aus einer Anzahl von zeitkomprimierten Wiederholungen des gesendeten Impulses und enthält daher Multiplexoperationen vor der Bildung der Produkte.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Sonarsystem derart, wie es zuvor eingangs definiert worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Empfänger einen Wiederholungssignal-Segment-Korrelator enthält, der zweite Empfänger einen Polaritäts-Übereinstimmungs-Korrelator enthält und die Kombinationsmittel einen der jeweiligen Ausgänge der Empfänger auswählen, um ein Ausgangssignal hervorzubringen, das eine niedrigere Falschalarmrate hat als diejenigen, die von dem ersten und dem zweiten Empfänger jeweils einzeln erzeugt werden.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfaßt zwei grundsätzlich unterschiedliche Detektierungsvorgänge, welche gleichzeitig arbeiten, wobei der Ausgang jedes Detektierungsvorgangs durch einen Rechner kombiniert wird, der einen rechnergestützten Detektierungsalgorithmus verwendet. Ein Detektierungsprozessor ist ein Wiederholungssignal-Segment-Korrelator (SRC) und der andere Detektierungsprozessor ist ein Polaritätsübereinstimmungskorrelator (PCC). Der hier offenbarte SRC-Teil ist ein modifizierter Wiederholungskorrelator, der einen Ganzstrahl-Summenausgang bearbeitet. Der PCC-Teil ist ein Geteiltstrahl-Kreuzkorrelator. Diese beiden Empfänger haben komplementäre Eigenschaften, welche dazu ausgenützt werden, die Detektierungsqualität des Systems zu verbessern. Die Ausgänge der Empfänger werden nach Filterung und Interpolation einzeln einem Schwellwertvergleich unterzogen, um eine vorbestimmte Falschalarmrate zu erreichen. Jeder Detektierungsprozessor liefert für den aktiven, rechnerunterstützten Detektierungsalgorithmus eine Liste von Entfernungen und Richtungen einer verhältnismäßig kleinen Anzahl von möglichen Detektierungsereignissen. Der Computeralgorithmus bearbeitet diese Ereignisse, um Ereignisse vom gegenwärtigen Signalton und den vorausgehenden Signaltönen von jedem der Prozessoren zu vergleichen, so daß Ausgangs-Detektierungsereignisse von reflektierenden Objekten frei von Störechoereignissen erhalten werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Die vorerwähnten Gesichtspunkte und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen klar erkennbar, worin
• Fig. 1 ein Blockdiagramm der gleichzeitig kohärenten und inkohärenten Sonarsignalverarbeitungseinrichtung nach der Erfindung ist,
• Fig. 2 ein Flußdiagramm des rechnerunterstützten Detektierungsalgorithmus ist, der durch ein Rechnerprogramm verwirklicht ist,
• Fig. 3 eine Hardware-Ausführungsform der Schaltung ist, welche mit dem Algorithmus von Fig. 2 arbeitet,
• Fig. 4 ein Funktionsdiagramm des Wiederholungssignal- Segment-Korrelators ist, der als angepaßtes Filter mit endlicher Impuls-Ansprechcharakteristik ausgeführt ist,
• Fig. 5 ein Diagramm des mittleren Ausgangs des Wiederholungssignal-Segment-Korrelators für verschiedene Zeit-/Bandbreite-Produkte bei verschiedenen eingangsseitigen Signal-/Rauschverhältnissen ist,
• Fig. 6 ein Diagramm des mittleren Ausgangs gegenüber dem Signal-/Rauschverhältnis für verschiedene Grade der Segmentbildung des Wiederholungssignal-Segment-Korrelators darstellt,
• Fig. 7 ein Diagramm des Ausganges des Wiederholungssignal-Segment-Korrelators als Funktion von der Dopplerfrequenz wiedergibt,
• Fig. 8 ein Blockschaltbild des Polaritäts-Übereinstimmungs-Korrelators ist,
• Fig. 9 den Verlust an Signal-/Rauschverhältnis als eine Funktion der relativen Tastungsrate des Polaritäts- Übereinstimmungs-Korrelators bei verschiedenen Eingangsfiltern zeigt und
• Fig. 10 ein Amplituden-/Zeitdiagramm eines Filters mit endlicher Impulsansprechcharakteristik ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
• Das System 10 nach der vorliegenden Erfindung, welches gleichzeitig kohärent und inkohärent arbeitende Signalverarbeitungskanäle 100 bzw. 200 für Sonarsignale verwendet, ist in Fig. 1 gezeigt. Der aktive Empfänger umfaßt zwei grundlegend verschiedene Detektierungsvorgänge, welche gleichzeitig auf Sonarsignale einwirken, die von Strahlformern 11 und 12 geliefert werden, welche an eine Wandlerreihe 13 angeschlossen sind. Ein Detektierungsprozessor ist ein Wiederholungssignal-Segment-Korrelator (SRC) 14 und der andere Detektierungsprozessor ist ein Polaritäts-Übereinstimmungs-Korrelator (PCC) 15. Das SRC-Bauteil ist im wesentlichen ein Wiederholungskorrelator, der nachfolgend genauer betrachtet wird und auf einen Ganzstrahl-Summenausgang einwirkt, der von dem Strahlformer 11 dargeboten wird. Eine harte Begrenzung an der Eingangsleitung 140 des SRC- Teiles 14 dient der präzisen Amplitudennormalisierung. Das SRC-Teil 14 ist ein Zeitkorrelator mit Impulskompression und arbeitet optimal, wenn die akustischen Bedingungen in dem umgebenden Meer gut sind. Unter guten Bedingungen werden geringe Mehrwege- und Zielobjektverzerrungen und eine niedrige Streuung durch das Meer an den ausgesendeten und empfangenen Signalen sowohl hinsichtlich Zeit als auch hinsichtlich Frequenz verstanden. Der Polaritäts-Übereinstimmungskorrelator (PCC) 15 ist ein Geteiltstrahl-Kreuzkorrelator, der auch eine harte Begrenzung für eine präzise Amplitudennormalisierung an seinen Eingängen 150 und 151 verwendet, die von den Ausgängen der linken und der rechten Hälfte des Geteiltstrahl-Strahlformers 12 dargeboten werden. Unter guten akustischen Bedingungen in dem oben beschriebenen Sinne ist seine Arbeitsqualität schlechter als die des SRC-Teiles. Unter schlechten Bedingungen jedoch übertrifft er das SRC-Teil, da er gegenüber Verzerrungen des ausgesendeten Signals durch die akustischen Bedingungen empfindlich ist. Das PCC-Teil 15 ist einfach ein auf eine ebene Welle ansprechender Energiedetektor und nimmt keine Impulskompression vor. Der SRC-Empfänger 14 und der PCC- Empfänger 15 haben komplementäre Eigenschaften, die bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung dazu eingesetzt werden, die Detektierungsqualität des Systems/Operators zu verbessern. Das Empfängersystem 10 macht sich diese komplementären Eigenschaften in folgender Weise zunutze: Wenn die akustischen Bedingungen gut sind, werden die besseren Arbeitsergebnisse des SRC-Teiles als ein Ausgang zu der Anzeige 16 gegeben. Wenn die akustischen Bedingungen schlecht sind, werden die besten Arbeitsergebnisse, die unter den Bedingungen erzielt werden, von dem PCC-Teil 15 zu der Anzeige 16 gegeben. Ein anderes Charakteristikum, welches in dem vorliegenden System angewendet wird, besteht darin, daß Untersuchungen von Meeresdaten zeigen, daß diese zwei grundsätzlich verschiedenen Empfänger 14 und 15 kaum einen falschen Alarm (d. h. ein scheinbares Signal, wenn kein Signal vorhanden ist) bei derselben Entfernung und Richtung erzeugen. Wenn somit beide Empfänger eine Schwellwertüberschreitung (ein feststellbares Signal) zur selben Zeit erzeugen, wenn der Schwellwert auf eine niedrige Falschalarmwahrscheinlichkeit eingestellt ist, beispielsweise PFA=10&supmin;&sup4; dann ist es höchst wahrscheinlich, daß ein Echo (definiert als ein Empfangssignal aufgrund der Reflexion des ausgesendeten Signals von einem stillstehenden oder bewegten Zielobjekt her) das Ereignis hervorgerufen hat.
• Das SRC-Teil 14 arbeitet qualitativ schlecht gegenüber ausgedehnten Zielobjekten wie Riffen. Es neigt zur Erzeugung von Ausgangssignalen nur gegenüber hervortretenden Merkmalen des ausgedehnten Zielobjektes. Das PCC-Teil 15 andererseits arbeitet qualitativ gut gegenüber denselben ausgedehnten Zielobjekten und liefert eine Schwellwertüberschreitung bei allen Entfernungen und Richtungen, welche von dem Zielobjekt überspannt werden. Die beiden Empfänger 14 und 15 können somit dazu verwendet werden, ausgedehnte, sich nicht bewegende Zielobjekte von bewegten Zielobjekten abzusondern, indem ihre komplementären Detektierungseigenschaften auf diese beiden Arten von Zielobjekten angewendet werden.
• Der Ausgang des Wiederholungssignal-Segment-Korrelators 14 wird zu einer Mittelwertquelle 17 geführt, deren Wert mit einem geeigneten Vorzeichen versehen wird und beide Signale gelangen zu einem Summierer 18 zur Entfernung des Mittelwertes aus dem Ausgangssignal des SRC-Teiles 14, bevor das Ausgangssignal zu einem Nachdetektorfilter 19 gegeben wird. Der mittlere Ausgang des SRC-Teiles 14 ist unter den meisten Bedingungen im wesentlichen konstant und daher kann dieser mittlere Ausgang des SRC-Teiles 14 durch einen festen Wert von der Quelle 17 her beseitigt werden. Es können einige kleinere Schwankungen des mittleren Ausganges des SRC-Teiles 14 auftreten und ein einfacher Hochpaßfilter als Nachdetektorfilter 19 ist das geeignete Mittel zur Beseitigung dieser Schwankungen. Der Ausgang des PCC-Teiles 15 wird an das Nachdetektorfilter 20 gegeben. Das Nachdetektorfilter 20 wird nachfolgend betrachtet, doch ist sein Zweck in erster Linie ebenfalls das Entfernen des Mittelwertes des Signales, das durch den Korrelator 15 geliefert wird. Die Richtungsinterpolatoren 21 und 22, die auf die Ausgangssignale einwirken, die von den Nachdetektorfiltern 19 und 20 bereitgestellt werden, haben den Zweck, die Richtungsquantisierung aufgrund jedes Strahles der Strahlformer 11 und 12 der detektierten Signale, die an der Anzeige 16 gezeigt werden, zu verringern.
• Jeder Richtungsinterpolator 21 und 22 hat drei Signale auf den Leitungen 191, 192 und 193 bzw. den Leitungen 201, 202 und 203, auf die er einwirkt. Die Interpolatoren 21 und 22 liefern ein Ausgangssignal auf der Leitung 210 bzw. der Leitung 220, welches einer Richtung entspricht, die um einen kleineren Betrag quantisiert ist, als demjenigen, der allein von dem Signal auf der Leitung 191 bzw. 201 vorgesehen ist, der aus einem Strahl resultiert, der von den Strahlformern 111 bzw. 112 gebildet ist. Die Signale auf den Leitungen 192 und 193 werden von den SRC-Teilen unmittelbar rechts und links von dem SCR-Teil geliefert, das mit der Leitung 191 gekoppelt ist, welches den von dem Strahlformer gebildeten Strahl verwendet. In entsprechender Weise werden die Signale auf den Leitungen 202 und 203 von den PCC-Teilen gebildet, die dem PCC-Teil, das mit der Leitung 201 gekoppelt ist, benachbart sind, unter Verwendung der linken Strahlhälfte und der rechten Strahlhälfte, die von dem Strahlformer 12 erzeugt werden. Der Aufbau der Nachdetektorfilter 19 und 20 und der Richtungsinterpolatoren 21 und 22 ist außerdem den Fachleuten bekannt. Die Ausgänge der Interpolatoren 21 und 22 werden an Schwellwertschaltkreise 23 bzw. 24 gelegt, welche einzeln durch Schwellwertpegel 25 bzw. 26 eingestellt werden, um von jedem Schwellwertschaltkreis 23 und 24 einen Wert PFA=10&supmin;&sup4; zu erhalten. Der PFA ist auf diesen niedrigen Wert eingestellt, so daß auf einer gegebenen Entfernungsabtastung nur einige wenige nicht-akustische Ereignisse (Falschalarmauslösungen) von jedem Detektierungsprozessor 14, 15 erzeugt werden. Dieser niedrige Wert von PFA kann nur durch die Verwendung einer harten Begrenzung an dem Eingang für eine präzise Amplitudennormalisierung und die Verwendung eines breitbandigen FM-Sendesignales für eine präzise Normalisierung der Eingangsbandbreite sowohl für reflexionsbegrenzte als auch störungsbegrenzte Hintergrundbedingungen garantiert werden. Jeder der Detektierungsprozessoren 14, 15 liefert letzlich auf den Leitungen 401 bzw. 402 an einen Rechner 40, der einen rechnerunterstützten Detektierungsalgorithmus (ACAD) benutzt, eine Liste von Entfernungen und Richtungen einer verhältinismäßig kleinen Anzahl von Ereignissen. Der Rechner 40 vermindert die Zahl der Ereignisse auf seiner Ausgangsleitung 403 zu der Anzeige 16 weiter.
• Es sei angemerkt, daß die Schaltung nach Fig. 1 nur einen SRC-Kanal und einen PCC-Kanal 200 für nur einen Empfangsstrahl zeigt. In dem tatsächlichen Empfängersystem 10 ist die Zahl der SCR-Kanäle 100 und PCC-Kanäle 200 diejenige Zahl, welche zur Abdeckung des gewünschten Richtungssektors erforderlich ist und diese Kanäle würden dann durch Zeit-Multiplexbehandlung der Schaltungsteile von Fig. 1 in der den Fachleuten bekannten Weise geschaffen.
• Der aktive rechnerunterstützte Detektierungsalgorithmus (ACAD), der bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist eine Zusammenfassung und Automatisierung von Detektierungs-Entscheidungsregeln, welche auf die Anzeigesignale anzuwenden sind, welche reflektierenden Objekten entsprechen, während gleichzeitig nur wenige falsche Zielobjekte dargeboten werden. Fig. 2 ist ein Flußdiagramm des ACAD-Algorithmus. Der Algorithmus ist folgendermaßen zu erklären:
• Die Eingänge für den Algorithmus sind vier Listen von Ereignissen. Zwei der Listen repräsentieren die Ereignisse für die gegenwärtige Aussendung und den Empfang (ein Ortungston) und den vorausgehenden Ortungston für einen der Prozessoren 14, 15. Die anderen beiden Listen sind die Ereignisse für den gegenwärtigen und den vorausgehenden Ortungston für den anderen Prozessor. Dieser Vorgang ist als Inhalt des Rechtecks 31 gezeigt, in welchem der Schritt der Übertragung der gegenwärtigen Ortungstonliste auf die vorausgehende Ortungstonliste sowohl für den SRC-Empfänger als auch den PCC-Empfänger eingetragen ist, wenn die Zeit gekommen ist, eine neue "aktuelle" Liste zu erzeugen.
• Der erste Schritt besteht darin, zu bestimmen, ob die Listen für den gegenwärtigen Ortungston zu den SRC- und PPC-Prozessoren das Auftreten von Ereignissen an denselben Entfernungsintervallen anzeigen. Das Rechteck 32 verdeutlicht den Schritt der Auswahl von Zielobjekten aus der Information, welche in der aktuellen Liste geliefert wird, wobei die PCC-Liste erst abgetastet wird und die SRC-Liste als zweite abgetastet wird. Gemäß einer alternativen Wirkungsweise könnten beide Listen gleichzeitig abgetastet werden. Der Entscheidungsblock 33 führt den Vergleich der Listen bezüglich des gegenwärtigen Ortungstones der PCC- und SRC-Empfänger durch, um einen Ausgang auf der Leitung 330 zu liefern, wenn ein Zusammentreffen auftritt. Der Block 34 zeigt an, daß die gegenwärtige Liste des SCR-Teiles von allen Zielobjektanzeigen befreit wird, welche an demselben Entfernungsintervall innerhalb plus oder minus 45º auftreten. Der Block 34 beseitigt die Erscheinung, welche als "Richtungsaufspreizung" bezeichnet wird. Der SRC- Prozessor, welcher ein Ganzstrahlprozessor ist, neigt zur Erzeugung von Zielobjekt-Ereignissen auf Strahlen, deren Seitenstrahlungskeulen in der Richtung des Zielobjektes extrem hohe Signal-/Rauschverhältnisse haben. Der PCC-Empfänger jedoch erzeugt bei richtiger Strahlabschattung nie eine Richtungsaufspreizung. Wenn das SNR-Verhältnis hoch genug ist, um an dem SCR-Teil eine Richtungsaufspreizung zu erzeugen, dann ist es höchst wahrscheinlich, daß der PCC-Teil auch ein Zielobjekt detektiert. Der PCC-Ausgang kann somit dazu verwendet werden, den SRC-Ausgang von Störereignissen zu befreien. Der Ausgang der bereinigten gegenwärtigen SRC- Liste wird dem Block 35 mitgeteilt, welcher die Übertragung der SRC-Zielobjektanzeigen zu dem Wiedergabegerät 16 von Fig. 1 anzeigt.
• Damit kein Ereignis aufgrund des Fehlens eines Zusammentreffens beim SRC-Empfänger und PCC-Empfänger benachteiligt wird, besteht der nächste Schritt in dem Detektierungsprozeß darin, daß jedes Ereignis in der gegenwärtigen Ortungstonliste mit den Ereignissen der vorausgehenden Ortungstonliste für jeden der Empfänger verglichen wird. Dieser Entscheidungsvorgang ist durch den Entscheidungsblock 36 angedeutet, in welchem bestimmt wird, ob die Zielobjektanzeige geographisch schlüssig mit dem vorausgehenden Ortungston jedes Empfängers ist. Lautet die Antwort "Ja", dann bewirkt der Block 37 die Übergabe sowohl der gegenwärtigen Zielobjektanzeigen als auch der vorausgehenden Zielobjektanzeigen an die Wiedergabeeinrichtung 16. Ein Ereignis wird also angezeigt, wenn eine sogenannte geographische Schlüssigkeit vorhanden ist, d. h. Ereignisse in der vorausgehenden und der gegenwärtigen Ortungstonliste treten auf, welche bezüglich Entfernung und Richtung sehr nahe beieinander liegen und wahrscheinlich von einem Zielobjekt kommen, das sich im Zustand einer Relativgeschwindigkeit befindet. Diese Detektierungs-Entscheidungsregel hat sich bei Zielobjekt-Wiedergaben als recht erfolgreich erwiesen, bei denen gegenwärtige Zielobjektdaten verwendet werden. Die Entscheidungsregel erfordert jedoch einen niedrigen und geregelten PfA-Wert, um erfolgreich zu arbeiten, was der Grund dafür ist, daß in dem System gemäß der vorliegenden Erfindung eine Normalisierung sowohl der Eingangsamplitude als auch der Bandbreite vorgenommen wird.
• Der Entscheidungsblock 38 bezeichnet den nächsten Schritt in dem Verfahren, wobei die Abwesenheit von geographisch schlüssigen Zielobjekten bei aufeinanderfolgenden Ortungstönen den Algorithmus dazu veranlaßt, eine Entscheidung zu treffen, ob irgendwelche weiteren Zielobjektanzeigen in irgendeiner der gegenwärtigen Listen vorhanden sind.
• Ist die Antwort, daß weitere Zielobjektanzeigen vorhanden sind, so zeigt das Flußdiagramm, daß der Vorgang wieder bei dem Auswahlblock 32 beginnt, um die nächste Zielobjektanzeige von der gegenwärtigen Liste von irgendeinem der Empfänger auszuwählen.
• Der vorstehende Algorithmus wird durch ein Programm verwirklicht, das einen Vielzweckrechner steuert. Ein solches Programm kann von einem Programmierer mit auf diesem Gebiete üblichen Kenntnissen geschrieben werden.
• Dieser vorstehende Algorithmus resultiert in einer Anzeige "Nur Zielobjekte", welche die Bedienungsperson, welche die Anzeige beobachtet, von der Detektierungsaufgabe befreit und der Bedienungsperson gestattet, ihre Aufmerksamkeit auf die Beurteilung der dargestellten Zielobjekte beim Klassifizierungsvorgang zu konzentrieren.
• Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer Hardware-Ausführung des aktiven rechnerunterstützten Zielobjektdetektors 40, welche in der Weise wirksam ist, daß sie das in Fig. 2 dargestellte Flußdiagramm durchführt. Die SRC-Kanäle 100 und PCC-Kanäle 200 für jeden Strahl werden einem Zeitmultiplexverfahren unterzogen und ihre Entfernungs- und Richtungs- Ereignisausgänge werden auf den Leitungen 401 bzw. 402 an einen SRC-Listenspeicher 41 für den gegenwärtigen Ortungston und einen PCC-Listenspeicher 42 für den gegenwärtigen Ortungston jeweils ausgegeben. Diese Speicher speichern die Entfernung und die Richtung für jedes detektierte Signal (ein Ereignis), das von dem Wiederholungssignal-Segment- Korrelator 14 bzw. dem Polaritäts-Übereinstimmungs-Korrelator 15 dargeboten wird.
• In Abhängigkeit von jedem Übertragungsimpuls entsprechend jedem gesendeten Impuls wird der Inhalt der Speicher 41 und 42 zu Speichern 44 und 45 übertragen, um in den Speichern 44 und 45 die SRC-Liste für den vorausgehenden Ortungston bzw. die PCC-Liste für den vorausgehenden Ortungston zu speichern, bevor neue Zielobjektinformation in die dem gegenwärtigen Ortungston zugeordneten Speicher 41 und 42 eingeschrieben wird. Nachdem alle empfangenen Ereignisse, welche während einer Abtastung über den Entfernungsbereich auf den Leitungen 401 und 402 erscheinen, in ihren jeweiligen Speichern 41 und 42 aufgezeichnet worden sind, wird der Speicher 42 sequentiell adressiert und die Entfernung und Richtung an jeder Adresse wird mit der Entfernung und Richtung an all den Adressen des Speichers 41 verglichen, um eine Übereinstimmung in Entfernung und Richtung eines gespeicherten Ereignisses in beiden Speichern 41 und 42 festzustellen. Die Empfängerzuordnungsschaltung 46 führt den Vergleich durch, und für jede Übereinstimmung bezüglich Entfernung und Richtung der Inhalte der Speicher 41 und 42 liefert die Schaltung 46 auf der Leitung 47 ein Signal zur Betätigung einer Entleerungsschaltung 48. Die Entleerungsschaltung 48 reagiert durch Herauslesen der gespeicherten Ereignisse von sämtlichen Adressen des SCR-Listenspeichers 41 für die Gegenwart und durch Blockieren der Wiedereinschreibung solcher Ereignisse, die im Speicher 41 enthalten sind, über eine vorbestimmte Richtungsaufspreizung und bei derselben Entfernung, bei welcher die Übereinstimmung festgestellt wurde. Diese Betriebsweise entleert den SRC-Speicher 41 von Ereignissen innerhalb eines Richtungssektors zu beiden Seiten der Richtung, bei welcher eine Übereinstimmung bezüglich Richtung und Entfernung sowohl in dem SRC- Speicher 41 als auch in dem PCC-Speicher 42 erhalten worden war.
• Die Empfängerzuordnungsschaltung 46 liefert eine Ausgangsablesung der Entfernung und der Richtung, bei der der SRC-Speicher 41 und der PCC-Speicher 42 beide das Vorhandensein eines Ereignisses oder Zielobjektes anzeigen. Die Entfernung und Richtung in digitaler Form werden von der Empfängerzuordnungsschaltung 46 an die Anzeigeeinrichtung 16 gegeben, welche diese Daten als Leuchtpunkt in der richtigen Entfernung und Richtung auf der Anzeige 16 darstellt.
• Nach der Bestimmung einer Übereinstimmung bezüglich Entfernung und Richtung der SRC- und PCC-Speicher 41 und 42, der nachfolgenden Entleerung des Speichers 41 und der Übertragung der Entfernung und der Richtung zur Anzeigeeinrichtung 16 wird die nächste folgende Adresse des PCC-Speichers 42 ausgelesen und der oben beschriebene Vorgang der Abtastung der Adressen des SRC-Speichers zur Bestimmung, ob eine Übereinstimmung bezüglich Entfernung und Richtung in den Speichern 41 und 42 vorhanden ist, setzt sich fort, bis sämtliche Speicherplätze in dem PCC-Speicher untersucht worden sind. Der Betrieb der Schaltung nach Fig. 3 hat insoweit die Schritte 31 bis 35 des Flußdiagramms von Fig. 2 durchgeführt. In der Ausführung des Blockes 36 von Fig. 2 werden der SRC-Listenspeicher 41 für den gegenwärtigen Ortungston und der PCC-Listenspeicher 42 für den gegenwärtigen Ortungston sequentiell adressiert und für jede Adresse beider Speicher 41 und 42 werden sämtliche Adressen des SRC-Listenspeichers 44 für den vorausgehenden Ortungston und des PCC-Listenspeichers 45 für den vorausgehenden Ortungston ausgelesen und in der Schaltung 50 für die geographische Schlüssigkeit verglichen. Die Schaltung 50 für die geographische Schlüssigkeit liefert an ihrem Ausgang 403 zu der Anzeigeeinrichtung 16 die Entfernung und Richtung sämtlicher Ereignisse, die entweder vom Speicher 41 oder vom Speicher 42 dargeboten werden und die Entfernung und Richtung sämtlicher Ereignisse, die entweder vom Speicher 44 oder dem Speicher 45 dargeboten werden, wenn die Entfernungen und Richtungen beider innerhalb eines vorbestimmten Differenzwertes liegen. Diese Wirkungsweise kann durch die Schaltung 50 bewirkt werden, indem die Differenz der Entfernungen und die Differenz der Richtungen genommen und diese Differenzen mit vorbestimmten Werten in einer Vergleichsschaltung verglichen werden
• Wenn festgestellt worden ist, daß ein vorausgehendes Ereignis in einem vorbestimmten Bereich von Entfernung und Richtung gegenüber einem gegenwärtigen Ereignis aufgetreten ist, so liefert die Schaltung 50 für die geographische Schlüssigkeit beide Ereignisse an die Anzeigeeinrichtung 16, wodurch die gegenwärtige und die vorausgehende Lage eines Zielobjektes oder Ereignisses angezeigt werden. Die Funktionen, welche von der Schaltung 50 für die geographische Schlüssigkeit und die Speicher 41, 42, 44 und 45 erfüllt werden, sind diejenigen, welche in den Blöcken 36 und 37 von Fig. 2 gezeigt sind. Das Herauslesen von aufeinanderfolgenden Plätzen der Speicher 41 und 42 durch Inkrementierung eines Adressengenerators (nicht dargestellt) sowohl für den Speicher 41 als auch den Speicher 42 erfüllt die Funktion des Entscheidungsblockes 37 von Fig. 2.
• Zusammenfassend kann gesagt werden, daß bei der vorliegenden Erfindung der Wiederholungs-Segment-Korrelator 14 mit hyperbolischer Wellenform mit dem PCC-Teil 15 gekoppelt ist, welches eine vollständig andere Art von Korrelator ist, nämlich ein Ebenwellenkorrelator anstelle eines Zeitkorrelators. Unter Bedingungen, bei denen das Übertragungsmedium die empfangene Wellenform stark verzerrt, funktioniert das PCC-Teil weiter, während sich die Qualität des SRC-Teiles verschlechtert. Unter guten Bedingungen, bei denen das Medium nicht verzerrt, arbeitet das PCC-Teil nicht so gut wie das SRC-Teil. In dem PCC-Teil, welches ein Ebenwellen-Korrelator ist, befindet sich in dem Wasser-Übertragungsmedium etwas, was zwei Sensoren gleichkommt, d. h. zwei Halbstrahlen. Alles, was über diese beiden Sensoren hereinkommt, wird kreuzkorreliert, um zu bestimmen, ob es sich um dasselbe Signal handelt. Was die beiden Sensoren bewerkstelligen, ist das Vergleichen von Wellenformen. Zeitlich gesehen handelt es sich aber um eine inkohärente Verarbeitung. Der PCC-Korrelator kümmert sich nicht darum, wie stark die Wellenform verzerrt ist. Er legt nur Wert darauf, daß es sich auf beiden Kanälen um dasselbe Signal handelt.
• Unter schlechten Verzerrungsbedingungen arbeitet daher das PCC-Teil sehr gut. Wenn nur wenig Verzerrung vorhanden ist, so arbeitet das PCC-Teil immer noch, aber nicht so gut wie der Wiederholungs-Segment-Korrelator.
• Im Stande der Technik fand die Verwirklichung des PCC- Teiles im analogen Bereich statt, was eine gut bekannte Technik für den Fachmann ist. Bei der vorliegenden Erfindung erhält man die SRC- und PCC-Verarbeitung im Basisband durch Quadratur-Demodulation des Bandpaßsignales mit einer Mittenfrequenz f&sub0;. Die Tastung dieses Signales bei einer Tastungsfrequenz von mindestens dem vierfachen der Mittenfrequenz im Basisband resultiert im wesentlichen in demselben Verlust an Signal-/Rauschverhältnis, wie man ihn erhält, wenn man eine analoge Korrelation einsetzt. Die Tastung des Basisbandsignals gestattet eine Verminderung in der Tastungsrate, so daß man die empfangenen Signale von vielen Strahlen unabhängig voneinander durch denselben Korrelator im Zeitmultiplexverfahren verarbeiten kann. Historisch betrachtet hat man das PCC-Teil nicht im Basisband, sondern vielmehr bei f&sub0; verwirklicht (die Mittenfrequenz des modulierten ausgesendeten Signales).
• Das Empfängersystem 10 der vorliegenden Erfindung verwendet ein breitbandig frequenzmoduliertes empfangenes Signal, welches durch einen Sender (nicht dargestellt) erzeugt wird, da nur eine breitbandige Frequenzmodulation für alle Doppler gleichzeitig eine rückstrahlungsbegrenzte und störungsbegrenzte Arbeitsweise ermöglicht. Die gebräuchlichste Frequenzmodulations-Wellenform, welche sich im Stande der Technik gegenwärtig in Gebrauch befindet, ist die lineare Frequenzmodulation (LFM). Wenn aber größere Bandbreiten verwendet werden, beispielsweise 2000 Hz, wird die Dopplerempfindlichkeit von einer LFM groß. Die drei dB- Dopplerempfindlichkeit einer 1000 Hz-Wellenform mit 240 ms Impulslänge errechnet sich zu 5,56 ms&supmin;¹ (10,8 Knoten). Wenn daher die LFM-Modulation verwendet wird und wenn gewünscht wird, daß ein Bereich von plus oder minus 20,58 ms&supmin;¹ (40 Knoten) abgedeckt wird, dann sind neun parallele Empfängerstrukturen erforderlich, um allein das Zielobjektdoppler abzudecken
• Um die Notwendigkeit mehrfacher paralleler Empfängerstrukturen zu beseitigen, wurde für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung aus dem Stande der Technik die hyperbolische Frequenzmodulation (HFM), welche manchmal auch als "lineare Periodenmodulation" (LPM) bezeichnet wird, gewählt, da sie im wesentlichen "dopplerinvariant" ist. Bei jedweder Breitbandwellenform gibt es zwei Quellen von Dopplerverlusten, nämlich 1) den Überlappungsverlust und 2) die Steigungs-Fehlanpassung. Der Überlappungsverlust tritt auf, da der Scheitel der Korrelationsfunktion, die durch Korrelieren der Null-Doppler-Wiederholung und der dopplerverschobenen Wellenform gebildet wird, auftritt, wenn die Umhüllenden des Signales und der Wiederholung nicht zusammentreffen (d. h. dopplerinduzierter Entfernungsfehler). Dieser Verlust existiert sowohl für die lineare Frequenzmodulation als auch für die hyperbolische Frequenzmodulation, ist jedoch für große Bandbreite-/Zeitprodukte klein. Eine Steigungs-Fehlanpassung tritt bei LFM auf, da die Dopplerverschiebung die Frequenz-/Zeit-Steigung der Wellenform verändert, und ist eine Hauptquelle des Verlustes bei breitbandiger LFM-Modulation. Mit der HFM-Modulation ist es jedoch immer möglich, die Steigung durch richtige Wahl der Zeitverzögerung anzupassen. Es tritt daher kein Steigungs- Fehlanpassungsverlust auf. Der Hauptgesichtspunkt für die Wahl der HFM-Modulation besteht darin, daß nur ein einziger Empfänger erforderlich ist, um sämtliche Doppler abzudekken. Zusammenfassend gesagt wird die HFM-Modulation aus folgenden Gründen gewählt: Die HFM-Modulation liefert eine gleiche störungs- und rückstrahlbegrenzte Wirkungsweise für sämtliche Zielobjektdoppler; die HFM-Dopplerempfindlichkeit ist so niedrig, daß Vielfach-Dopplergruppenempfänger nicht erforderlich sind und die HFM-Modulation kann sowohl für die Erfassung als auch für die Klassifizierung verwendet werden. Der Wiederholungs-Segment-Korrelator (SRC) 14 von Fig. 1 arbeitet mit jeder beliebigen Wellenform einschließlich der HFM-Modulation.
• Fig. 4 zeigt ein Funktionsdiagramm der SRC-Korrelation, wenn sie als angepaßte Filteroperation mit endlichem Impulsansprechen (FIR) ausgeführt ist. Die FIR-Filterkoeffizienten der Multiplizierer 56, welche an Anzapfungen der Verzögerungsleitung 51 angeschlossen sind, sind die Signalwiederholungen. Ein Unterschied zwischen dem SRC-Korrelator und einem angepaßten Filter besteht in der Einfügung der Umhüllungsdetektoren 52 am Ausgang der Summationsschaltungen 53, denen eine kleine Gruppe der Multiplizierer Eingangssignale liefert. Das SRC-Teil 14 teilt die Eingangswellenform an seiner Eingangsleitung 140 in m Segmente und korreliert jedes Segment einzeln mit der Wiederholung; die einzelnen Korrelationen, welche an den Ausgängen der Summationsschaltungen 53 dargeboten werden, werden dann in der Summationsschaltung 55 nach Detektierung der Umhüllenden in den Detektoren 52 miteinander kombiniert. Das SRC-Teil liefert den Verstärkungsgewinn eines angepaßten Filters, d. h., zwei WT, ist jedoch nicht so empfindlich gegenüber Streuungseffekten des Mediums. Die verminderte Empfindlichkeit geht auf Kosten der Entfernungsauflösung, welche jedoch bei dem Detektierungsproblem nicht kritisch ist. Es wurde ein rechnergestütztes mathematisches Modell der SRC-Korrelation nach dem Abschneiden entwickelt, bei welchem das Eingangssignal ein hyperbolisch frequenzmoduliertes Signal war. Ein vom Rechner erzeugtes Signal plus Störung wurde durch den SRC-Korrelator von Fig. 4 geführt und der mittlere Ausgang wurde errechnet. Fig. 5 zeigt den normalisierten Ausgangsmittelwert als eine Funktion des Eingangs-SNR für Zeit/Bandbreiteprodukte von 64 und 500. Fig. 6 ist ein typisches Diagramm des Ausgangsmittelwertes über dem Signal/Rauschverhältnis für verschiedene Pegel der Segmentierung M von der Simulation, bei der die Frequenz 3760 Hz, die Bandbreite 1000 Hz und die Dauer des empfangenen Signales 0,24 s ist. Fig. 7 ist ein Diagramm des Ausganges des SRC- Teiles 14 als Funktion vom Doppler über den Bereich von 0 bis 20,58 ms&supmin;¹ (0 bis 40 Knoten).
• Wenn das SRC-Teil mit linearer Frequenzmodulation arbeitet, so wird die Wellenform in M Segmente unterteilt, von denen jedes identische Zeit- und Frequenzintervalle überspannt. Bei der hyperbolischen Frequenzmodulation, wie sie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gilt, kann man die Wahl so treffen, daß die Segmente gleiche Zeit- oder Frequenzintervalle überspannen, nicht jedoch beides gleichzeitig. Die Analyse hat aber gezeigt, daß nur ein unmerklicher Unterschied vorhanden ist, je nachdem, ob gleiche Zeitintervalle oder Frequenzintervalle für das HFM-Signal gewählt sind.
• Der SCR-Korrelator 14, der eine segmentierte Wellenform mit hyperbolischer Frequenz für die Detektierung verwendet, stellt eine Verbesserung gegenüber dem Wiederholungs-Segment-Korrelator, welcher eine Wellenform mit getreppter Frequenz verwendet, dar, bei welchem die Frequenz während jedes Schrittes konstant ist. Theoretisch liefert der Voll- Wiederholungskorrelator die beste Signaldetektierung. Es ist aber den Fachleuten seit langem bekannt, daß der Voll- Wiederholungskorrelator selten Qualitätsanforderungen gerecht wurde, da das Medium und das Zielobjekt eine Echoverzerrung vornahmen. Gewünscht wird ein Empfänger, der die gesamten Vorteile des Voll-Wiederholungskorrelators, die Vorzüge des bekannten PDPC-Empfängers und die Vorzüge des PCC-Empfängers hat und die vorliegende Erfindung in der ursprünglich konzipierten Form hatte diese drei Empfänger parallel liegend. Der PDPC-Empfänger ist ein Prozessor einer Art mit Nachdetektierungs-Impulskompression. Der SRC- Korrelator hat die Eigenschaften sowohl des Voll-Wiederholungskorrelators als auch des PDPC-Prozessors. In dem SRC- Korrelator wird die Wellenform, welche bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel hyperbolisch ist, in Segmente unterteilt und die Korrelation geschieht nur über diese Segmente, und dann werden die Korrelationsausgänge kombiniert.
• Was in dem PDPC-Prozessor ausgesendet wird, ist eine getreppt frequenzmodulierte Wellenform, welche eine Folge von kurzen CW-Impulsen f&sub1;, f&sub2;, . . . , fM ist, die zeitlich aufeinander folgen. Eine Gruppe von Bandpaßfiltern mit Mittenfrequenzen entsprechend den ausgesendeten Frequenzen f&sub1;, f&sub2;, . . . , fM filtern jeden der Impulse f&sub1;, f&sub2;, . . . , fM aus. Die Ausgänge der Filter der Filtergruppe werden durch Detektoren bestimmt, wobei die Ausgänge der Detektoren in geeigneter Weise verzögert werden, so daß sie zeitlich zusammenfallen, und werden dann summiert, um das Ausgangssignal des PDPC-Prozessors zu erzeugen. Der PDPC-Prozessor ist also ein segmentierter Korrelator, bei welchem jedes Segment ein CW-Impuls der Frequenz f&sub1;, f&sub2;, . . . , fM ist.
• Der Wiederholungs-Segment-Korrelator, welcher eine hyperbolische Wellenform verwendet, beseitigt das Erfordernis, daß jedes Segment ein Impuls konstanter Frequenz sein muß. Der modifizierte Wiederholungs-Segment-Korrelator, welcher eine hyperbolische Wellenform verwendet, liefert sämtliche Vorteile des PDPC-Prozessors und liefert auch sämtliche Vorteile des Voll-Wiederholungskorrelators. Andere kontinuierliche Wellenformen, beispielsweise eine lineare Frequenzveränderung über die Länge des Impulses hin, sind auch anstelle der hyperbolischen Wellenform funktionsfähig, jedoch nicht so optimal. In dem nicht verzerrten Medium hat der Wiederholungs-Segment-Korrelator mit hyperbolischer Wellenform genau soviel Verarbeitungsgewinn wie der Voll-Wiederholungskorrelator. Wenn jedoch das Medium Wellenformverzerrungen des Empfangssignales verursacht, arbeitet der Wiederholungs-Segment-Korrelator mit einer hyperbolischen Wellenform ähnlicher dem PDPC-Prozessor.
• Der Polaritäts-Übereinstimmungskorrelator (PCC) 15 ist in Fig. 8 gezeigt. Die harten Begrenzer 61 und 62 sind mit den linken und rechten Halbstrahlsignalen auf den Leitungen 150 und 151 von den zugehörigen Strahlausgängen des Geteiltstrahl-Strahlformers 12 verbunden. Die linken und rechten Halbstrahlsignale werden, nachdem sie begrenzt worden sind, in dem Multiplizierer 63 multipliziert, bevor sie an das Tiefpaßfilter 64 gelegt werden, um auf der Leitung 65 das korrelierte Ausgangssignal darzubieten. Die PCC-Korrelation wird bei Basisbandfrequenzen durch Tastung der Signale sowohl auf dem rechten Halbstrahlkanal 150 als auch dem linken Halbstrahlkanal 151 nach Begrenzung in den Begrenzern 61 und 62 mit einer Tastungsfrequenz ωs verwirklicht. Eine wesentliche Verminderung des Verlustes des Signal-/Rauschverhältnisses wird erreicht, wenn die Eingangsfilter Rechteck-Tiefpaßfilter im Gegensatz zu einem einfachen einpoligen rekursiven RC-Filter sind. Fig. 9 zeigt den Verlust an Signal-/Rauschverhältnis als Funktion der relativen Tastungsrate ωs/ωc (ωc ist die Grenzfrequenz des Filters) für den Fall des RC-Tiefpaßeingangsfilters, Kurve 70 (aus IEEE Transaction on Information Theory, Januar 1963, H. Ekre), und für Rechteck-Tiefpaß-Eingangsfilter, Kurve 71.
• Der Mittelwert des Signales, das von dem Polaritäts- Übereinstimmungskorrelator 15 erzeugt wird, ist nicht entscheidend. Der Mittelwert ist davon abhängig, was in dem umgebenden Wasser geschieht, so daß das Nachdetektorfilter 20 ein Filter der Nachführungsbauart sein soll. Es ist nicht möglich, den Mittelwert von dem PCC-Korrelator 15 zu beseitigen, wie dies mit dem Ausgang des SCR-Korrelators 14 durch Verwendung einer Konstanten geschieht, die von dem Ausgang des Korrelators 14 abgezogen wird. Im wesentlichen ist das Nachdetektorfilter 20 ein Hochpaßfilter. In dem Ausgang des PCC-Korrelators 15 befindet sich ein korreliertes Interferenzsignal, das durch das Meer und die Störung aufgrund des Schiffs erzeugt wird, welches das betreffende Sonarsystem mitführt, das eine Vielfalt von "Dauerzustands"-Korrelations-Interferenzsignale mit veränderlichen Korrelationspegeln erzeugt. Diese korrelierten Interferenzen sind zwar dynamisch, ändern sich aber langsam. Das Nachdetektorfilter 20 muß diese Veränderungen verfolgen, ohne daß das eingerichtete PFA wesentlich geändert wird. Das Filter muß auch eine niedrige Wahrscheinlichkeit der Verursachung von Stör-Zielobjektanzeigen aufgrund von Zielobjekten mit hohem Signal-/Rauschverhältnis mit Ablage von der Achse haben. Auch sollte das Filter 64 das Ausgangs-Signal-/Rauschverhältnis von dem Detektierungsprozessor 15 nicht wesentlich verschlechtern. Der Ausgangsmittelwert, der eine Funktion der Entfernung (d. h. eine Funktion der Eigenschiff-Störungskorrelation und Rückstreuung) ist, wurde zur Abschätzung des dynamischen Ansprechens des Nachdetektorfilters 20 verwendet. Ein anderes Kriterium für die Auslegung des Filters 20 besteht darin, daß für ein Zielobjekt mit hohem Signal-/Rauschverhältnis Strahlen, die neben dem Strahl, der auf das Zielobjekt gerichtet ist, liegen, einen starken negativen Ausgang erzeugen, welcher, wenn er mit dem Impulsansprechen des Filters kombiniert wird Schwellwertüberschreitungen zur Linken und zur Rechten des echten Zielobjektes, und auch davor und danach bezüglich der Entfernung erzeugen kann. Die beste Gesamt-Qualität der Wirkungsweise wurde durch ein FIR-Filter der Gestalt nach Fig. 10 erreicht, worin T die Länge des gesendeten Impulses und N eine Konstante bedeuten. Ein Wert von N=6 ist etwa der Minimalwert, der sich als zufriedenstellend erwiesen hat, was in einem Filter entsprechend 14 Impulslängen resultiert.

Claims (13)

1. Sonarsystem zur Detektierung von Signalen, welche von Objekten reflektiert werden, die durch einen ausgesendeten Schallimpuls angestrahlt werden, mit

- einem ersten Schallempfänger (100) und einem zweiten Schallempfänger (200) mit grundlegend unterschiedlichen Eigenschaften zur gleichzeitigen Verarbeitung der reflektierten Signale, wobei der erste und der zweite Empfänger (100, 200) Ausgangssignale entsprechend den genannten Objekten bei einer ersten Falschalarmrate und einer zweiten Falschalarmrate an ihren jeweiligen Ausgängen erzeugen, und

- Mitteln (40) zum Kombinieren der Ausgänge des ersten Empfängers und des zweiten Empfängers (100, 200) zur Erzeugung eines Ausgangssignales, das eine niedrigere Falschalarmrate hat als diejenige, welche durch den ersten und den zweiten Empfänger (100, 200) jeweils einzeln erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß

- der erste Empfänger (100) einen Wiederholungssignal- Segment-Korrelator (14) enthält,

- der zweite Empfänger (200) einen Polaritäts-Übereinstimmungs-Korrelator (15) enthält, und

- die Kombinationsmittel (40) einen der jeweiligen Ausgänge der Empfänger (100, 200) auswählen, um ein Ausgangssignal hervorzubringen, das eine niedrigere Falschalarmrate hat als diejenigen, die von dem ersten und dem zweiten Empfänger (100, 200) jeweils einzeln erzeugt werden.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Wandlerreihe (13), erste Strahlformungsmittel (11), die ein Ganzstrahlsignal erzeugen und zwischen die Wandlerreihe (13) und den Wiederholungssignal-Segment-Korrelator (14) geschaltet sind, und zweite Strahlformungsmittel (12), welche Geteiltstrahlsignale erzeugen und zwischen die Wandlerreihe (13) und den Polaritätsübereinstimmungskorrelator (15) geschaltet sind.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die Entfernung und die Richtung eines Objektes aus einer Folge von ersten und zweiten Signalechos bildet, die von dem Objekt reflektiert werden, das durch eine entsprechende Folge von ersten und zweiten ausgesendeten Sonarsignalen angestrahlt wird, wobei die Folge von Signalechos zu einem Eingang des Wiederholungssignal-Segment-Korrelators (14) und des Polaritätsübereinstimmungskorrelators (15) geführt wird, und daß die Kombinationsmittel einen Detektor (40) enthalten, dessen Eingang mit den jeweiligen Ausgängen des ersten und des zweiten Korrelators (14, 15) verbunden ist, ein Entfernungs- und Richtungs-Ausgangssignal erzeugt und auf die Entfernungs- und Richtungs-Signale jedes der Ausgänge des ersten und des zweiten Korrelators anspricht, um ein entsprechendes Detektorausgangssignal hervorzubringen, wenn die Entfernungs- und Richtungsinformation des genannten ersten Signalechos von dem ersten und dem zweiten Korrelatorausgang zusammenfallen, wobei der Detektor (40) Mittel (50) enthält, um die Differenz bezüglich Entfernung und Richtung des genannten ersten und zweiten Signalechos zu bestimmen und ein Entfernungs- und Richtungs-Ausgangssignal in Abhängigkeit von den genannten Differenzbestimmungsmitteln (50) zu erzeugen, wenn die Entfernung und die Richtung des ersten Signalechos von einem der Korrelatorausgänge innerhalb einer vorbestimmten Differenz der Entfernung und Richtung des zweiten Signalechos von einem der Korrelatorausgänge liegt.

4. System nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch

- eine Wandleranordnung (13),

- einen Ganzstrahl-Strahlformer (11), dessen Ausgang mit dem Eingang des Wiederholungssignal-Segment-Korrelator (14) verbunden ist und mit einem Eingang Verbindung zu den Wandlern der Reihe (13) hat,

- einen Geteiltstrahl-Strahlformer (12) mit zwei Ausgängen (150, 151), wobei jeder dieser Ausgänge an einen gesonderten Eingang des Polaritäts-Übereinstimmungs- Korrelators (15) verbunden ist und ein Eingang des Geteiltstrahl-Strahlformers (12) mit den Wandlern der Reihe (13) Verbindung hat.

5. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wiederholungssignal-Segment-Korrelator (14) und der Polaritäts-Übereinstimmungs-Korrelator (15) jeweils eine harte Begrenzung und eine Bandbreitenbegrenzung der Signale an ihren Eingängen vornehmen.

6. System nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch

- eine Mittelwertbeseitiungsschaltung (17, 18), die an den Ausgang des Wiederholungssignal-Segment-Korrelators (14) angeschlossen ist,

- ein erstes Nachdetektorfilter (19), das an den Ausgang der Mittelwertbeseitigungsschaltung (17, 18) angeschlossen ist,

- einen Richtungsinterpolator (21), der an den Ausgang des ersten Nachdetektorfilters (19) angeschlossen ist,

- eine erste Schwellwertschaltung (23), die an den Ausgang des ersten Richtungsinterpolators (21) angeschlossen ist, wobei der Ausgang der ersten Schwellwertschaltung (23) mit einem ersten Eingang des Detektors (40) Verbindung hat, und

- eine an den Ausgang des Detektors (40) angeschlossene Wiedergabeeinrichtung (16).

7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- Wandlermittel (13) vorgesehen sind, um aufeinanderfolgend akustische Echosignale weiterzugeben, die an den Wiederholungssignal-Segment-Korrelator (14) und an den Polaritäts-Übereinstimmungs-Korrelator (15) angekoppelt sind, und daß

- die Kombinationsmittel folgendes enthalten:

einen rechnergestützten Zielobjektdetektor (40), dessen Eingänge mit den Ausgängen der beiden Korrelatoren (14, 15) gekoppelt sind, wobei der Detektor (40) auf die Entfernungsinformation und die Richtungsinformation der Ausgangssignale jedes der genannten Ausgänge anspricht, um ein entsprechendes Entfernungs- und Richtungs-Ausgangssignal zu erzeugen, wenn die Entfernung und die Richtung des Korrelatorausgangssignale zusammenfallen, wobei der Detektor (40) Mittel (50) zur Bestimmung der Differenz bezüglich Entfernung und Richtung des ersten und zweiten aufeinanderfolgenden akustischen Pfeif-Echosignales enthält und wobei ein Entfernungs- und Richtungs-Ausgang in Abhängigkeit von den genannten Differenzbestimmungsmitteln (50) erzeugt werden, wenn die Entfernung und die Richtung irgendeines Korrelatorausganges auf ein vorhergehendes Pfeil-Echosignal hin innerhalb einer vorbestimmten Differenz von Entfernung und Richtung von einem Korrelatorausgang auf ein gegenwärtiges Pfeif-Echosignal hin liegt.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlermittel eine Wandlerreihe (13) enthalten und daß ein Ganzstrahl-Strahlformer (11) mit seinem Ausgang mit dem Eingang des Wiederholungssignal-Segment-Korrelators (14) und mit einem Eingang an die Wandler der Reihe (13) gelegt ist, und daß ein Geteiltstrahl-Strahlformer (12) mit zwei Ausgängen vorgesehen ist, die jeweils mit je einem gesonderten Eingang des Polaritäts-Übereinstimmung-Korrelators (15) verbunden sind, während ein Eingang des Geteiltstrahl-Strahlformers (12) mit den Wandlern der Reihe (13) verbunden ist.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wiederholungssignal-Segment-Korrelator (14) und der Polaritäts-Übereinstimmungs-Korrelator (15) jeweils an ihren jeweiligen Ausgängen ein harte Begrenzung und eine Bandbreitenbegrenzung des Signal es an ihren Eingängen vornehmen.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (40) einen Rechner enthält, in welchem die Ausgangssignale des Wiederholungssignal-Segment-Korrelators (SRC) (14) und des Polaritäts-Übereinstimmung-Korrelators (PCC) (15) verarbeitet werden, wobei der Rechner folgendes enthält:

- Mittel zur Übertragung der gegenwärtigen SRC- und PCC-Korrelatorsignale von einem ersten Speicher (41, 42) in einen zweiten Speicher (44, 45) als vorausgegangene SRC- und PCC-Ausgangssignale,

- Mittel zum Speichern der genannten SRC- und PCC-Korrelatorausgangssignale als gegenwärtige SRC- und PCC- Korrelatorausgangssignale in dem ersten Speicher (41, 42),

- Mittel zur Auswahl eines gegenwärtigen PCC-Ausgangssignales aus dem ersten Speicher (41, 42),

- erste Mittel (46) zum Vergleichen der Entfernung und der Richtung des genannten gegenwärtigen PCC-Ausgangssignales, das aus dem ersten Speicher (41, 42) gewählt ist, mit der Entfernung und der Richtung eines gegenwärtigen SRC-Ausgangssignales aus dem ersten Speicher (41, 42) zur Feststellung einer Übereinstimmung,

- Mittel (48), die auf das Übereinstimmen von Entfernung und Richtung der gegenwärtigen Signale, die verglichen wurden, ansprechen, um eine aktuelle SRC-Liste sämtlicher SRC-Signale zu löschen, welche dieselbe Entfernung und Richtungen innerhalb eines vorbestimmten Richtungssektors in dem ersten Speicher (41, 42) haben, und um die Entfernung und Richtung der Übereinstimmung als ein Ausgangssignal zu einer Wiedergabeeinrichtung (16) zu liefern,

- zweite Mittel (50), welche auf das Nichtauftreten der genannten Übereinstimmung ansprechen, um die Entfernung und Richtung der genannten ausgewählten gegenwärtigen PCC-Ausgangssignale von dem ersten Speicher (41, 42) mit der Entfernung und Richtung der Ausgangssignale bezüglich der vorausgehenden SRC- und PCC- Ausgangssignale des zweiten Speichers (44, 45) zu vergleichen, um zu bestimmen, ob die genannten gegenwärtigen und vorausgehenden Ausgangssignale sich innerhalb vorbestimmter Differenzen halten, und

- Mittel, die auf die genannten gegenwärtigen und vorausgehenden Ausgangssignale von dem ersten und dem zweiten Speicher (41, 42; 44, 45) jeweils ansprechen, um die Wiedergabeeinrichtung (16) dazu zuveranlassen, sowohl das genannte gegenwärtige PCC-Ausgangssignal als auch die vorausgehenden SRC- oder PCC-Ausgangssignale anzuzeigen, wenn das genannte gegenwärtige PCC-Ausgangssignal und das vorausgehende SRC-Ausgangssignal oder PCC-Ausgangssignal sich innerhalb der genannten vorbestimmten Differenzen finden, und schließlich

- Mittel zur Auswahl und Zuführung eines unterschiedlichen gegenwärtigen PCC-Ausgangssignales und eines gegenwärtigen SRC-Ausgangssignales von dem ersten Speicher (41, 42) zu den ersten Vergleichermitteln (46), wenn das genannte gegenwärtige PCC-Ausgangssignal und das vorausgehende SRC-Ausgangssignal oder PCC-Ausgangssignal von dem ersten bzw. zweiten Speicher (41, 42; 44, 45) nicht innerhalb der genannten bestimmten Differenz liegen.

11. System nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch

- eine Mittelwertbeseitigungsschaltung (17, 18), die mit dem Ausgang des Wiederholungssignal-Segment-Korrelators (14) verbunden ist,

- ein erstes Nach-Detektor-Filter (19), das mit dem Ausgang der Mittelwertbeseitigungsschaltung (17, 18) verbunden ist,

- eine erste Schwellwertschaltung (23) die mit dem Ausgang des ersten Nach-Detektor-Filters (19) gekoppelt ist, wobei der Ausgang der ersten Schwellwertschaltung (23) mit einem ersten Eingang des rechnergestützten Zielobjektdetektors (40) verbunden ist,

- ein zweites Nach-Detektor-Filter (20), das mit dem Ausgang des Polaritäts-Übereinstimmungs-Korrelators (15) und einem zweiten Eingang des rechnergestützten Zielobjektdetektor (40) verbunden ist, und

- eine Wiedergabeeinrichtung (16), die an den Ausgang des Zielobjektdetektors (40) angeschlossen ist.

12. System nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Richtungsinterpolator (21, 22), die zwischen den Ausgang des ersten bzw. des zweiten Nach-Detektor-Filters (19, 20) und den ersten bzw. zweiten Eingang des rechnergestützten Zielobjektdetektors (40) geschaltet sind.

13. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der rechnergestütze Zielobjektdetektor (40) folgendes enthält:

- erste Mittel (41, 42) zur Speicherung der gegenwärtigen Ausgangspfeifsignale bezüglich Entfernung und Richtung von dem Wiederholungssignal-Segment-Korrelator (SRC) und dem Polaritäts-Übereinstimmungs-Korrelator (PCC),

- zweite Mittel (44, 45), die an den Ausgang der ersten Speichermittel (41, 42) angeschlossen sind, zur Speicherung der vorausgehenden SRC- und PCC-Ausgangspfeifsignale bezüglich Entfernung und Richtung,

- eine Empfängerassotiationsschaltung (46), die Eingänge von den ersten Speichermitteln (41, 42) für die SRC- und PCC-Signale erhält, um eine Entsprechung zwischen den Entfernungen und Richtungen der SRC- und PCC-Ausgangssignale festzustellen,

- Mittel (48), die auf die genannte Entsprechung reagieren und mit den ersten Speichermitteln (41, 42) verbunden sind, um aus den ersten Speichermitteln (41, 42) SRC-Signale zu löschen, welche Richtungen innerhalb eines vorbestimmten Richtungssektors haben und welche die gleiche Entfernung wie die SRC- und PCC-Signale haben, welche die genannte Übereinstimmung aufweisen,

- eine Wiedergabeeinrichtung (16), wobei die Empfängerassotiationsschaltung (46) außerdem ein Ausgangssignal einer Entfernung und einer Richtung an die Wiedergabeeinrichtung (16) in Abhängigkeit von einer Übereinstimmung zwischen den genannten SRC- und PCC-Ausgangssignalen bezüglich Entfernung und Richtung liefert, und

- Mittel (50) zum Vergleichen der gegenwärtigen SRC- und PCC- Ausgangspfeifsignale aus den ersten Speichermitteln (41, 42) mit den vorausgehenden SRC- und PCC-Ausgangspfeifsignalen aus den zweiten Speichermitteln (44, 45) zum Feststellen einer Entsprechung zwischen den genannten verglichenen Signalen innerhalb eines vorbestimmten Entfernungs- und Richtungsschrittes und zur Lieferung der genannten verglichenen Signale zu der Wiedergabeeinrichtung (16), wenn die genannte Entsprechung vorhanden ist.