DE3888411T2 - Aktivsonar mit kanalanpassung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ein aktives Sonarsystem mit Kanalanpassung, das die Echosignale von ausgesendeten Signalen verwendet, um Ziele zu detektieren. Sie beschäftigt sich mit der Optimierung von aktiven Systemeigenschaften auf der Basis von beobachteten Daten und insbesondere mit einem aktiven Sonarsystem, das die optimale Wellenform für die Übertragung auf der Basis von beobachteten Streueigenschaften des Ozeans auswählt.
• Nachhall ist oft das begrenzende Rauschen für die Wirksamkeit von aktiven Sonargeräten. Er resultiert aus der Reflexion der ausgesendeten Sonarwellenform von der Vielzahl von Grenzen, Inhomogenitäten und Partikeln in dem Ozeanmedium, die gemeinsam als Streustellen bezeichnet werden. Volumennachhall ist das Ergebnis von in dem Volumen oder Körper des Ozeans verteilten Streustellen, wie zum Beispiel Meeresleben und -partikel. Oberflächennachhall wird durch Streustellen auf der Seeoberfläche erzeugt, wie zum Beispiel durch die durch Wellenbewegung hervorgerufenen Ungleichmäßigkeiten. Die Streustellen verbreitern die übertragene Wellenform sowohl bezüglich der Frequenz (Doppler) als auch der Zeit (Entfernung). Die Verbreiterung der ausgesendeten Energie über der Zeit ergibt sich primär wegen der mehrpfadigen Ausbreitung zu und von den Streustellen. Ein Grund der Frequenzverbreiterung ist die Bewegung der Streustellen relativ zu dem Sonar. In vielen Fällen ergibt sich die Frequenzverbreiterung hauptsächlich infolge der Tatsache, daß den Empfänger aus unterschiedlichen Ankunftswinkeln erreichende gestreute Energie unterschiedliche Dopplerverschiebungen aufweist, die aus der Bewegung der Sonarplattform resultieren. Dies induziert eine Frequenzverbreiterung bezogen auf die Winkelverbreiterung der Nachhallechos.
• Das Maß, um das die Umgebung die ausgesendete Wellenform in der Zeit und der Frequenz verbreitert, wird in Form der Nachhallstreufunktion S (ω, τ) ausgedrückt, wie es beispielsweise in Detection, Estimation and Modulation Theory, von H.L. Van Trees, Teil III, J. Wiley and Sons, 1971, sowie "Digital Signal Processing for Sonar", W.R. Knight, R.G. Pridham und Steven M. Kay, Proceedings of the IEEE, Band 69, Nr. 11, November 1981, Seiten 1451-1506 beschrieben ist.
• Wenn Nachhall die dominante Rauschquelle ist, dann ist die Detektierbarkeit von Zielen geringer Dopplerverschiebung stark reduziert. Die meisten aktiven Sonarsysteme verwenden einen Empfänger mit angepaßtem Filter, um Signale zu detektieren. Der Empfänger mit angepaßtem Filter ist zur Verwendung mit spektral weißem, stationärem Rauschen ausgelegt, wird aber wegen seiner Einfachheit oft in Situationen verwendet, wo das Rauschen nicht stationär ist. Wellenformgestaltung wird verwendet, um die Wirksamkeit des Empfängers mit angepaßtem Filter bei Nachhall (das spektral nicht stationär und nicht weiß ist) zu verbessern. Eine übliche Wellenformart, die in aktiven Sonargeräten für Nachhallbegrenzte Umgebungen verwendet wird, ist die Wellenform mit Frequenzsprungtechnik, die aus einer Sequenz von aneinanderhängenden einzelnen Frequenzunterimpulsen oder "Schnipseln" besteht, in der sich die Unterimpulsfrequenz von Unterimpuls zu Unterimpuls verändert.
• Ziel der Wellenformgestaltung ist es, die Verteilung der ausgesendeten Signalenergie in der Zeit und der Frequenz so einzustellen, daß die Nachhalleistung an dem Empfängerausgang reduziert wird. Dies erfolgt auf der Basis einer Charakteristik von Wellenformen, die als die Mehrdeutigkeitsfunktion A (ω, τ) bekannt ist, welche die Leistung an dem Ausgang des angepaßten Filters für ein Punktziel als Funktion der Entfernung τ und der Dopplerverschiebung ω bezogen auf die Doppler-Entfernungswerte darstellt, an die das Filter angepaßt ist, wie es zum Beispiel in der Referenz "Characterizing the Radar Ambiguity Function", Auslander, L. und Tolimieri, R., IEEE Transactions on Information Theory, Band IT-30, Nr. 6, November 1986, Seiten 832-836 beschrieben ist. Ziel des Entwurfsverfahrens ist es, Wellenformen mit minimaler Antwort auf den Nachhall auszuwählen, während die Antwort auf Echos mit geringem Doppler-Signal noch erhalten bleibt. Dies entspricht einer Erzeugung einer Wellenform, deren Mehrdeutigkeitsfunktion eine minimale Überlappung mit der Nachhall-Streufunktion aufweist. Siehe hierzu zum Beispiel die Referenz "On Sonar Signal Analysis", Glisson, T.H.; Black, C.I.; Sage, A.P.; IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Band AES-6, Nr. 1, Januar 1970, Seiten 37-49.
• Wenn die Streufunktion zum Beispiel aus einem schmalen Streifen längs der Zeitachse der Entfernungs-Dopplerfläche besteht, ist es wünschenswert, die Nebenkeulen der Mehrdeutigkeitsfunktion außerhalb dieses schmalen Streifens zu konzentrieren. Die Gestaltung der Frequenzsprung-Codes besteht üblicherweise entweder in einer erschöpfenden Computersuche oder in einem restriktiven Verfahren mit finiter Algebra, bei dem die übertragenen Wellenformen im voraus für eine angenommene Situation entworfen werden. Siehe zum Beispiel die Referenzen "A Study of a Class of Detection Waveforms Having Nearly Ideal Range-Doppler Ambiguity Properties", Costas, J.P., Proc. IEEE, Band 72, Nr. 8, August 1984, Seiten 996-1009; "Construction and Properties of Costas Arrays", Proc. IEEE, Band 72, Nr. 9, September 1984, Seiten 1143-1163. Soweit es den Anmeldern jedoch bekannt ist, gab es bisher kein systematisches Verfahren zum Konstruieren einer geeigneten Wellenform auf der Basis einer willkürlichen Streufunktion für den Kanal.
• In der Vergangenheit war die Hauptanwendung für Streufunktionschätzung die Anwendung auf Kommunikationskanäle. Die Referenz "Some Techniques for the Instantaneous Real-Time Measurement of Multipath and Doppler Spread", Bello, P.A., IEEE Transactions on Communication Technology, Band 13, Nr. 3, September 1956, Seiten 285-292 konzentrierte sich zum Beispiel auf das Kommunikationsproblem, bei dem das übertragene Signal ein Dauerstrichträger (CW) ist, der mit der Information moduliert ist. In dieser Referenz wird der Träger als das primäre Signal für die Bewertung der Kanalverbreiterung verwendet. Die Ergebnisse dieser Arbeit gelten nicht für Anwendungen wie zum Beispiel aktive Sonargeräte, die Wellenformen mit Frequenzsprungtechnik verwenden und kein Trägersignal benutzen, das ausgewertet werden kann, um die Kanalstreufunktion zu messen.
• Eine andere frühere Arbeit ist in "Scattering Function Estimation", Gaardner, N.T. IEEE Transactions on Information Theory, Band IT-14, Nr. 5, September 1968 beschrieben. In dieser Referenz wird der Kanal wie ein willkürliches, zeitlich variierendes lineares Filter behandelt, das unter Verwendung einer Bank linearer Filter abgeschätzt wird, der ein quadratischer Detektor folgt, dem ein anderes lineares Filter folgt. Die Schätzung ist eine nicht erzwungene lineare Operation, die es erfordert, daß das ausgesendete Signal eine hinreichende Energie sowie eine hinreichende Verbreiterung in der Zeit und der Frequenz aufweist (größer als die Korrelation des willkürlichen Filters in der Zeit und der Frequenz), so daß das Filter alle korrelierten Filtervariationen sowohl in der Zeit als auch in der Frequenz auflösen kann. Die Ergebnisse liefern nur die Eigenschaften der Filter in der Kaskade anstatt Lösungen für die Filterübertragungsfunktionen in Form der Mehrdeutigkeitsfunktion der Eingabe.
• Auswahlkriterien für Pulse in Abhängigkeit von ihren Mehrdeutigkeitsdiagrammen sind beschrieben in M.I. Skolnik, Introduction to Radar Systems, 2. Ausgabe, McGraw-Hill, Seiten 411-420. Wie es der Titel bereits andeutet, behandelt diese Referenz jedoch Radar und nicht Sonarsysteme. Die gegenseitige Beziehung zwischen den Bereichen in der Entfernungs-Dopplerfläche, wo Störflecken zu finden sind, sowie die Mehrdeutigkeitsdiagramme der ausgewählten Wellenformen werden ebenfalls angesprochen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein aktives Sonarsystem mit Kanalanpassung von dem oben beschriebenen Typ gekennzeichnet durch:
• - während einer Betriebsart des Systemes mit Kanalmessung aktivierte Mittel, um aktiv die Streufunktion des speziellen Kanales zu messen, über den das aktive Sonarsystem mit Kanalanpassung zur Zeit arbeitet, und
• - Mittel, die während eines üblichen, aktiven Systembetriebes aktiviert sind und die auf die während des Betriebes mit Kanalmessung gemessene Streufunktion ansprechen, um eine spezielle Wellenform für das Übertragungssignal auszuwählen, dessen Mehrdeutigkeitsfunktion sich minimal mit der gemessenen Streufunktion des Kanales überlappt, um die Systemantwort auf Rauschen zu reduzieren.
• Ein Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß sie ein Sonar mit Kanalanpassung schafft, bei dem die Streufunktion des Kanales gemessen und eine Wellenform ausgewählt wird, die eine Mehrdeutigkeitsfunktion aufweist, die sich minimal mit der gemessenen Streufunktion überlappt.
• In einer bevorzugten Form kann die Erfindung ein Sonarsystem mit Kanalanpassung umfassen, das einen Sonarsender zur Aussendung von Sonaranregungssignalen umfaßt, wie zum Beispiel eine Wellenform mit Frequenzsprungtechnik. Das Anregungssignal über ein gewisses kohärentes Verarbeitungsintervall ist durch eine spezielle Mehrdeutigkeitsfunktion gekennzeichnet.
• Das System umfaßt ferner Sonarempfangsmittel zum Empfangen des Echos von dem Anregungssignal und zum Verarbeiten der Echosignale, um Zielidentifizierungssignale bereitzustellen.
• Das System umfaßt einen Sondensignalgenerator zum Erzeugen von Sondensignalen für einen Kanal, die so entworfen sind, daß sie den Kanal zum Zwecke der Abschätzung der Kanalstreueigenschaften anregen. Allgemein liegen diese Sondensignale in der Form eines breitbandigen Burstsignales oder -impulses, um die Mehrweg- Verbreiterungscharakteristiken des Kanales abzuschätzen, und in Form eines schmalbandigen Signales in der Form eines lang andauernden Tonsignales vor, um die Dopplerverbreiterungscharakteristiken des Kanales zu schätzen.
• Das Sonar umfaßt ferner auf die Echosignale von den ausgesendeten Sondensignalen ansprechende Mittel, um die Kanalstreufunktion zu schätzen, so wie auf die geschätzte Kanalstreufunktion ansprechende Mittel, um ein Wellenformsignal für das aktive Sonar auszuwählen, das eine Mehrdeutigkeitsfunktion aufweist, die sich minimal mit der geschätzten Kanalstreufunktion überlappt, so daß die Detektionsantwort des Empfängers auf Nachhallrauschen des Kanales verringert wird.
• Ein Systemkontroller liefert ein Mittel zum Steuern des Sondensignalgenerators, des Senders, des Schätzers für die Kanalstreufunktion und des Empfängers, so daß das System in einer Betriebsart mit Kanalmessung und einer üblichen, aktiven Betriebsart betreibbar ist. In der Betriebsart mit Kanalmessung ist der Sondensignalgenerator aktiviert, um die Sondensignale an den Sender zu liefern. Der Schätzer für die Kanalstreufunktion liefert eine Schätzung der Kanalstreufunktion in Antwort auf das empfangene Radarecho von den ausgesendeten Sondensignalen. In der üblichen, aktiven Betriebsart aktiviert der Kontroller den Wellenformwähler, um eine geeignete Sendewellenform auszuwählen, deren Mehrdeutigkeitsfunktion sich minimal mit der geschätzten Kanalstreufunktion überlagert, wodurch die empfangene Antwort infolge von Nachhallecho reduziert und die Zieldetektion verbessert wird.
• Die oben zitierten sowie andere Merkmale und Vorteil der vorliegenden Erfindung ergeben sich genauer aus der folgenden detaillierten Beschreibung eines beispielhaften Ausführungsbeispieles dafür, wie es in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist, in der:
• Fig. 1 eine beispielhafte Auftragung einer Wellenform mit Frequenzsprungtechnik ist, die von einem aktiven System, wie zum Beispiel einem aktiven Sonar ausgesendet wird;
• Fig. 2 eine Auftragung einer Frequenz gegenüber der Zeit ist, die eine typische Kanalstreufunktion und eine typische, gewünschte Signalmehrdeutigkeitsfunktion illustriert;
• Fig. 3 ein Blockdiagramm eines die Erfindung verkörpernden Sonars mit Kanalanpassung ist;
• Fig. 4 ein Flußdiagramm des Betriebes eines die Erfindung verwendenden Sonars mit Kanalanpassung ist;
• Fig. 5 eine Kurve ist, die ein vereinfachtes Streufunktionsmodell illustriert, das für Wellenformgestaltung in Übereinstimmung mit der Erfindung nützlich ist;
• Fig. 6 eine diagrammartige Darstellung des angepaßten Filters eines Sonarempfängers mit einem rekonstruierten Zeitprofil der Ausgaben der Elemente des angepaßten Filters ist;
• Fig. 7 eine Auftragung des rekonstruierten Zeitprofiles wie in Fig. 6 mit einem vorbestimmten Schwellwert ist, die die Bestimmung der Zeitausdehnung der Streufunktion illustriert;
• Fig. 8 eine diagrammartige Darstellung der Elemente des angepaßten Filters eines Sonarempfängers mit einem rekonstruierten Frequenzprofil der Dopplerelementausgaben ist;
• Fig. 9 eine Konturauftragung ist, die für die Technik der Wellenformgestaltung mit Mustersuche bei einem beispielhaften Wellenformgestaltungsproblem illustrativ ist;
• Fig. 10A eine Auftragung der Mehrdeutigkeitsfunktion der in Fig. 10B gezeigten beispielhaften linearen FM-Wellenform vor der Optimisierung in Übereinstimmung mit der offenbarten Technik der Mustersuche ist;
• Fig. 11A eine Auftragung der Mehrdeutigkeitsfunktion wie in Fig. 10A ist, wobei aber die Wellenform durch die Technik der Mustersuche in die in Fig. 11B gezeigte Wellenform optimiert wurde, um die Überlappung mit einem angedeuteten Nachhallgebiet zu minimieren; und
• Fig. 12 ein Flußdiagramm ist, das die grundlegenden Schritte des Algorithmus zur Wellenformgestaltung mit Mustersuche illustriert.
• Eine beispielhafte Anwendung für die vorliegende Erfindung sind aktive Sonarsysteme. Wellenformen mit Frequenzsprungtechnik werden üblicherweise in aktiven Sonars verwendet, um das Spektrum des Sendesignales zu verbreitern, wobei jeder Schnipsel von einer vorbestimmten Dauer bei einer vorbestimmten Frequenz sein kann. Als Funktion der Zeit nimmt die ausgesendete Wellenform die Form an, die allgemein in Fig. 1 illustriert ist, wobei die Frequenz der Wellenform von einem Schnipsel zu dem nächsten "springt". Wie es gut bekannt ist, werden die empfangenen Echos von der ausgesendeten Wellenform durch den Sonarempfänger unter Verwendung einer Bank von Hüllkurvendetektoren mit angepaßten Filtern verarbeitet, um Ziele zu detektieren.
• Gleichung 1 beschreibt den Detektionsindex d für ein Ziel in einer bestimmten Entfernung, das sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt und durch eine Verzögerungszeit τd und eine Dopplerfrequenz ωd charakterisiert ist.
• d = (Er/No)/(1+(Et/No) S(ω,τ) A(τ-τd, ω-ωd) dτdω/2π) (1)
• wobei: Et = Sendeenergie,
• Er = empfangene Energie,
• No = spektraler Rauschpegel,
• S(ω,τ) = Kanalstreufunktion,
• A(τ-τd, ω-ωd) = Signalmehrdeutigkeitsfunktion.
• Die Detektionswirksamkeit wird besser, wenn d größer gemacht wird. Aus Gleichung (1) ist zu sehen, daß die Zieldetektion eine Funktion nicht nur der besonderen Wellenform sondern auch der Streueigenschaften des Kanales ist.
• Ein konventioneller Sonarempfänger verarbeitet typischerweise das Echo kohärent, das sich aus der ausgesendeten Wellenform über dem Zeitintervall ergibt, über dem der Kanal kohärente Verarbeitung unterstützt. Die Mehrdeutigkeitsfunktion einer Wellenform mit Frequenzsprungtechnik über dem kohärenten Verarbeitungsintervall verändert sich mit den Frequenzen der Schnipsel. Eine Veränderung der Frequenzen von den die Wellenform ausmachenden Schnipseln ändert also die Mehrdeutigkeitsfunktion der Wellenform über dem kohärenten Verarbeitungsintervall.
• Das Echo des Sonarsignales wird eine Kopie der ausgesendeten Wellenform sein, die durch die Laufzeit durch den Kanal verzögert und in der Zeit verbreitert ist, sowie durch die durch die relative Bewegung zwischen der Sonarplattform und dem Ziel oder anderen Reflektoren für die Sonarenergie hervorgerufene Dopplerfrequenzverschiebung in der Frequenz verschoben und verbreitert ist. Die Zeitdispersion wird üblicherweise als Mehrwegverbreiterung bezeichnet und die Frequenzdispersion wird üblicherweise als Dopplerverbreiterung bezeichnet.
• Der Sonarempfänger verwendet typischerweise eine Bank von angepaßten Detektionsfiltern, wobei die Antwort eines jeden Filters auf eine bestimmte Referenzwellenform, hier die ausgesendete Wellenform, abgestimmt ist, die in der Zeit und der Frequenz verbreitert ist, um einer jeweiligen vorbestimmten Zielentfernung und relativen Bewegung Rechnung zu tragen. In einer nur durch weißes Rausches begrenzten Umgebung werden die Ausgaben aus jedem der Filter verglichen und das Filter mit dem größten Ausgangssignal zeigt die Entfernung und Dopplerfrequenz (oder - geschwindigkeit) des Zieles an. Bei einem aktiven Sonar ist die Ozeanumgebung manchmal durch Nachhallrauschen begrenzt, das der Einfachheit halber als nicht-kohärentes Rauschen von einer Vielzahl von diskreten, verteilten Punktstrahlern angesehen werden kann. Die Effekte von Nachhallrauschen können nicht einfach durch Erhöhen der Leistung der ausgesendeten Wellenform reduziert werden, da das Nachhallrauschen ebenfalls proportional zunehmen wird.
• Die Nachhalleistung PR an dem Ausgang der angepaßten Filter des Empfängers ist als Faltung der Kanalstreufunktion mit der Mehrdeutigkeitsfunktion der Wellenform bestimmt:
• PR = S(ω,τ) A(ω-ωd, τ-τd) dωdτ (2)
• Aus Gleichung (2) ergibt sich, daß durch Minimierung der Überlappung in Frequenz und Zeit zwischen der Mehrdeutigkeitsfunktion des ausgesendeten Signales und der Kanalstreufunktion die empfangene Nachhalleistung PR an dem Ausgang der Detektionsfilter des Sonarempfängers ebenfalls minimiert wird.
• Da die Streueigenschaften des Ozeans (der Sonarkanal) in breiten Bereichen als Funktion von solchen Parametern wie Wassertiefe und -temperatur variieren, ist die Streufunktion für ein Sonar auf einer sich bewegenden Plattform nicht im voraus bekannt. In der Vergangenheit wurde die Wellenform mit Frequenzsprungtechnik für aktive Sonargeräte im voraus entworfen, und zwar auf der Basis von angenommenen Kanalstreufunktionen.
• In Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein Sonar mit Kanalanpassung bereitgestellt, bei dem die Kanalstreufunktion während einer Betriebsart mit Kanalmessung gemessen wird und die Sendewellenform des Sonars dann ausgewählt wird, um die Überlappung zwischen der Kanalstreufunktion und der Mehrdeutigkeitsfunktion des Signales zu minimieren. Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines die Erfindung verkörpernden Sonarsystemes 10. Das System 10 umfaßt einen Wandler 15, wie zum Beispiel ein Hydrophon, zur Umwandlung zwischen akustischer Energie und elektrischen Signalen. Das System 10 umfaßt weiter einen Empfangskanal und einen Sendekanal, die über einen Duplexer 20 an den Wandler 15 gekoppelt sind. Der Sendekanal umfaßt einen Sender 25, einen Sondensignalgenerator 50 und einen Wellenformgenerator 45. Der Empfangskanal umfaßt einen Empfänger 30 und einen Schätzer 40 für die Kanalstreufunktion.
• Das System 10 umfaßt ferner einen Kontroller 35 für das Sonar mit Kanalanpassung, der den Betrieb des Schätzers 40, des Wellenformgenerators 45, des Sondensignalgenerators 50 und des Senders 25 derart kontrolliert, daß das System 10 in einer ersten oder einer zweiten Betriebsart betreibbar ist. Die erste Betriebsart ist die Betriebsart mit Kanalmessung, in der die Kanalstreufunktion gemessen und die aktive Wellenform bestimmt wird, und die zweite Betriebsart ist die übliche, aktive Betriebsart des Sonars.
• In der Betriebsart mit Kanalmessung aktiviert der Kontroller 35 den Sondensignalgenerator 50, so daß er ein Sondensignal für den Sender 25 bereitstellt, der das Sondensignal verstärkt. Das verstärkte Sondensignal wird über den Duplexer 20 so gekoppelt, daß es den Wandler 15 treibt. Die Sondensignale werden ausgesendet, um die Bereiche oder Ausdehnungen der Streufunktion zu schätzen. Für diesen Zweck geeignete, beispielhafte Sondensignale sind in dem Artikel "Some Techniques for the Instantaneous Real-Time Measurement of Multipath and Doppler Spread", von P.A. Bello, IEEE Transactions on Communications Technology, Band 13, Nr. 3, 1965, auf Seiten 285-292 beschrieben. Allgemein sind die Sondensignale in der Form eines breitbandigen Burstsignales oder -impulses, um die Mehrweg-Verbreiterungscharakteristiken des Kanales zu schätzen, und in Form eines schmalbandigen Signales, d. h. eines Tonsignales von langer Dauer, um die Dopplerverbreiterungscharakteristiken des Kanales zu schätzen.
• Das Echo von den Probensignalen wird an dem Wandler 15 in entsprechende elektrische Signale gewandelt, wobei die elektrischen Signale dem Empfänger 30 zugeführt werden. Der Schätzer 40 für die Kanalstreufunktion verwendet die geschätzten Charakteristiken von Mehrwegverbreiterung und Dopplerverbreiterung des Kanales, um die Kanalstreufunktion zu schätzen. Die sich ergebende Streufunktion wird dann verwendet, um den Algorithmus für die Wellenformauswahl zu treiben, der von dem Kontroller 35 durchgeführt wird, indem der Bereich bereitgestellt wird, über den die Mehrdeutigkeitsfunktion der die Frequenzsprungtechnik verwendenden Signalfrequenz des Senders minimal überlappen soll.
• Der Sonarkontroller 35 bestimmt die geeignete Sendesequenz mit Frequenzsprungtechnik in Abhängigkeit von der geschätzten Kanalstreufunktion auf eine von zwei gegenwärtig in Betracht gezogene Weisen. In einer ersten Technik werden eine Vielzahl von diskreten Sätzen von Sequenzen mit Frequenzsprungtechnik in einem Kontrollerspeicher gespeichert, wobei jeder Satz einer bestimmten Streufunktion entspricht. Auf diese Weise ist jeder gespeicherte Satz durch eine Mehrdeutigkeitsfunktion charakterisiert, die minimal mit einer vorbestimmten Kanalstreufunktion überlappt. Folglich werden eine Vielzahl von möglichen Kanalstreufunktionen in Betracht gezogen und eine Vielzahl von entsprechenden Sätzen von Sendesignalen werden so entworfen, daß die entsprechenden Mehrdeutigkeitsfunktionen minimal mit entsprechenden der Kanalstreufunktionen überlappen. Sobald die bestimmte Streufunktion des Kanales abgeschätzt ist, kann diese Funktion folglich verwendet werden, um unter den vorbestimmten Sätzen von Sendesequenzen auszuwählen und die gespeicherte Sendesequenz bereitzustellen, deren Mehrdeutigkeitsfunktion minimal mit der Streufunktion überlappt. Dies kann durch Vergleichen der den jeweils gespeicherten Sätzen von Sequenzen entsprechenden, besonderen gespeicherten Mehrdeutigkeitsfunktion mit der geschätzten Streufunktion erfolgen, um die spezielle Mehrdeutigkeitsfunktion zu bestimmen, die die geringste Überlappung mit der geschätzten Streufunktion aufweist. Die durch die bestimmte Mehrdeutigkeitsfunktion charakterisierte Wellenform ist die ausgewählte Wellenform.
• Die zweite Technik zum Auswählen einer geeigneten Sendewellenform besteht darin, die Wellenform zu gestalten, wenn die Kanalstreufunktion geschätzt ist. In jedem Falle wird die Wellenformgestaltung vorteilhafter Weise unter Verwendung einer Mustersuchtechnik ausgeführt. Bei der Mustersuchtechnik werden kleine Veränderungen in den Steuerparametern für die Wellenform (in diesem Falle die Orte der Frequenzsprünge in der Wellenform) vorgenommen und die Veränderungen in dem Maß für die Wirksamkeit (in diesem Falle die Überlappung zwischen der resultierenden Mehrdeutigkeitsfunktion und der geschätzten Kanalstreufunktion) werden berechnet. Die Änderungen führen zu einer Richtung, in der die Frequenz zu ändern ist, woraufhin dann größere Bewegungen oder Schritte in der Richtung solange vorgenommen werden, solange sie das Maß für die Wirksamkeit verbessern. Wenn die Schritte das Maß für die Wirksamkeit nicht länger verbessern, dann werden erneut kleine Untersuchungen um den letzten Punkt herum vorgenommen, an dem eine Verbesserung gefunden wurde. Es wurde gefunden, daß die Mustersuchtechnik für einen weiten Bereich von Problemen konvergiert, relativ unempfindlich gegenüber Rechenungenauigkeiten ist, bezogen auf die Wirksamkeitskriterien für die variierten Parameter sehr flexibel ist, und für effiziente Computerimplementationen in Arrayprozessoren gut geeignet ist. Die Mustersuchtechnik wird im Detail weiter unten beschrieben.
• In einer bevorzugten Implementierung des Systemes 10 werden die Funktionen der Generatoren 45 und 50 von einem programmierbaren Frequenzsynthesizer ausgeführt und die Funktionen des Empfängers 30, des Schätzers 40 und des Kontrollers 35 werden von einem digitalen Computer durchgeführt, der mit digitalisierten Echosignalen eine digitale Signalverarbeitung durchführt.
• Fig. 4 ist ein Verarbeitungsflußdiagramm, das die von dem Sonarsystem aus Fig. 3 in der Betriebsart mit Kanalmessung und in der üblichen, aktiven Betriebsart durchgeführten Schritte illustriert. Die Betriebsart mit Kanalmessung ist durch die Schritte 100, 105, 110 und 115 gezeigt. Bei Schritt 100 werden von dem Generator 50 Sondensignale erzeugt. Die Sondensignale werden bei Schritt 105 von dem Sender 25 ausgesendet. Die Sondensignale breiten sich durch den Kanal aus und die Echoantwort des Sondensignales wird bei Schritt 110 von dem Empfänger 30 empfangen. Die Signale der Echoantwort werden bei Schritt 115 von dem Schätzer 40 verwendet, um die Kanalstreufunktion zu schätzen. An diesem Punkt ist die Betriebsart mit Kanalmessung abgeschlossen.
• Die übliche, aktive Betriebsart des Sonarsystemes ist in Fig. 4 durch Schritte 120, 125 und 130 illustriert. Bei Schritt 120 wird in Abhängigkeit von der geschätzten Mehrdeutigkeitsfunktion entweder von einem gespeicherten Satz von Wellenformen oder durch Verwendung der oben beschriebenen Mustersuchtechnik im Wege einer an Ort und Stelle erfolgenden Gestaltung eine geeignete Wellenform ausgewählt. Die ausgewählte Wellenform wird dann bei Schritt 125 ausgesendet und die sich ergebende Antwort wird von dem Empfänger 30 bei Schritt 130 empfangen und verarbeitet.
• Was die durch den Schätzer 40 (Fig. 3) ausgeführte Funktion angeht, so ist es in vielen Anwendungen nicht nötig, die Kanalstreufunktion komplett zu spezifizieren; für die meisten Anwendungen ist es ausreichend, Schätzungen nur für die Ausdehnung der Frequenz- und Zeitverbreiterung zu liefern. Ein Schätzen der Ausdehnungen der Frequenz- und Zeitverbreiterung setzt die Dimensionen einer rechtwinkligen Approximation für die Streufunktion, wie es in Fig. 2 und in Fig. 5 gezeigt ist. Obwohl solch eine Streufunktion in der Realität niemals auftaucht, hat jede Wellenform, die eine geringe Überlappung mit diesem rechtwinkligen Bereich aufweist, ebenfalls eine geringe Überlappung (und gute Nachhallimmunität) mit jeder aktuellen Streufunktion. In der Tat könnte die Approximation sogar weiter zu der Annahme getragen werden, daß die Zeitausdehnung unendlich ist, so daß die Schätzung eindimensional wird, d. h. die Frequenzausdehnung geschätzt wird.
• Die Ausdehnung der Streufunktion kann direkt von den Ausgaben der angepaßten Filter berechnet werden, die üblicherweise in dem Empfänger des aktiven Sonars berechnet werden. In den meisten Sonaranwendungen sind die Entfernung und die Dopplerfrequenz des Zieles unbekannt. Angepaßte Filter werden dann zwischen der minimalen und der maximalen Entfernung sowie Dopplerfrequenz konstruiert, die für interessierende Ziele erwartet werden. Aus Überlegungen der Implementierung heraus werden die Ausgaben der angepaßten Filter nicht kontinuierlich für die Zeit (Entfernung) und Frequenz (Doppler), sondern zu bestimmten Zeitintervallen berechnet. Die diskreten Ausgaben der angepaßten Filter zu einer bestimmten Zeit werden Entfernungselemente genannt, während die bei einer bestimmten Frequenz Dopplerelemente genannt werden.
• Die Bestimmung der Zeitausdehnung der Streufunktion verwendet ein Sondensignal, dessen Dauer verglichen mit der Zeitausdehnung der gemessenen Streufunktion gering ist. Die Ausdehnung dieser Zeitfunktion ist das Ergebnis der Faltung des Nachhalls der Streufunktion mit der Mehrdeutigkeitsfunktion der Sondenwellenform. Dementsprechend ist die Ausdehnung des rekonstruierten Zeitprofiles nominell die Summe aus der Zeitausdehnung der Mehrdeutigkeitsfunktion der Wellenlänge und der Zeitausdehnung der Streufunktion. Die Zeitsequenz von Ausgaben angepaßter Filter (entspricht den diskreten Entfernungselementen) und dem Dopplernullelement (nachdem die Dopplerverschiebung der Sonar-Plattform entfernt wurde) wird verwendet, um ein kontinuierliches Zeitprofil der Ausgabe der angepaßten Filter zu rekonstruieren, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Die Ausdehnung des rekonstruierten Zeitprofiles wird, wie in Fig. 7 gezeigt, als das Zeitintervall gemessen, über dem das Profil oberhalb eines Schwellwertes bleibt, der X dB unterhalb des Maximalwertes des Profiles gesetzt ist. Weil das Sondensignal von relativ kurzer Dauer ist, bewirkt es eine minimale Störung der Nachhallstreufunktion in dem Ausgang des Empfängers mit angepaßten Filtern. Die Zeitausdehnung der Streufunktion wird folglich als die gemessene Ausdehnung des Profiles abzüglich der Zeitausdehnung der Mehrdeutigkeitsfunktion des Sondensignales (im voraus bekannt) geschätzt.
• Für die Zwecke der Bestimmung der Ausdehnung der Dopplerfrequenz der Nachhallstreufunktion wird ein sehr langes Dauerstrich (CW)-Sondensignal verwendet. Die Länge T des Impulses wird so ausgewählt, daß es hinreichend lang ist, so daß 1/T verglichen mit der Frequenzausdehnung der Streufunktion klein ist. Dies stellt sicher, daß die Streufunktion in den Ausgaben der angepaßten Filter nicht merklich gestört ist. Um die Frequenzausdehnung der Streufunktion zu schätzen, wird ein kontinuierliches Frequenzprofil aus der Sequenz von Dopplerelementen bei der Zeit (Entfernung) rekonstruiert, die der größten Nachhallausgabe entspricht, wie es in Fig. 8 gezeigt ist. Der gemessene Wert der Frequenzausdehnung wird unter Verwendung der selben Schwellwerttechnik extrahiert, die auf die Bestimmung der Zeitausdehnung angewendet wurde. Die zur Verwendung der Frequenzausdehnung des Rechteckes aus Fig. 5 verwendete Frequenzausdehnung ist gerade die Frequenzausdehnung des Profiles abzüglich der Frequenzausdehnung der Mehrdeutigkeitsfunktion des Sondensignales.
• Direkte Suchtechniken sind beschrieben in "Direct Search Solution of Numerical and Statistical Problems", Hooke, R. und Jeeves, T.A., Journal of ACM, Band 8, Nr. 2, 1961, Seiten 212-229. Diese Referenz liefert eine mathematische Technik (direkte Suche) zum Suchen beliebiger berechenbarer Maße für die Wirksamkeit gegenüber deren funktionellen Schlüsselparametern, um eine optimale Lösung zu liefern. Die direkte Suchtechnik wurde modifiziert und für die Anwendung auf aktives Sonar angepaßt, um Sonarwellenformen mit minimaler Antwort auf den Nachhall auszuwählen, während die Antwort auf Echos kleiner Dopplersignale noch erhalten bleibt. Die Auswahltechnik der Sonarwellenform wird hier als Mustersuchtechnik bezeichnet.
• In der Mustersuchtechnik, die im Zusammenhang mit der Wellenformauswahl verwendet wird, die von dem Kontroller 35 (Fig. 3) durchgeführt wird, besteht der erste Schritt darin, eine geeignete Norm oder ein geeignetes Kriterium auszuwählen, das zu optimieren ist. Hier wird angenommen, daß die Wellenform eine Wellenform mit Frequenzsprungtechnik ist, die aus einer aneinanderhängenden Serie von sagen wir M aneinanderhängenden Dauerstrich (CW)-Wellenimpulsen besteht, von denen jeder eine Frequenz fm(m=1,2, . . . .,M) aufweist. Das Ziel des Optimierungsverfahrens ist es, die Frequenzsprünge auszuwählen, die den Detektionsindex (Gleichung (1)) maximieren, indem die Überlappung zwischen der Mehrdeutigkeitsfunktion der Wellenform und der Nachhallstreufunktion minimiert wird, wie es oben diskutiert wurde. Der offensichtliche Weg, die Frequenzsprünge zu bestimmen, besteht vielleicht darin, diese Überlappung für alle Frequenzkombinationen ausführlich zu berechnen und dann die beste Wellenform auszuwählen. Dies ist wegen der großen Anzahl von Kombinationen selbst für Wellenformen mit einer moderaten Anzahl von Schnipseln unpraktisch, falls die Quantisierung von Frequenzen relativ fein ist. Die Mustersuchtechnik liefert einen systematischen Weg zum Variieren der Frequenzen, um die zu finden, die die Überlappung minimieren, ohne daß die Überlappung für alle Gewichtskombinationen berechnet wird. Die Technik nimmt kleine Änderungen in den Frequenzen vor, berechnet die sich daraus ergebende Mehrdeutigkeitsfunktion, bestimmt dann die sich ergebende Änderung in der Überlappung zwischen der Mehrdeutigkeitsfunktion und der angenommenen Streufunktion. Dieses Ergebnis wird verwendet, um eine Richtung zu bestimmen, in der die Frequenzen um einen größeren Betrag zu verändern sind. Wenn die Überlappung abnimmt, werden weitere Schritte in der Richtung durchgeführt, solange wie die Reduzierung andauert. Eine Beschleunigung ist in den Algorithmus eingebaut, indem die Schrittgröße erhöht wird, solange wie sich die Situation verbessert.
• Fig. 9 zeigt eine detailliertere Illustration dieser Mustersuchtechnik auf einer hypothetischen Oberfläche für eine einfache Wellenform mit nur zwei Schnipseln. Die Figur gibt Konturen der Überlappung zwischen der Streufunktion und der Mehrdeutigkeitsfunktion wieder, die sich für die Werte der Frequenzsprünge ergibt, bei der der Punkt aufgetragen ist. Der Startpunkt (als Basispunkt "B1" gezeigt) ist bei der Kontur der Höhe -5 dB. An dem Punkt werden kleine inkrementale Veränderungen durchgeführt, indem jede Schnipselfrequenz unabhängig um plus und dann um minus eine vorausgewählte Konstante verändert werden. Sobald eines dieser Inkremente die Norm (in diesem Beispiel die Überlappung) reduziert, wird diese Richtung festgehalten und die nächste Frequenz wird inkremental verändert. Sobald alle Frequenzen so verändert wurden, wird eine "Suchbewegung" in die Richtung vorgenommen, die durch die gesicherten Richtungen von allen inkrementalen Bewegungen angezeigt wird, und um ein solches Maß, wie es sich aus der inkrementierten Veränderung in der Schnipselfrequenz ergibt. Ein neuer Basispunkt B2 wird an dem Ende einer jeden Suchbewegung etabliert. Die Suchbewegung von dem Basispunkt B1 zum neuen Basispunkt B1 ist zum Beispiel der resultierende Vektor aus Zunahmen in den Frequenzen von Schnipsel 1 und Schnipsel 2 um die vorausgewählte Konstante, um die die inkrementalen Veränderungen um den Punkt B1 gemacht wurden. Der resultierende Vektor befindet sich folglich unter einem Winkel von 45º zu der Achse und Punkt B1 auf der durch Fig. 9 repräsentierten Oberfläche. Von dem neuen Basispunkt, beispielsweise Punkt B2, wird eine "Musterbewegung" durchgeführt. Die Musterbewegung erfolgt längs der Richtung der Linie, die die vorherigen beiden Basispunkte miteinander verbindet; die Musterbewegung P1 erfolgt zum Beispiel längs der Richtung der die Basispunkte B1 und B2 verbindenden Linie. Das Ende einer jeden Musterbewegung, wie zum Beispiel der Bewegung P1, etabliert einen "Versuchsbasispunkt", von dem aus wiederum inkrementale Veränderungen vorgenommen werden. Falls dies eine weitere Verbesserung hervorbringt, wird eine Suchbewegung in die Richtung vorgenommen, die durch die inkrementalen Veränderungen angedeutet ist, und ein neuer Basispunkt B3 wird etabliert.
• Jedesmal, wenn eine Musterbewegung erfolgreich ist (d. h. die aufeinanderfolgenden inkrementalen Bewegungen erzeugen eine Reduzierung in der Überlappung), wird die Schrittgröße für die nächste Musterbewegung erhöht, was es bewirkt, daß die Konvergenz solange beschleunigt wird, wie die Richtung der Bewegung erfolgreich ist. Dies erzeugt den neuen Versuchspunkt T3 und seinen erfolgreichen Basispunkt B4. Wenn die inkrementale Suche an dem der Musterbewegung folgenden Versuchsbasispunkt nicht erfolgreich ist (d. h. keine Reduzierung in der Überlappung zwischen der Mehrdeutigkeitsfunktion und der Streufunktion erzeugt), dann bleibt die Schrittgröße der Musterbewegung bei ihrem anfänglichen Wert und der Algorithmus kehrt zu dem letzten Basispunkt zurück und beginnt wieder mit inkrementalen Veränderungen. Dies ist der Fall an dem Versuchsbasispunkt T4 nach der Musterbewegung P3 in der die Basispunkte B3 und B4 verbindenden Richtung. Nach der nicht erfolgreichen Musterbewegung kehrt die Suche dann zu dem Basispunkt B4 zurück und führt dort inkrementale Veränderungen durch, um einen Basispunkt B5 zu etablieren. Die Musterbewegung am Basispunkt B5 erfolgt dann in Richtung der die Basispunkte B4 und B5 verbindenden Linie. Der Versuchspunkt T5 ist erfolgreich bei der Etablierung eines Basispunktes B6, woraufhin die Suche weitergeht.
• Der Suchprozeß wird schließlich zu einem Punkt führen, wo die inkrementalen Veränderungen jeweils die Überlappung erhöhen. Die Schrittgröße wird dann um einen Faktor reduziert und die Suche wird fortgesetzt, bis die Schrittgröße unter eine Schwellwertgröße fällt. An diesem Punkt ist eine minimale Lösung gefunden worden.
• Jeder Satz von Schnipselfrequenzen kann als Wellenformvektor angesehen werden, wobei die verschiedenen Schnipselfrequenzen Komponenten des Wellenformvektors bilden. Aus Gründen der Klarheit, Fig. 9 illustriert eine einfache Wellenform mit nur zwei Schnipseln. Es ist zu verstehen, daß die Anzahl von Schnipseln, sagen wir M Schnipseln, die die Wellenform umfassen, eine Entwurfsvariable ist, so daß der Wellenformvektor allgemein ein Vektor in einem M-dimensionalen Raum ist.
• Die Lösung kann nur ein lokales und nicht ein globales Minimum sein. Um dies zu testen, können die Frequenzen gegenüber dem Endwert gestört werden, um zu sehen, ob sie zu den selben Werten zurückkehren, oder der Algorithmus kann erneut mit unterschiedlichen Startbedingungen durchlaufen werden. Es sollte bemerkt werden, daß die Möglichkeit des Algorithmus, mehrere lokale Minima in der Überlappung zu finden, nützlich sein kann, falls eine Anzahl der Minima zu einer zufriedenstellenden Reduzierung im Nachhall führt. Heutige Arbeit mit dieser Technik zeigt an, daß allgemein mehrere Minima mit guter Nachhallunterdrückung existieren. Der diesen Minima entsprechende Satz von Frequenzsprüngen schafft eine Klasse von Wellenformen mit ähnlichen Nachhallunterdrückungsmöglichkeiten aber verschiedenen Frequenz- Zeit-Mustern. Dies kann den Betrieb in einer gegebenen Umgebung mit mehreren verschiedenen Wellenformen erlauben, die gleichzeitig an den Nachhall gut angepaßt sind.
• Die Berechnungszeit für die Bestimmung der Überlappung wird stark reduziert, wenn das einfache rechtwinklige Modell für die Streufunktion angenommen wird, das in Fig. 5 gezeigt ist. Eine Reduzierung der Überlappung zwischen der Mehrdeutigkeitsfunktion und dieser einfachen Streufunktion reduziert die Überlappung mit einer beliebigen aktuellen Streufunktion deutlich, für die ihre meiste Masse innerhalb des rechtwinkligen Bereiches liegt. Bei dieser Vereinfachung berechnet der Algorithmus die Mehrdeutigkeitsfunktion der Wellenform für jede Frequenzänderung an den Gitterpunkten in der Entfernungs-Dopplerebene innerhalb der angenommenen rechtwinkligen Region. Die Überlappung ist gerade das Integral der Mehrdeutigkeitsfunktion in dem rechtwinkligen Gebiet, so daß die Summe der Abtastpunkte der Mehrdeutigkeitsfunktion an den Gitterpunkten eine gute Annäherung für die Überlappung ist, wenn das Gitter dicht genug angeordnet wird.
• Die Fig. 10A-10B und die Fig. 11A-11B illustrieren die Effektivität dieses Entwurfsverfahrens unter Verwendung der rechtwinkligen Approximation der Streufunktion. Es wird angenommen, daß die Streufunktion ein schmaler Streifen von ± 2 Hz Breite mit einer unendlichen Ausdehnung längs der Zeitachse ist. Dieses Modell trifft immer dann zu, wenn die Entfernungsverbreiterung des Nachhalles mehr als 2 mal länger ist als die Dauer der Wellenform. Die Wellenform vor der Optimierung ist das acht Schnipsel umfassende FM-Signal mit linearer Schrittweite, das in Fig. 10B gezeigt ist und die in Fig. 10A gezeigte Mehrdeutigkeitsfunktion aufweist. Fig. 10A zeigt die Mehrdeutigkeitsfunktion von einer Hälfte der Entfernungs-Dopplerebene (die Mehrdeutigkeitsfunktion weist eine Rotationssymmetrie um den Ursprung auf). Fig. 11B zeigt die selbe Auftragung für die acht Schnipsel umfassende Wellenform mit Frequenzsprungtechnik, die sich aus der Optimierung ergibt, wie es in Fig. 11B gezeigt ist. Das Volumen der Mehrdeutigkeitsfunktion in dem Streifen wurde reduziert, wobei der Detektionsindex erhöht wurde. Die Volumenreduzierung in dem Streifen, wobei die Hauptkeule (die nicht reduziert werden kann) der Mehrdeutigkeitsfunktion ausgeschlossen wurde, beträgt ungefähr 8 dB.
• Ein vereinfachtes Flußdiagramm des Mustersuchalgorithmus ist in Fig. 12 gezeigt. Die gegenwärtig beste Schätzung der Lösung beruht auf einem Basispunkt oder Vektor, der die Frequenzen der Wellenformschnipsel beschreibt, die anfänglich bei Schritt 205 auf eine gewisse Schätzung gesetzt werden. Der Algorithmus erlaubt zwei Arten von "Bewegungen" oder Verschiebungen in den Schnipselfrequenzen. In einer Bewegung, der suchenden Bewegung (Schritt 210), werden die Komponenten des Basispunktes oder Basisvektors, d. h. jede Chipfrequenz, jeweils um einen festen Schritt gestört bzw. verändert und die sich daraus ergebende Wirksamkeit wird bewertet, hier also die Überlappung zwischen der berechneten Mehrdeutigkeitsfunktion der resultierenden Wellenform und der geschätzten Kanalstreufunktion. Nachdem alle Dimensionen untersucht wurden, wird die suchende Bewegung (Schritt 210) als Erfolg gewertet, wenn es eine Verbesserung in der Schätzung gibt, und als Fehlschlag, wenn es keine Verbesserung gibt (Schritt 210).
• Die zweite Art von Bewegung ist die Musterbewegung (Schritt 225), die dort stattfindet, wo die meisten der Gewinne in der Schätzung gemacht wurden. Eine Musterbewegung erzeugt einen neuen Basispunkt oder -vektor:
• Wneu = Walt + ρ (Waktuell - Walt),
• wobei ρ ein Konvergenzbeschleunigungsfaktor und die W die Basisvektoren sind.
• Jeder Musterbewegung (Schritt 225) folgt eine suchende Bewegung und eine Bewertung (Schritt 230). Die meiste Berechnung wird bei der Bewertung und Untersuchung der Wirksamkeit verbraucht. Das Fehlschlagen einer Musterbewegung führt zu einer Rückkehr zu der Untersuchung erster Ebene (Schritt 210), wobei der teleskopierende Effekt zurückgesetzt wird, der in der Schleife der Musterbewegungen (Schritte 220, 225 und 230) erfolgt. Ein Fehlschlagen bei der Untersuchung in der ersten Ebene führt zu einer reduzierten Schrittgröße bei der suchenden Bewegung (Schritt 215). Konvergenz (Schritt 235) wird durch die Schrittgröße bestimmt, d. h. wenn sie unter einen merklichen Pegel ε reduziert wurde.
• Während die Erfindung im Zusammenhang mit Sonarsystemen beschrieben wurde, können die Prinzipien der Erfindung auf andere Anwendungen angewendet werden. Eine solche Anwendung sind Radarsysteme, wo die Erfindung verwendet wird, um die Radarsystemantwort auf Störstellenrauschen zu reduzieren.
• Es ist zu verstehen, daß die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich illustrativ für mögliche spezifische Ausführungsbeispiele sind, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung repräsentieren können.

Claims (7)

1. Aktives Sonarsystem (10) mit Kanalanpassung, das die Echosignale von ausgesendeten Signalen verwendet, um Ziele zu detektieren, gekennzeichnet durch

(1.1) während einer Betriebsart des Systems mit Kanalmessung aktivierte Mittel (15, 20, 25, 30, 35, 40, 50), um aktiv die Streufunktion des speziellen Kanales zu messen, über den das aktive Sonarsystem (10) mit Kanalanpassung zur Zeit arbeitet, und

(1.2) Mittel (35, 45), die während eines üblichen, aktiven Systembetriebes aktiviert sind und die auf die während des Betriebes mit Kanalmessung gemessene Streufunktion ansprechen, um eine spezielle Wellenform für das Übertragungssignal auszuwählen, dessen Mehrdeutigkeitsfunktion sich minimal mit der gemessenen Streufunktion des Kanales überlappt, um die Systemantwort auf Rauschen zu reduzieren.

2. aktives Sonarsystem (10) mit Kanalanpassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (15, 20, 25, 30, 35, 40, 50) zum aktiven Messen der Streufunktion eines Kanales

(2.1) Mittel (15, 20, 25, 30, 50) zum Übertragen von Sondensignalen für einen Kanal sowie

(2.2) Mittel (40) umfassen, die auf die Echosignale von den Sondensignalen ansprechen, um die Zeitund/oder Frequenzausdehnung der Streufunktion zu schätzen.

3. Aktives Sonarsystem (10) mit Kanalanpassung nach Anspruch 2, wobei die auf die Echosignale ansprechenden Mittel (40) wenigstens die Zeitausdehnung der Streufunktion schätzen, dadurch gekennzeichnet, daß

(3.1) das Sondensignal für einen Kanal eine Wellenform umfaßt, dessen Dauer verglichen mit der Zeitausdehnung der Streufunktion des Kanales, die geschätzt wird, kurz ist, und

(3.2) die auf die Echosignale ansprechenden Mittel (40) Mittel umfassen, die auf das Sonarechosignal des Sondensignales kurzer Dauer ansprechen, um die Zeitausdehnung der Streufunktion zu schätzen.

4. Aktives Sonarsystem (10) mit Kanalanpassung nach Anspruch 2, wobei die auf die Echosignale ansprechenden Mittel (40) wenigstens die Frequenzausdehnung der Streufunktion schätzen, dadurch gekennzeichnet, daß

(4.1) das Sondensignal für einen Kanal ein Dauerstrich (CW)-Sondensignal von einer Dauer T umfaßt, die hinreichend lang ist, so daß 1/T verglichen mit der Frequenzausdehnung der Streufunktion, die gemessen wird, klein ist, und wobei

(4.2) die auf die Echosignale ansprechenden Mittel (40) Mittel umfassen, die auf das Echo von dem Dauerstrich-Sondensignal ansprechen, um die Frequenzausdehnung der Streufunktion eines Kanales zu schätzen.

5. Aktives Sonarsystem (10) mit Kanalanpassung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

(5.1) die Mittel (35, 45) zum Auswählen der Wellenform des Übertragungssignals Speichermittel zum Speichern von Daten umfassen, die eine Vielzahl von Wellenformen repräsentieren, die jeweils im voraus entworfen wurden, so daß ihre entsprechende Mehrdeutigkeitsfunktion eine minimale Überlappung mit einigen speziellen Streufunktionen aufweist, und

(5.2) Mittel (35) zum Vergleichen der gemessenen Streufunktion mit der entsprechenden Mehrdeutigkeitsfunktion einer jeden gespeicherten Wellenform aufweisen, um die Wellenform auszuwählen, deren Mehrdeutigkeitsfunktion sich minimal mit der gemessenen Streufunktion des Kanales überlappt.

6. Aktives Sonarsystem (10) mit Kanalanpassung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenform des Übertragungssignals von einem Typ mit Frequenzsprungtechnik ist und eine Sequenz von aneinanderhängenden einzelnen Frequenzschnipseln umfaßt, wobei die Schnipselfrequenz von Schnipsel zu Schnipsel variiert.

7. Aktives Sonarsystem (10) mit Kanalanpassung nach Anspruch 2 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (35) zum Auswählen der Wellenformen des Übertragungssignales in Abhängigkeit von der geschätzten Streufunktion Mittel zum Entwerfen einer Wellenform mit Frequenzsprungtechnik umfassen, die eine Vielzahl von aneinanderhängenden einzelnen Frequenzschnipseln umfaßt und durch eine Mehrdeutigkeitsfunktion mit minimaler Überlappung mit der geschätzten Streufunktion des Kanals gekennzeichnet ist.