NL8200728A - Stoorsignaalonderdrukkingseenheid voor een sonarapparaat. - Google Patents

Description

' > A - i t~ Γβ. v. 1 :.

MWMK-v.*? v 24FEB1982 j

Stoorsignaalonderdrukkingseenheid voor een sonarapparaat V -

De uitvinding heeft betrekking op een sonarapparaat voorzien van een bundelvormend netwerk en een signaalanalyseschakeling, waarbij het bundelvormend netwerk meerdere ontvangstkanalen met 5 synchroon werkzame geluidsdetectieelementen en bandfiltermiddelen omvat voor het per bundelinvalsrichting verstrekken van door superpositie van de uitgangssignalen der ontvangstkanalen verkregen digitale mengproductwaarden met betrekking tot de in genoemde elementen verkregen geluidsenergie, en waarbij het netwerk voorts 10 frequentietransformatiemiddelen omvat voor het naar een lage frequentieband transformeren van genoemde mengproductwaarden.

Een dergelijk sonarapparaat is bekend uit de artikelen van R.G. Pridham en R.A. Mucci: "Digital Interpolation Beamforming for Low-Pass and Bandpass Signals"; Proc. of the IEEE, vol. 67, 15 No. 6, June 1979, pp. 904-919 en "A Novel Approach of Digital Beamforming"; Journal of Acoustical Society of America, 63(2),

February 1978, pp. 425-4-34.

Het uit deze artikelen bekend zijnde sonarapparaat bezit echter het nadeel, dat genoemde mengproductwaarden behalve 20 signaalcomponenten van ware echosignalen ook die van impulsvormige stoorslgnalen bevatten, zodat verwerking van genoemde mengproductwaarden foutieve resultaten in de te berekenen frequentie, richting, afstand en amplitude met betrekking tot het gedetecteerde doel oplevert, en derhalve tot een onjuiste plaatsbepaling van het 25 gedetecteerde doel leidt.

De uitvinding beoogt voor dit nadeel een oplossing te verschaffen.

De uitvinding berust op het feit, dat impulsvormige stoorsignalen zich over de gehele frequentieband manifesteren, 30 zodat informatie alleen over deze signalen juist uit dat gedeelte van de, het sonarapparaat toe te kennen frequentieband kan worden verkregen, waarin op dat ogenblik geen waar echosignaal is te verwachten, en dat dus niet is gebruikt voor de generatie van de laatste zendimpulsen.

8200728 % - 2 -

Dienovereenkomstig is het sonarapparaat voorzien van een op de signaalanalyseschakeling werkzame blokkeerschakeling en een met genoemde mengproductwaarden te voeden stoorsignaal-detector.voor het per bundelinvalsrichting afleiden van een stuur-5 spanning voor de blokkeerschakeling aan de hand van de in genoemde mengproductwaarden aanwezige informatie omtrent stoorsignalen, waartoe genoemde detector voorts is voorzien van een aaneengeschakelde keten van een digitaal bandfilter voor het selecteren van signalen van buiten het, de zend/ontvangband representerende 10 gedeelte van genoemde lage frequentieband, een rekeneenheid voor het vaststellen van de modulus van de gefilterde signalen, een afvlakfilter voor het vaststellen van de trendwaarde van de over een zeker tijdsinterval toegevoerde amplitudemeetwaarden, een met de trendwaarde van het afvlakfilter te voeden drempelwaarde-15 schakeling, en een op de drempelwaardeschakeling en de rekeneenheid aangesloten vergelijkschakeling voor het genereren van genoemde stuurspanning.

De uitvinding zal nu nader aan de hand van de bijgaande figuren worden toegelicht, waarvan 20 Fig. 1 een blokschema toont van een mogelijke uitvoerings vorm van een sonarapparaat, voorzien van een stoorsignaaldetector met blokkeerschakelingen overeenkomstig de uitvinding;

Fig. 2 een blokschema toont van een mogelijke uitvoeringsvorm van een digitaal bundelvormend netwerk ten behoeve 25 van het sonarapparaat van Fig, 1; en

Fig, 3A-F een aantal karakteristieken weergeeft met betrekking tot de in het sonarapparaat van Fig. 1 en 2 optredende signaaltransmissie.

Het in Fig. 1 weergegeven blokschema van een sonar-30 apparaat omvat een bundelvormend netwerk 1 met een aantal (M) geluidsdetectieelementen 2A-M, alsmede een hierop aangesloten signaalanalyseeenheid 3. Hoewel meerdere uitvoeringsvormen van een dergelijk digitaal bundelvormend netwerk 1 uit de geciteerde artikelen bekend en toepasbaar zijn, blijft de hiernavolgende 35 uiteenzetting over bundelvormende netwerken beperkt tot het in Fig. 2 weergegeven netwerk. Het bundelvormend netwerk 1 van Fig. 2 8200728 # i - 3 - is voorzien van eén aantal ontvangstkanalen A-A-M, welke separaat op de detectieelementen 2A-M zijn aangesloten. De ontvangstkanalen A-A-M zijn identiek van opbouw, zodat de beschrijving van de werking en opbouw van deze kanalen A-A-M in hoofdzaak beperkt zal blijven 5 tot het ontvangstkanaal A-A.

Het detectieelement 2A stelt in deze uitvoeringsvorm een rij verticaal geplaatste, gelijkgerichte hydrophones voor, via welke de zendenergie aan het water wordt overgedragen en via welke de gedetecteerde signalen na combinatie ervan, aan het bijbehorende 10 ontvangstkanaal A-A worden af gegeven. Voorts wordt in deze uitvoeringsvorm aangenomen, dat de detectieelementen 2A-M cylinder-vormig staan opgesteld. Opgemerkt zij, dat andere uitvoeringsvormen en opstellingsvormen voor de detectieelementen eveneens toepasbaar zijn.

15 Het met het detectieelement 2A verkregen signaal wordt via een voorversterker 5 een analoog bandfilter 6 toegevoerd, waar- . van de doorlaatbandbreedte 7 (zie Fig. 3A) enigszins groter dan het met verwijzingscijfer 8 aangeduide zendfrequentiegebied Af van het sonarapparaat is. Het zendfrequentiegebied 8 kan in zijn geheel 20 de band van de te genereren C.W.- of F.M.-pulsvormige signalen representeren, het kan ook één set van twee separate frequentie-banden voor beide types pulsvormige signalen omvatten. Voorts is het mogelijk om het zendfrequentiegebied 8 twéé sets van dergelijke frequentiebanden te laten omvatten, hetgeen in deze uitvoerings-25 vorm zijn toepassing vindt. Een dergelijk, met frequenties f^ en fg begrensd zendfrequentiegebied 8 (zie Fig. 3A) kan bijvoorbeeld worden verdeeld in het volgende viertal separate frequentiegebieden: een C.W.-band 9 met grensfrequenties f^ en feen F.M.-band 10 met de grensfrequenties f^ en f^, een F.M.-band 11 met de grens-30 frequenties f^ en f^ en een C.W.-band 12 met de grensfrequenties fj en fgj de C.W.-band 9 en de F.M.-band 11 vormen dan één set frequentiebanden, terwijl de F.M.-band 10 en de C.W.-band 12 dan tot de tweede set frequentiebanden behoren. Aldus kunnen twee, in de nabijheid van elkaar verkerende schepen met sonarapparatuur met 35 twee sets frequentiebanden ieder op een eigen set F.M.- en C.W.-banden werkzaam zijn zonder de ander te storen. Het bandfilter 6 8200728 ♦ i — ή· — is vooral van belang om de passage van signalen in dat spectrum-gedeelte tegen te gaan, waarin als gevolg van een nog nader uit te voeren bemonsteringsproces van de gedetecteerde signalen ook nog frequentiecomponenten van deze signalen zullen komen te liggen.

5 Vanwege deze functie wordt het filter 6 dikwijls met de engelse benaming "anti-aliasfilter" aangeduid. Bovendien wordt met het filter 6 als gevolg van de bandbreedtereductie in het ontvangst-kanaal een verbetering van de signaal-ruisverhouding van het systeem bereikt.

10 De door het bandfilter 6 doorgelaten signalen worden in schakeling 13 bemonsterd, waarna de bemonsterde signaalwaarden in een analoog-digitaalomzetter of A/D-omzetter 14 in digitaalvorm worden gebracht. Schakeling 13 en A/D-omzetter 14 staan beide onder besturing van een (niet weergegeven) tijdstuurschakeling, welke 15 daartoe schakelsignalen aflevert met een frequentie f . Deze frequentie f is in deze uitvoeringsvorm enige keren groter dan de te handteren zendfrequenties, zodat bij het signaalverwerkingsproces ruimschoots voldaan wordt aan het gestelde in het theorema van Nyquist. Als gevolg van het bemonsteren en het in digitale 20 vorm omzetten van de signalen met een frequentie f zal de in band (f^,fg) aanwezige informatie ook volledig terug te vinden zijn in elk van de frequentiebanden (kf -fa, kf -f,) en kf +f.|, kfs + fQ) met k als geheel getal. Fig. 3B laat behalve de originele band 8 ook de voor k=1 te verkrijgen nieuwe frequentie-25 banden 15 resp. Ié zien.

Vervolgens worden de met A/D-omzetter 14 verkregen signaalwaarden in een met frequentie f overeenkomend tempo een geheugenschakeling 17 toegevoerd en daarin gedurende een aantal bemonsteringsperioden opgeslagen.

30 Uit de van de ontvangstkanalen 4A-M gelijktijdig te verkrijgen signaalwaarden dient onder meer richtingsinformatie van het gedetecteerde doel te worden afgeleid, ofschoon daarover nog geen enkele indicatie aanwezig is. De oplossing van dit probleem gaat daarom uit van de aanname van een aantal invalsrichtingen 35 voor de vlakke golfbeweging, de zogenaamde bundelinvalsrichtingen, waarna door superponeren van de ter beschikking staande signaalwaarden, 8200728 - 5 - * * rekening houdend met de nodige fasecorrecties voor elk van deze richtingen een mengproductwaarde wordt gecreëerd. Hieruit wordt in een later stadium met behulp van een signaalverwerkingsproces onder andere de meest waarschijnlijke waarde voor de richting van 5 het doel bepaald. Hierbij zij opgemerkt, dat de aanduiding mengproductwaarde wel betrekking heeft op het uit te voeren optelproces, maar niet op een vermenigvuldigingsproces. Wat betreft het aantal aan te nemen bundelinvalsrichtingen en derhalve het aantal te verkrijgen mengproducten is in deze uitvoeringsvorm gekozen voor 10 een aantal, dat overeenkomt met het aantal toegepaste dètectie-elementen 2A-M.

Daar de diameter van de cylindervormige opstellingsruimte van de elementen 2A-M enige malen groter is dan de loopafstand van de geluidsgolf in het water tussen twee opeenvolgende bemon-15 steringstijdstippen, kan voor de vorming van, op eenzelfde faselijn betrekking hebbende mengproductwaarde geen gebruik worden gemaakt van gelijktijdig bemonsterde signaalwaarden, ook al zouden hierop nog fasecorrecties plaats vinden. Men dient daarentegen signaalwaarden te gebruiken, welke op verschillende tijdstippen zijn 20 bemonsterd, en welke pas na uitvoering van een fasecorrectie kunnen worden gebruikt voor het samenstellen ervan tot een mengproductwaarde. Voor een andere bundelinvalsrichting past weer een ander faseverband tussen de samen te stellen signaalwaarden, zodat bij het selecteren van signaalwaarden rekening dient te worden gehouden 25 met het juiste bemonsteringstijdstip en de juiste fasecorrectie.

Deze fasecorrectie wordt verkregen door het vermenigvuldigen van de geselecteerde signaalwaarde met een fasecorrectiefactor, welke voor iedere bundelinvalsrichting in een geheugen is opgeslagen.

Aldus is het nu mogelijk om met behulp van de met de desbetreffende 30 correctiefactoren in fase gemodificeerde signaalwaarden van de ontvangstkanalen 4A-M een mengproductwaarde voor ieder willekeurige bundelinvalsrichting te creëren.

Bij de vorming van mengproductwaarden is het toegestaan telkenmale, dat wil zeggen, voor iedere mengproductwaarde, signaal-35 waarden van een gereduceerd aantal ontvangstkanalen te gebruiken.

Het aantal te selecteren ontvangstkanalen, dat de signaalwaarden 8200728

0 V

- 6 - levert voor de vorming van een mengproductwaarde voor één bepaalde invalsrichting ligt tussen éénderde en de helft van het totale aantal ontvangstkanalen. Het gebruik van de signaalwaarden van een geselecteerd aantal ontvangstkanalen is toegestaan, daar dit 5 enerzijds een forse besparing van het rekenwerk alsmede een beperking van de capaciteit van het.geheugen met betrekking tot de fasecorrectiefactoren inhoudt, en anderzijds geen noemenswaardige verandering van de mengproductwaarde inhoudt. De bij de vorming van het mengproductsignaal te betrekken ontvangstkanalen worden 10 geselecteerd op plaatsing.van het bijbehorende detectieelement, welke zo dicht mogelijk bij het invalspunt van de geluidsgolf voor de groep detectieelementen 2A-M moet zijn gelegen. Voor ieder andere bundelinvalsrichting worden zodoende weer andere ontvangstkanalen geselecteerd.

15 In plaats van de gemodificeerde signaalwaarden reeds in dit stadium van de signaalverwerking tot een mengproductwaarde te combineren, kan met voorkeur nog een tweede correctie op de signaalwaarden worden aangebracht, welke correctie van een zodanige aard is, dat het alsdan te verkrijgen mengproductwaarde een 20 "gewogen" signaalbundel representeert. Deze correctie wordt uitgevoerd door vermenigvuldiging van de, reeds op fase gecorrigeerde signaalwaarden met zgn. "weegfactoren". Het ligt voor de hand deze twee vermenigvuldigingsprocessen (met betrekking tot de fasecorrectief actoren en de weegfactoren) te combineren, zodat per 25 bundelinvalsrichting elk der signaalwaarden slechts eenmaal met een gecombineerde correctiefactor wordt gemodificeerd. De digitaal uit te voeren correctie op de signaalwaarden biedt het voordeel dat bij verandering van de voortplantingssnelheid van het geluid in het zeewater een aanpassing van de correctiefactoren gemakkelijk 30 te realiseren is. Een afzonderlijk geheugendeel kan bijvoorbeeld temperatuursafhankelijke correctiefactoren omvatten, welke na een geluidsnelheidsmeting kunnen worden aangewezen. De op de. signaalwaarden van een geselecteerd aantal ontvangerkanalen uit te voeren correctiemaatregelen kunnen worden opgevat als een digitaal filter-35 proces, waarvan de filterkarakteristiek met aanduiding 18 in Fig. 3C is weergegeven.

8200728 4- % - 7 -

Daar doorgaans de bemonsteringsfrequentie f en de

•S

zendfrequenties zeer ver uit elkaar ligeen, is decimatie van de uitgangsbemonsteringsfrequentie geoorloofd. Dit resulteert dan tevens in het terugvouwen van de frequentieband 8 naar 5 lagere frequentiewaarden; in het geval de decimatie een factor vier bedraagt, worden voor band 8 nieuwe frequentiebanden (rkf -ffl, 1 11 s o 2jkfs-f^) en (^lfs + f^, 2jkfs + fg) niet k als geheel getal verkregen. Elk van deze banden bevat weer de volledige signaal-informatie van de originele band 8. Fig. 3C laat behalve band 8 ook 10 de banden 19 en 20 zien, welke bij de waarden k=l en k=2 tot de eerste set frequentiebanden behoren, alsmede de banden 21 en 22, welke bij de waarden kal en k=2 tot de tweede set frequentiebanden behoren. De voorgestelde decimatie van de uitgangsbemonsterings-frequentie met een factor vier wordt bereikt door per invals-15 richting de mengproductwaarden per viertal samen te stellen en het aldus verkregen resultaat één keer per vier bemonsterings-perioden op te vragen.

In plaats van een viertal opeenvolgend verkregen mengproductwaarden te superponeren of samen te stellen, is het ook 20 mogelijk de signaalwaarden, die voor de vorming van dit viertal mengproductwaarden bij éénzelfde bundelinvalsrichting benodigd zijn, eerst per ontvangstkanaal met gecombineerde correctie-factoren te modificeren en ze vervolgens te superponeren ter verkrijging van somwaarden. Daarna vindt nogmaals superpositie 25 plaats, maar nu van de zojuist verkregen somwaarden. Uitvoering van deze bewerkingsfase wordt bereikt door in het geheugen 17 van elk ontvangstkanaal per invalsrichting dat viertal geheugen-elementen (23-26) te selecteren, waarin de waarden nodig voor de berekening van het viertal mengproductwaarden liggen opgeslagen.

30 Elk van de in een van deze geheugenelementen 23-26 geselecteerde signaalwaarde wordt dan met een gecombineerde, door geheugen 27 te leveren correctiefactor vermenigvuldigd, hetgeen zich in de elementen 28 resp. 29, 30 en 31 afspeelt. In een optelschakeling 32 vindt per ontvangstkanaal de superpositie van een aldus ge-35 corrigeerde viertal waarden plaats, en wordt in deze schakeling tevens de aldus verkregen waarde en die van andere ontvangstkanalen samengesteld.

8200728 -8.-

De resulterende waarde van de optelschakeling 32 wordt vervolgens een Hilberttransformatiefilter 33 van het digitale type aangeboden. Het Hilberttransformatiefilter 33 is bestemd om met behulp van de, in diéns ingangssignaal te onderkennen frequentie-5 componenten, tevens een signaal op te wekken, dat opgebouwd is uit frequentiecomponenten die stuk voor stuk een faseverschuiving van 90° ten opzichte van de frequentiecomponenten van het ingangssignaal hebben ondergaan. Een theoretische beschouwing van het uit te voeren Hilberttransformatieproces is behalve in de reeds 10 genoemde artikelen tevens in het artikel van D.A. Linden: "A Discussion of Sampling Theorems”; Proc. of the IRE, duly 1959, pp. 1219-1226, opgenomen. Maast elke reële mengproductwaarde (I) wordt met behulp van het Hilberttransformatiefilter 33 dus nog een imaginaire mengproductwaarde (Q) verkregen. Elke ingangs-15 waarde leidt daarom tot twee uitgangswaarden (I en Q), hetgeen resulteert in een verdubbeling van het aantal bemonsteringen.

Bij behoud van informatie is het volgens het theorema van Nyquist dan ook toegestaan de uitgangsbemonsteringsfrequentie te halveren, dat wil zeggen, dat elk tweetal het filter 33 toe te voeren meng-20 productwaarden één reële mengproductwaarde (I) en één imaginaire mengproductwaarde (Q) als uitgangswaarden van het filter mag opleveren. De halvering van de bemonsteringsfrequentie is vooral van belang voor de latere signaalverwerking in de signaalanalyse-schakeling 3, welke hierdoor in omvang een zeer belangrijke reductie 25 kan ondergaan. Als uitvoeringsvorm van een Hilberttransformatiefilter 33 is gekozen voor een FIR-filter van het niet-recursieve type met aan antisymmetrische impulsresponse bij een oneven aantal vertragingslijnen 3A-A-Z met filtercoëfficienten in de vertragings-lijnen, zoals beschreven is in het door L.R. Rabiner en B. Gold 30 geschreven werk "Theory and Application of Digital Signal Processing", Prentice Hall, Inc. Englewood Cliffs, New Oersey, Ch. 2.19, 2.20, 2.27, 3Λ en 3.5. Elk van deze vertragingslijnen bezit een met het aantal (M) invalsrichtingen overeenkomend aantal geheugenplaatsen 35A-M voor het opnemen en vervolgens doorgeven van de door de 35 optelschakeling 32 per invalsrichting af te geven mengproductwaarden. In dit type filter bezitten de gewichtsfactoren om de ander een waarde 8200728 gelijk nul, zodat het filter in feite slechts om de andere vertragingslijn behoeft te worden voorzien van een op de ver-tragingslijn aangesloten aftakking met schakeling 36i met i = A, ..., Z voor het vermenigvuldigen van de toe te voeren 5 signaalwaarde met de bijbehorende door geheugen 37 te verschaffen gewichtsfactor. De met de schakelingen 36A-Z verkregen waarden worden in een optelschakeling 38 samengevoegd, waarmede dan de gewenste mengproductwaarde van 90° in fase verschoven frequentiecomponenten is verkregen. Deze imaginaire mengproductwaarde (Q) en 10 de bijbehorende reële mengproductwaarde (I), welke via een aftakking 39 van het midden van de keten van vertragingslijnen 34-A-Z wordt verkregen, worden op een alternerende wijze door een schakelaar 4-0 doorgelaten en naar een tweetal frequentietrans-formatieschakelingen 4-1 en 4-2 toegevoerd.

15 De frequentietransformatieschakelingen 4-1 en 4-2 zijn ingericht voor het verwerken van op C.W.-basis resp. F.M.-basis verkregen, paarsgewijs toegevoerde mengproductwaarden (I en Q).

De beoogde reductie mét een factor twee van de uitgangsbemonsterings-frequentie wordt verkregen door de schakelfrequentie (d.w.z. het 20 aantal omschakelingen per seconde) van schakelaar 4-0 gelijk te stellen aan de frequentie, waarin de mengproductwaarden het filter 33 worden toegevoerd. Daar de geproduceerde imaginaire mengproductwaarden tesamen met de reeds beschikbare, reële mengproductwaarden de draairichting van de signaaivector vastlegt, vertegenwoordigt 25 het spectrum van het Hilberttransformatiefilter 33 nog slechts positieve frequenties, aangezien de negatieve frequenties nu geëlimineerd zijn. De twee opeenvolgende reducties van de be-monsteringsfrequentie met factoren vier en twee leveren per type mengproductwaarde een uitgangsbemonsteringsfrequentie van op 30 voor filter 33, hetgeen tot gevolg zal hebben, dat het gedeelte van de frequentieband 19 voorbij de waarde wordt teruggevouwen naar het negatieve spectraalgedeelte. Een tweetal gescheiden frequentiebanden zijn nu van belang, te weten band 4-3, bepaald door -^Fs, ifg - fg + Af) met Af de breedte van zendband 8, en 35 band 44, bepaald door(^fg - fQ, welke in Fig. 3D zijn 8200728 - 10 - opgenomen. Bij een symmetrische verdeling van de zendband 8 over de beide banden 4*3 en 44 vinden we in de negatieve band 4·3 opeenvolgend de zendbandjes 10 en 9, en in de positieve band 44 de zendbandjes 12 en 11. In de frequentietransformatieschakelingen 5 4-1 en 4·2 wordt ten behoeve van een practische verwerking van de signaalinformatie in de signaalanalyseschakeling 3 de beschikbare _ informatie naar een frequentieband 4-5 rond de 0 Hz getransformeerd (zie Fig. 3E), waarbij de grootte van de daarbij toe te passen frequentiezwaai afhankelijk is van de band, waarin de zendpuls 10 is gegenereerd. Zo zal in het geval een echo op een £.W.-puls uit de zendband 9 (van de eerste set frequentiebanden) is ontvangen, de twee mengproductwaarden (I en Q) met een frequentie-

1 X

zwaai van «f -Af naar het frequentiegebied rond de 0 Hz worden 6 s * getransformeerd, waarbij de waarde Af gelijk is aan het frequen-15 tieverschil tussen - -^f^ en de centrumfrequentie van band 9 (zie Fig. 3D), De overige banden 10-12 worden automatisch meegetransformeerd, maar blijven wel binnen de toegelaten band ( -.r?f , Tzf')· De grootte van de toe te passen frequentiezwaai bij deze transformatie is steeds bekend als gevolg van de gekozen 20 waarde van de zendfrequentie. Wordt vervolgens een F.M.-puls uit de zendband 11 (eveneens uit de eerste set frequentiebanden) gegenereerd, dan wordt getransformeerd met een frequentiewaarde gelijk aan Af°-jgfs, waarbij Af0 gelijk is aan het frequentieverschil tussen Jrf en de centrumfrequentie van band 11.

25 Hierdoor komt band 11 in een gebied (4-5) rond de 0 Hz te liggen, terwijl ook nu weer de volgorde der respectievelijke zendbanden 9-12 blijft gehandhaafd.

In de frequentietransformatieschakelingen 4·! en 4*2 wordt tevens van de mogelijkheid gebruik gemaakt om in de frequentie-30 transformatie een frequentiecompensatie voor de dopplerverschuiving in de signaalwaarden als gevolg van de eigen vaart van het schip op te nemen, hetgeen evenwel per bundelinvalsrichting dient te geschieden. Voor de uiteindelijke frequentietransformatie in de schakelingen 4-1 en 4-2 zijn twee signaalcomponenten beschikbaar, 35 een reëele component (R) en een imaginaire component (S), welke afhankelijk van de bundelinvalsrichting, de gekozen zendband en 8200728 - 11 - de gemeten scheepssnelheid met behulp van een (niet weergegeven) rekenaar periodiek worden berekend en in een geheugen 46 worden. opgeslagen. Met elk paar achtereenvolgens door schakelaar 40 te verschaffen signaalcomponenten I en Q worden dan gelijktijdig met de 5 van geheugen 46 te verkrijgen componenten R en S op basis van de vermenigvuldiging (I+jQ).(R+jS) = (IR-QS) + j(QR+IS) = T + jW de componenten T en W opeenvolgend door de frequentietransformatie-schakelingen 41 en 42 (voor C.W.-fase resp. F.M.-fase) aan de signaalanalyseschakeling 3 toegevoerd (zie Fig. 1). De signaal-10 analyseschakeling 3 omvat derhalve twee kanalen 47 en 48 voor een onafhankelijk uit te voeren verwerking van, op C.W.-pulsen resp. F.M.-pulsen gebaseerde digitale waarden. In een mogelijke uitvoeringsvorm van de signaalanalyseschakeling 3 is elk van deze kanalen 47 en 48 voorzien van een laagdoorlaatfilter 49 en 50 15 van het digitale type, waarbij de bandbreedte van de totale rond de 0 Hz gelegen band 45 (zie Fig. 3E) enigszins groter dan de breedte van elk der zendbanden 9, 10, 11 en 12 is. Als uitvoeringsvorm van deze filters 49 en 50 is gekozen voor een FIR-filter van het niet-recursieve type met een symmetrische impulsresponse bij 20 een even aantal vertragingslijnen. Bij een ingangsbemonsterings-frequentie van zal de uitgangsbesmonsteringsfrequentie zodanig worden gekozen, dat alle significante frequentiecomponenten aangetroffen worden in genoemde band 45, hetgeen in de praktijk een reductie van de bemonsteringsfrequentie met een bepaalde factor 25 inhoudt, welke afhankelijk is van de filterbandbreedte. Het aantal vertragingslijnen in de filters is zodanig, dat de bemonsterde waarden een groot aantal keren in het filterproces worden meegenomen, terwijl de vermenigvuldiging van de bemonsterde waarden met reële --filtercoëfficiënten geschiedt op een wijze, als besproken is bij 30 het Hilberttransformatiefilter 33. De toe te voeren reële en imaginaire componenten T en W worden gescheiden, dat wil dus zeggen, in een alternerend uit te voeren procesgang in het desbetreffende kanaal 47 of 48 afhankelijk van de gebruikte zendmode (C.W. of F.M.) verwerkt.

35 De in het C.W.-kanaal 47 verkregen filterresponsewaarden ondergaan een signaalbewerking op F.F.T.-basis in een eenheid 51, 8200728 - 12 - terwijl de in het F.M.-kanaal 48 verkregen filterresponsewaarden aan een correlatieproces in eenheid 52 worden onderworpen. De met deze eenheden (51 en 52) verkregen reële en imaginaire waarden T* en W* worden een modulusrekeneenheid 53 resp. 54 toegevoerd 5 ter bepaling van de log/(T*)2 + (W*)2-waarde.

Aan de hand van de door de modulusrekeneenheden 53 resp.

54 voortgebrachte signaalwaarden wordt in een tweetal normalisatie-schakelingen 55 resp. 56 met een α-β filter een trendwaarde bepaald, hetgeen in het C.W.-kanaal 47 ook nog per frequentiekanaal geschiedt. 10 Door vervolgens het toegevoerde signaal te verminderen met genoemde trendwaarde, blijven slechts de kortstondige verstoringen, en derhalve de van een doel afkomstige echo's, over. Aldus komen per bundelinvalsrichting signaal- en ruiswaarden beschikbaar ten behoeve van een tweetal clusterreductieschakelingen 57 en 58.

15 In elk der clusterreductieschakelingen 57 en 58 wordt telkenmale over een beperkt aantal toe te voeren bemonsteringswaarden het maximum van de signaal-ruisverhouding bepaald en vervolgens de maximale signaalwaarde rond dit maximum van de signaal-ruisverhouding vastgelegd. Tevens wordt in de naastliggende bundels 20 onderzocht of op ongeveer dezelfde afstand en frequentie eveneens een maximum signaalwaarde aanwezig is. Uit de verkregen maximale signaalwaarden wordt het absolute maximum bepaald, waarna met behulp van een aantal (bijvoorbeeld vijf) rond dit absolute maximum een nauwkeurige richtingsbepaling wordt uitgevoerd, terwijl tevens 25 door middel van een gewogen gemiddelde de bijbehorende afstand, frequentie en amplitude wordt vastgelegd. De bij het absolute maximum behorende verzameling van waarden voor de richting, afstand, frequentie en amplitude worden parameters van het gereduceerde cluster genoemd. Per tijdsinterval van enige seconden wordt des-30 ondanks nog een behoorlijk aantal (ca. 100) van deze gereduceerde clusters vastgesteld, welke dan met behulp van een daarna gemeenschappelijk uit te voeren correlatieproces in eenheid 59 een associatie tussen verschillende gereduceerde clusters oplevert, hetgeen resulteert in een reductie in het aantal "false alarms" 35 op het PPI-scherm 60 en een verhoging van de detectiegevoeligheid.

8200728 - 13 -

Het doel van de uitvinding is zoveel mogelijk te voorkomen, dat impulsstoringen, die door de detectieelementen 2A-M worden opgevangen, een nadelige invloed uitoefenen op het proces in de clusterreductieschakelingen 57 en 58. De hiertoe te nemen 5 maatregelen bestaan uit de opname van een stoorsignaaldetector 61 en een tweetal met deze detector te besturen blokkeerschakelingen 62 en 63, welke in de verbinding tussen de normalisatieeenheid 55 en de clusterreductieschakeling 57, respectievelijk in de verbinding tussen de normalisatieeenheid 56 en de clusterreductieschakeling 58 10 zijn opgenomen.

Genoemde impulsstoringen zijn merkbaar over de gehele frequentieband, zowel in het bandgedeelte van de zendfrequenties, alswel daarbuiten. Op basis van een dergelijk gedragspatroon van deze impulsstoringen is de stoorsignaaldetector 61 voorzien van 15 een digitaal bandfilter 64, welke in de onderhavige uitvoeringsvorm met de C.W.-uitgangswaarden van het bundelvormend netwerk 1 wordt gevoed en waarbij de ligging van de doorlaatband 65 (zie Fig. 3E) in het positieve en dientengevolge ook in het negatieve spectrum-gedeelte zodanig is gekozen, dat het frequentieverschil tussen de 20 centrumfrequenties van de filters 49, 50 enerzijds en filter 64 anderzijds gelijk is aan het verschil tussen de centrumfrequenties van twee opeenvolgende zendbandjes uit Fig. 3A. Hierdoor zal transformatie van frequenties uit een zendband, bijvoorbeeld band 9, naar het doorlaatgebied 45 van filtereenheid 49 of 50 (zie Fig. 3E) 25 altijd één der overige, niet gebruikte zendbandjes, in dit geval band 10, binnen het (positieve of) negatieve banddoorlaatgebied 65 van bandfilter 64 brengen en aldus stoorpulssignalen buiten de actieve zendband 9 doorlaten.

Het bandfilter 64 werkt op een wijze als beschreven is bij 30 de filters 49 en 50, zij het dat de filtercoëfficienten een andere waarde bezitten, waardoor de karakteristiek van de doorlaatband 65 (zie Fig. 3E) verschoven is ten opzichte van een laagdoorlaatband 45 van de filters 49 en 50 en er dus slechts stoorimpulssignalen worden doorgelaten. De uitgangsbemonsteringsfrequentie welke gelijk is aan 35 die van de filters 49 en 50, bewerkstelligt dat de door het filter 65 doorgelaten frequentiecomponenten, d.w.z. die van de stoorimpulsen, 8200728 - 14 - worden teruggevouwen naar een band rond de 0 Hz (zie Fig. 3F).

Van de door het bandfilter 64 paarsgewijs toe te voeren reële en imaginaire signaalwaarden T en W wordt de modulus logarithmisch in rekeneenheid 66.bepaald, waarna deze waarde een 5 afvlakfilter 67 wordt toegevoerd ter bepaling van de signaaltrend van een aantal"logarithmisch berekende moduluswaarden over een zeker tijdsinterval. Hiertoe bevat het afvlakfilter 67 een registereenheid 68, een via een schakeleenheid 69 op de register-eenheid 67 aangesloten omkeerschakeling 70, een op de omkeer-10 schakeling 70 en rekeneenheid 66 aangesloten eerste sommatieschake-ling 71 en een op de registereenheid 68 en, via een deler 72 op de eerste sommatieschakeling 71 aangesloten tweede sommatieschake-ling 73. Teneinde de inloopfase van het afvlakfilter 67 te bekorten, wordt gedurende een korte tijdsduur na het in werking stellen 15 van het sonarapparaat de schakeleenheid 69 in geopende toestand gehouden. De eerste sommatieschakeling 71 geeft dan de toegevoerde digitaalwaarden (y^) ongewijzigd door aan deler 72, waarop deze deler een fractie 1/N (met N een vooraf gedefinieerd getal) van de toegevoerde waarde doorgeeft aan de tweede sommatie.schakeling 73, 20 welke tevens de in registereenheid 68 geregistreerde waarde krijgt - toegevoerd.

Nadat van de eerste N digitaalwaarden in de tweede sommatieschakeling 73 de somwaarde Zy^ is bepaald, en deze somwaarde in registereenheid 68 is ingeschreven, wordt de schakeleenheid 69 25 gesloten, waardoor onder gebruikmaking van de omkeerschakeling 70 de eerste sommatieschakeling 71 de somwaarde y^-A met n>N genereert,

De tweede sommatieschakeling 73 bepaalt dan uit de beide toegevoerde waarden het resultaat: yi"An . yl+<N-'>An N + η N ’ 30 hetwelke in registereenheid 68 wordt ingeschreven en vervolgens een drempelschakeling 74 wordt aangeboden. De tijdsduur, gedurende welke de schakeleenheid 69 in geopende toestand verkeert, komt overeen met de tijd, waarin N digitaalwaarden opeenvolgend de deler 72 worden toegevoerd.

35 Genoemde drempelschakeling 74 bevat een drempelrevaluatie- 8200728 - 15 - schakeling 75, welke de ter beschikking staande waarde met een instelbaar gehouden constante vermeerdert teneinde over een voldoend hoge drempelwaarde te beschikken voor het beoordelen op aanwezigheid van stoörimpulsen. De gerevalueerde drempelwaarde 5 wordt vervolgens via een drempelselectieschakeling 76 in drempel-schakeling 74· een vergelijkschakeling 77 aangeboden, met uitzondering van de tijdsduur, waarin het afvlakfilter 67 nog niet is ingelopen (en derhalve de schakeleenheid 69 in geopende stand verkeert). In dit geval levert de drempelselectieschakeling 16 10 een vervangende drempelwaarde Cj aan de vergelijkschakeling 77.

Deze vergelijkschakeling 77 zal in het geval een, van de modulusrekeneenheid 66 afkomstige signaalwaarde de toegevoerde drempelwaarde overschrijdt, een schakelsignaal afgeven aan een vertragings-eenheid 7Θ. Deze vertragingseenheid 78 levert met zekere vertragingen 15 de beoogde stuurpulsen (P^ en van zekere tijdsduur af aan de blokkeerschakelingen 62 en 63, welke de alsdan door de desbetreffende normalisatieeenheden 55 en 56 toe te voeren digitaalwaarden niet kan doorgeven aan de clusterreductieschakelingen 57 en 58.

De vertraging, waarmee stuurpuls P^ aan de blokkeerschakeling 62 20 in het C.W.-kanaal 4-7 wordt af gegeven, wijkt veelal af van die (Pg) voor het F.M.-kanaal 4-8, aangezien de verwerkingstijd in de eenheden 53 en 54- verschillend is. Het spreekt vanzelf dat het onderdrukken van stoorimpulsen per invalsrichting en per afstands-waarde dient te geschieden. Het gehele proces, dat zich in de 25 stoorsignaaldetector 61 afspeelt, dient slechts aan de hand van, in afstand en invalsrichting gecorreleerde digitale signaalwaarden te worden uitgevoerd. Dit houdt in, dat de registereenheid 68 een geheugencapaciteit dient te bezitten, dat bepaald wordt door het aantal invalsrichtingen.

8200728

Claims (5)

1. Sonarapparaat voorzien van een bundelvormend netwerk (1) en een signaalanalyseschakeling (3), waarbij het bundelvormend ·.· netwerk O) meerdere ontvangstkanalen (4A-M) met synchroon werkzame 5 geluidsdetectieelementen (2A*M) en bandfiltermiddelen (6) omvat voor het per bundelinvalsrichting verstrekken van, door superpositie van de uitgangssignalen der ontvangstkanalen (4-A-M) verkregen digitale mengproductwaarden met betrekking tot de in genoemde elementen (2A-M) verkregen geluidsenergie en waarbij het netwerk (1) 10 voorts frequentietransformatiemiddelen (4-1 en 4-2) omvat voor het naar een lage frequentieband transformeren van genoemde mengproductwaarden, met het kenmerk, dat het sonarapparaat is voorzien van een op de signaalanalyseschakeling (3) werkzame blokkeer-schakelingen (62, 63) en een met genoemde mengproductwaarden te 15 voeden stoorsignaaldetector (61) voor het per bundelinvalsrichting afleiden van een stuurspanning voor de blokkeerschakeling (62, 63) aan de hand van de in genoemde mengproductwaarden aanwezige informatie omtrent stoorsignalen, waartoe genoemde detector 61 is voorzien van een aaneengeschakelde keten van een digitaal bandfilter (64·) 20 voor het selecteren van signalen van buiten het, de zend/ontvangband representerende gedeelte van genoemde lage frequentieband, een rekeneenheid (66) voor het vaststellen van de modulus van de gefilterde signalen, een afvlakfilter (67) voor het vaststellen van de trendwaarde van de over een zeker tijdsinterval toegevoerde 25 amplitudemeetwaarden, een met de trendwaarde van het afvlakfilter (67) te voeden drempelwaardeschakeling (74·), en een op de drempelwaarde-schakeling (74·) en de rekeneenheid (66) aangesloten vergelijk-schakeling (77) voor het genereren van genoemde stuurspanning.

2. Sonarapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 30 de stoorsignaaldetector (61) is voorzien van, op het afvlakfilter (67) aangesloten middelen (75) voor het met een vaste waarde verhogen van genoemde gemiddelde waarde ter verkrijging van een vergelijkingswaarde voor genoemde vergelijkschakeling (77). 8200728 ï e - 17 -

3. Sonarapparaat volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de stoorsignaaldetector (61> is ingericht voor het gedurende een vooraf gedefinieerde tijd na het genereren van een zendimpuls • : verschaffen van een vooraf gedefinieerde waarde ter vervanging 5 van genoemde vergelijkingswaarde. Sonarapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat vertragingsmiddelen (78) voorhanden zijn tussen het afvlakfilter (67) en de blokkeerschakeling (62, 63).

5. Sonarapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 10 het afvlakfilter (67) is ingericht voor het per bundelinvalsrichting berekenen van een vergelijkingswaarde (A^) volgens de formule: Ai = Fi voor i = l, 2, ..., waarin y^ de moduluswaarde van de door de modulusrekeneenheid (66) toegevoerde, op de onderhavige bundel-15 invalsrichting betrekking hebbende mengproductwaarde met rangnummer i en bij een vooraf gedefinieerd getal N.

6. Sonarapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het afvlakfilter (67) is ingericht voor het per bundelinvalsrichting berekenen van genoemde vergelijkingswaarde (A..) volgens 20 de formule: y.+(N-a)A. . A. --Ti-““ en aq = 0 voor i = 1 > 2, 3, ..., waarin y^ de moduluswaarde van de door de modulusrekeneenheid (66) toegevoerde, op de onderhavige bundelinvalsrichting betrekking hebbende mengproductwaarde met rangnummer i en bij een vooraf 25 gedefinieerd getal N, en waarbij a = 0, resp. 1 is voor i<N, resp, i > N. 8200728