Procédé passif pour évaluer des grandeurs..d'état d'une cible en mouvement émettant dans l'eau
'des impulsions sonores.
La présente invention concerne un procédé passif pour évaluer des grandeurs .d'état comme ladistance, la vitesse, le cap et/ou la fréquence d'émission d'une cible en mouvement émettant dans l'eau des impulsions sonores, comme un navire, une torpille ou un
<EMI ID=1.1> endroit. -de réception éloigné de la cible.
Un procédé connu de ce type, qualifie généralement de "ping steeling technique" utilise l'effet de. la propagation selon plusieurs voies dans le canal sonore. Dans ce cas', à partir des différences de durée de transit entre l'impulsion sonore reçue directement, c'est-à-dire dans la direction de relèvement allant du récepteur à .l'émetteur et celle ou celles reçues indirectement, on détermine tout d'abord, l'emplacement puis, par un traitement -d' intégration- dans le temps, également à peu près la vitesse de l'émetteur. Ce procédé suppose cependant de bonnes connaissances des rapports de propagation du son existantes. Dans, des zones à eaux peu. profondes,. on .ne peut pas utiliser ce:
procédé étant donné le niveau le plus souvent@. faible des connaissances des propriétés du canal en eau peu profonde.
L'invention a pour but de procurer un procédé passif du type spécifié au. moyen duquel les grandeurs d'état d'une cible puissent être déterminées indépendamment de la connaissance des. propriétés du canal sonore, avec une précision relativement élevée. Le procédé convient en particulier pour des réglons à eaux peu profondes. En même temps, ce procédé doit pouvoir être réalisé du côté du récepteur avec des antennes ou des bases habituelles dans le cas des installations de' sonar passives connues et chaque investissement supplémentaire de construction, en particulier pour l'antenne ou la base, doit être, évité..
Ce but est réalisé dans le cas d'un procédé du type indiqué dans, la partie non caractéristique de la revendication 1, par la partie caractéristique de cette revendication 1.
Dans le cas du procédé conforme à l'invention, on utilise précisément la propriété du canal en eau peu _ .profonde, _ qui jusqu'à présent s'était montrée - gênante pour la localisation acoustique, à savoir l'écho apparaissant renforcé avec les effets de l'étalement, de fréquence dû à 1 ' effet Doppl-er dans 1 ' écho d'un signal- de localisation et la, dépendance de cet étalement de
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sement- de construction supplémentaire n'est, nécessaire. Ce'procédé est réalisé sans modification aucune de .la structure des installations de sonars passifs usuelles, par exemple avec une base cylindrique, exclusivement au moyen- du- traitement, des signaux..Des .pas partiels nécessaires .pour' le procède dans le traitement des. signaux, .la formation de faisceau et L'analyse de;. fréquence existent déjà sans plus dans une .série.. d'installations de sonars passifs connues, de sorte que. le procédé peut être réalisé dans des. installations de sonars existantes .moyennant un minimum d'investis-.
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cas de conditions limites les plus défavorables, il . fournit des valeurs d'évaluation pour la distance entre la cible portant l'émetteur et le récepteur dont le .
.taux d'erreur est inférieur à 10%...-. ' Une réalisation avantageuse de 1.' invention est décrite dans la revendication 5. Par une détermination supplémentaire de la fréquence Doppler de l'impulsion d'émission contenue dans le signal direct, c'est-à-dire dans le signal arrivant dans la direction de relèvement, il est. possible de déterminer le cap de la cible à l'aide des -grandeurs d'état déterminées selon les revendications 3 et 4, en l'occurence fréquence d'émission et valeur de la vitesse de la cible.
Une réalisation avantageuse du procédé con-
<EMI ID=4.1> tion 6. Dans les deux directions ou canaux de .direction de réception -sélectifs non orientés vers la cible de l'installation de sonar, on obtient des extrêmes
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dire que dans le premier canal de direction, une fréquence d'écho Doppier maximale est détectée .et dans l'autre, une fréquence minimale. Par l'expression direction de réception sélective; on entend ici les
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sonars . passifs sont . parfaitement suffisants pour- l'obtention -de bons résultats. Grâce à la réception dirigée de l'écho, la limitation à un récepteur
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supprimée. Au contraire, le récepteur lui-même peut se déplacer sans limitation. L'effet Doppler dit propre qui apparaît dans ce cas peut être éliminé sans plus par calcul,.parce que la vitesse et le cap du récepteur sont connus.
Une réalisation . avantageuse dû procédé conforme à l'invention est décrite dans la revendication 7. Cette façon de faire permet d'éviter des imprécisions de mesure. qui peuvent apparaître dans la réalisation du procédé selon la revendication 6, lorsque les deux directions de réception sélectives non
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défavorable par rapport au cap de la cible qui est encore inconnu.
Une réalisation avantageuse du procédé conforme à l'invention est décrite dans la revendi-
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cap de la cible, vitesse de la cible et fréquence d'émission de l'émetteur de la cible, il est possible de .déterminer d'une manière suffisamment précise au moyen des mesures indiquées, la distance jusqu'à la-
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Une réalisation avantageuse du procédé con-
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cation 9. Grâce à ces- mesures, la fiabilité de l'évaluation de la distance' peut être nettement .accrue. Grâce' au grand nombre de valeurs de: rencontre .des directions de réception les .plus diverses utilisées pour ' réévaluation, il est possible d'éliminer les perturbations de la structure/de l'écho et .ainsi les faux points de.rencontré.
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forme à 1 '.invention est décrite en outre dans la revendication 11. L'utilisation des grandeurs d'état de
-la cible déterminées conformément .aux.revendications 3 <EMI ID=13.1> préalables des paramètres, permet d'abaisser considéra- blemént- les frais de calcul pour le procédé
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Pour le procédé décrit, ci-dessus, après la. localisation de la cible, en principe une seule impulsion d'émetteur suffit pour détecter complètement les grandeurs d'état définies de la cible. L'exploitation d'impulsions d'émetteur suivantes de la manière décrite sert simplement à améliorer les résultats de l'évaluation des grandeurs d'état.
Si l'on dispose cependant d'une série d'impulsions sonores émises par la cible, la grandeur d'état "distance de la cible" peut en outre encore être évaluée conformément à l'autre réalisation du procédé conforme à l'invention décrite dans la revendication 12. En liaison avec le procédé d'exploitation décrit dans la revendication 9 ou 10, on obtient deux résultats déterminés dé manière séparée de la même
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desquels on peut alors améliorer, par un. procédé de . compensation des erreurs, le résultat proprement dit de l'évaluation.
-Une réalisation avantageuse du procédé con- <EMI ID=16.1>
revendication 13. Ce procédé a l'avantage de se contenter d'une seule et au maximum cependant de trois directions. de réception sélectives qui sont décalées angulairement en azimut les unes des autres. Etant . donné que toute la structure de l'écho pendant toute, la durée de la réception.est utilisée pour déterminer les fréquences d'écho Doppler, et pas seulement des valeurs de_rencontre sélectionnées; des perturbations dans la structure de l'écho peuvent être facilement identifiées et éliminées sans plus lors du. calcul des grandeurs d'état. Les investissements électroniques pour la production du nombre maximum de- trois directions de <EMI ID=17.1>
vement faibles.
Une réalisation avantageuse du procédé conforme à l'invention est décrite dans la revendication 14.. La localisation de l'émetteur au moyen d'un faisceau de relèvement séparé permet', grâce au rapport signaux utiles/signaux parasites très élevé, de détecter d'une manière fiable le moment de la réception de l'écho ainsi qu'une valeur maximum et une valeur minimum des fréquences Doppler, la valeur maximum et la valeur minimum étant symétriques .par rapport à la fréquence moyenne de l'impulsion d'émetteur. La fonction de discontinuité se présentant dans le faisceau de relèvement dans l'allure en fonction du temps de la fréquence d'écho Doppler, rend possible une détermi-nation sûre . dé 'la fréquence moyenne donc.de la fréquence d'émetteur...
Une réalisation avantageuse du procédé conforme à l'invention est décrite dans la revendication 15, en particulier en liaison avec les revendica-
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procédé décrite plus haut, la vitesse et le cap de la cible sont ici aussi déterminés . à partir des valeurs extrêmes de la fréquence d'écho Dôppler, donc de la
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procédé, dans le cas présent pour chaque direction de réception, l'ensemble de l'allure dans le- temps. de la fréquence d'écho Doppler, c'est-à-dire la courbe de la fréquence d'écho Doppler dans le temps est déterminée sur la totalité de la durée de réception, de l'écho, des perturbations dans la: structure de l'écho peuvent être facilement identifiées et les valeurs effectivement extrêmes, qui correspondent aux effets Doppler minimum et maximum, peuvent être déterminées de manière beaucoup plus fiable.
Une autre- réalisation avantageuse du procédé conforme à l'invention est décrite dans la revendication 18. Pour certaines relations spatiales entre le cap de la cible et une direction de réception sélective choisie non orientée vers la cible, la fréquence d'écho Doppler minimum ou maximum ne peut pas être déterminée par des techniques de mesure. Dans ce cas, on peut cependant déterminer à partir des valeurs de fréquence d'écho Doppler en fonction du temps dans l'autre direction de réception sélective non orientée vers la cible conforme à l'invention, qui présente une autre relation spatiale avec l'émetteur, la fréquence d'écho Doppler minimum ou maximum qui ne peut pas être détectée dans la première direction de réception.
Une autre réalisation avantageuse encore du procédé conforme à l'invention est décrite dans la revendication 19. Ces mesures permettent d'augmenter notablement la fiabilité des grandeurs d'état calculées de la cible par le fait que l'on fait toujours appel, pour le calcul des grandeurs d'état, à la direction de réception dans laquelle la valeur extrême univoque de la fréquence d'écho Doppler apparaît.
Une réalisation avantageuse du procédé conforme à l'invention est décrite dans la revendication 23. Ces pas de- procédé supplémentaires permettent d'améliorer notablement de manière itérative les résultats d'évaluation pour les grandeurs d'état inconnues et ainsi d'atteindre une détection. et une détermination de cible extrêmement précises.
Le procédé conforme à l'invention ne convient pas uniquement lorsque la cible émet des impulsions sonores de manière omnidirectionnelle. Dans le cas d'autres modes d'émission utilisés fréquemment dans des' sonars actifs, comme les modes RDT, CRDT, ou XRDT, pour lesquels u. faisceau d'émission étroit pivote dans un domaine angulaire horizontal, le procédé conforme à l'invention donne aussi des résultats également bons pour les grandeurs d'état de la cible émettrice.
Suivant une autre réalisation du procédé conforme à l'invention- décrite dans la. revendication 25, conclut à une cible comportant un sonar actif émettant selon le mode RDT lorsqu'un décalage dans le temps apparaît entre les détections d'écho dans les deux directions de réception non orientées vers la cible. La période du faisceau d'émission peut alors être en outre calculé à partir de ce décalage dans le temps.
Suivant l'autre réalisation du procédé conforme à l'invention décrite dans la revendication 26, on peut également conclure-. à une cible comportant, un ... émetteur sous-marin travaillant selon le mode- RDT, lorsque, dans le faisceau dit de relèvement, donc dans ,la direction de réception sélective orientée vers, la
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1' impulsion d'émission et l'écho se produit. Ce décalage dans la temps est aussi une mesure de la période du faisceau d'émission.
Des exemples de réalisation d'un procédé d'évaluation passif de grandeurs d'état d'une, cible seront décrits ci-après plus en détail avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
la Fig. 1 est une vue de principe d'un modèle de l'espace d'écho dans l'eau dans le cas d'une rela- . tion spatiale momentanée choisie de manière arbitraire entre un émetteur en mouvement S et un récepteur stationnaire ou en mouvement E;
la Fig. 2 est une vue semblable à celle de la Fig. 1 dans le cas d'un récepteur comportant au total trois directions de réception sélectives;
la Fig. 3 est une vue de principe des' courbes de fréquence d'écho Doppler-temps établies dans les diverses directions de réception sélectives dans le cas d'un émetteur ODT;
la Fig. 4 est une vue.semblable à la Fig. 3 de courbes de fréquence d'écho Doppler-temps dans le cas d'un émetteur RDT;
la Fig. 5 et la Fig. 6 sont un schéma synoptique d'un montage de circuit destiné à réaliser le procédé d'évaluation de grandeurs d'état;
la Fig. 7 est un schéma synoptique d'un extracteur de données dans le montage de circuit représenté sur les Fig. 5 et 6, et
la Fig. 8 est un schéma synoptique du déroulement du procédé selon une deuxième forme d'exécution.
Le procédé d'évaluation des grandeurs d'état inconnues d'une cible en mouvement à partir d'un .endroit de réception éloigné de la cible sera expliqué tout d'abord à propos de la vue de principe de la Fig. 1. On suppose dans ce cas que la cible émet à intervalles de l'énergie sonore, par exemple des impulsions sonores. Dans l'application préférée du procédé, la cible en mouvement est donc un navire de surface qui, possède à bord, habituellement une installation de sonar actif dont l'émetteur sonore, émet des <EMI ID=21.1>
bande étoile. La cible ou le navire de surface équipé de son émetteur dit-d'interception est indiqué en S sur la Fig. 1. Il se déplace à une vitesse vg inconnue du récepteur avec un cap kg. Le récepteur stationnaire ou en. mouvement E est, dans l'application préférée du procédé, un sous-marin stationnaire ou se déplaçant à la vitesse vE suivant le cap kE qui est équipé d'une installation de. sonar passif au moyen de laquelle les impulsions sonores- ou signaux d'interception peuvent être reçus. L'application du procédé suppose que le canal sonore entre l'émetteur S et le récepteur E
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en particulier pour des zones à eaux peu profondes, comme la mer du Nord. L'écho est produit par des discontinuités dans l'eau, qui par exemple dans le cas de l'eau de mer, apparaissent à la suite de différences de température ou de salinité, d'occlusions d'air, de la présence de particules ou de micro-organismes et qui provoquent des sauts d'impédance. Lors de l'impact de l'énergie .sonore émise par l'émetteur, ces discontinuités provoquent des réflexions et des dispersions.
Dans l'esprit, ces discontinuités peuvent par conséquent être considérées comme étant des centres de diffusion fictifs SCi qui sont activés à partir de l'émetteur en mouvement à la fréquence
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par une impulsion sonore de la fréquence moyenne fm.
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déplacement de l'émetteur et la direction dans laquelle
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l'émetteur. Une partie de l'énergie sonore est diffusée dans la direction de réception spatiale_"ment .sélective du récepteur, de sorte que ces centres de diffusion SCi apparaissent pour le récepteur comme étant des. émet-
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disposés le long de la direction de réception ou de l'axe du faisceau de- réception. Dans le cas d'un
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peuvent être détectées directement dans le canal de réception- sélective -du récepteur. Dans le cas d'un
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sont décalées d'un autre Doppler, le Doppler dit propre, qui résulte du déplacement relatif du récepteur
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décelées dans le récepteur sous la forme
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récepteur et la direction, sous lequel l'émetteur fictif est vu à partir du récepteur, dcnc la direction de réception sélective du récepteur. Etant donné que le vecteur de vitesse du récepteur et la direction de réception sélective sont connus, le Doppler propre peut être compensé dans le canal de réception et la fré- <EMI ID=32.1>
ainsi être détectée.
Les fréquences Doppler propres compensées
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de fréquences d'écho Doppler.
A l'aide du procédé décrit en détail ci-après, on évaluera à présent les grandeurs d'état de la cible
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récepteur E. Par grandeurs d'état, on entend le cap kg
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ou fréquence moyenne fm de l'émetteur d'interception de la cible et la. distance R séparant la cible S du récepteur E. Ces grandeurs d'état permettent de localiser une cible inconnue S à partir de l'endroit de réception E, et de décrire complètement le comportement de la cible par son cap, sa vitesse et sa fréquence d'émission-.
Le récepteur. E- présente au moins une direction.de réception sélective I, un faisceau dit Preformed Beam ou canal de réception, orienté. Cette direction
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elle ne peut pas être orientée directement vers la cible S, ce qui est qualifié ci-après de "non orientée vers la cible". L'écho produit à la suite du phénomène physique décrit plus haut dans l'eau par l'impulsion sonore de durée T est détecté dans la direction de réception sélective I ou dans le canal de réception orienté. Cet écho est une fonction du temps et est aussi qualifié de signal d'écho. A partir de l'écho reçu dans la direction de réception sélective I sont formés les spectres de fréquence, en l'occurence en déterminant pour un grand nombre de moments d'une grille de temps partant de la réception de l'écho,
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contenues dans les spectres de fréquence et en les
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<EMI ID=40.1> <EMI ID=41.1> récepteur est nulle. Si le récepteur E se déplace
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résultant, c'est-à-dire l'effet Doppler dit propre; effectuer dans le récepteur une compensation de vitesse dépendant de. la direction.
Indépendamment de l'acquisition des valeurs de
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vers la cible, on calcule pour la même direction de
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Sur base de la corrélation apparaissant dans la Fig. 1
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et de la relation
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où il a été établi que
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on obtient
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Il ressort de l'équation (7) que les fréquences Doppler fi à calculer sont fonction des variables indépendantes
<EMI ID=51.1>
(1) sert à présent à calculer les -fréquences d'écho Doppler fi pour un grand nombre de moments successifs ti et sont réunis en des courbes de lissage f = h(t).
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fournis au préalable en tant que valeurs d'évaluation. Les valeurs d'évaluation admises de manière arbitraire, mais en relation avec la réalité, sont modifiées chaque fois pour un paramètre, les pas de modification ou de variation devant être convenablement choisis, et une courbe de lissage est établie pour chaque valeur
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lissage f = h(t) et les valeurs de fréquence d'écho Doppler-temps fSC = g(t) obtenues à partir des valeurs de mesure est à présent calculée (courbe de fréquence d'écho Doppler-temps, comme indiquée en I sur la
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luation du jeu de paramètres dont les courbes de lissage associées donnent la variance minimum, est fournie en tant que grandeur d'état de la cible S.
Dans le cas des quatre paramètres présents, qui doivent tous être modifiés les uns à la suite des autres en des pas adéquats, les travaux dé -calcul, sont- pratiquement très importants. Ces travaux peuvent cependant être nettement simplifiés par le fait qu'au
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partir de l'écho, on calculé les grandeurs d'état pour
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d'état distance R de la cible, subsiste en tant que. paramètre dans les courbes de lissage avec le temps comme variable indépendante. La variation des valeurs d'évaluation pour les paramètres R individuels et le
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des travaux de calcul précédemment nécessaire.
Pour calculer les grandeurs d'état fm, vg et-
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d'une direction de-réception sélective additionnelle 0, qui est orientée vers la cible S. Le' Preformed Beàm ou canal de réception orienté est par conséquent aussi qualifié de faisceau de relèvement. L'écho est à présent détecté, en outre, dans la direction de réception 0 orientée vers la cible. De la manière décrite, on détermine les spectres de fréquence de l'écho détecté et à partir de ces spectres, les valeurs de
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ti débute ici par l'arrivée du signal d'interception direct qui, à cause de la réception directe, coïncide avec la réception de l'écho et donc avec le moment de la détection de l'écho. L'allure de la courbe de fréquence d'écho Doppler-temps formée des valeurs de fréquence d'écho Doppler-temps . pour la direction de réception 0 orientée vers la cible est illustrée sur la Fig. 3 et désignée sur cette figure par 0. Comme cela ressort de cette figure, l'allure de la fréquence d'écho Doppler dans le temps est caractérisée par une fonction de discontinuité qui, au moment ti = 0, saute d'une valeur minimum à une valeur maximum, ou, dans le cas d'un cap .opposé de . la cible, saute dans le sens opposé, puis reste alors constante.
Si le cap de la cible S est situé sur la ligne droite reliant le récepteur et la cible, la valeur minimum et la valeur maximum correspondent aux fréquences d'écho Doppler minimum et maximum. Dans tous les autres cas, ces valeurs extrêmes au point 0, désignées ci-après par'
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d'émission ou fréquence moyenne fm.
La fréquence moyenne fm est déterminée à partir des valeurs extrêmes supérieure et inférieure à l'endroit t = + Oau moyen de l'équation
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et à partir de celle-ci, la composante de vitesse radiale de la cible S
<EMI ID=64.1>
A partir des valeurs de fréquence, d'écho Doppler-temps
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vers la cible; on détermine une valeur extrême fex qui est ou bien la fréquence d'écho Doppler maximum fmax ou
<EMI ID=66.1>
fm calculée, on calcule la vitesse de la cible au moyen de l'équation suivante
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lement qualifiée de variation de fréquence Doppler ou de demi-largeur de bande Doppler.
A partir de la composante de vitesse radiale
<EMI ID=69.1>
de la cible S'au moyen de
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Dans le cas de certaines relations spatiales entre la cible S et la direction de réception sélective I non orientée vers la cible du récepteur E, il n'est pas possible de déterminer une fréquence d'écho Doppler
<EMI ID=71.1>
mesure. En particulier, pour de, grandes distances de la cible, dans le cas de durées ti longues, le rapport S/N est trop petit, de sorte, que. les fréquences d'écho Doppler. chutent fortement. Des fréquences d'écho
<EMI ID=72.1>
manière approximative présenteraient de grandes erreurs qui fausseraient considérablement les grandeurs d'état à évaluer. Pour obtenir, même dans ces cas, une évaluation des grandeurs d'état fiable et présentant peu d'erreurs, le récepteur E dispose, comme le montré la Fig. 2, d'une autre direction de réception II non orientée vers la cible, pour laquelle l'écho est aussi <EMI ID=73.1>
propos de la première direction de réception I non orientée vers la cible, les fréquences d'écho Doppler fSCi sont déterminées suivant une grille de temps partant de la réception de l'écho et donc du moment de la détection de l'écho. Un exemple de courbe de fré-
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tion de'réception II obtenue ainsi est illustré sur la Fig. 3 et est. désigné par II. La deuxième direction de réception II non orientée vers la cible est décalée par pivotement d'un certain angle de la première direction de réception I non orientée vers la cible et est de préférence symétrique par . rapport à celle-ci, avec référence à la direction de réception 0 orientée vers la cible en tant qu'axe de symétrie.
A partir des valeurs de fréquence d'écho
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tion de réception sélective II non orientée vers la cible, on détermine d'une manière analogue les fré-
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quence d'écho Doppler maximum ou minimum, on détermine au moyen de celles-ci les variations de fréquence
<EMI ID=77.1>
<EMI ID=78.1>
tions (10 et (11).
L'établissement des courbes de lissage fi = h(t) et le calcul de la variance s'effectuent
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réception I et II non orientée vers la cible dans laquelle apparaît la plus forte variation de fréquence Doppler A fmax. Dans les cas où, dans les directions de
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au moins deux variations de fréquence Doppler d'égale valeur A fmax apparaissent, comme il en est pour l'exemple représenté sur la Fig.. 3, on recherche la direction de réception dans laquelle la variation de fréquence Doppler maximum apparaît plus précocement.
Sur la Fig . 3, il s'agirait .de la: deuxième direction de réception sélective Il non orientée vers la cible dans laquelle la fréquence d'écho Doppler minimale fmin est .détectée chronologiquement la première.
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cible conformément à l'équation (10), la valeur de la
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positif ou négatif.' Compte tenu de ce signe et de la
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II qui est sélectionnée, il est possible d'écrire
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cible d'une manière générale comme suit
<EMI ID=86.1>
où x est la direction de réception non orientée de la cible.1 ou II sélectionnée et devrait être introduit avec 1 ou 2.
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à l'aide des trois directions de réception sélectives 0, I, II esquissées sur la Fig. 2, et qui présentent déjà une très bonne précision, peuvent encore être améliorées de manière itérative par le procédé cidessous.
La valeur de distance R déterminée après l'établissement des courbes de lissage au moyen du calcul de variance en tant que valeur d'évaluation fixe est introduite à titre de paramètre et une courbe de. lissage fi = h(t) est établie par calcul des fréquences d'écho Doppler suivant l'équation (1). Un des paramètres restants, par exemple la fréquence moyenne fm, est modifié par échelons au départ des valeurs calcu- <EMI ID=89.1>
lissage sont chaque fois calculées. Par le calcul de la variance pour les valeurs de fréquence d'écho Doppler-
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une valeur améliorée pour le paramètre en question, dans cet exemple pour la fréquence moyenne fm. Au moyen de cette valeur d'évaluation de paramètre améliorée, on procède à nouveau au calcul de la distance R de la cible comme décrit plus haut, et on obtient une valeur d'évaluation à nouveau améliorée pour la distance de la cible. A l'aide de cette valeur d'évaluation améliorée pour la distance de la cible, on forme à nouveau des courbes de lissage avec des variations correspondantes d'un autre paramètre, par exemple la vitesse, vg de la cible, après quoi- le procédé décrit se répète. Au total, les pas de procédé décrits plus haut sont répétés de manière itérative jusqu'à ce. que la modification de la valeur d'évaluation améliorée de façon continue pour la distance de la.cible n'excède plus une valeur-prédéterminée.
- Dans le cas du procédé expliqué au moyen de la courbe de fréquence d'écho Doppler-temps de la Fig. 3, on suppose que l'émetteur d'interception de la cible S émet d'une manière omnidirectionnelle. Dans des installations de sonars actifs, il est cependant fréquemment possible de changer de mode d'émission. Un des autres modes d'émission les plus courants est le mode dit RDT
(Rotational Directional Transmission) avec les modifications CRDT et XRDT. Dans le cas de tous ces modes <EMI ID=91.1>
un angle horizontal plus ou moins grand. Dans le cas de l'émetteur RDT, un faisceau d'émission pivote d'un
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l'émetteur CRDT, trois faisceaux d'émission décalés de <EMI ID=93.1> angle horizontal de 120[deg.]. Dans le cas d'un émetteur
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de l'autre pivotent.en sens opposé sur un angle de 90[deg.].
Dans le cas de cibles S équipées de tels émetteurs d'interception, les dites grandeurs d'état peuvent aussi être déterminées d'une manière analogue. Sur la Fig. 4, les courbes de fréquence d'écho Dopplèrtemps obtenues à partir de l'écho dans les directions '
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RDT. Le point zéro de la grille .-de' temps pour la détermination des valeurs de fréquence d'écho Dbppler-
<EMI ID=96.1>
l'impulsion sonore ou signal d'interception à partir de la direction de réception 0 orientée vers la cible. Comme le montre la Fig. 4, le moment de l'arrivée du
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c'est-à-dire le moment du début de la réception de l'écho, ne coïncident pas dans. la direction. de réception 0 orientée vers la cible, mais présentent un décalage dans le temps. A partir de ce décalage dans le temps, on conclut à la présence d'un émetteur RDT. La
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que double décalage dans le temps. A partir de la
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Comme le montrent les courbes de fréquence d'écho Doppler-temps de la Fig. 4 dans les directions de réception I et II non orientées vers la cible, les moments du début de la détection de l'écho dans les deux directions de réception I et II ne coïncident pas, comme dans le cas d'un émetteur ODT, mais sont également décalés dans le temps. Ce décalage dans le temps est aussi caractéristique de la présence d'un émetteur RDT dans la cible. Le décalage dans le temps correspond
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l'émetteur RDT.
Le calcul et l'évaluation des grandeurs.d'état
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manière que celle décrite plus haut pour la configuration particulière d'un émetteur ODT. Comme le montrent les courbes de fréquence d'écho., Doppler-temps fSCi � g( t) sur la Fig. 4,. dans une des directions de réception non orientée de la cible, ici dans la direction de réception. II, apparaissent dans certaines circonstances des ambiguïtés de le fonction. Ceci est dû essentiellement au fait que par l'attaque sonore spatialement non simultanée pas à pas de l'espace d'écho, à des moment déterminés, deux fréquences différentes du spectre d'écho peuvent apparaître simultanément. Le calcul de la variance s'effectue avantageusement avec référence aux valeurs de fréquence d'écho Doppler-temps provenant de celle des deux directions de réception non orientée vers la cible, dans laquelle n'apparaît aucune ambiguïté.
Celle-ci serait sur la Fig. 4 la direction de réception I. Le calcul des fréquences d'écho Doppler selon l'équation
<EMI ID=102.1>
doivent alors bien entendu être réalisés compte tenu de cette direction de réception sélectionnée.
Les Pige 5 et 6 illustrent schématiquement un plan synoptique d'un montage de circuit possible dans le récepteur E pour exécuter le procédé décrit de l'évaluation des grandeurs d'état inconnues d'une cible à émission sonore.
Le récepteur E présente un formateur de faisceaux 10 bien connu au moyen duquel trois canaux de réception orientés sont produits, de sorte que le récepteur E n' est sensible que dans trois directions de réception sélectives 0, I, II. Les canaux de réception ou faisceaux orientés sont indiqués sur la Fig. 5 et dans la .description suivante, selon les directions de
<EMI ID=103.1>
réception médian 0, qualifié de faisceau de relèvement, est orienté sur la -cible S (direction de réception 0 orientée vers la cible), les deux autres canaux de
<EMI ID=104.1>
orientées vers la cible) étant disposés symétriquement
<EMI ID=105.1>
sont, traités séparément. A cet effet, chaque canal de réception 0, I, II est suivi d'un processeur FFT 11, d'un extracteur de données 12 et d'un dispositif de recherche de minimum-maximum 13. L'adjonction de ces composants est caractérisée par un numéro ajouté au chiffre de référence qui est sélectionné d'une manière
<EMI ID=106.1>
sorte, que, par exemple,.- parmi les composants qui suivent le canal de réception médian 0, l'extracteur de données 12 est caractérisé par le chiffre, de référence
120 et le dispositif de recherche de minimum-maximum
<EMI ID=107.1>
grammes sont chaque fois amenés à l'extracteur de données 12. Celui-ci décide si une impulsion sonore est détectée et extrait dans ce cas le début et la fin de l'écho produit par cette impulsion, ainsi que son allure dans le temps. A titre de résultat, on obtient toutes les valeurs de fréquence Doppler-temps fn = g(n), comme elles sont représentées sur les Fig. 3 et 4 en tant que fréquences d'écho Doppler fSC dans le temps t, en débutant par la détection de l'écho au <EMI ID=108.1>
Une forme d'exécution possible d'un extracteur de données 12 est illustrée sur la Fig. 7. A partir des
<EMI ID=109.1>
chercheur de maximum 14 extrait la fréquence qui présente la plus grande amplitude, la fréquence d'écho Doppler fn. Les fréquences d'écho Doppler fn sont amenées au moyen d'un circuit-porte 15 au chercheur de minimum-maximum 13 correspondant lorsque la dispersion
2.
<EMI ID=110.1>
effet.. toutes les fréquences d'écho Doppler fn détectées aux divers moments n sont inscrites dans un
<EMI ID=111.1>
parallèle. A partir du contenu correspondant du regis-
<EMI ID=112.1>
<EMI ID=113.1>
moyennes 17. A partir de cette valeur moyenne et de
<EMI ID=114.1>
calcul 18 est calculée la dispersion
<EMI ID=115.1>
L'étage de calcul 18 est à cet effet connecté par son entrée à la sortie du formateur de valeurs moyennes 17 et à chacune des sorties parallèles du registre à
<EMI ID=116.1>
19 fournit à l'entrée de commande du circuit-porte 15,
<EMI ID=117.1>
<EMI ID=118.1>
processus d'extraction fournit pour chaque canal de direction 0, I, II, un jeu de valeurs de fréquence
<EMI ID=119.1> courbes sur les Fig. 3 et 4 qui sont identifiées par
<EMI ID=120.1>
Lès fréquences d'écho Doppler fn extraites sont chaque fois fournies au chercheur de minimummaximum 13 qui donne la fréquence d'écho Doppler la
<EMI ID=121.1>
de minimum-maximum 130, qui est associé au canal de direction médian 0, est suivi d'un additionneur/diviseur 20 qui calcule la fréquence moyenne fin selon
<EMI ID=122.1>
20 est connectée .une entrée et à une des sorties du chercheur de minimum-maximum 130 est connectée l'autre entrée d'un soustracteur 21. Le soustracteur 21 calcule la différence de fréquence entre la fréquence d'écho ,Doppler la plus grande ou la plus petite, les fréquences dites limites, au moment n = 0 et la fréquence moyenne fm. Le.soustracteur 21 est suivi d'un multiplicateur/diviseur 22 qui par son entrée, est à nouveau connecté à la sortie de l'additionneur/diviseur.20 et calcule au moyen de la vitesse du son c dans l'eau qui
<EMI ID=123.1>
de la vitesse vg de la cible selon l'équation (9).
Chaque chercheur'de minimum-maximum 131, 132 est suivi d'un soustracteur 23, 24 qui est en outre connecté à la sortie de l'additionneur/diviseur 20. Les soustracteurs 23 et 24 calculent à partir de chacune des valeurs extrêmes des fréquences d'écho. Doppler fex
<EMI ID=124.1>
<EMI ID=125.1>
fm. Les variations de fréquence Doppler A f dans chaque canal de direction sont comparées dans un comparateur
25 ou 26 et la variation de fréquence Doppler la plus importante est chaque fois fournie à la sortie. Les sorties des deux . comparateurs 25 et 26 sont connectées aux deux entrées d'un autre comparateur 27 qui déter-mine la variation de fréquence Doppler la plus grande
<EMI ID=126.1>
duites et fournit simultanément le chiffre d'identification x pour le canal de réception I ou II dans lequel apparaît cette variation de fréquence Doppler la plus
<EMI ID=127.1>
prendre la valeur "1" ou "2" selon le canal de direction, forme une grandeur de commande pour un électeur
28, par exemple un multiplexeur, auquel sont amenées les. valeurs de fréquence d'écho Doppler-temps apparaissant aux sorties des deux extracteurs de données
121, 122. Les fréquences d'écho Doppler fn et les valeurs de temps n, qui ont été obtenues à partir du canal de direction dont le chiffre d'identification x se trouve à l'entrée de commande de l'électeur 28, sont appliquées à un processeur. d'évaluation de distance
29 (Fig. 6).
La sortie du comparateur 27, à laquelle apparaît la variation de fréquence Doppler maximale
<EMI ID=128.1>
multiplicateur-diviseur 30 dont les autres entrées sont occupées, d'une part, par la vitesse du son cet, d'autre part, grâce à une connexion à l'additionneur/diviseur 20, par la fréquence moyenne fm calculée. Le multiplicateur/diviseur 30 calcule selon l'équation
<EMI ID=129.1>
cateur/diviseur 30 et la sortie du multiplicateur/diviseur 22 sont connectées à un diviseur 31 suivi d'un réseau arc-cosinus 32. A la sortie du réseau arc-
<EMI ID=130.1>
tion (.il ) , peut être obtenu. Pour tenir compte de la
<EMI ID=131.1>
cible et du canal de réception sélectionné, un additionneur 33 suit encore le réseau arc-cosinus 32, cet additionneur étant connecté d'autre part à la sortie d'un élément de calcul 34. Dans l'élément de calcul 34 est introduit le chiffre caractéristique x déterminé par le comparateur 27 et à partir de la sortie du multiplicateur/diviseur 30, le signe de la variation de
<EMI ID=132.1>
34 calcule le deuxième terme de l'équation (12) qui est ajouté dans l'additionneur 33 à la grandeur de sortie du réseau arc-cosinus 32. On peut obtenir à la sortie
<EMI ID=133.1>
rence à la ligne de liaison entre l'émetteur E et la cible S selon l'équation (12).
<EMI ID=134.1>
présente un. calculateur de courbes de lissage 35, un
<EMI ID=135.1>
forme d'un registre à décalage à entrée série et sortie parallèle et un détecteur de minimum 38. Dans le calculateur de courbes de lissage 35 sont introduites toutes les grandeurs d'état déterminées, comme la
<EMI ID=136.1>
réception 0 orientée vers la cible et les directions de
<EMI ID=137.1>
la vitesse du son c dans l'eau. De plus, le calculateur de courbes de lissage 35 reçoit des valeurs d'évaluation arbitraires, mais sélectionnées compte tenu de. la réalité, Rj de la distance de la cible, qui ont été modifiées selon des échelons j=l à k. De plus, les valeurs de temps n de la direction de réception non orientée vers la cible I ou II sélectionnée sont amenées au calculateur de lissage 35, ce qui 's'effectue par l'intermédiaire de l'électeur 28. Le calculateur de courbes de lissage 35 calcule à présent, pour la grille
<EMI ID=138.1>
l'allure des fréquences d'écho Doppler fj selon l'équation (1). Le résultat est appliqué au calculateur de variance 36 qui reçoit, en outre, les fréquences d'écho Doppler fn obtenues à partir de l'écho dans le canal de
<EMI ID=139.1>
sélectionné. Le calculateur de variance 36 calcule la
<EMI ID=140.1>
avec référence aux fréquences d'écho Doppler fn selon :
<EMI ID=141.1>
<EMI ID=142.1>
valeurs d'évaluation Rj font l'objet d'un stockage intermédiaire dans la mémoire 37. Le détecteur de minimum 38 détermine la variance minimum à partir du contenu de la mémoire et produit la valeur d'évaluation
<EMI ID=143.1>
déterminée. Le chiffre caractéristique x présenté -de. manière exponentielle dans les équations de la Fig. 6 sert simplement à caractériser celui des deux canaux de réception I- ou II non orientée vers la cible dans
<EMI ID=144.1>
<EMI ID=145.1>
d'écho Doppler-temps fn = g(n) de laquelle s'effectue le calcul de la variance.
La Fi.g. 8 est un plan synoptique d'un procédé semblable pour évaluer les grandeurs d'état de la cible qui est modifié par le fait qu'au moyen du traitement des signaux, l'écho n'est pas détecté dans trois directions de réception séparées seulement, mais dans un grand nombre de directions de réception sélectives décalées en azimut les unes des autres chaque fois d'ùn même angle, dites faisceaux en éventail 40. Parmi les directions de réception, il en est une, dite faisceau de relèvement 41, qui est orientée vers la cible. Le faisceau de relèvement 41 se trouve dans ce cas de préférence au milieu des faisceaux en éventail 40. La formation de faisceau proprement dite s'effectue dans le bloc 42 "préparation du signal" par un traitement correspondant des signaux de sortie d'éléments d'antenne individuels d'une antenne de réception 43 reliée
<EMI ID=146.1>
analyse de fréquence des signaux d'écho reçus dans les faisceaux individuels et, dans le cas d'un récepteur E en mouvement, la compensation de l'effet Doppler propre. Les jeux de données des fréquences d'écho
<EMI ID=147.1>
obtenues à partir des faisceaux individuels sont appliqués à un calculateur 44 en association avec la.
<EMI ID=148.1>
Le. calculateur 44 calcule d'une part les fréquences d'écho Doppler fi en fonction de la direc-
<EMI ID=149.1>
<EMI ID=150.1>
<EMI ID=151.1>
<EMI ID=152.1>
et forme, d'autre part, selon la méthode d'évaluation des moindres carrés moyens, la différence quadratique
<EMI ID=153.1>
appliquées et les fréquences d'écho Doppler calculées fi, associées par la direction de réception et le
<EMI ID=154.1> et R, préintroduits lors du premier calcul- des fréquences d'écho Doppler fi en tant que valeurs fictives, sont dans ce cas modifiés de manière itérative jusqu'à ce que la différence précitée soit minimum. Les paramètres trouvés pour le maximum sont fournis en tant que grandeurs d'état recherchées.
Dans ce cas, il est avantageux d'établir au préalable d'une manière aussi précise que possible les valeurs de départ pour les paramètres utilisés dans le procédé d'évaluation. A cet effet, le vecteur de vitesse de la cible est déterminé, dans un autre
<EMI ID=155.1>
jeux de données disponibles des fréquences d'écho Doppler fSCi dont l'effet Doppler propre a été compensé. A cet effet, jusqu'à un moment déterminé tl, les
<EMI ID=156.1>
jeux de données de tous les faisceaux ou de toutes les directions de réception. De celles-ci, on élimine la
<EMI ID=157.1>
moyen de celles-ci à présent la grandeur d'état fréquence d'émission fm selon l'équation
<EMI ID=158.1>
<EMI ID=159.1>
<EMI ID=160.1>
De plus, dans le calculateur 45, la fréquence Doppler Fd de l'impulsion sonore parvenant dans le faisceau de relèvement 41, donc la fréquence Doppler du signal direct de l'impulsion sonore, est lue et la <EMI ID=161.1>
l'équation
<EMI ID=162.1>
<EMI ID=163.1>
<EMI ID=164.1>
fréquence d'émission fm sont fournis au calculateur 44 à titre de valeurs de départ pour lé procédé d'évaluation.
En outre, une valeur de départ pour le paramètre distance R de la cible peut aussi être -calculée dans le calculateur 45�. A cet effet, le calculateur 45 lit, parmi les jeux . de données disponibles dans une
<EMI ID=165.1>
<EMI ID=166.1>
partir de l'arrivée du signal direct dans le faisceau de relèvement 41, et calcule selon les équations (15). et (17), à l'aide des grandeurs d'état vs, kS, fm déterminées selon les équations (18) à (20), la distance R de la cible, qui est alors fournie au calculateur 44 à titre de valeur de départ.
Si plusieurs impulsions sonores de l'émetteur de la cible sont disponibles pour le traitement, la grandeur d'état distance R de la cible peut encore être évaluée d'une autre manière. Au moyen du faisceau de relèvement 41, on relève en continu le gisement de la cible S par rapport à une direction de référence, par exemple le Nord, et on le retient en fonction du temps.
<EMI ID=167.1>
temps t sont fournies à un calculateur 46. Ce calculateur élimine des valeurs de mesure, le mouvement propre du récepteur E et détermine, à partir des valeurs de mesure compensées, les variations d'angle de <EMI ID=168.1>
calculateur 46 calcule selon l'équation
<EMI ID=169.1>
<EMI ID=170.1>
<EMI ID=171.1>
<EMI ID=172.1>
en mesures d'arc ou en degrés. Les valeurs vg et kg sont fournies au calculateur 46 par le calculateur 45. Pendant ce temps, la grandeur d'état R inconnue est préintroduite en tant que valeur fictive. Dans un procédé d'évaluation faisant appel aux moindres carrés moyens, la valeur paramétrique préintroduite est modifiée de manière itérative jusqu'à ce que l'écart quadratique moyen de la variation d'angle de relèvement calculée et mesurée soit minimum. La valeur paramétrique associée de la distance R est fournie en tant que grandeur d'état distance de cible R. Dans le cas ou l'emplacement du récepteur et la direction de relèvement 41 sont connus, la distance de cible R est une mesure directe de l'emplacement de la cible (EMP).
Pour le procédé d'évaluation précité, il est aussi possible d'introduire la valeur du paramètre R déterminée par le calculateur 45 comme décrit plus haut, à titre de valeur de départ, de telle sorte que les travaux de calcul nécessaires sont fortement réduits. Etant donné qu'à présent la grandeur d'état, distance de cible R, a été déterminée par deux voies distinctes, il est possible, en vue d'améliorer le résultat de l'évaluation, d'effectuer encore un calcul de compensation des erreurs sur les deux résultats.
En lieu et' place de l'estimation faisant appel aux moindres carrés moyens, comme mentionné plus haut, on peut aussi utiliser d'autres procédés d'évaluation adéquats, par exemple le procédé d'évaluation à maximum .de vraisemblance. Les valeurs paramétriques qui satisfont aux conditions du critère d'évaluation, sont chaque fois fournies en tant que grandeurs d'état <EMI ID=173.1>
être réalisé d'une manière tant unidimensionnelie que bidimensionnelle. Dans. le premier cas, les fréquences d'écho. Doppler fi sont calculées en fonction de la direction de réception i. pour un moment ti prédér , terminé et sont comparées aux fréquences d'écho Doppler
<EMI ID=174.1>
correspondantes..
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits du procédé. Si l'on se contente de l'évaluation des grandeurs d'état vitesse de la cible, cap de la cible et fréquence d'émission de l'émetteur de la cible et si on se limite au repérage de la cible à partir d'un récepteur stationnaire ou quasi stationnaire, on peut éviter la consommation électrique nécessaire pour la conformation de faisceaux afin d'obtenir des faisceaux de réception les plus étroits possibles ou une caractéristique de réception du
<EMI ID=175.1>
qu'on supprime ainsi également la nécessité de prévoir une compensation de l'effet Doppler propre du récepteur, car les fréquences d'écho Doppler détectées par un récepteur stationnaire correspondent directement aux
<EMI ID=176.1>
on peut également déterminer dans le signal d'écho les fréquences d'écho, Doppler extrêmes fmax et fmin et la fréquence Doppler de l'impulsion d'émission fD et au départ de cela, comme décrit plus haut, les grandeurs d'état vitesse vg de la' cible, cap kg de la cible et fréquence d'émission fm, La grandeur d'état distance de cible R ne peut. alors être déterminée que lorsque plusieurs impulsions d'émission de l'émetteur de la cible sont disponibles. Comme décrit plus haut, celleci est alors déterminée de manière itérative au moyen d'un procédé d'évaluation adéquat à partir de variations d'angle de relèvement dans le temps calculées et mesurées, les grandeurs d'état vitesse vg de la cible
<EMI ID=177.1>
utilisées comme valeurs de départ.
1.- Procédé passif pour évaluer des ..grandeurs d'état comme la distance, la vitesse, le cap et/ou la fréquence d'émission d'une cible en mouvement qui émet des impulsions sonores-dans l'eau, comme un bateau, une torpille ou un engin analogue .comportant un sonar actif, à partir d'un récepteur éloigné de la cible, caractérisé en ce qu'on détecte le? fréquences Doppler
<EMI ID=178.1>
Passive method for evaluating quantities ... of the state of a moving target emitting in water
'sound pulses.
The present invention relates to a passive method for evaluating state quantities such as the distance, speed, heading and / or frequency of emission of a moving target emitting sound pulses in the water, such as a ship, a torpedo or a
<EMI ID = 1.1> location. -receiving distant from the target.
A known process of this type, generally qualified as "ping steeling technique" uses the effect of. propagation in several ways in the sound channel. In this case, from the differences in transit time between the sound pulse received directly, that is to say in the direction of bearing from the receiver to the transmitter and that or those received indirectly, it is determined first of all, the location then, by an integration process over time, also roughly the speed of the transmitter. However, this process requires good knowledge of the existing sound propagation relationships. In, areas with little water. deep ,. we cannot use this:
process given the level most often @. poor knowledge of the properties of the canal in shallow water.
The object of the invention is to provide a passive method of the type specified in. means by which the state quantities of a target can be determined independently of the knowledge of. sound channel properties, with relatively high accuracy. The method is particularly suitable for shallow water areas. At the same time, this process must be able to be carried out on the receiver side with usual antennas or bases in the case of known passive sonar installations and each additional investment in construction, in particular for the antenna or the base, must be , avoid..
This object is achieved in the case of a method of the type indicated in, the non-characteristic part of claim 1, by the characteristic part of this claim 1.
In the case of the process in accordance with the invention, use is made precisely of the property of the shallow water channel which hitherto has been shown to be inconvenient for acoustic localization, namely the echo appearing to be reinforced with the effects of spreading, of frequency due to the Doppl-er effect in the echo of a localization signal and the dependence of this spreading of
<EMI ID = 2.1>
Additional construction is not necessary. This process is carried out without any modification of the structure of the usual passive sonar installations, for example with a cylindrical base, exclusively by means of the processing of the signals. Partial .not necessary. For it proceeds in the treatment of. signals,. beam formation and Analysis of ;. frequency already exist without more in a series. of known passive sonar installations, so that. the process can be carried out in. existing sonar installations. with minimum investment.
<EMI ID = 3.1>
case of the most unfavorable boundary conditions, it. provides evaluation values for the distance between the target carrying the transmitter and the receiver including the.
. error rate is less than 10% ...-. 'An advantageous achievement of 1.' The invention is described in claim 5. By further determination of the Doppler frequency of the transmit pulse contained in the direct signal, i.e. in the signal arriving in the direction of lift, it is. possible to determine the heading of the target using the -granders of state determined according to claims 3 and 4, in this case emission frequency and value of the speed of the target.
An advantageous realization of the process
<EMI ID = 4.1> tion 6. In the two directions or channels of reception direction - selective not oriented towards the target of the sonar installation, extremes are obtained
<EMI ID = 5.1>
say that in the first direction channel, a maximum Doppier echo frequency is detected, and in the other, a minimum frequency. By the expression direction of selective reception; we hear here
<EMI ID = 6.1>
sonars. passive are. perfectly sufficient for-obtaining -good results. Thanks to directed echo reception, limitation to one receiver
<EMI ID = 7.1>
deleted. On the contrary, the receiver itself can move without limitation. The so-called clean Doppler effect which appears in this case can be eliminated without further calculation, because the speed and the heading of the receiver are known.
A realization . advantageous due process according to the invention is described in claim 7. This procedure avoids measurement inaccuracies. which may appear in the implementation of the method according to claim 6, when the two selective reception directions are not
<EMI ID = 8.1>
unfavorable compared to the target course which is still unknown.
An advantageous embodiment of the process according to the invention is described in the claim
<EMI ID = 9.1>
heading of the target, speed of the target and frequency of emission of the transmitter of the target, it is possible to determine with sufficient precision by means of the indicated measurements, the distance to the
<EMI ID = 10.1>
An advantageous realization of the process
<EMI ID = 11.1>
cation 9. Thanks to these measures, the reliability of the evaluation of the distance can be markedly increased. Thanks to the large number of values: meeting .the most diverse reception directions used for re-evaluation, it is possible to eliminate the disturbances of the structure / echo and. Thus the false points of. Encountered.
<EMI ID = 12.1>
The form of the invention is further described in claim 11. The use of state quantities of
-the target determined in accordance with. claims 3 <EMI ID = 13.1> prior to the parameters, makes it possible to considerably lower the calculation costs for the process
<EMI ID = 14.1>
For the method described above, after the. location of the target, in principle a single transmitter pulse is sufficient to completely detect the defined state quantities of the target. Exploitation of subsequent transmitter pulses as described simply serves to improve the results of the evaluation of the state quantities.
If, however, there is a series of sound pulses emitted by the target, the state quantity "distance from the target" can also be further evaluated in accordance with the other embodiment of the method according to the invention described. in claim 12. In connection with the operating method described in claim 9 or 10, two results determined separately are obtained in the same way
<EMI ID = 15.1>
which can then be improved by one. process. error compensation, the actual result of the evaluation.
-An advantageous realization of the process <EMI ID = 16.1>
Claim 13. This process has the advantage of being satisfied with only one and at most, however, with three directions. selective reception which are angularly offset in azimuth from each other. Being . given that the whole structure of the echo throughout, the duration of reception is used to determine the Doppler echo frequencies, and not just selected encounter values; disturbances in the structure of the echo can be easily identified and eliminated without further ado. calculation of state quantities. Electronic investments for the production of the maximum number of- three directions of <EMI ID = 17.1>
very weak.
An advantageous embodiment of the method according to the invention is described in claim 14. The location of the transmitter by means of a separate raising beam makes it possible, thanks to the very high useful / spurious signals ratio, to detect d '' reliably the time of reception of the echo as well as a maximum value and a minimum value of the Doppler frequencies, the maximum value and the minimum value being symmetrical with respect to the average frequency of the transmitter pulse . The discontinuity function occurring in the uplift beam in the course of time as a function of the time of the Doppler echo frequency makes it possible to make a sure determination. from the average frequency therefore from the transmitter frequency ...
An advantageous embodiment of the process according to the invention is described in claim 15, in particular in conjunction with the claims.
<EMI ID = 18.1>
process described above, the speed and heading of the target are also determined here. from the extreme values of the Dôppler echo frequency, therefore the
<EMI ID = 19.1>
process, in the present case for each direction of reception, the whole pattern over time. of the Doppler echo frequency, that is to say the curve of the Doppler echo frequency over time is determined over the entire duration of reception, of the echo, of the disturbances in the: structure of the echo can be easily identified and the actually extreme values, which correspond to the minimum and maximum Doppler effects, can be determined much more reliably.
Another advantageous embodiment of the method according to the invention is described in claim 18. For certain spatial relationships between the heading of the target and a chosen selective reception direction not oriented towards the target, the minimum Doppler echo frequency or maximum cannot be determined by measurement techniques. In this case, it is however possible to determine from the Doppler echo frequency values as a function of time in the other direction of selective reception not oriented towards the target according to the invention, which has another spatial relationship with the transmitter, the minimum or maximum Doppler echo frequency that cannot be detected in the first direction of reception.
Yet another advantageous embodiment of the method according to the invention is described in claim 19. These measures make it possible to significantly increase the reliability of the calculated state variables of the target by the fact that one always uses, for the calculation of the state quantities, in the direction of reception in which the unequivocal extreme value of the Doppler echo frequency appears.
An advantageous embodiment of the method according to the invention is described in claim 23. These additional process steps make it possible to improve the evaluation results notably for the unknown state quantities and thus achieve detection. . and extremely precise target determination.
The method according to the invention is not only suitable when the target emits sound pulses in an omnidirectional manner. In the case of other transmission modes frequently used in active sonars, such as RDT, CRDT, or XRDT modes, for which u. narrow emission beam pivots in a horizontal angular range, the method according to the invention also gives results which are also good for the state quantities of the emitting target.
According to another embodiment of the method according to the invention- described in. claim 25, concludes that a target comprising an active sonar transmitting according to the RDT mode when a time offset appears between the echo detections in the two directions of reception not oriented towards the target. The period of the emission beam can then be further calculated from this time shift.
According to the other embodiment of the process according to the invention described in claim 26, it can also be concluded. to a target comprising, a ... submarine transmitter working in RDT mode, when, in the so-called raising beam, therefore in, the direction of selective reception oriented towards, the
<EMI ID = 20.1>
1 transmit pulse and echo occurs. This time shift is also a measure of the period of the emission beam.
Examples of embodiment of a method for passive evaluation of state quantities of a target will be described below in more detail with reference to the appended drawings, in which:
Fig. 1 is a principle view of a model of the echo space in water in the case of a rela-. momentary spatial choice chosen arbitrarily between a transmitter in motion S and a receiver stationary or in motion E;
Fig. 2 is a view similar to that of FIG. 1 in the case of a receiver comprising a total of three selective reception directions;
Fig. 3 is a principle view of the Doppler-time echo frequency curves established in the various selective reception directions in the case of an ODT transmitter;
Fig. 4 is a view similar to FIG. 3 of Doppler-time echo frequency curves in the case of a RDT transmitter;
Fig. 5 and FIG. 6 are a block diagram of a circuit arrangement intended to carry out the method for evaluating state quantities;
Fig. 7 is a block diagram of a data extractor in the circuit arrangement shown in FIGS. 5 and 6, and
Fig. 8 is a block diagram of the progress of the process according to a second embodiment.
The method for evaluating the unknown state quantities of a moving target from a reception location distant from the target will be explained first of all with reference to the principle view of FIG. 1. It is assumed in this case that the target emits sound energy at intervals, for example sound pulses. In the preferred application of the method, the moving target is therefore a surface vessel which, on board, usually has an active sonar installation, the sound transmitter of which emits <EMI ID = 21.1>
star band. The target or the surface vessel equipped with its so-called interception transmitter is indicated at S in FIG. 1. It travels at a speed vg unknown to the receiver with a heading kg. The receiver stationary or in. movement E is, in the preferred application of the method, a submarine stationary or moving at speed vE along the heading kE which is equipped with an installation. passive sonar by means of which sound pulses or intercept signals can be received. The application of the process assumes that the sound channel between the transmitter S and the receiver E
<EMI ID = 22.1>
especially for areas with shallow water, such as the North Sea. The echo is produced by discontinuities in water, which for example in the case of sea water, appear as a result of differences in temperature or salinity, air occlusions, the presence of particles or microorganisms and which cause impedance jumps. During the impact of the sound energy emitted by the transmitter, these discontinuities cause reflections and dispersions.
In spirit, these discontinuities can therefore be considered as fictitious diffusion centers SCi which are activated from the transmitter in motion at the frequency
<EMI ID = 23.1>
by a sound pulse of the average frequency fm.
<EMI ID = 24.1>
displacement of the transmitter and the direction in which
<EMI ID = 25.1>
the transmitter. Part of the sound energy is scattered in the direction of selective reception of the receiver, so that these centers of diffusion SCi appear to the receiver as being.
<EMI ID = 26.1>
arranged along the receiving direction or the axis of the receiving beam. In the case of a
<EMI ID = 27.1>
can be detected directly in the receiver-selective-channel. In the case of a
<EMI ID = 28.1>
are shifted by another Doppler, the so-called clean Doppler, which results from the relative displacement of the receiver
<EMI ID = 29.1>
detected in the receiver in the form
<EMI ID = 30.1>
<EMI ID = 31.1>
receiver and direction, under which the fictitious transmitter is seen from the receiver, dcnc the direction of selective reception of the receiver. Since the speed vector of the receiver and the direction of selective reception are known, the proper Doppler can be compensated in the reception channel and the frequency. <EMI ID = 32.1>
thus be detected.
The compensated own Doppler frequencies
<EMI ID = 33.1>
Doppler echo frequencies.
Using the method described in detail below, we will now evaluate the state quantities of the target
<EMI ID = 34.1>
receiver E. By state quantities, we mean the heading kg
<EMI ID = 35.1>
or average frequency fm of the target interception transmitter and the. distance R separating the target S from the receiver E. These state quantities make it possible to locate an unknown target S from the reception location E, and to completely describe the behavior of the target by its heading, its speed and its frequency resignation-.
The receiver. E- has at least one direction of selective reception I, a so-called Preformed Beam or reception channel, oriented. This direction
<EMI ID = 36.1>
it cannot be oriented directly towards the target S, which is described hereinafter as "not oriented towards the target". The echo produced as a result of the physical phenomenon described above in water by the sound pulse of duration T is detected in the direction of selective reception I or in the oriented reception channel. This echo is a function of time and is also called an echo signal. From the echo received in the direction of selective reception I are formed the frequency spectra, in this case by determining for a large number of moments of a time grid starting from the reception of the echo,
<EMI ID = 37.1> <EMI ID = 38.1>
contained in the frequency spectra and by
<EMI ID = 39.1>
<EMI ID = 40.1> <EMI ID = 41.1> receiver is zero. If the receiver E moves
<EMI ID = 42.1>
resulting, that is to say the Doppler effect called clean; perform speed compensation in the receiver dependent on. The direction.
Regardless of the acquisition of the values of
<EMI ID = 43.1>
towards the target, we calculate for the same direction of
<EMI ID = 44.1>
<EMI ID = 45.1>
<EMI ID = 46.1>
Based on the correlation appearing in Fig. 1
<EMI ID = 47.1>
and relationship
<EMI ID = 48.1>
where it has been established that
<EMI ID = 49.1>
we obtain
<EMI ID = 50.1>
It follows from equation (7) that the Doppler frequencies fi to be calculated are a function of the independent variables
<EMI ID = 51.1>
(1) is now used to calculate the Doppler echo frequencies -fi for a large number of successive moments ti and are combined in smoothing curves f = h (t).
<EMI ID = 52.1>
provided beforehand as evaluation values. The evaluation values admitted arbitrarily, but in relation to reality, are modified each time for a parameter, the steps of modification or variation must be suitably chosen, and a smoothing curve is established for each value.
<EMI ID = 53.1>
smoothing f = h (t) and the Doppler-time echo frequency values fSC = g (t) obtained from the measurement values is now calculated (Doppler-time echo frequency curve, as indicated in I on the
<EMI ID = 54.1>
evaluation of the set of parameters, the associated smoothing curves of which give the minimum variance, is supplied as the state quantity of the target S.
In the case of the four present parameters, which must all be modified one after the other in adequate steps, the work of calculation is practically very important. This work can however be greatly simplified by the fact that at
<EMI ID = 55.1>
from the echo, we calculate the state quantities for
<EMI ID = 56.1>
<EMI ID = 57.1>
of distance target R, remains as. parameter in the smoothing curves over time as an independent variable. The variation of the evaluation values for the individual R parameters and the
<EMI ID = 58.1>
calculation work previously required.
To calculate the state quantities fm, vg and-
<EMI ID = 59.1>
from an additional selective receiving direction 0, which is oriented towards the target S. The 'Preformed Beàm or oriented receiving channel is therefore also called a raising beam. The echo is now detected in addition in the receiving direction 0 oriented towards the target. As described, the frequency spectra of the detected echo are determined and from these spectra, the values of
<EMI ID = 60.1>
ti begins here with the arrival of the direct interception signal which, because of direct reception, coincides with the reception of the echo and therefore with the time of detection of the echo. The shape of the Doppler-time echo frequency curve formed by Doppler-time echo frequency values. for the receiving direction 0 oriented towards the target is illustrated in FIG. 3 and designated in this figure by 0. As can be seen from this figure, the shape of the Doppler echo frequency over time is characterized by a discontinuity function which, at time ti = 0, jumps from a minimum value to a maximum value, or, in the case of a heading opposite. the target, jumps in the opposite direction, then remains constant.
If the heading of the target S is located on the straight line connecting the receiver and the target, the minimum value and the maximum value correspond to the minimum and maximum Doppler echo frequencies. In all other cases, these extreme values at point 0, hereinafter referred to as'
<EMI ID = 61.1>
<EMI ID = 62.1>
emission or average frequency fm.
The average frequency fm is determined from the upper and lower extreme values at the location t = + Oau by means of the equation
<EMI ID = 63.1>
and from this, the radial velocity component of the target S
<EMI ID = 64.1>
From frequency, Doppler-time echo values
<EMI ID = 65.1>
towards the target; an extreme value fex is determined which is either the maximum Doppler echo frequency fmax or
<EMI ID = 66.1>
fm calculated, the target speed is calculated using the following equation
<EMI ID = 67.1>
<EMI ID = 68.1>
Lely qualified as Doppler frequency variation or Doppler half-bandwidth.
From the radial velocity component
<EMI ID = 69.1>
target if using
<EMI ID = 70.1>
In the case of certain spatial relationships between the target S and the direction of selective reception I not oriented towards the target of the receiver E, it is not possible to determine a Doppler echo frequency
<EMI ID = 71.1>
measured. In particular, for large distances from the target, in the case of ti long durations, the S / N ratio is too small, so that. Doppler echo frequencies. fall sharply. Echo frequencies
<EMI ID = 72.1>
approximately would present large errors which would considerably distort the state quantities to be evaluated. To obtain, even in these cases, an evaluation of the state quantities reliable and presenting few errors, the receiver E has, as shown in FIG. 2, from another direction of reception II not oriented towards the target, for which the echo is also <EMI ID = 73.1>
With regard to the first direction of reception I not oriented towards the target, the Doppler echo frequencies fSCi are determined according to a time grid starting from the reception of the echo and therefore from the moment of detection of the echo. An example of a frequency curve
<EMI ID = 74.1>
tion de'reception II thus obtained is illustrated in FIG. 3 and is. designated by II. The second receiving direction II not oriented towards the target is offset by pivoting by a certain angle from the first receiving direction I not oriented towards the target and is preferably symmetrical by. relative to it, with reference to the direction of reception 0 oriented towards the target as an axis of symmetry.
From the echo frequency values
<EMI ID = 75.1>
tion of selective reception II not oriented towards the target, the fre-
<EMI ID = 76.1>
maximum or minimum Doppler echo rate, frequency variations are determined using these
<EMI ID = 77.1>
<EMI ID = 78.1>
tions (10 and (11).
The establishment of the smoothing curves fi = h (t) and the calculation of the variance is carried out
<EMI ID = 79.1>
reception I and II not oriented towards the target in which the greatest Doppler frequency variation A fmax appears. In cases where, in the directions of
<EMI ID = 80.1>
at least two variations of Doppler frequency of equal value A fmax appear, as it is for the example represented in Fig. 3, one seeks the direction of reception in which the variation of maximum Doppler frequency appears earlier.
In Fig. 3, it would be .de: the second direction of selective reception It not oriented towards the target in which the minimum Doppler echo frequency fmin is. Chronologically detected first.
<EMI ID = 81.1>
target according to equation (10), the value of the
<EMI ID = 82.1>
<EMI ID = 83.1>
positive or negative. ' Given this sign and the
<EMI ID = 84.1>
II which is selected, it is possible to write
<EMI ID = 85.1>
generally targets as follows
<EMI ID = 86.1>
where x is the unoriented receiving direction of the target. 1 or II selected and should be entered with 1 or 2.
<EMI ID = 87.1>
<EMI ID = 88.1>
using the three selective reception directions 0, I, II sketched in FIG. 2, and which already exhibit very good accuracy, can be further improved iteratively by the process below.
The distance value R determined after the smoothing curves have been established by means of the variance calculation as a fixed evaluation value is entered as a parameter and a curve of. smoothing fi = h (t) is established by calculating the Doppler echo frequencies according to equation (1). One of the remaining parameters, for example the average frequency fm, is modified in steps starting from the calculated values. <EMI ID = 89.1>
smoothing are calculated each time. By calculating the variance for the Doppler echo frequency values
<EMI ID = 90.1>
an improved value for the parameter in question, in this example for the average frequency fm. Using this improved parameter evaluation value, the distance R of the target is calculated again as described above, and a further improved evaluation value is obtained for the distance from the target. Using this improved evaluation value for the target distance, smoothing curves are again formed with corresponding variations of another parameter, for example the speed, vg of the target, after which the described process is repeated. In total, the process steps described above are repeated iteratively until. that the modification of the continuously improved evaluation value for the distance from the target no longer exceeds a predetermined value.
- In the case of the method explained by means of the Doppler-time echo frequency curve of FIG. 3, it is assumed that the interception transmitter of the target S transmits in an omnidirectional manner. In active sonar installations, however, it is frequently possible to change the transmission mode. One of the other most common transmission modes is the so-called RDT mode.
(Rotational Directional Transmission) with CRDT and XRDT modifications. In the case of all these modes <EMI ID = 91.1>
a more or less large horizontal angle. In the case of the RDT transmitter, an emission beam pivots by one
<EMI ID = 92.1>
the CRDT transmitter, three emission beams offset by <EMI ID = 93.1> horizontal angle of 120 [deg.]. In the case of a transmitter
<EMI ID = 94.1>
on the other rotate. in the opposite direction at an angle of 90 [deg.].
In the case of targets S equipped with such interception transmitters, said state quantities can also be determined in an analogous manner. In Fig. 4, the Doppler-time echo frequency curves obtained from the echo in the directions'
<EMI ID = 95.1>
RTD. The grid zero point. -Of 'time for determining Dbppler- echo frequency values
<EMI ID = 96.1>
the audio impulse or interception signal from the reception direction 0 oriented towards the target. As shown in Fig. 4, the time of arrival
<EMI ID = 97.1>
that is to say the time of the beginning of the reception of the echo, do not coincide in. The direction. reception 0 oriented towards the target, but have a time lag. From this time lag, we conclude that there is an RDT transmitter. The
<EMI ID = 98.1>
that double time lag. From the
<EMI ID = 99.1>
As shown by the Doppler-time echo frequency curves of FIG. 4 in the directions of reception I and II not directed towards the target, the moments of the start of the detection of the echo in the two directions of reception I and II do not coincide, as in the case of an ODT transmitter, but are also shifted in time. This time lag is also characteristic of the presence of an RDT transmitter in the target. The time lag corresponds
<EMI ID = 100.1>
the RTD transmitter.
Calculation and evaluation of state quantities
<EMI ID = 101.1>
as described above for the specific configuration of an ODT transmitter. As shown by the echo frequency curves., Doppler-time fSCi � g (t) in Fig. 4 ,. in one of the non-oriented reception directions of the target, here in the reception direction. II, there are in certain circumstances ambiguities of the function. This is mainly due to the fact that by spatially non-simultaneous step-by-step sound attack on the echo space, at determined times, two different frequencies of the echo spectrum can appear simultaneously. The variance is advantageously calculated with reference to the Doppler-time echo frequency values originating from that of the two directions of reception not oriented towards the target, in which there is no ambiguity.
This would be in Fig. 4 the direction of reception I. The calculation of the Doppler echo frequencies according to the equation
<EMI ID = 102.1>
must of course be carried out taking into account this direction of reception selected.
Pige 5 and 6 schematically illustrate a synoptic plan of a possible circuit assembly in the receiver E to execute the described method of the evaluation of the unknown state quantities of a target with sound emission.
The receiver E has a well-known beam former 10 by means of which three oriented reception channels are produced, so that the receiver E is sensitive only in three selective reception directions 0, I, II. The receiving channels or oriented beams are shown in Fig. 5 and in the following description, according to the directions of
<EMI ID = 103.1>
median reception 0, called the uplift beam, is oriented on the target S (reception direction 0 oriented towards the target), the other two
<EMI ID = 104.1>
oriented towards the target) being arranged symmetrically
<EMI ID = 105.1>
are, treated separately. To this end, each reception channel 0, I, II is followed by an FFT processor 11, a data extractor 12 and a minimum-maximum search device 13. The addition of these components is characterized by a number added to the reference digit which is selected in a way
<EMI ID = 106.1>
so that, for example, .- among the components which follow the median reception channel 0, the data extractor 12 is characterized by the number, of reference
120 and the minimum-maximum search device
<EMI ID = 107.1>
grams are each fed to the data extractor 12. The latter decides whether a sound pulse is detected and in this case extracts the beginning and the end of the echo produced by this pulse, as well as its pace over time. As a result, all the Doppler-time frequency values fn = g (n) are obtained, as they are represented in FIGS. 3 and 4 as DSC echo frequencies fSC in time t, starting with the detection of the echo at <EMI ID = 108.1>
A possible embodiment of a data extractor 12 is illustrated in FIG. 7. From
<EMI ID = 109.1>
maximum 14 finder extracts the frequency with the greatest amplitude, the fn Doppler echo frequency. The Doppler echo frequencies fn are brought by means of a gate circuit 15 to the corresponding minimum-maximum finder 13 when the dispersion
2.
<EMI ID = 110.1>
effect .. all the Doppler echo frequencies fn detected at the various times n are written in a
<EMI ID = 111.1>
parallel. From the corresponding content of the register
<EMI ID = 112.1>
<EMI ID = 113.1>
averages 17. From this average value and
<EMI ID = 114.1>
calculation 18 is calculated the dispersion
<EMI ID = 115.1>
The calculation stage 18 is for this purpose connected by its input to the output of the average value formatter 17 and to each of the parallel outputs of the register at
<EMI ID = 116.1>
19 supplies the gate circuit 15 with the control input,
<EMI ID = 117.1>
<EMI ID = 118.1>
extraction process provides for each direction channel 0, I, II, a set of frequency values
<EMI ID = 119.1> curves in Figs. 3 and 4 which are identified by
<EMI ID = 120.1>
The extracted Doppler echo frequencies fn are each time supplied to the researcher of minimummaximum 13 which gives the Doppler echo frequency the
<EMI ID = 121.1>
minimum-maximum 130, which is associated with the middle direction channel 0, is followed by an adder / divider 20 which calculates the mean end frequency according to
<EMI ID = 122.1>
20 is connected. One input and one of the outputs of the minimum-maximum finder 130 is connected the other input of a subtractor 21. The subtractor 21 calculates the difference in frequency between the greatest echo frequency, Doppler or the smallest, the so-called limit frequencies, at time n = 0 and the average frequency fm. The subtractor 21 is followed by a multiplier / divider 22 which by its input is again connected to the output of the adder / divider. 20 and calculates by means of the speed of sound c in the water which
<EMI ID = 123.1>
of the speed vg of the target according to equation (9).
Each minimum-maximum finder 131, 132 is followed by a subtractor 23, 24 which is further connected to the output of the adder / divider 20. The subtractors 23 and 24 calculate from each of the extreme values of the frequencies echo. Fex doppler
<EMI ID = 124.1>
<EMI ID = 125.1>
fm. The Doppler frequency variations A f in each direction channel are compared in a comparator
25 or 26 and the largest Doppler frequency variation is supplied to the output each time. The outputs of both. comparators 25 and 26 are connected to the two inputs of another comparator 27 which determines the greatest Doppler frequency variation
<EMI ID = 126.1>
picks up and simultaneously supplies the identification digit x for the reception channel I or II in which this Doppler frequency variation appears the most
<EMI ID = 127.1>
take the value "1" or "2" depending on the direction channel, forms a control variable for a voter
28, for example a multiplexer, to which the. Doppler-time echo frequency values appearing at the outputs of the two data extractors
121, 122. The Doppler echo frequencies fn and the time values n, which have been obtained from the direction channel whose identification digit x is located at the control input of voter 28, are applied to a processor. distance evaluation
29 (Fig. 6).
The output of comparator 27, at which the maximum Doppler frequency variation appears
<EMI ID = 128.1>
multiplier-divider 30 whose other inputs are occupied, on the one hand, by the speed of sound ce, on the other hand, thanks to a connection to the adder / divider 20, by the calculated average frequency fm. The multiplier / divider 30 calculates according to the equation
<EMI ID = 129.1>
cator / divider 30 and the output of the multiplier / divider 22 are connected to a divider 31 followed by an arc-cosine network 32. At the output of the arc-
<EMI ID = 130.1>
tion (.il), can be obtained. To take into account the
<EMI ID = 131.1>
target and of the selected reception channel, an adder 33 still follows the arc-cosine network 32, this adder being connected on the other hand to the output of a calculation element 34. In the calculation element 34 is introduced the number characteristic x determined by the comparator 27 and from the output of the multiplier / divider 30, the sign of the variation of
<EMI ID = 132.1>
34 calculates the second term of equation (12) which is added in the adder 33 to the output quantity of the arc-cosine network 32. We can obtain at the output
<EMI ID = 133.1>
Reference to the link line between the emitter E and the target S according to equation (12).
<EMI ID = 134.1>
presents a. smoothing curve calculator 35, a
<EMI ID = 135.1>
form of a shift register with serial input and parallel output and a minimum detector 38. In the smoothing curve calculator 35 all the determined state variables are introduced, such as the
<EMI ID = 136.1>
reception 0 oriented towards the target and the directions of
<EMI ID = 137.1>
the speed of sound c in water. In addition, the smoothing curve calculator 35 receives arbitrary evaluation values, but selected taking account of. the reality, Rj of the distance from the target, which have been modified according to steps j = l to k. In addition, the time values n of the reception direction not oriented towards the selected target I or II are brought to the smoothing calculator 35, which is done by means of the elector 28. The curve calculator smoothing 35 now calculates, for the grid
<EMI ID = 138.1>
the shape of the Doppler echo frequencies fj according to equation (1). The result is applied to the variance calculator 36 which also receives the Doppler echo frequencies fn obtained from the echo in the transmission channel.
<EMI ID = 139.1>
selected. The variance calculator 36 calculates the
<EMI ID = 140.1>
with reference to the fn Doppler echo frequencies according to:
<EMI ID = 141.1>
<EMI ID = 142.1>
evaluation values Rj are stored in memory 37. The minimum detector 38 determines the minimum variance from the content of the memory and produces the evaluation value
<EMI ID = 143.1>
determined. The characteristic figure x presented -from. exponentially in the equations of Fig. 6 is simply used to characterize that of the two reception channels I- or II not oriented towards the target in
<EMI ID = 144.1>
<EMI ID = 145.1>
Doppler time echo fn = g (n) from which the variance is calculated.
The Fi.g. 8 is a block diagram of a similar method for evaluating the state quantities of the target which is modified by the fact that by means of signal processing, the echo is not detected in only three separate reception directions , but in a large number of selective reception directions offset in azimuth from each other each time by the same angle, say fan beams 40. Among the reception directions, there is one, called raising beam 41, which is oriented towards the target. The raising beam 41 is in this case preferably in the middle of the fan beams 40. The actual beam formation takes place in the block 42 "signal preparation" by a corresponding processing of the output signals of elements d individual antenna of a receiving antenna 43 connected
<EMI ID = 146.1>
frequency analysis of the echo signals received in the individual beams and, in the case of a receiver E in motion, the compensation of the own Doppler effect. Echo frequency datasets
<EMI ID = 147.1>
obtained from the individual beams are applied to a computer 44 in association with the.
<EMI ID = 148.1>
The. calculator 44 calculates on the one hand the Doppler fi echo frequencies fi as a function of the direction
<EMI ID = 149.1>
<EMI ID = 150.1>
<EMI ID = 151.1>
<EMI ID = 152.1>
and forms, on the other hand, according to the mean least squares evaluation method, the quadratic difference
<EMI ID = 153.1>
applied and the calculated Doppler echo frequencies fi, associated by the reception direction and the
<EMI ID = 154.1> and R, pre-introduced during the first calculation of the Doppler fi echo frequencies fi as dummy values, are in this case modified iteratively until the aforementioned difference is minimum. The parameters found for the maximum are supplied as the desired state quantities.
In this case, it is advantageous to establish beforehand as precisely as possible the starting values for the parameters used in the evaluation process. For this purpose, the target speed vector is determined, in another
<EMI ID = 155.1>
available datasets of the fSCi Doppler echo frequencies whose own Doppler effect has been compensated. To this end, until a determined time tl, the
<EMI ID = 156.1>
datasets of all beams or all directions of reception. Of these, the
<EMI ID = 157.1>
means of these now the state quantity emission frequency fm according to the equation
<EMI ID = 158.1>
<EMI ID = 159.1>
<EMI ID = 160.1>
In addition, in the computer 45, the Doppler frequency Fd of the sound pulse arriving in the raising beam 41, therefore the Doppler frequency of the direct signal of the sound pulse, is read and the <EMI ID = 161.1>
the equation
<EMI ID = 162.1>
<EMI ID = 163.1>
<EMI ID = 164.1>
transmission frequency fm are supplied to the computer 44 as starting values for the evaluation process.
In addition, a starting value for the distance parameter R of the target can also be calculated in the calculator 45 #. For this purpose, the computer 45 reads, among the games. of data available in a
<EMI ID = 165.1>
<EMI ID = 166.1>
from the arrival of the direct signal in the bearing beam 41, and calculates according to equations (15). and (17), using the state quantities vs, kS, fm determined according to equations (18) to (20), the distance R from the target, which is then supplied to the computer 44 as a value of departure.
If several sound pulses from the target sender are available for processing, the distance state quantity R of the target can still be evaluated in another way. By means of the raising beam 41, the bearing of the target S is continuously raised with respect to a reference direction, for example the North, and it is retained as a function of time.
<EMI ID = 167.1>
times t are supplied to a computer 46. This computer eliminates from the measured values, the proper movement of the receiver E and determines, from the compensated measured values, the angle variations of <EMI ID = 168.1>
calculator 46 calculates according to the equation
<EMI ID = 169.1>
<EMI ID = 170.1>
<EMI ID = 171.1>
<EMI ID = 172.1>
in arc measurements or in degrees. The values vg and kg are supplied to the computer 46 by the computer 45. During this time, the unknown state quantity R is pre-introduced as a dummy value. In an evaluation method using average least squares, the pre-introduced parametric value is iteratively modified until the average quadratic deviation of the variation in bearing angle calculated and measured is minimum. The associated parametric value of the distance R is supplied as a state quantity of the target distance R. In the case where the location of the receiver and the bearing direction 41 are known, the target distance R is a direct measurement of target location (EMP).
For the aforementioned evaluation method, it is also possible to enter the value of the parameter R determined by the computer 45 as described above, as a starting value, so that the necessary calculation work is greatly reduced. Since the state quantity, target distance R, has now been determined by two separate channels, it is possible, with a view to improving the result of the evaluation, to further perform a compensation calculation of the errors on both results.
In place of the estimation using mean least squares, as mentioned above, it is also possible to use other suitable evaluation methods, for example the maximum likelihood evaluation method. The parametric values which satisfy the conditions of the evaluation criterion, are each time supplied as state quantities <EMI ID = 173.1>
be realized in both a one-dimensional and two-dimensional way. In. the first case, the echo frequencies. Doppler fi are calculated according to the direction of reception i. for a predefined time, finished and compared to the Doppler echo frequencies
<EMI ID = 174.1>
corresponding ..
The invention is not limited to the described embodiments of the method. If we are satisfied with the evaluation of the state magnitudes speed of the target, course of the target and frequency of emission of the transmitter of the target and if we limit ourselves to locating the target from a stationary or quasi-stationary receiver, it is possible to avoid the electrical consumption necessary for the conformation of beams in order to obtain the narrowest possible reception beams or a reception characteristic of the
<EMI ID = 175.1>
that this also eliminates the need to provide compensation for the receiver's own Doppler effect, since the Doppler echo frequencies detected by a stationary receiver correspond directly to the
<EMI ID = 176.1>
one can also determine in the echo signal the echo frequencies, extreme Doppler fmax and fmin and the Doppler frequency of the transmission pulse fD and starting from this, as described above, the speed state quantities target's target, target's target kg and emission frequency fm, The target distance state variable R cannot. then be determined that when multiple emission pulses from the target's transmitter are available. As described above, this is then determined iteratively by means of an adequate evaluation method from variations in bearing angle over time calculated and measured, the state magnitudes speed vg of the target.
<EMI ID = 177.1>
used as starting values.
1.- Passive method for evaluating state magnifiers such as distance, speed, heading and / or frequency of emission from a moving target which emits sound-in water pulses, such as a boat, torpedo or similar device. comprising an active sonar, from a receiver distant from the target, characterized in that the? Doppler frequencies
<EMI ID = 178.1>