DD301729A9 - Verfahren und vorrichtung zum einschalten fuer autarke systeme - Google Patents

Abstract

Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die energieminimale Realisierung des Einschaltmechanismus von autarken Systemen nach erfolgter automatischer Zielerkennung. Erfindungsgemäß beruht das Verfahren zum Einschalten für autarke Systeme auf der Auswertung bestimmter, alle Objekttypen charakterisierende Spektralanteile des akustischen Gesamtfrequenzspektrums. Dabei werden die Amplituden der ausgewählten Spektralanteile gleichrangig behandelt, wobei bei Überschreitung der Amplitude einer Spektrallinie über einen einstellbaren Schwellwert ein Signal zum Einschalten der Stromversorgung für die Systemelektronik erzeugt wird. Gleichzeitig wird jede der ausgewählten Spektrallinien separat ausgekoppelt und verstärkt, wobei aus den Amplituden der einzelnen Kanäle ein Datenwort gebildet wird, welches im Rechner mit vorprogrammierten Datenmustern verglichen wird und bei Nichtübereinstimmung zum Abschalten des Gesamtsystems führt. Erfindungsgemäß besteht die Vorrichtung zum Einschalten für autarke Systeme aus einem Wandler mit integrierter Primärelektronik, einem selektiven Hauptverstärker und einem Schwellwertschalter. Weiterhin existieren mehrere Kanalschwellwertschalter zur Bildung eines Datenwortes, das bei Nichtübereinstimmung mit vorprogrammierten Datenmustern ein Signal zum Abschalten des Gesamtsystems hervorruft.{autarke Systeme; Einschaltmechanismus; Energieminimierung; Objektklassenerkennung; Spektralanteile; Frequenzspektrum; Schwellwerte; Stromversorgung; Systemelektronik; Zielauffassung}

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die energieminimale Realisierung eines Einschaltmechanismus für Minenwaffen und/oder andere autarke Unterwassersysteme, der erst dann, wenn eine Information über ein mögliches Zielobjekt vorliegt, aktiviert werden soll.

Die Anwendung dieser Erfindung beschränkt sich jedoch nicht nur auf Unterwassersysteme, sondern ist auch für alle anderen autarken Systeme zur Zielerkennung und -auffassung einsetzbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannte Verfahren für die Aktivierung von Minenwaffen beruhen auf der Detektion des von einem Zielobjekt (Schiff oder U-Boot) ausgestrahlten akustischen Signals innerhalb des akustischen Breitbandrauschens, was in der See vorliegt und ständig von einem Schalldrucksensor empfangen wird, wobei dieses Breitbandrauschen von den jeweilig herrschenden Umweltbedingungen abhängig ist und oftmals das zu detektierende Signal so überdeckt, daß ohne eine Filterung nicht entschieden werden kann, ob ein Signal vorhanden ist oder nicht. Um eine frühzeitige Ortung eines Zielobjektes gewährleisten zu können, ist es also unangebracht, das gesamte vom Wandler empfangene Breitbandsignal auszuwerten, wie es teilweise in bekannten Lösungen gemacht wird. Eine eindeutige Entscheidung, ob sich ein Zielobjekt im Auffassungsbereich befindet, kann erst dann gefällt werden, wenn die Signalamplitude des vom Schiff abgestrahlten akustischen Signals größer als die Rauschamplitude ist, d. h. wenn das Signal-Rausch-Verhältnis des zu detektierenden Signals gegenüber dem Breitbandrauschen größer als eins ist.

Nach der US-Patentschrift 4185553 existiert eine Lösung, bei der mit Hilfe von selektiven Filtern eine Detektion des von einem Schiff ausgesandten akustischen Signals erfolgen soll. Bei dieser Lösung wird das von einem Hydrophon empfangene und vom Breitbandrauscheri überlagerte akustische Signal über eine Vielzahl von Bandfiltern geleitet. Diese Filter haben eine Bandbreite, deren Wert gleioh 5% der Resonanzfrequenz beträgt, wobei die Resonanzfrequenzen so ausgewählt wurden, daß sich die jeweils benachbsiten Durchlaßbereiche der selektiven Filter überlappen und diese Überlappung genau bei dem 6-dB-Abfall erfolgt. Diese Lösung erfordert einen großen schaltungstechnischen Aufwand und entspricht nicht der Forderung nach einer energieminimalen Lösung.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und entsprechendes Verfahren zum Einschalten von autarken Systemen zu entwickeln, die mit geringem und leistungsarmen schaltungstechnischen Aufwand realisierbar sind und eine Objektklassengroberkennung vornehmen, damit im Sinne der Energieminimierung bei Nichtübereinstimmung zwischen gewünschter Objektklassenerfassung und aufgefaßter und erkannter Objektklasse das System sofort wieder abgeschaltet wird.

-2- 301729 Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und entsprechendes Verfahren für ein autark arbeitendes System zu entwickeln, die es ermöglichen, die Stromversorgung des Systems für die Eloktronik der Zielauffassung und Signalverarbeitung erst dann einzuschalten, wenn die Information vorliegt, daß ein Zielobjekt im Auffassungsbereich liegt, wobei an die schaltungstechnische Realisierung des Einschalters die Forderung gestellt wird, daß er leistungsarm und mit einem großem Signal-Rausch-Verhältnis arbeiten soll.

Erfindungsgemäß beruht das Verfahren zum Einschalten auf der Auswertung einiger bestimmter, die einzelnen Objekttypen charakterisierende Spektralanteile des akustischen Frequenzspektrums. Ein dem Wandler mit Primärelektronik nachgeschalteter selektiver Verstärker wählt aus dem Gesamtobjektspektrum nur eine kleine Anzahl von Spektrallinien aus, deren Amplituden verstärkt und weiter verarbeitet werden. Die Anzahl und die Bandbreite der ausgewählten Spektralanteile richtet sich nach den aufzufassenden Zielobjekten.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Amplituden der ausgewählten Spektralanteile gleichrangig behandelt, wobei bei Überschreitung der Amplitude einer Spektrallinie über einen einstellbaren Schwellwert ein Signal erzeugt wird, das die Information über das Vorhandensein eines Zielobjektes beinhaltet und das die Stromversorgung für die gesamte Systemelektronik der Signalaufbereitung und -verarbeitung einschaltet.

Nach einem dritten Merkmal der Erfindung wird jede Spektrallinie zusätzlich separat ausgekoppelt und verstärkt, wobei bei Überschreitung der Amplitude dieses Spektralanteils übor einen weiteren einstellbaren Schwell wert ein Signal erzeugt, das eine Teilinformation über die Objektklasse beinhaltet, wobei dieses Signal zwischengespeichert wird und bei logischer Verknüpfung mit den Signalen der anderen Spektralkanäle die Information ühor die Objektklasse liefert, die im Rechner ausgewertet wird, wobei bei Nichtübereinstimmung mit der gewünschten und deshalb vorprogrammierten Objektklasse das autarke Gesamtsystem wieder abgeschaltet wird.

Erfindungsgemäß besteht die Vorrichtung aus einem Wandler mit integrierter Primärelektronik, einem selektiven Hauptverstärker und einem Schwellwertschalter, der bei Eintritt eines Zielobjektes in den Auffassungsbereich des autarken Systems vom Verstärker so angesteuert wird, daß an seinem Ausgang bei Überschreitung eines Schwellwertes ein positiver Sprung erzeugt wird, der die Stromversorgung der Systomelektronik einschaltet.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht die Vorrichtung aus mehreren separaten Kanalschwellwertschaltern, deren Schwellwerie kleinor als eier des Summenschwellwertschalters sind und die in logischer Verknüpfung ein Datenwort bilden, das bei Nichtübereinstimmung mit vorprogrammierten Datenmustern ein Signal erzeugt, welches das System ausschaltet.

Ausführungsbeispiel

An einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1: das Blockschaltbild für die Vorrichtung zum Einschalten einer Mine Fig. 2: das Blockschaltbild des Hauptverstärkers Fig.3: das Blockschaltbild des Schwellwertschalters.

Das von einem Schiff abgestrahlte akustische Breitbandsignal wird von einem piezoelektrischen Wandler mit integrierter Primärelektronik 1 empfangen und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Der nachgeschaltete selektive Hauptverstärker 2 wurde entsprechend der Forderung nach einem großen Signal-Rausch-Verhältnis als Mehrfachresonanzvers'.ärker mit vier ausgewählten Frequenzen in diskreter Schaltungstechnik zur Realisierung des Low-power-Betriebes entwickelt, wobei die Gesamtverstärkung von Differenzverstärker 9, Verstärker 10, Parallelgeschwindigkeit 11,12,13 bzw. 14 und Nachverstärker 15,16,17 bzw. 18 an den Resonanzstellen 6OdB beträgt. Die vier ausgewählten Resonanzfrequenzen liegen bei 25,200,340 und 460 Hertz. Diese Frequenzen treten in den Frequenzspektren der einzelnen Schiffstypen immer wieder auf, wenn auch mit unterschiedlicher Amplitude. Das heißt nicht, daß für alle Schiffstypen immer die gleichen Spektralanteile vorhanden sind, denn die Frequenzspektren sind sowohl typen- als auch geschwindigkeitsabhängig. Von den ausgewählten Frequenzen taucht aber jeweils mindestens eine im Frequenzspektrum der einzelnen Schiffstypen bei den unterschiedlichsten Geschwindigkeiten auf, die jedoch nicht unbedingt die das Spektrum «m meisten charakterisierende Frequenz sein muß. Die Anzahl und die Größe der Resonanzfrequenzen richten sich nach den aufzufassenden Schiffstypen und können beliebig erhöht bzw. verkleinert werden. Die Größe der Gesamtverstärkung an den Resonanzstellen des Hauptverstärkers 2 richtet sich nach der gewünschten minimalen Entfernung zwischen Minenkörper und Auffassungsort des Zielobjektes mit dem kleinsten ausgesandten Schalldruckpegel. Dementsprechend muß auch der Schwellwertschalter 3 eingestellt sein, so daß erst bei Überschreitung dieses Schwellwertes durch die Ausgangsamplitude des Hauptverstärkers 2 am Ausgang des Summierers 19 ein Signal gebildet wird, das die Information beinhaltet, daß sich ein Zielobjekt im Auffassungsradius befindet. Dieses Signal schaltet das Schaltnetzteil 4 für die Stromversorgung der Minenelektronik für die Zielauffassung, Signalverarbeitung und Zündentscheidung, d. h. die Zentrale Verarbeitungseinheit 8, ein, so daß die Mine sich im aktivierten Zustand befindet, !m Sinne einer Energieminimierung wird die Mine sofort wieder ausgeschaltet, wenn das aufgefaßte Zielobjekt nicht dem vorprogrammierten Schiffstyp entspricht. Dazu ist es notwendig, daß der beschriebene Mechanismus nicht nur die Mine einschaltet, sondern auch eine Schiffsklassengroberkennung vornimmt. Dazu werden die Ausgangssignale der Parallelschwingkreise 11,12,1? bzw. 14 zusätzlich ausgekoppelt und mit Hilfe der Kanalvorverstärker 23 so verstärkt, daß die Ausgangsamplituden ebenfalls bezüglich der Eingangsamplitude eine Verstärkung von 6OdB aufweisen. Für jeden Kanal ist ein separater Schwellwertschalter 6 vorgesehen, wobei das Schaltungskonzept dieser vier Kanalschwellwertschalter 6, dia jeweils aus einem Kanalschaltverstärker 24, einem Kanalgleichrichter 25 und einem Kanalschalter 26 bestehen, dem des Summenschwellwertschalters 3, aufgebaut aus einem Schaltverstärker 20, einem Gleichrichter 21 und einem spannungsgesteuerten Schalter 22 entspricht, die einzelnen Schwellwerte aber kleiner als der des Summenschwellwertschalters 3 sind.

Gleichzeitig mit der Minenaktivierung durch den positiven Amplitudenoprung am Ausgang des Schwellwertschalters 3 werden die Ausgangszustände der separaten Kanalschwellwertschalter β im Latch mit Interface 7 zwischengespeichert und durch die Zentrale Verarbeitungseinheit 8 der Minenelektronik für die Signalauffassung, Signalverarbeitung und Zündentscheidung abgerufen, die das eingelesene Datenwort mit den die Schiffstypen charakterisierenden Datenmustern vergleicht und bei Nichtübereinstimmung des Datenwortes mit den Datenmustern die Mine wieder ausschaltet.

Claims (3)

1. Verfahren zum Einschalten für autarke Systeme, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem akustischen Gesamtspektrum eines Objektes nur eine kleine Anzahl der die einzelnen Objekte charakterisierenden Spektrallinien ausgewählt, deren Amplituden verstärkt und gleichrangig behandelt werden, so daß beim Eintritt eines Zielobjektes in den Auffassungsbereich des Gesamtsystems die Überschreitung der Amplitude einer Spektrallinie über einen einstellbaren Schwellwert erfolgt und ein Signal zum Einschalten der Stromversorgung für die gesamte Systemelektronik erzeugt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spektrallinie zusätzlich separat ausgekoppelt und verstärkt wird und daß bei Überschreitung der Amplitude jedes Spektralanteils über einen weiteren einstellbaren Schwellwert ein Signal, welches eine TeHinformation über die Objektklasse beinhaltet, erzeugt, zwischenspeichert und in logischer Verknüpfung mit den Signalen der anderen Spektralkanäle bei Nichtübereinstimmung mit den gewünschten und vorprogrammierten Daten das System abschaltet.

3. Vorrichtung *jm Einschalten autarker Systeme, dadurch gekennzeichnet, daß beim Eintritt eines Zielobjektes in den Auffassungsbereich des autarken Systems der Wandler mit integrierter Primärelektronik (1) dessen akustisches Signal empfängt und über einen selektiven Hauptverstärker (2) ein Schwellwertschalter angesteuert wird, dessen Ausgang mit dem Schaltnetzteil (4) für die Systemelektronik der Zielerkennung und -Verfolgung verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeden separaten Kanalschwellwertschalter (6), deren Schwellwerte kleiner als der des Schwellwertschalters (3) sind, jeweils ein Kanalsignal gelangt und daß deren Ausgänge ein Datenwort bilden, das auf die Zentrale Verarbeitungseinheit (8) gegeben wird.