DE10027538C1 - Verfahren zum Bestimmen der Einfallsrichtung von Schallwellen - Google Patents
Verfahren zum Bestimmen der Einfallsrichtung von SchallwellenInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Bestimmen der Einfallsrichtung von Schallwellen mittels einer akustischen Empfangsantenne, bei dem fortlaufend die Empfangssignale einer Gruppe von gemeinsam betriebenen Wandlern zur Bildung eines die Richtcharakteristik der Wandlergruppe bestimmenden Gruppensignals zeitverzögert und konphas aufaddiert werden und als Einfallsrichtung der Schallwellen die Hauptrichtung der Richtcharakteristik des Gruppensignals mit dem größten Empfangspegel angegeben wird, wird zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses und der Richtungsbildung im unteren Frequenzband der Empfangsantenne auf die Empfangssignale vor der Addition eine nichtlineare Funktion, die den Wertbereich staucht, und nach der Addition auf die Summe, die Umkehrfunktion der nichtlinearen Funktion angewendet, wobei jeweils ein vor der Rechenoperation vorhandenes Vorzeichen nach der Rechenoperation wieder hinzugefügt wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der
Einfallsrichtung von im Wasser sich ausbreitenden Schallwellen
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Bei einem bekannten System zur Richtungsbildung bei einer
Unterwasserantenne, auch Beamforming System genannt
(US 4 060 792), werden die Empfangssignale von eine sog.
Linearantenne bildenden, äquidistant nebeneinander
aufgereihten elektroakustischen Wandlern verstärkt, geklippt
und mit einer Abtastfrequenz, die größer ist als das Zweifache
der zugelassenen größten Signalfrequenz der Empfangssignale
abgetastet. Die Abtastwerte oder Samples werden einem sog.
Beamformer zugeführt, der zunächst die Abtastwerte um
unterschiedliche definierte Verzögerungszeiten verzögert, um
sie dann konphas addieren zu können. Das Ergebnis des
Beamformings ist die Richtcharakteristik der Linearantenne,
mit einer Hauptkeule, deren Hauptrichtung die Einfallsrichtung
einer von der Unterwasserantenne empfangenen Schallwelle
bestimmt, und mit Nebekeulen oder Nebenzipfel, die durch eine
Amplitudenstaffelung der zeitverzögerten Samples, dem sog.
Shading, z. B. durch eine Dolph-Tschebyschew-Wichtung,
reduziert werden.
Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art
(DE 21 14 373 A1) werden die Empfangssignale einer Gruppe von
äquidistant auf einer Zylinderbasis angeordneten
elektroakustischen Wandlern verstärkt, mittels einer
potentialgesteuerten Kippstufe geklippt, d. h. in eine Folge
von Rechteckimpulsen umgewandelt, und in ein Schieberegister
mit einer Impulsfolge einer Taktfrequenz hineingeschoben. Die
Taktfrequenz wird durch das sog. Shannon-Theorem bestimmt. Das
Schieberegister besteht aus einzelnen Speicherzellen, deren
minimale Speicherzellenzahl bei vorgegebener Taktfrequenz
durch eine maximal erwünschte Verzögerungszeit bestimmt ist.
Jede Speicherzelle des Schieberegisters weist einen Ausgang
zum Abgriff der um die gewünschte Verzögerungszeit
(Speicherzellenzahl dividiert durch Taktfrequenz) verzögerten
Rechteckimpulse auf. Außerdem werden die Empfangssignale in
einen Amplitudendetektor eingespeist, der einen der Amplitude
der Empfangssignale proportionalen Wert an seinen Ausgang
liefert. Die Ausgangswerte des Amplitudendetektors werden mit
den am Ausgang der Schieberegister abgenommenen verzögerten
Rechteckimpulsen multipliziert und dann konphas aufsummiert.
Das ggf. gefilterte Summensignal ist das Gruppensignal der
Richtcharakteristik, die mit der Gruppe von Wandlern gebildet
wird.
Ein solches Verfahren der Richtcharakteristikbildung bzw. des
linearen Beamformings hat den Nachteil, daß schwache kohärente
Empfangssignale durch die Festlegung einer Schwelle beim
Klippen der Empfangssignale unterdrückt werden, während
störende Rauschsignale größerer Amplitude herausgehoben werden
und das Gruppensignal der Richtcharakteristik liefern. Daher
werden schwache Schallquellen unterdrückt und somit nicht
detektiert, sowie die Falschalarmrate erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren
der eingangs genannten Art bei geringem Signal-Rausch-
Verhältnis die Richtungsbildung mit genauerer Erfassung der
Einfallsrichtung von Schallwellen zu verbessern und das
Detektionsvermögen der Antenne zu erhöhen.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale im Anspruch
1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß durch die
Anwendung einer nichtlinearen, monotonen Funktion mit
Stauchung des Wertebereichs auf die einzelnen Empfangsignale
deren Pegel im Bereich des Nulldurchgangs stärker angehoben
und damit schwache Signale stärker herausgehoben werden. Eine
vom Nutz/Störverhältnis abhängige Schwelle zum Detektieren des
Nulldurchgangs des Signals wird nicht benötigt. Die durch die
Schwelle bedingte Beeinflussung der Lage des Nulldurchgangs
entfällt und verfälscht nicht die Zeitverzögerung oder
Phasenverschiebung der Empfangssignale, so daß allein von der
gleichen Schallquelle empfangene kohärente Empfangssignale
auch mit geringem Pegel in die Summenbildung zum Gruppensignal
der Richtcharakteristik eingehen. Das anschließende
Potenzieren macht die Pegelkompression wieder rückgängig und
verstärkt die Pegelunterschiede der Gruppensignale. Durch
diese Signalverarbeitung wird auch bei geringem Signal/
Rauschverhältnis (S/N-Verhältnis) die Bündelung der
Richtcharakteristik, also die 3 dB-Breite der Hauptkeule der
Richtcharakteristik, verbessert und Nebenkeulen oder
Nebenzipfel stärker gedämpft. Ein weiterer Vorteil besteht
darin, daß diese Signalverarbeitung für jede
Antennenkonfiguration eingesetzt, unabhängig vom vorhandenen
Richtungsbildner nachgerüstet oder wahlweise als Alternative
in den vorhandenen Signalverarbeitungsweg eingeschaltet oder
zusätzlich vorgesehen werden kann.
Darüber hinaus ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren
möglich, kleine Antennenkonfigurationen, beispielsweise
Zylinderbasen mit einem Durchmesser im Größenbereich der
Schallwellenlänge, zur Detektion von Schallquellen mit
Schallabstrahlung im Niederfrequenzbereich zu verwenden, was
das erfindungsgemäße Verfahren für die Anwendung bei
Torpedosonaren besonders geeignet macht.
Zweckmäßige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als
nichtlineare Funktion eine Wurzelfunktion verwendet, deren
Umkehrfunktion die Potenzfunktion ist, wobei der
Wurzelexponent größer 1 ist. Bereits ein Wurzelexponent n = 2
erbringt eine wesentliche Verbesserung der
Richtcharakteristik, die durch Vergrößerung des
Wurzelexponenten in Grenzen gesteigert werden kann. Durch die
Wahl des Wurzelexponenten läßt sich die Stärke der
Nichtlinearität an die Aufgabenstellung anpassen, wobei für
n » 1 ein Effekt nahe des Klippens erreicht wird, ohne daß
eine Schwelle vorgegeben werden muß.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden
die Empfangssignale der Gruppe der gemeinsam betriebenen
Wandler mit einer konstanten Abtastfrequenz abgetastet und die
Richtungsbildung durch Zeitverzögerung und Addition sowie die
Rechenoperationen der nichtlinearen Funktion und deren
Umkehrfunktion auf die Abtastwerte oder Samples der
Empfangssignale angewendet. Die Summen der so behandelten,
einander zugehörigen Abtastwerte der Empfangssignale werden zu
dem Gruppensignal zusammengesetzt. Aus der Vielzahl der
gebildeten Gruppensignale, die entweder durch Anwendung des
Verfahrens auf von verschiedenen Wandlergruppen gelieferten
Empfangssignalen (elektronisches Schwenken bei Zylinderbasis)
oder durch unterschiedliche Zeitverzögerungen der
Empfangssignale der gleichen Wandlergruppe (elektronisches
Schwenken bei Linearantenne) entstehen, bestimmt das
Gruppensignal mit dem größten Pegel die Richtcharakteristik
der Empfangsantenne, deren Hauptrichtung in Einfallsrichtung
der Schallwellen weist.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung illustrierten
Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es
zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Draufsicht
einer Zylinderbasis mit 21 elektroakustischen
Wandlern zur Illustrierung der verschiedenen
Wandlergruppen mit gemeinsam betriebenen
elektroakustischen Wandlern,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Draufsicht
einer Linearantenne mit 9 elektroakustischen
Wandlern zur Illustrierung des elektronischen
Schwenkens der Richtcharakteristik der
Linearantenne,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung
zur Illustrierung des Verfahrens zum Bestimmen
der Einfallsrichtung von Schallwellen mit der
akustischen Empfangsantenne gemäß Fig. 1 oder
2,
Fig. 4 jeweils eine Darstellung einer
Richtcharakteristik der Empfangsantenne in
Fig. 1 in Polarkoordinaten bei der Anwendung
herkömmlicher (linearer) Verfahren der
Richtungsbildung (links im Bild) und bei
Anwendung des erfindungsgemäßen (nichtlinearen)
Verfahrens (rechts im Bild) für drei
verschiedene Frequenzbereiche der einfallenden
Schallwellen,
Fig. 5 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 4 für
weitere drei verschiedene Frequenzbereiche der
einfallenden Schallwellen.
Bei dem nachfolgend beschriebenen Verfahren zum Bestimmen der
Einfallsrichtung von im Wasser sich ausbreitenden
Schallwellen, die von einer oder mehreren Schallquellen
abgestrahlt werden, wird eine elektroakustische
Empfangsantenne 30 verwendet, die entfernt von den
Schallquellen im Wasser angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel
der Fig. 1 ist die Empfangsantenne 30 eine sog. Zylinderbasis
32 mit im Ausführungsbeispiel einundzwanzig Wandlern 31, die
äquidistant in Umfangsrichtung auf einer Kreislinie angeordnet
sind. Wie nicht weiter dargestellt ist, sind zur Erzielung
einer vertikalen Bündelung der Empfangsantenne 30, d. h. eines
möglichst kleinen vertikalen Öffnungswinkels der Zylinderbasis
32, mehrere in Achsrichtung der Zylinderbasis 32 vertikal
äquidistant untereinanderliegende Wandler zu einem sog. Stave
zusammengefaßt. Jeder der einundzwanzig Wandler 31 in Fig. 1
gehört damit zu einem Stave. Jeweils eine Gruppe von Wandlern
31, im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 jeweils acht Wandler 31
bzw. Staves, werden gemeinsam betrieben. Durch eine noch zu
beschreibende Signalverarbeitung der Empfangssignale der
elektroakustischen Wandler 31 einer Gruppe von gemeinsam
betriebenen Wandlern 31 hat die Wandlergruppe eine
Richtcharakteristik, deren Hauptrichtung mit I gekennzeichnet
ist. Diese Richtcharakteristik der Wandlergruppe, auch
Gruppencharakteristik genannt, wird zur horizontalen Abtastung
der Antennenumgebung elektronisch geschwenkt, wobei durch
Hinzufügen und Wegnehmen eines Wandlers 31 in der
Wandlergruppe die Hauptrichtung der Richtcharakteristik
horizontal um 360° gedreht werden kann. Die durch dieses sog.
elektronische Schwenken sich verlagernde Richtcharakteristik
der Empfangsantenne 30 ist in Fig. 1 beispielhaft bezüglich
ihrer Hauptrichtung mit II und III gekennzeichnet.
In Fig. 2 ist eine Linearantenne 33 mit neun
elektroakustischen Wandlern 31 dargestellt. Auch hier hat die
Gruppe aller gemeinsam betriebenen Wandler 31 eine
Richtcharakteristik, deren Hauptrichtung senkrecht auf der
Wandleranordnung steht und in Fig. 2 mit I gekennzeichnet ist.
Diese Hauptrichtung, der Richtcharakteristik läßt sich durch
eine geeignete Signalverarbeitung elektronisch schwenken, so
daß die Hauptrichtung der Richtcharakteristik unter einem
spitzen Winkel -90° < α < +90° zur Antennenanordnung liegt.
Zwei Beispiele der Hauptrichtung bei geschwenkter
Richtcharakteristik sind in Fig. 2 mit II und III
gekennzeichnet. Selbstverständlich ist es auch möglich, diese
Hauptrichtungen II und III der Richtcharakteristik der
Linearantenne 33 durch mechanisches Drehen der
Wandleranordnung zu erzielen. Zur Verkleinerung des vertikalen
Öffnungswinkels der Richtcharakteristik kann die Linearantenne
33 als Flächenantenne ausgebildet werden, wozu jeder der
elektroakustischen Wandler 31 durch weitere vertikal
untereinander äquidistant angeordnete elektroakustische
Wandler zu einem sog. Stave ergänzt wird.
Eine von einer Schallquelle abgestrahlte Schallwellenfront
läuft über die einzelnen Wandler hinweg, und die gemeinsam
betriebenen Wandler 31 einer Wandlergruppe liefern an ihrem
Ausgang ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal, das im
folgenden als Empfangssignal bezeichnet wird. Um die
Einfallsrichtung der Schallwellenfront zu bestimmen, wird eine
Signalverarbeitung der Empfangssignale durchgeführt, das
zusammengefaßt wie folgt abläuft:
Die Empfangssignale sj(t) der gemeinsam betriebenen j Wandler
31 der Wandlergruppe (Fig. 1: j = 1 bis j = 8) werden um die
Verzögerungszeiten tj zeitverzögert und konphas aufaddiert. Wie
aus Fig. 1 hervorgeht, ergeben sich dabei die
Zeitverzögerungen t1 bis t8 in bekannter Weise aus der
Wegstrecke, die die Schallwellenfront von der räumlichen Lage
des jeweiligen Wandlers 31 bis zur Projektion des Wandlers 31
auf der Sehne 34 zurücklegt. Vor der konphasen Addition der
zeitverzögerten Empfangssignale sj(t - tj) wird auf jedes
Empfangssignal eine nichtlineare Funktion, die den
Wertebereich staucht, angewendet und auf das durch die
konphase Addition der Empfangssignale entstandene gestauchte
Gruppensignal k(k) zu dessen Entzerrung die Umkehrfunktion
der nichtlinearen Funktion angewendet. Ein jeweils vor der
jeweiligen Rechenoperation vorhandenes Vorzeichen der
Empfangssignale bzw. des gestauchten Gruppensignals wird nach
der Durchführung der jeweiligen Rechenoperation wieder
hinzugefügt.
Als nichtlineare Funktion kann jede Funktion benutzt werden,
die streng monoton ist und den Wertebereich staucht, um
Amplitudenunterschiede zu vermindern. Diese Forderungen
erfüllen beispielsweise die Logarithmusfunktion f(x) = logax
mit der Umkehrfuntion f'(x) = ax sowie die Wurzelfunktion
mit der Umkehrfunktion g'(x) = xn. In dem
beschriebenen Ausführungsbeispiel wird als nichtlineare
Funktion die Wurzelfunktion und deren Potenzfunktion als
Umkehrfunktion verwendet, wobei der Wurzelexponent n größer 1
ist. Mathematisch ausgedrückt ergibt sich für das gestauchte
Gruppensignal k(t) durch Addition der Beträge der
zeitverzögerten Empfangssignale sj(t - tj) bei
gleichzeitiger Sicherung des Vorzeichens der Empfangssignale
Das so gebildete gestauchte Gruppensignal wird durch
Potenzieren mit dem Wurzelexponenten n wieder entzerrt und
gleichzeitig das Vorzeichen des Gruppensignals gesichert. Das
rekonstruierte Gruppensignal Sk(t) hat danach die Form
k(t) = |k(t)|n.sign k(t) (2)
Im einzelnen werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt,
die anhand des Blockschaltbilds in Fig. 3 nachstehend
erläutert werden:
Die Empfangssignale der m zu einer Wandlergruppe zusammengefaßten, gemeinsam betriebenen elektroakustischen Wandler 31 werden verstärkt und abgetastet. Hierzu ist ein Verstärker 35 und eine Abtasteinheit 36 (Sample and Hold- Schaltung) vorgesehen. Die Abtastfrequenz beträgt ein Vielfaches der zugelassenen maximalen Frequenz der Empfangssignale. Im Falle einer digitalen Signalverarbeitung werden die Abtastwerte oder Samples mittels eines Analog- Digital-Wandlers 37 digitalisiert. In einem Radizierblock 38 wird aus den Beträgen der Samples die n-te Wurzel gezogen und im Signumblock 39 das Vorzeichen der Samples gesichert, das mittels eines Multiplizierers 40 den am Ausgang des Radizierblocks 38 abgenommenen radizierten Beträgen der Samples wieder hinzugefügt wird. Die durch diese Rechenoperation verzerrten Samples werden in einem Zeitverzögerungsglied 41 um eine definierte Verzögerungszeit tj verzögert und dann einem Summierer 42 zugeführt.
Die Empfangssignale der m zu einer Wandlergruppe zusammengefaßten, gemeinsam betriebenen elektroakustischen Wandler 31 werden verstärkt und abgetastet. Hierzu ist ein Verstärker 35 und eine Abtasteinheit 36 (Sample and Hold- Schaltung) vorgesehen. Die Abtastfrequenz beträgt ein Vielfaches der zugelassenen maximalen Frequenz der Empfangssignale. Im Falle einer digitalen Signalverarbeitung werden die Abtastwerte oder Samples mittels eines Analog- Digital-Wandlers 37 digitalisiert. In einem Radizierblock 38 wird aus den Beträgen der Samples die n-te Wurzel gezogen und im Signumblock 39 das Vorzeichen der Samples gesichert, das mittels eines Multiplizierers 40 den am Ausgang des Radizierblocks 38 abgenommenen radizierten Beträgen der Samples wieder hinzugefügt wird. Die durch diese Rechenoperation verzerrten Samples werden in einem Zeitverzögerungsglied 41 um eine definierte Verzögerungszeit tj verzögert und dann einem Summierer 42 zugeführt.
Wie aus dem Blockschaltbild der Fig. 3 hervorgeht, wird dieser
Vorgang auf die Empfangssignale eines jeden elektroakustischen
Wandlers 31 der Wandlergruppe angewandt, wobei in
Übereinstimmung mit Fig. 1 die Wandler in Fig. 3 mit den
Nummern 1, 2 . . . . . m belegt sind. Die in den
Verzögerungsgliedern 41 jeweils eingestellte Verzögerungszeit
ist entsprechend t1, t2 bis tm und wird gemäß Fig. 1 festgelegt.
Im Summierer 42 werden die verzerrten Samples konphas und
vorzeichenrichtig aufaddiert, wobei jeweils die Summe über die
einander zugeordneten verzerrten Samples der m Empfangssignale
gebildet wird. Die im Summierer 42 gebildete Summe wird zur
Entzerrung einem Potenzierblock 43 zugeführt, in dem der
Betrag der Summe mit dem Wurzelexponenten n potenziert wird,
und gleichzeitig wird das Vorzeichen der Summe in dem
Signumblock 44 abgespeichert und dann mittels eines
Multiplizierers 45 dem potenzierten Betrag der Summe wieder
hinzugefügt. In einem Signalaufbereiter 46 werden die
einzelnen entzerrten Summen zum Gruppensignal zusammengesetzt.
Dieses Gruppensignal bildet die Richtcharakteristik der
Wandlergruppe, bestehend aus den gemeinsam betriebenen
Wandlern 1-8, die auch Gruppencharakteristik genannt wird.
Die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte werden nurmehr
auf die Empfangssignale der nächsten Wandlergruppe, bestehend
aus den Wandlern 2-9 der dritten Wandlergruppe, bestehend
aus den Wandlern 3-10, usw. angewendet, bis die
Hauptrichtung der Gruppencharakteristiken I, II, III usw. über
das Panorama von 360° horizontal geschwenkt worden ist. Aus
dieser Vielzahl der Gruppensignale ermittelt die
Aufbereitungseinheit 47 das Gruppensignal mit dem größten
Empfangspegel, das als Richtcharakteristik 48 der
Empfangsantenne 10 in Polarkoordinaten auf einer
Anzeigeeinheit 47 dargestellt wird. Selbstverständlich ist es
auch möglich, die Samples erst entsprechend zeitlich zu
verzögern und dann aus den Beträgen der verzögerten Samples
die n-te Wurzel bei gleichzeitiger Vorzeichensicherung zu
ziehen.
Das gleiche Signalverarbeitungsverfahren kann auch auf die
Empfangswandler 31 der Linearantenne 33 gemäß Fig. 2
angewendet werden. Hier besteht die Wandlergruppe immer aus
der Gesamtheit der neun gemeinsam betriebenen Wandler 31. Das
elektronische Schwenken der Richtcharakteristik der
Linearantennte 33 erfolgt durch Änderung der individuellen
Verzögerungszeiten für die Empfangssignale der Wandler 31, die
sich gemäß Fig. 2 aus den Laufzeiten der aus einer
Hauptrichtung I bzw. II bzw. III einfallenden
Schallwellenfront zwischen der räumlichen Lage der Wandler 31
und der Wandlerprojektion auf einer rechtwinklig zur
Hauptrichtung durch den ersten Wandler 31 verlaufenden
Projektionslinie 49 ergeben.
In Fig. 4 und 5 sind Beispiele für in der Anzeigeeinheit 47 in
Polarkoordinaten dargestellte Richtcharakteristiken der als
Zylinderbasis 32 ausgebildeten Empfangsantenne 30 gemäß Fig. 1
dargestellt, und zwar für verschiedene Frequenzbänder der
einfallenden Schallwellen. Dabei sind in Fig. 4 und 5 links im
Bild die Richtcharakteristiken der Zylinderbasis bei einer
herkömmlichen Signalverarbeitung mit herkömmlicher
Richtungsbildung dargestellt, während rechts in Fig. 4 und 5
die Richtcharakteristiken dargestellt sind, die sich mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren bei Anwendung der Wurzelfunktion
und deren Umkehrfunktion mit dem Wurzelexponenten n = 2
ergeben.
Wie in den oberen beiden Richtcharakteristiken in Fig. 4
deutlich zu erkennen ist, wird mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren bereits in einem unteren Frequenzband ein Ziel
detektiert, in dem die Empfangsantenne mit der herkömmlichen
Richtungsbildung "blind" ist. Mit zunehmender Frequenz der
einfallenden Schallwellen wird die Richtcharakteristik der
Empfangsantenne 30 in beiden Fällen zunehmend verbessert und
die Hauptkeule der Richtcharakteristik, die die Richtung der
einfallenden Schallwellen definiert schmaler, so daß die
Bestimmung der Einfallsrichtung verbessert wird. Der Vergleich
der Darstellungen zeigt jedoch durch das erfindungsgemäße
Verfahren deutlich verbesserte Richtcharakteristiken der
Empfangsantenne bei denen die Bündelung der Hauptrichtung oder
Hauptkeule sehr viel stärker ist und die Nebenkeulen oder
Nebenzipfel stärker gedämpft sind. Eine relativ genaue
Detektion der Schallquellen ist bereits bei Schallfrequenzen
im unteren Frequenzbereich möglich, in dem die Wellenlängen
der Schallwellen im Bereich der Abmessungen der
Empfangsantenne liegen. Angemerkt sei hier, daß bei den in
Fig. 4 und 5 dargestellten Richtcharakteristiken die
Zylinderbasis einen Durchmesser von ca. 3 m aufweist und
rundum mit sechsundneunzig Wandlern 31 besetzt ist.
Claims (5)
1. Verfahren zum Bestimmen der Einfallsrichtung von im
Wasser sich ausbreitenden Schallwellen mittels einer eine
Mehrzahl von elektroakustischen Wandlern (31)
aufweisenden, akustischen Empfangsantenne (30), bei dem
fortlaufend die Empfangssignale einer Gruppe von
gemeinsam betriebenen Wandlern (31) zur Bildung eines die
Richtcharakteristik der Wandlergruppe bestimmenden
Gruppensignals zeitverzögert und konphas aufaddiert
werden und als Einfallsrichtung die Hauptrichtung der
Richtcharakteristik des Gruppensignals mit dem größten
Empfangspegel angegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß
vor der Addition auf die Empfangssignale eine
nichtlineare Funktion, die den Wertebereich staucht, und
nach der Addition auf das durch die Addition entstandene,
gestauchte Gruppensignal zu dessen Entzerrung die
Umkehrfunktion der nichtlinearen Funktion angewendet wird
und dabei jeweils ein vor der Rechenoperation vorhandenes
Vorzeichen nach der Durchführung der Rechenoperation
wieder hinzugefügt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die nichtlineare Funktion auf die zeitlich verzögerten
oder unverzögerten Empfangssignale angewandt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als nichtlineare Funktion eine Wurzelfunktion
deren Umkehrfunktion die Potenzfunktion g'(x) = xn ist, angewendet wird, wobei der Wurzelexponent (n) größer 1 ist.
deren Umkehrfunktion die Potenzfunktion g'(x) = xn ist, angewendet wird, wobei der Wurzelexponent (n) größer 1 ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Empfangssignale mit einer
konstanten Abtastfrequenz abgetastet und die
Zeitverzögerung und Addition sowie die Rechenoperationen
der nichtlinearen Funktion und deren Umkehrfunktion auf
die Abtastwerte angewendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Beträge der Abtastwerte radiziert und die den
Abtastwerten zugehörigen Vorzeichen den radizierten
Beträgen der Abtastwerte wieder hinzugefügt werden und
daß der Betrag der Summe der vorzeichenrichtig addierten
Beträge der Abtastwerte mit dem Wurzelexponenten(n)
potenziert und das vor dem Potenzieren vorhandene
Vorzeichen der Summe dem in die Potenz erhobenen Betrag
der Summe wieder hinzugefügt wird.
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DE (2) | DE10027538C1 (de) |
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