DE102004059228B3 - Air borne acoustic-sensor system for determining direction of e.g. person, has directional measurement module separately effecting directional measurement in individual noise so that measurement is realized for number of noise sources - Google Patents

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Abstract

The system has a signal processing module (21) processing a signal detected from a microphone-antenna-arrangement (10). An individual noise is filtered from a total-noise in a sound filter-module (27). A directional measurement module (28) separately effects a directional measurement in a filtered individual noise so that the measurement is parallelly and simultaneously realized for a larger number of separable noise sources. An independent claim is also included for an air borne method for determining a direction of an object.

Description

Die Erfindung betrifft eine akustische Richtungspeil- und Abhör-Einrichtung sowie ein System zur Objektsuche und Objekterkennung.The The invention relates to an acoustic direction-finding and listening device as well as a system for object search and object recognition.

Die erfindungsgemäße Einrichtung bzw. das erfindungsgemäße System kann für den bodennahen Luftraum und den Boden als Bestandteil einer Multisensorausrüstung für die Entdeckung und Klassifizierung und Richtungsvermessung verdeckter Ziele, insbesondere von Personen, Fahrzeugen und tieffliegenden Fluggeräten eingesetzt werden und für das Abhören von Personen über größere Entfernung als nach dem Stand der Technik machbar.The inventive device or the system according to the invention can for ground-level airspace and ground as part of multi-sensor equipment for discovery and classification and direction measurement of hidden targets, in particular used by persons, vehicles and low-flying aircraft and for that monitor of persons over greater distance than feasible according to the prior art.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Richtmikrophone als Abhörgeräte und zur groben Richtungsmessung bekannt, die aber nur bei begrenzter Entfernung (einige hundert Meter) und niedrigem Störgeräuschpegel einsetzbar sind.Out The general state of the art are directional microphones as listening devices and the rough direction measurement known, but only at a limited distance (a few hundred meters) and low noise level can be used.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur akustischen Richtungspeilung bekannt, bei dem lediglich die Richtung des Schwerpunktes aller aufgenommenen Geräusche zusammen bestimmt wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass Einzelgeräusche als Bestandteile eines Gesamt-Geräusches richtungsmäßig nicht genau angepeilt werden können, wenn Störgeräusche vorhanden sind.Out the prior art are methods for acoustic directional bearing known, in which only the direction of the center of gravity of all recorded noises is determined together. The disadvantage of this method is that Single sounds as components of a total noise directionally not can be precisely targeted, if noise is present are.

Aus der GB 2 309 301 A ist ein luftgestütztes Akustik-Sensorsystem bekannt, bei dem mehrere Akustik-Sensoren am Flugzeug angeordnet sind. Die von den Sensoren aufgefassten Signale werden einer Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt, um die Position von Schallquellen zu ermitteln.From the GB 2 309 301 A An airborne acoustic sensor system is known in which a plurality of acoustic sensors are arranged on the aircraft. The signals sensed by the sensors are applied to a signal processor to determine the position of sound sources.

Die US 4,333,170 beschreibt ein weiteres Akustik-Sensorsystem mit einem oder zwei Mikrophonpaaren zur Positionsbestimmung von Schallquellen. Die Ausgangssignale der Mikrophone werden einer Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt. Dort erfolgt zunächst eine Fast Fourier Transformation. Die Phasendifferenz der vom selben Mikrofonpaar kommenden Signale werden verglichen und daraus für jedes Frequenz-Bin eine Phasen-Differenz-Steigung berechnet. Letztere ist charakteristisch für ein bestimmtes Ziel und wird zur Separierung verschiedener Ziele verwendet.The US 4,333,170 describes another acoustic sensor system with one or two microphone pairs for position determination of sound sources. The output signals of the microphones are fed to a signal processing device. There, a Fast Fourier Transformation first takes place. The phase difference of the signals coming from the same microphone pair are compared and from this a phase difference slope is calculated for each frequency bin. The latter is characteristic of a particular target and is used to separate different targets.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Gerät bereit zu stellen, mit dem der bodennahe Luftraum und der Boden aus der Luft über größere Entfernungen (mehrere Kilometer) akustisch überwacht, nach Geräuschquellen abgesucht und abgehört werden kann und das geeignet und in der Lage ist akustische Ziele, auch verdeckte, bei Tag und Nacht aufzuspüren, zu lokalisieren, abzuhören, und wenn möglich, zu identifizieren.It The object of the invention is to provide a device with which the near-ground airspace and the ground from the air over greater distances acoustically monitored (several kilometers), after noise sources searched and listened to can and is suitable and capable of acoustic goals, also covert, to locate, to locate, to listen, and by day and night if possible, too identify.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.These The object is achieved with the features of the independent claims.

Die erfindungsgemäße Einrichtung umfasst einen akustischen Sensor sowie eine Zielentdeckungs- und Klassifizierungs- und Abhör- Einrichtung.The inventive device includes an acoustic sensor and a Zielendedeckungs- and Classification and interception Facility.

Erfindungsgemäß ist ein luftgestütztes Akustik-Sensorsystem (S) mit einer Messkopf-Einrichtung (10), einer Signalverarbeitungs-Einrichtung (20) und einer Ausgabe-Einheit (30) vorgesehen, wobei in der Messkopf-Einrichtung (10) vier Richtungskanal-Signale ermittelt werden, die der Signalverarbeitungs-Einrichtung (20) zugeführt werden, wobei

  • – die Signalverarbeitungs-Einrichtung (20) ein Signalaufbereitungs-Modul (21) zur Verarbeitung von von der Mikrophon-Antennen-Anordnung (10) erfassten Signalen mit einem Kammfilter-Modul (22) zur Ausfilterung einer Mehrzahl vorbestimmter schmaler Frequenzbänder sowie mit einem Atmosphären-Dämpfungskorrektur-Modul (23) zur Verstärkungs-Korrektur der in den einzelnen ausgefilterten Frequenzbändern enthaltenen Verzerrungen aufweist, wobei die Verstärkungs-Korrektur getrennt nach Frequenz-Bändern der einzelnen Geräusch-Signale unter Berücksichtigung der Entfernungen der Messkopf-Einrichtung (10) zum erfassten Objekt durchgeführt wird, und wobei die ungefähre Entfernungen zum Objekt aus der Flughöhe und dem Depressionswinkel der Antennenmittelachse und dem als bekannt angenommenen Geländeprofil berechnet wird,
  • – in einem Geräuschfilter-Modul (27) aus dem Gesamt-Geräusch Einzel-Geräusche herausgefiltert werden,
  • – in einem Richtungsmessungs-Modul (28) eine Richtungsmessung separat an jedem herausgefilterten Einzel-Geräusch vorgenommen wird, so dass die Richtungsmessung parallel und simultan für eine größere Anzahl von separierbaren Geräuschquellen durchführbar ist.
According to the invention, an airborne acoustic sensor system (S) with a measuring head device ( 10 ), a signal processing device ( 20 ) and an output unit ( 30 ), wherein in the measuring head device ( 10 ) four directional channel signals are detected, the signal processing device ( 20 ), wherein
  • The signal processing device ( 20 ) a signal conditioning module ( 21 ) for processing of the microphone antenna array ( 10 ) detected signals with a comb filter module ( 22 ) for filtering a plurality of predetermined narrow frequency bands and with an atmospheric attenuation correction module ( 23 ) for gain correction of the distortions contained in the individual filtered-out frequency bands, wherein the gain correction is separated according to frequency bands of the individual noise signals taking into account the distances of the measuring head device ( 10 ) is performed to the detected object, and wherein the approximate distances to the object from the altitude and the depression angle of the antenna center axis and the assumed assumed terrain profile is calculated,
  • In a noise filter module ( 27 ) are filtered out of the total noise individual noises,
  • In a direction measurement module ( 28 ) a direction measurement is made separately to each filtered out individual noise, so that the direction measurement can be performed in parallel and simultaneously for a larger number of separable noise sources.

Erfindungsgemäß ist auch ein luftgestütztes Verfahren zur Ermittlung der Richtung von Objekten aufgrund von Akustik-Messungen mittels eines Akustik-Sensorsystems (S) mit einer Messkopf-Einrichtung (10), einer Signalverarbeitungs-Einrichtung (20) und einer Ausgabe-Einheit (30) vorgesehen, wobei in der Messkopf-Einrichtung (10) vier Richtungskanal-Signale ermittelt werden, die der Signalverarbeitungs-Einrichtung (20) zugeführt werden, wobei

  • – in der Signalverarbeitungs-Einrichtung (20) eine Verarbeitung von von der Mikrophon-Antennen-Anordnung (10) erfassten Signalen mit einem Kammfilter-Modul (22) zur Ausfilterung einer Mehrzahl vorbestimmter schmaler Frequenzbänder sowie eine Atmosphären-Dämpfungskorrektur (23) zur Verstärkungs-Korrektur der in den einzelnen ausgefilterten Frequenzbändern enthaltenen Verzerrungen erfolgt, wobei die Verstärkungs-Korrektur getrennt nach Frequenz-Bändern der einzelnen Geräusch-Signale unter Berücksichtigung der Entfernungen der Messkopf-Einrichtung (10) zum erfassten Objekt durchgeführt wird, und wobei die ungefähre Entfernungen zum Objekt aus der Flughöhe und dem Depressionswinkel der Antennenmittelachse und dem als bekannt angenommenen Geländeprofil berechnet wird,
  • – in einem Geräuschfilter-Modul (27) aus dem Gesamt-Geräusch Einzel-Geräusche herausgefiltert werden,
  • – in einem Richtungsmessungs-Modul (28) eine Richtungsmessung separat an jedem herausgefilterten Einzel-Geräusch vorgenommen wird, so dass die Richtungsmessung parallel und simultan für eine größere Anzahl von separierbaren Geräuschquellen durchführbar ist.
According to the invention, an airborne method for determining the direction of objects on the basis of acoustic measurements by means of an acoustic sensor system (S) with a measuring head device ( 10 ), a signal processing device ( 20 ) and an output unit ( 30 ), wherein in the measuring head device ( 10 ) four directional channel signals are detected, the signal processing device ( 20 ), wherein
  • - in the signal processing facility ( 20 ) processing of the microphone antenna array ( 10 ) detected signals with a Comb filter module ( 22 ) for filtering a plurality of predetermined narrow frequency bands and an atmospheric attenuation correction ( 23 ) for gain correction of the distortions contained in the individual filtered-out frequency bands, wherein the gain correction separated by frequency bands of the individual noise signals taking into account the distances of the measuring head device ( 10 ) is performed to the detected object, and wherein the approximate distances to the object from the altitude and the depression angle of the antenna center axis and the assumed assumed terrain profile is calculated,
  • In a noise filter module ( 27 ) are filtered out of the total noise individual noises,
  • In a direction measurement module ( 28 ) a direction measurement is made separately to each filtered out individual noise, so that the direction measurement can be performed in parallel and simultaneously for a larger number of separable noise sources.

Ein Vorteil der Erfindung ist, dass verdeckte Zielobjekte, i.e. Objekte zu denen keine freie Sichtlinie besteht (z.B. im Wald, hinter Gebäude oder Hügel), auf große Entfernung (bis zu 10 km bei lautem Lastwagen oder Panzer oder Hubschrauber) akustisch aufgefasst, angepeilt und klassifiziert werden können, auch bei Nacht und schlechtem Wetter, solange keine zu starken Winde oder Niederschläge mit starker Geräuschentwicklung auftreten.One Advantage of the invention is that hidden targets, i. objects to which there is no clear line of sight (e.g., in the forest, behind buildings or Hill), on big Distance (up to 10 km with a loud truck or tank or helicopter) acoustically understood, targeted and classified, too at night and inclement weather, as long as there is no strong winds or rainfall with strong noise occur.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass verdeckte Zielpersonen, die sich in Gebäuden oder Verstecken aufhalten auf kurze Entfernung (unter 1 km) durch Abhören aufgespürt und gegebenenfalls abgehört werden können.One Another advantage of the invention is that hidden target persons, in buildings or hide at short distance (less than 1 km) through monitor tracked and possibly intercepted can be.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass auf sehr kurze Entfernung (unter 100 m) so auch in nicht luftdicht verschlossenen Fahrzeugen oder Containern an Hand der Atemgeräusche und leiser Stimmen Personen angepeilt und damit entdeckt werden können.One Another advantage of the invention is that at a very short distance (less than 100 m) as well as in airtight vehicles or containers by the breath sounds and soft voices people be targeted and thus discovered.

Ein Vorteil der Erfindung ist auch, dass eine große Zahl von verschiedenen Objekten oder Zielen in einem Blickfeld simultan entdeckt und klassifiziert werden können, wenn die zu suchende Signatur (Geräuschtyp) der Objekte bzw. Ziele bekannt ist.One Advantage of the invention is also that a large number of different objects or targets in a field of view can be detected and classified simultaneously can, if the signature to be searched (noise type) of the objects or goals is known.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass das normale Objektbetriebsgeräusch für die Entdeckbarkeit über weite Entfernungen genügt, weil die Zielentdeckung in schmalen Frequenz-Bändern vonstatten geht, in denen nur wenig Rausch-Störleistung vorhanden ist.One Another advantage of the invention is that the normal object operating noise for the Entdeckbarkeit over wide Distances are enough because the target discovery takes place in narrow frequency bands in which only little noise interference power available is.

Der Akustik-Sensor kann vorteilhafterweise in einem im Einsatz vorzugsweise leisen, wenig Störgeräusche erzeugenden Fluggerät eingesetzt werden, das in überhöhter Position mit Blick auf das Ziel positioniert wird. Durch die Benutzung einer breitbandigen akustischen Linsenantenne mit hoher Nebenzipfeldämpfung und enger Keule können vom Boden ausgehende Störgeräusche im Nahbereich wirksam unterdrückt werden, wodurch die effektive Reichweite des Sensors bedeutend auf Werte erhöht werden kann, die mit denen einer Tele-Kamera mit langer Brennweite vergleichbar sind. Der Akustik-Sensor eignet sich auch zur funktionalen Interpretation in einem simultanen Sensorverbund.Of the Acoustic sensor may advantageously be used in an in-use preferably silent, low noise generating aircraft be used in an elevated position is positioned facing the target. By using a broadband acoustic lens antenna with high side lobe attenuation and close club can from the ground outgoing noise in the Near range effectively suppressed which significantly increases the effective range of the sensor Values increased can be that with those of a long-range telephoto camera are comparable. The acoustic sensor is also suitable for functional Interpretation in a simultaneous sensor network.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass bei einem Einsatz des Akustik-Sensors in einem Fluggerät Ziele über nahe Störgeräusche hinweg angepeilt werden können, wobei die effektive Reichweite gegenüber herkömmlichen (bodengebundenen) Systemen auf ein mehrfaches erhöht werden kann. Auf diese Weise können Gespräche und Geräusche über große Entfernungen unbemerkt und gezielt, aus dem Störhintergrund herausgelöst, aufgefangen und aufgezeichnet werden, in denen das Trägerfluggerät von dem Zielobjekt nur schwer entdeckt werden kann.One Another advantage of the invention is that when using the acoustic sensor in an aircraft Goals over away from noise can be targeted the effective range over traditional (ground based) systems increased to a multiple can be. That way you can conversations and sounds over long distances unnoticed and targeted, detached from the background of the disturbance, caught and recorded in which the carrier aircraft from the target object is difficult can be discovered.

Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die enge Keule der Antenne eine gezielte Auffassung von Geräuschen erreicht werden kann, so dass z.B. in einem großen Gebäude bei geringerer Entfernung gezielt ein Fenster oder eine kleine Gruppe von Fenstern abgehört werden kann, auch wenn keine Fensterscheibe vorhanden ist, die das Abhören mit anderen Mitteln erlauben würde.One Another advantage is that through the narrow lobe of the antenna a purposeful perception of noises can be achieved, so that e.g. in a large building at a short distance targeted a window or a small group of windows to be heard can, even if no window pane is present, which the interception with would allow other means.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der beiliegenden Figuren beschrieben, die zeigen:in the In the following, the invention will be described with reference to the attached figures, they show:

1 eine funktionale Darstellung des erfindungsgemäßen Akustik-Sensorsystems mit einer Messkopf-Einrichtung, 1 a functional representation of the acoustic sensor system according to the invention with a measuring head device,

2a ein Geräusch-Modulations-Frequenz-Spektrogramm für eine mit der Messkopf-Einrichtung erfasste menschliche Stimme, 2a a noise modulation frequency spectrogram for a human voice detected by the probe device,

2b das aus dem Spektrogramm der 2a ermittelte Modulations-Frequenz-Spektrum der 2a ermittelte Modulations-Frequenz-Spektrum über eine Integrationszeit von über 0,3 Sekunden, 2 B that from the spectrogram of 2a determined modulation frequency spectrum of the 2a determined modulation frequency spectrum over an integration time of over 0.3 seconds,

3a ein Geräusch-Spektrogramm für einen Viertaktmotor, 3a a noise spectrogram for a four-stroke engine,

3b das aus dem Spektrogramm nach der 3a ermittelte Modulations-Frequenz-Spektrum. 3b that from the spectrogram of the 3a determined modulation frequency spectrum.

Das erfindungsgemäße zur Integration in ein Flugzeug-System vorgesehene Akustik-Sensorsystem S umfasst eine Messkopf-Einrichtung 10, eine Signalverarbeitungs-Einrichtung 20 und eine Ausgabe-Einheit 30.The inventive acoustic sensor system S provided for integration into an aircraft system comprises a measuring head device 10 , a signal processing device 20 and an output unit 30 ,

Die Messkopf-Einrichtung 10 weist eine Mikrophon-Antennen-Anordnung 12 mit zumindest einer Richtantenne 14 und einer Anordnung 15 von vier Mikrophonen 15a, 15b, 15c, 15d auf, die insgesamt vier gegeneinander um eine halbe Strahlbreite versetzte Antennen-Diagramme erzeugen, so dass die vier Mikrophone vier getrennte Richtungskanalsignale bereitstellen, die für die Monopuls-Winkelmessung in zwei zueinander senkrechten Ebenen (senkrecht zur Antennenachse) verwendet werden können.The measuring head device 10 has a microphone-antenna arrangement 12 with at least one directional antenna 14 and an arrangement 15 of four microphones 15a . 15b . 15c . 15d which generate a total of four mutually offset by half a beam antenna patterns, so that the four microphones provide four separate direction channel signals that can be used for monopulse angle measurement in two mutually perpendicular planes (perpendicular to the antenna axis).

Die Richtantenne 14 kann mit einer Antennensteuerung 13 in eine gewünschte Richtung geschwenkt werden.The directional antenna 14 can with an antenna control 13 be pivoted in a desired direction.

Eine zusätzliche Unterdrückung von winkelmäßig von den Zielen separierbaren starken einzelnen Störgeräuschquellen, die außerhalb der Summenhauptkeule liegen, kann auch durch eine, an sich bekannte, zugeordnete Funktion zur Nebenkeulenunterdrückung in dem Messkopf erreicht werden. Dabei werden Signale von Hilfsantennen mit geeigneten Antennen-Diagrammen und mit geeigneten Amplituden und Phasenlagen von dem Summensignal subtrahiert. In dem daraus resultierenden Antennen-Diagramm können hierdurch Gebiete mit geringer Störempfindlichkeit in Richtung der Störquellen erzeugt werden. Auf diese Weise kann die Reichweite des Systems bei dem Auftreten von einzelnen starken Störquellen deutlich erhöht werden.A additional suppression from angular from the targets separable strong individual noise sources outside the sum main lobe, can also by a, known per se, assigned function for side lobe suppression achieved in the measuring head become. These are signals from auxiliary antennas with suitable antenna diagrams and with appropriate amplitudes and phase angles from the sum signal subtracted. In the resulting antenna diagram can thereby Areas with low susceptibility to interference in the direction of the sources of interference be generated. In this way, the range of the system be increased significantly in the occurrence of individual strong sources of interference.

Die vier Richtungskanal-Signale aus der Messkopf-Einrichtung 10 werden über die Leitungen 11 weitergegeben an die Signalverarbeitungs-Einrichtung 20. In dieser werden die mit der Messkopf-Einrichtung 10 erfassten vier Richtungskanal-Signale getrennt und parallel aufbereitet, um diese für die Zielerfassung, die Überwachung und die Zielverfolgung sowie für die Erzeugung von Antennensteuerungs-Befehlen zur Verfügung zu stellen.The four directional channel signals from the gauge setup 10 be over the wires 11 passed to the signal processing facility 20 , In this are the with the measuring head device 10 collected four directional channel signals separately and in parallel to provide them for target acquisition, monitoring and tracking as well as generating antenna control commands.

Die in der Signalverarbeitungs-Einrichtung 20 erzeugten Ergebnisse oder Signale, die Positionsdaten, den erkannten Geräuschtyp und das separierte Geräusch von akustisch erfassten Einzelobjekten umfassen, werden in Form von Objekt-Dateien, d.h. Dateien, die Informationen über das erfasste Objekt, das insbesondere ein zu bekämpfendes oder zu überwachendes Ziel sein kann, enthalten, an die Ausgabe-Einheit 30 weitergegeben. In den Ziel-Dateien sind Messungen und Berechnungen in chronologischer Reihenfolge mit der Messzeit abgespeichert. Die Ziel-Dateien enthalten insbesondere die Position, die Geschwindigkeit, das Geräusch sowie den Typ des erfassten Objektes oder Zieles jeweils in Abhängigkeit der Zeit. Hier können die Daten von zugeordneten Systemfunktionen abgerufen und über ein Datenfernverbindungs-Gerät an weitere funktional verbundene Einheiten und insbesondere auch an eine Bodenstation B mit einem Operator 33 übermittelt oder auf Anfrage zurückgemeldet werden.Those in the signal processing facility 20 generated results or signals, which include position data, the detected type of noise and the separated sound of acoustically detected individual objects are in the form of object files, ie files, the information about the detected object, which may be in particular a target to be controlled or monitored , included, to the output unit 30 passed. In the target files measurements and calculations are stored in chronological order with the measuring time. The target files contain, in particular, the position, the speed, the noise and the type of the detected object or target, as a function of time. Here, the data can be retrieved from associated system functions and via a remote data communication device to other functionally connected units and in particular to a ground station B with an operator 33 transmitted or returned on request.

Die Antenne in der Messkopf-Einrichtung 10 mit der Mikrophon-Anordnung 15 ist vorzugsweise derart gestaltet, dass die vier Richtungskanal-Antennen-Signale zumindest im von der Signalverarbeitung ausgenutzten Bereich für Sprach- und Geräuscherkennung von 0.5 bis 4 kHz mit hoher Empfindlichkeit empfangen kann. Demnach umfasst in diesem Anwendungsfall die Mikrophon-Antennen-Anordnung 10 insbesondere zumindest eine hochempfindliche, akustisch-breitbandige Richt-Antenne 14 mit hohem Antennen-Gewinn und vier mit korrekter Impedanzangleichung angekoppelte, hochempfindliche Mikrophone 15a, 15b, 15c, 15d mit geringem Eigenrauschen (unter 10 dB) in einer für die Richtungsmessung nach dem Monopulsverfahren geeigneten Anordnung 15.The antenna in the gauge setup 10 with the microphone arrangement 15 is preferably designed so that the four directional channel antenna signals can receive at least in the signal-processing exploited range for speech and noise detection of 0.5 to 4 kHz with high sensitivity. Accordingly, in this application, the microphone antenna assembly comprises 10 in particular at least one highly sensitive, acoustically broadband directional antenna 14 with high antenna gain and four high-impedance microphones coupled with correct impedance matching 15a . 15b . 15c . 15d with low intrinsic noise (below 10 dB) in an arrangement suitable for directional measurement according to the monopulse method 15 ,

Die Richtantenne 14 kann durch eine Antennensteuerungseinrichtung 13 auf ein zu durchsuchendes Zielgebiet am Boden ausgerichtet werden und bei Bedarf abzuhörende Ziele am Boden verfolgen und damit für längere Zeit im Sichtbereich halten.The directional antenna 14 can by an antenna control device 13 be aligned with a target area to be searched on the ground and, if necessary, track targets on the ground and thus keep them in sight for a longer period of time.

Vorzugsweise ist die akustische Richt-Antenne 14 der Mikrophon-Antennen-Anordnung im Messkopf 10 aus einer akustischen Linsen-Antenne 17 und einem Horn 18 zur Impedanz-Anpassung zwischen Linsen-Antenne 17 und Mikrophon-Anordnung 15 gebildet. Die Linsen-Antenne 17 umfasst eine breitbandige akustische Linse zur Erfassung von Geräuschen insbesondere im gesamten relevanten Frequenzbereich, die derart gestaltet ist, dass ein hoher Antennengewinn mit niedrigen, unter –30dB gelegenen Nebenkeulen erreichbar sind. Der Richt-Antenne 14 ist die Mikrophon-Anordnung 15 aus vier Mikrophonen in Monopulsmess-Anordnung zugeordnet. Zur Impedanz-Anpassung der Richt-Antenne 14 an die Mikrophon-Anordnung 15 ist diese innerhalb eines kegelförmigen Horns 18 oder Trichters an dessen spitzem Ende angeordnet. Die zumindest vier Mikrophone 15a, 15b, 15c, 15d sind punktsymmetrisch um eine Mittelachse angeordnet und können insbesondere rechteckförmig jeweils um eine halbe Strahlbreite in der betreffenden Richtung gegeneinander versetzt in der bekannten Monopulsmessanordnung angeordnet sein.Preferably, the directional acoustic antenna 14 the microphone-antenna arrangement in the measuring head 10 from an acoustic lens antenna 17 and a horn 18 for impedance matching between lens antenna 17 and microphone arrangement 15 educated. The lens antenna 17 comprises a broadband acoustic lens for detecting noises, in particular in the entire relevant frequency range, which is designed such that a high antenna gain can be achieved with low sidelobes located below -30 dB. The directional antenna 14 is the microphone arrangement 15 assigned from four microphones in Monopulsmess arrangement. For impedance adjustment of the directional antenna 14 to the microphone arrangement 15 this is inside a cone shaped horn 18 or funnel arranged at its pointed end. The at least four microphones 15a . 15b . 15c . 15d are arranged point-symmetrically about a central axis and in particular can be arranged in a rectangular manner in each case by half a beam width in the relevant direction offset from each other in the known monopulse measuring arrangement.

Die breitbandige akustische Linsen-Antenne 17 wird in bekannter Weise durch ein Feld aus Umweg-Leitungen mit geeignetem Durchmesser gebildet. Dieser muss kleiner als die halbe Wellenlänge der höchsten Frequenz der zu empfangenden Geräusche sein. Die Umweg-Leitungen müssen derart in ihren Längen abgestimmt und angeordnet sein, dass eine Brechungs-Wirkung analog einer Linse erreicht wird. Der Umweg wird im einfachsten Fall durch Schrägstellen der Umwegleitungen gegen die Mittelachse der Linse erreicht. Die Länge wird im einfachsten Fall durch eine ebene Oberfläche in Einfallsrichtung und eine rotations-hyperbelförmige Form auf der Rückseite erreicht, wodurch eine mechanische einfache Bauweise erreicht wird.The broadband acoustic lens antenna 17 is in a known manner by a field of Um formed away lines with a suitable diameter. This must be less than half the wavelength of the highest frequency of the sounds to be received. The detour lines must be matched in their lengths and arranged so that a refractive effect is achieved analogous to a lens. The detour is achieved in the simplest case by tilting the Umwegleitungen against the central axis of the lens. The length is achieved in the simplest case by a flat surface in the direction of incidence and a rotationally hyperbolic shape on the back, whereby a mechanical simple construction is achieved.

Vorzugsweise werden in zwei zueinander senkrechten (und senkrecht zur Antennen-Achse) Ebenen hinter der akustisch-breitbandigen Richt-Antenne 14 vier Richtungskanal–Mikrophone in Monopuls-Messanordnung angeordnet. Beide Kanalpaare empfangen simultan, während die Antennenanordnung das Suchgebiet langsam überstreicht. Die dabei vorzusehende Integrationszeit in einer gegebenen Antennen-Blickrichtung muss ausreichend lang sein, so dass die für die nachfolgende Frequenz-Analyse anzuwendende Fast-Fourier-Transformation eine Frequenzauflösung von weniger als 5 Hz erbringt, um eine eindeutige Geräusch-Erkennung durchführen zu können.Preferably, in two mutually perpendicular (and perpendicular to the antenna axis) planes behind the acoustic broadband directional antenna 14 four directional channel microphones arranged in monopulse measuring arrangement. Both channel pairs receive simultaneously while the antenna array sweeps the search area slowly. The integration time to be provided in a given antenna viewing direction must be sufficiently long so that the fast Fourier transformation to be used for the subsequent frequency analysis yields a frequency resolution of less than 5 Hz in order to be able to perform a unique noise detection.

Die von der Mikrophon-Antennen-Anordnung 10 erfassten vier Richtungskanal-Signale werden einem Signalaufbereitungs-Modul 21 der Signalverarbeitungs-Einrichtung 20 zugeführt, in dem die vier Richtungskanal-Signale vorverarbeitet und in einem darin integrierten Kammfilter-Modul 22 nach einer Mehrzahl vorbestimmter schmaler (in allen vier Kanälen gleichen) Frequenzbändern ausgefiltert werden.The of the microphone antenna arrangement 10 detected four directional channel signals are a signal conditioning module 21 the signal processing device 20 in which the four directional channel signals are preprocessed and in a comb filter module integrated therein 22 after a plurality of predetermined narrow (in all four channels same) frequency bands are filtered out.

Die Kammfilter decken die für Geräuschanalyse relevanten Frequenzbereiche insbesondere von 0.5 bis 4 kHz ab. Je nach dem Geräuschspektrum der Objekte, für die Signale akustisch zu erfassen sind, ist eine entsprechend große Anzahl von Filterbereichen oder Gruppen von Filterbereichen mit entsprechenden Signal-Ausgängen eingerichtet. Die Filterbereiche oder die Gruppen von Filterbereichen sind derart gestaltet, dass sämtliche Spektralbereiche der zu erkennenden oder zu identifizierenden Objekte vorbestimmter Objektklassen umfasst sind. Die Zahl der Filterbereiche oder Gruppen von Filterbereichen kann z.B. für Sprach- oder Motoren-Geräusche zwischen 15 und 30 liegen.The comb filters cover the frequency ranges relevant for noise analysis, in particular from 0.5 to 4 kHz. Depending on the noise spectrum of the objects for which signals are to be acoustically detected, a correspondingly large number of filter areas or groups of filter areas with corresponding signal outputs is set up. The filter regions or the groups of filter regions are designed such that all spectral regions of the objects of predetermined object classes to be recognized or identified are included. The number of filter areas or groups of filter areas can be used, for example, for voice or engine noise 15 and 30 lie.

In einem in dem Signalaufbereitungs-Modul 21 angeordneten Atmosphären-Dämpfungskorrektur-Modul 23 werden, für die vier Richtungskanal-Signale getrennt, die in den einzelnen ausgefilterten Frequenzbändern enthaltenen Verzerrungen, die durch die frequenzabhängige Dämpfung der Schallausbreitung in der Atmosphäre hervorgerufen werden, korrigiert. Dabei nimmt das Atmosphären-Dämpfungskorrektur-Modul 23 in den einzelnen Frequenzbändern eine Verstärkungs-Korrektur vor, die die frequenzabhängige Atmosphärendämpfung über die aus Flughöhe und dem Sichtwinkel berechenbare Entfernung zum Objekt oder Ziel ausgleicht und damit die im Schallsignal ursprünglich zwischen den Frequenzbändern vorhandenen Lautstärkeverhältnisse wiederherstellt. Mit bekannter Entfernung kann also die Frequenz-abhängige atmosphärische Dämpfung nach Frequenz-Bändern getrennt korrigiert werden, wobei die Korrektur dadurch möglich ist, dass die Signale in einzelne Frequenz-Bereiche aufgespaltet worden sind.In one in the signal conditioning module 21 arranged atmospheric damping correction module 23 For the four directional channel signals, the distortions contained in the individual filtered-out frequency bands, which are caused by the frequency-dependent attenuation of the sound propagation in the atmosphere, are corrected. At the same time, the Atmospheric Attenuation Correction Module is increasing 23 in the individual frequency bands, a gain correction, which compensates for the frequency-dependent atmospheric attenuation over the calculable from flight altitude and the viewing angle distance to the object or target and thus restores the existing in the sound signal originally between the frequency bands volume ratios. With known distance so the frequency-dependent atmospheric attenuation can be corrected separately for frequency bands, the correction is possible by the fact that the signals have been split into individual frequency ranges.

Für dieses Vorgehen ist erforderlich, dass die Messung in einem Flugzustand erfolgt, bei dem das Flugzeug oder das Flugzeug-System F eine minimale relative Höhe zum zu erfassenden Objekt oder Ziel einnimmt, bei der aus der Richtungsmessung, aus der Flughöhe und aus der aus einer mitgeführten Geländedatenbasis bekannten Bodenkontur auf die Entfernung des Zieles geschlossen werden kann. Das Einnehmen der erforderlichen Flugzeug-Höhe wird sichergestellt durch eine manuelle Steuerung des Flugzeugs oder durch entsprechende automatische Steuerung mittels eines Flugzeug-Systems F. Dieses kann auch eine Missionsplanungs-Einrichtung und eine mit dieser funktional verbundene Flugsteuerungs-Einrichtung aufweisen, das die in der Missionsplanungs-Einrichtung erzeugten Kommandos automatisch in Steuerungs-Befehle umsetzt.For this Procedure is required that the measurement in a flight condition takes place at which the aircraft or the aircraft system F a minimum relative height to the object or target to be detected, at which the direction measurement, from the altitude and from the one carried Terrain data base known ground contour closed to the distance of the target can be. The taking of the required aircraft height is ensured by a manual control of the aircraft or by appropriate automatic control by means of an aircraft system F. This can also a mission planning facility and one with this functional associated flight control device, the in the Mission planning facility automatically generated commands in Converts control commands.

Die Signalverarbeitungs-Einrichtung 20 umfasst neben dem Signalaufbereitungs-Modul 21 ein Modulationsfrequenzanalyse-Modul 24 sowie ein Signatur-Speicher-Modul 25, deren Ausgangsgrößen in einem Signaturvergleichs- und Signaturerkennungs-Modul 26 zusammen geführt sind. Durch die Module 21, 24 und 26 werden die vier Richtungskanal-Signale jeweils getrennt geführt und verarbeitet. Der Signaturvergleich im Modul 26 mit den Signatur-Mustern aus dem Speicher-Modul 25 wird ebenfalls für die vier Richtungskanäle getrennt ausgeführt, es werden aber nur die Signale weiterverarbeitet, die in allen vier Richtungskanälen gleichzeitig und mit übereinstimmender Signatur in allen vier Kanälen auftreten. Dadurch sind die zugehörigen Objekte in allen vier für die Richtungsmessung benötigten Kanälen sichtbar.The signal processing device 20 includes beside the signal conditioning module 21 a modulation frequency analysis module 24 as well as a signature memory module 25 , their output variables in a signature comparison and signature recognition module 26 are led together. Through the modules 21 . 24 and 26 The four directional channel signals are each managed and processed separately. The signature comparison in the module 26 with the signature patterns from the memory module 25 is also executed separately for the four directional channels, but only the signals that occur simultaneously in all four directional channels and with the same signature in all four channels will be processed. As a result, the associated objects are visible in all four channels required for the direction measurement.

In dem mit dem Signalaufbereitungs-Modul 21 in Verbindung stehenden Modulationsfrequenz-Analysemodul 24 wird aus den vier empfangenen Richtungskanal-Misch-Signalen für jedes Frequenzband und jeden Richtungskanal getrennt das zugehörige Modulationsfrequenz-Spektrum ermittelt, das für die weitere Bearbeitung zur Verfügung gestellt wird und für jedes erfasste Geräusch typische Werte enthält. Zur Bildung des Geräusch-Modulationsfrequenz-Spektrogramms wird für jedes Frequenzband über eine ausreichende Integrationszeit aufintegriert der Verlauf der Modulations-Amplitude über der Modulationsfrequenz bestimmt und werden eventuell vorhandene deutliche Maxima der Modulations-Amplitude bestimmt. Hierbei ist eine ausreichend lange Mess- bzw. Integrationszeit vorzusehen, so dass die Fast-Fourier-Transformation eine Frequenzauflösung von besser als 5 Hz erzielt.In the one with the signal conditioning module 21 related modulation frequency analysis module 24 From the four received direction channel mixing signals for each frequency band and each direction channel, separately, the associated modulation frequency spectrum provided for further processing and typical of each detected noise is determined Contains values. For the formation of the noise modulation frequency spectrogram, the course of the modulation amplitude over the modulation frequency is determined for each frequency band for a sufficient integration time, and any clear maxima of the modulation amplitude that may be present are determined. In this case, a sufficiently long measurement or integration time should be provided so that the fast Fourier transformation achieves a frequency resolution of better than 5 Hz.

In der 2a ist ein Geräusch-Modulations-Frequenz-Spektrogramm für eine mit dem Sensor 10 beispielsweise erfasste menschliche Stimme und in der 2b das daraus ermittelte Modulations-Frequenz-Spektrum über eine Integrationszeit von über 0.3 Sekunden angegeben.In the 2a is a noise modulation frequency spectrogram for one with the sensor 10 for example, captured human voice and in the 2 B the resulting determined modulation frequency spectrum over an integration time of about 0.3 seconds.

In der 3a ist ein Geräusch-Spektrogramm für eine mit dem Sensor 10 beispielsweise erfassten Viertakt-Motor mit einer Leerlauf-Drehzahl von 900 Umdrehungen pro Minute und in der 3b das daraus ermittelte Modulations-Frequenz-Spektrum angegeben. Darin ist bei etwa 12 Hz die Drehzahl-Frequenz und bei etwa 48 Hz die Ventiltrieb-Frequenz erkennbar.In the 3a is a noise spectrogram for one with the sensor 10 For example, recorded four-stroke engine with an idling speed of 900 revolutions per minute and in the 3b the resulting determined modulation frequency spectrum. In it is at about 12 Hz, the speed frequency and at about 48 Hz, the valve train frequency recognizable.

In dem Speicher-Modul 25 sind Signatur-Muster für die zu erkennenden Objekte in Form von Modulations-Frequenzspektren je Filterband und ist zumindest ein akustisches Signatur-Muster für zumindest eine Objekt-Klasse abgespeichert. Die Objekt-Klasse wird im System vorgegeben und wird ermittelt aus den zu erkennenden Objekten, die der jeweiligen Objekt-Klasse zugeordnet werden. Dem gemäß ist in dem Speicher-Modul 24 von allen Objekt-Klassen der zu erkennenden Objekte zumindest eine akustische Signatur gespeichert, die für jedes der zu erkennenden Objekte angibt, welche Frequenzbänder mit welcher Modulationsfrequenz und mit welcher relativen Modulations-Amplitude vertreten sind unter den erwarteten Betriebsbedingungen des zu erkennenden Objektes. Hierbei kann je nach Objekt z.B. die Sprachgeschwindigkeit und Tonlage eines Menschen zugrundegelegt werden. Wenn als zu erkennendes Objekt ein Motor zu erfassen ist, kann der Motortyp, die Motordrehzahl und/oder auch der Untergrundeinfluss auf Tonfärbung, Raddrehzahl, Straßenbelag, Hufschlagfrequenz berücksichtigt werden.In the memory module 25 are signature patterns for the objects to be recognized in the form of modulation frequency spectra per filter band and at least one acoustic signature pattern is stored for at least one object class. The object class is specified in the system and is determined from the objects to be recognized, which are assigned to the respective object class. Accordingly, in the memory module 24 stored at least one acoustic signature of all object classes of the objects to be recognized, indicating for each of the objects to be recognized, which frequency bands are represented with which modulation frequency and with which relative modulation amplitude under the expected operating conditions of the object to be detected. This can be based on the object, for example, the speech speed and pitch of a person. If an engine is to be detected as an object to be detected, the engine type, the engine speed and / or the background influence on tone coloration, wheel speed, road surface, hoof beat frequency can be taken into account.

In dem Signatur-Vergleichs-Modul 26 werden das in dem Modulationsfrequenz-Analysemodul 24 jeweils ermittelte Modulationsfrequenz-Spektrum jedes Filterbandes für die vier Richtungskanal-Signale getrennt verglichen mit dem in dem Speicher-Modul 25 abgespeicherten zumindest einen Signatur-Muster desselben Filterbandes. Dabei werden vorzugsweise in mehreren parallel abzuarbeitenden Kanälen, oder Prozessen, für jeweils einen Geräusch-Typ nach passenden Signaturen, die gleichzeitig in allen vier Richtungskanal-Signalen auftreten, in allen zu diesem Geräuschtyp beitragenden Frequenzkanäle gesucht und in den ermittelten Modulationsfrequenz-Spektren alle Frequenz-Bänder mit einem, momentan in allen vier Richtungskanal-Signalen übereinstimmenden, dynamischen Signaturmuster heraus gesucht.In the signature comparison module 26 become that in the modulation frequency analysis module 24 respectively determined modulation frequency spectrum of each filter band for the four directional channel signals separately compared to that in the memory module 25 stored at least one signature pattern of the same filter band. Preferably, in several channels or processes to be processed in parallel, for each one type of noise suitable signatures which occur simultaneously in all four directional channel signals are searched in all frequency channels contributing to this type of noise, and in the determined modulation frequency spectra Bands with a, currently in all four directional channel signals matching, dynamic signature pattern out sought.

In dem Geräuschfilter-Modul 27 werden, für die vier Richtungskanal-Signale getrennt, die jeweiligen Frequenzbänder, die die gesuchte Modulationsstruktur eines bestimmten Geräuschtyps aufweisen, mit Hilfe des Vergleichs-Moduls 26 aus dem erfassten Signal isoliert. Diese Frequenz-Bänder werden, für die vier Richtungskanal-Signale getrennt und darin für jeden gesuchten Geräuschtyp getrennt, mittels des Geräuschfilter-Moduls 27 verstärkt und zu einem Gesamtgeräusch der gefundenen Geräusch-Klasse in dem betreffenden Richtungskanal zusammengesetzt. Weiterhin werden alle anderen Bänder mit unpassender Signatur, die das jeweils identifizierte Band stören oder beeinträchtigen könnten, unterdrückt. Auf diese Weise kann ein leises gesuchtes Geräusch von bekanntem Typ aus einer Geräuschmischung von vielfacher Lautstärke herausgelöst werden und ist am Ausgang eines der parallelen Prozesse separiert verfügbar, für die vier Richtungskanäle und die darin übereinstimmenden gefundenen Einzelgeräusche, für die weitere Auswertung.In the noise filter module 27 are separated for the four directional channel signals, the respective frequency bands having the desired modulation structure of a certain type of noise, using the comparison module 26 isolated from the detected signal. These frequency bands are separated for the four directional channel signals and separated therein for each type of noise sought, by means of the noise filter module 27 amplified and assembled into a total noise of the found noise class in the respective directional channel. Furthermore, all other bands with inappropriate signature that could interfere with or impair the identified band are suppressed. In this way, a quiet sought sound of known type can be extracted from a mixed noise of multiple volume and is separately available at the output of one of the parallel processes, for the four directional channels and the matched individual sounds found therein, for further evaluation.

Das Ausgangssignal des Geräuschfilter-Moduls 27 enthält für jeden der vier von der Mikrophon-Antennen-Anordnung 10 zur Verfügung gestellten Richtungskanäle je ein separates Signal für jedes erkannte Einzelgeräusch. Diese Signale werden separat für jeden Kanal und jedes Geräusch an das Richtungsmessungs-Modul 28 weitergegeben. Falls kein Einzelgeräusch erkannt worden ist, wird kein Signal ausgegeben.The output signal of the noise filter module 27 contains for each of the four of the microphone antenna array 10 provided directional channels each have a separate signal for each detected individual noise. These signals are sent separately to the directional measurement module for each channel and each sound 28 passed. If no single sound is detected, no signal is output.

In dem Richtungsmessungs-Modul 28 wird erfindungsgemäß mittels eines Richtungsmessalgorithmus für alle gefundenen Ziele (d.h. ausgefilterten Einzelgeräusche) aus den vier Kanälen für jedes Geräusch jeweils separat die Richtung bestimmt.In the direction measurement module 28 According to the invention, the direction is determined separately for each of the destinations found (ie filtered individual noises) from the four channels for each noise by means of a direction measurement algorithm.

Dabei wird nicht lediglich die Richtung des Schwerpunktes aller aufgenommenen Geräusche zusammen bestimmt, da mit einem solchen Vorgehen bei dem Vorhandensein von Störgeräuschen Einzelgeräusche richtungsmäßig nicht genau angepeilt werden. Demgegenüber werden bei der erfindungsgemäßen Richtungsmessung vorzugsweise parallel für alle getrennt erkannten Geräusche und für die in der Messkopf-Einrichtung 10 zu einem Zeitpunkt anliegende Antennen-Richtung bzw. Antennen-Achse folgende Signal-Bestandteile ermittelt:

  • – Die Signale der im Geräuschfilter-Modul 27 aus jedem der vier Richtungs-Kanäle der Mikrophon-Antennen-Anordnung 12 für jedes ermittelte Einzelgeräusch ausgegebenen Signale werden im Richtungsmessungs-Modul 28 werden zu einem Gesamtsummensignal aufaddiert. Dieses Summensignal stellt dann auch gleichzeitig das aus dem Mischgeräusch separierte gesuchte Einzelgeräusch eines vorgewählten Geräuschtyps dar, dem in der weiteren Auswertung auch eine Richtung zugeordnet werden kann,
  • – für jedes Einzelgeräusch werden, für zwei aufeinander senkrecht stehende Richtungsebenen (in denen durch zwei jeweils gegenüberliegende Richtungsebenen-Kanalpaare nach dem Monopulsprinzip der Winkel gegen die Antennenmittelache in der betreffenden Ebene gemessen werden) getrennt, jeweils für die Signale der im Geräuschfilter-Modul 27 aus jedem der zwei Richtungsebenen-Kanalpaare der Mikrophon-Antennen-Anordnung 12 für jedes ermittelte Einzelgeräusch und jede Messebene das Differenz-Signal gebildet.
In this case, not only the direction of the center of gravity of all recorded sounds is determined together, as with such a procedure in the presence of noise individual sounds directionally not accurately targeted. In contrast, in the direction measurement according to the invention preferably parallel for all separately detected sounds and for in the measuring head device 10 at an instant antenna direction or antenna axis determines the following signal components:
  • - The signals in the noise filter module 27 from each of the four directional channels the micro phon antenna assembly 12 Signals output for each detected individual noise are included in the direction measurement module 28 are added up to a total sum signal. This summation signal then also simultaneously represents the sought-after individual noise of a preselected type of noise which is separated from the mixing sound, to which a direction can also be assigned in the further evaluation.
  • - For each individual noise, for two mutually perpendicular directions (in which two opposite directional plane channel pairs according to the monopulse principle of the angle to the antenna centerache in the relevant plane are measured) separated, each for the signals in the noise filter module 27 from each of the two directional plane channel pairs of the microphone-antenna array 12 formed for each determined individual noise and each measurement level, the difference signal.

Vorzugsweise ist eine Einrichtung vorgesehen, mit der der zeitliche Verlauf der Summen- bzw. Differenz- Werte zusammen mit der jeweiligen Antennenblickrichtung, Flugzeug-Lage und -Position aufgezeichnet und ausgewertet werden kann.Preferably An arrangement is provided for determining the time course of the Sum or difference values together with the respective antenna direction, Airplane position and position recorded and evaluated can.

Wird erfindungsgemäß nach dem Richtungsmess-Algorithmus für einen bestimmten Zieltyp während der langsamen Schwenkbewegung der Antenne in zwei Messebenen, z.B. in Höhe (vertikal) und Seite (lateral) über dem Suchgebiet, in dem Objekte vermutet werden, festgestellt, dass in einer bestimmten Antennenposition

  • – die Gesamtsumme der Amplituden über alle Frequenz-Bänder der gesuchten Signatur des Summenkanals ein lokales Maximum aufweist und
  • – die Differenzwerte für beide Messrichtungsebenen der Amplituden über alle Frequenz-Bänder der gesuchten Signatur gleichzeitig ein lokales Minimum in einem Bereich von einer Strahlbreite im Umkreis der momentanen Antennenrichtung aufweisen, dann werden erfindungsgemäß
  • – ein Ziel dieses Typs als entdeckt und gleichzeitig als zu diesem Typ gehörig klassifiziert bewertet und
  • – die Messzeit, Antennenrichtung und der Zieltyp, sowie die Flugzeug-Lage und Position aufgezeichnet und für die weitere Bearbeitung weitergegeben.
According to the invention, according to the directional measurement algorithm for a specific target type, during the slow pivotal movement of the antenna in two measurement planes, eg height (vertical) and side (lateral) over the search area in which objects are suspected, it is determined that in a certain antenna position
  • - The sum total of the amplitudes over all frequency bands of the sought signature of the sum channel has a local maximum and
  • - The difference values for both measurement direction levels of the amplitudes over all frequency bands of the sought signature simultaneously have a local minimum in a range of a beam width in the vicinity of the instantaneous antenna direction, then according to the invention
  • - a target of this type classified as discovered and at the same time classified as belonging to this type
  • - The measurement time, antenna direction and the target type, as well as the aircraft position and position recorded and passed on for further processing.

Bei einer vorzugsweisen Anwendung der Erfindung wird nach der Einzelgeräuschausfilterung eine Funktionalität mit einem darin implementierten spezifisch geräuschsensitiven Verfahren zum Erstellen eines Abhörprotokolls von weit entfernten lauten oder nahen leisen akustischen Zielen eingesetzt.at a preferred application of the invention is after the Einzelgeräuschausfilterung a functionality with a specific noise-sensitive method implemented therein for Create a listening protocol from far away loud or near soft acoustic targets used.

Das Richtungsmessungs-Modul 28 kann dazu erfindungsgemäß zur Gewinnung eines aus dem Störhintergrund herausgefilterten Abhörprotokolls 35 eines bestimmten gesuchten Signals (z.B. menschliche Sprachgeräusche, Motorgeräusche von Otto- oder Dieselmotoren, Turbinengeräusche, Hufschlag und Atemgeräusche von Tieren), das von einem bekannten Ort ausgeht, insbesondere eines Sprachsignals, eingesetzt werden.The direction measurement module 28 For this purpose, according to the invention, it can be used to obtain a monitoring protocol filtered out of the background noise 35 a particular signal sought (eg human speech sounds, engine noise from gasoline or diesel engines, turbine noise, hoofbeats and breathing sounds of animals), which emanates from a known location, in particular a voice signal, are used.

Dazu wird die vermutete Position mit der Antenne angesteuert. Wird dort ein Signal von dem gesuchten Typ gefunden, dann wird die Antenne mittels des Richtungsmessungs-Moduls und der Antennensteuerung 13 genau auf das gefundene Ziel ausgerichtet und das ausgefilterte Summensignal des gesuchten Geräuschtyps aus dieser Richtung aufgezeichnet als Abhörprotokoll. Das Summensignal ist dann die bestmögliche Wiedergabe des gesuchten Sprachsignals unter den gegebenen Umständen.For this purpose, the suspected position is controlled by the antenna. If there is found a signal of the desired type, then the antenna by means of the direction measurement module and the antenna control 13 aligned exactly to the target found and recorded the filtered sum signal of the desired type of noise from this direction as a monitoring protocol. The sum signal is then the best possible reproduction of the searched speech signal under the given circumstances.

Erfindungsgemäß können die Signaturen unterschiedlicher Sprecher am selben Ort getrennt werden, wenn diese sich gleichzeitig in Tonhöhe (Frequenz) und Sprechgeschwindigkeit (Modulationsfrequenz) stark unterscheiden (z.B. Männer-, Frauen- und Kinder-Stimmen). In den Zweifelsfällen, in denen eine trennende Verarbeitung an Bord nicht möglich ist, kann erfindungsgemäß das Rohsignal aus den vier Mikrophonen mit dem ungefilterten Geräuschmix zusätzlich aufgezeichnet und an die Bodenstation B zur weiteren detaillierten Auswertung übermittelt werden.According to the invention can Signatures of different speakers are separated at the same place, when these are simultaneously in pitch (frequency) and speech rate (Modulation frequency) (e.g., males, females, and females Children's voices). In cases of doubt in which a separating processing on board is not possible can according to the invention the raw signal from the four microphones with the unfiltered noise mix additionally recorded and transmitted to the ground station B for further detailed evaluation become.

In einem optional vorgesehenen Objektpositions-Berechnungsmodul 29, das funktional mit dem Richtungsmessungs-Modul verbunden ist, wird erfindungsgemäß durch Projektion und Verschneidung einer Richtungsmessung unter Berücksichtigung der momentanen Flugzeugposition und Lage, die einem Flugsteuerungs-, Missionsplanungs- und Navigationsmodul 34 zugeführt werden können, vorgenommen. Dabei kann insbesondere die Richtungsmessung auf eine Geländeoberfläche bezogen sein, die als Information oder digitale Daten aus einer Geländedatei 31 zugeführt bzw. verfügbar ist. Dadurch kann für alle gefundenen Ziele bzw. Einzelgeräusche jeweils separat und vorzugsweise parallel eine geodätische Objektpositionsberechnung im Gelände vorgenommen werden. Bei einem Einsatz des Akustik-Sensorsystems S in einem Flugzeug wird dieses zur Erfassung des Ziels gegenüber dem Ziel in eine überhöhte Position mit einem Gefälle der Blickrichtung von ungefähr 1 zu 1 bis 1 zu 3 gesteuert, um günstige von nah gelegenen Störquellen unbeeinträchtigte Empfangsbedingungen zu erreichen. Dadurch wird eine erhebliche Reichweitenvergrößerung gegenüber boden-gebundenen Geräten erreicht. In dem Flugzeug ist ein dem Akustik-Sensorsystem S funktional zugeordnetes Flugzeug-System integriert, das das Flugzeug im Zielerfassungs-Modus in einen vorgegebenen Bereich des Blickrichtungs-Gefälles zwischen 1 zu 1 und 1 zu 3 führt und/oder in diesem Bereich hält, während das Akustik-Sensorsystem S zur Erfassung von akustischen Signalen aktiviert ist.In an optional object position calculation module 29 , which is functionally connected to the direction measuring module, is inventively by projection and intersection of a direction measurement taking into account the current aircraft position and position, the flight control, mission planning and navigation module 34 can be supplied, made. In particular, the direction measurement may be related to a terrain surface that serves as information or digital data from a terrain file 31 supplied or available. As a result, a geodetic object position calculation in the terrain can be carried out separately and preferably in parallel for all targets or individual noises found. When using the acoustic sensor system S in an aircraft, it is controlled to detect the target from the target to an elevated position with a viewing direction gradient of about 1 to 1 to 1 to 3 in order to obtain favorable reception conditions from nearby sources of interference , This achieves a considerable increase in range compared to ground-bound devices. An aircraft system functionally assigned to the acoustic sensor system S is integrated in the aircraft, in the targeting mode, guiding and / or maintaining the aircraft in a predetermined range of the line of sight gradient between 1 to 1 and 1 to 3 while the acoustic sensor system S is activated to detect acoustic signals.

In dem Zielverfolgungs-Modul 32 kann insbesondere eine Funktion implementiert sein, mit der für jedes erkannte Einzelgeräusch bzw. Objekt die Einzelpositions-Messungen entweder zu bereits angelegten Zielspuren des gleichen Typs und mit kompatiblen Positionsdaten zugeordnet und diese Zielspur fortgesetzt, oder, wenn aufgrund einer nicht ausreichenden Signal-Qualität keine Zuordnung möglich ist, eine neue Zielspur angelegt. Diese wird durch Anforderungen von regelmäßigen Nachmessungen bei dem Flugzeugsystem 34, das ein Flugsteuerungs-, Missionsplanungs- und Navigationsmodul aufweist, aktuell gehalten, so dass die Zielspur so lange wie möglich verfolgt werden kann. Das Flugzeugsystem 34 aktiviert z.B. nach einem vorgegebenen Zeitmuster das Sensorsystem S zur aktuellen Ermittlung der Zielspur.In the target tracking module 32 In particular, a function can be implemented with which, for each detected individual noise or object, the individual position measurements are either assigned to already created target tracks of the same type and with compatible position data and this target track is continued, or if there is no assignment due to an insufficient signal quality possible, created a new destination track. This is due to requirements of regular retiming on the aircraft system 34 having a flight control, mission planning and navigation module kept current so that the target lane can be tracked as long as possible. The aircraft system 34 For example, activates the sensor system S for the current determination of the target track according to a predetermined time pattern.

Ebenso wie die Nachmessungen können auch auf Anforderung der Bodenstation B neue Ziele in definierten Geländeabschnitten gesucht werden. Dabei sendet die Bodenstation B entsprechende Kommandos an das Flugzeugsystem 34 mit dem Flugsteuerungs-, Missionsplanungs- und Navigationsmodul, Suchmessungen bei dem Sensorsystem S zu aktivieren.As well as the final measurements, new targets can also be searched in defined sections of the terrain at the request of the ground station B. The ground station B sends corresponding commands to the aircraft system 34 with the flight control, mission planning and navigation module to enable search measurements on the sensor system S.

Die Flugzeug-Steuerung im Flugzeug-System 34 kann eine geeignete Beobachtungsposition mit Überhöhung relativ zum Ziel und freier Sicht auf das Ziel ansteuern, die erfindungsgemäß von einem leise, für akustische Sensoren auf Grund der geringen Störgeräusche geeigneten fliegenden Sensorträger angeflogen werden kann. Bei geeigneter Wahl der Beobachtungsposition mit einem Gefälle der Sichtlinie zum Ziel von ungefähr 1 zu 1 bis 1 zu 3, die erfindungsgemäß von einem leise fliegenden Sensorträger eingenommen werden kann, und niedrigen Nebenkeulen der Antenne kann der Sensor erfindungsgemäß über nahe Störgeräusche hinweg das Ziel anpeilen und kann dadurch den wirksamen Störpegel, den die Antenne auffängt, stark reduzieren. Damit kann die effektive Reichweite gegenüber herkömmlichen (bodengebundenen) Systemen auf ein mehrfaches erhöht werden.The aircraft control in the airplane system 34 can control a suitable observation position with elevation relative to the target and clear view of the target, which according to the invention can be approached by a quiet, for acoustic sensors due to the low noise suitable flying sensor carrier. With a suitable choice of the observation position with a line of sight to target of about 1 to 1 to 1 to 3, which can be taken by a quiet flying sensor carrier according to the invention, and low sidelobes of the antenna, the sensor can according to the invention over target noise away from the target and This can greatly reduce the effective noise level that the antenna picks up. Thus, the effective range compared to conventional (ground-based) systems can be increased to several times.

In dem Zieldatei-Modul 36, in dem ein Trackfile angelegt wird, werden in bekannter Weise die Zieldaten, wozu insbesondere die Messzeit, die geodätische Position, die geodätische Spur, ein erkannter Zieltyp gehört, in chronologischer Form aufgezeichnet und anderen Nutzern zugänglich gemacht und über eine Datenfernverbindungseinrichtung an die Bodenstation B mit dem Operator 33 zurückgemeldet. In dem Zieldatei-Modul wird auch im Falle eines Sensorverbundes in bekannter Weise eine Verknüpfung der Daten aus verschiedenen Sensoren ausgeführt und über einen Querabgleich der Daten werden Falschziele als solche erkannt und ausgesondert und Identitätsdaten aus verschiedenen Quellen zur Erhöhung des Konfidenzgrades in die Identitätsbewertung miteinander verknüpft und auf Kompatibilität geprüft.In the destination file module 36 in which a track file is created, the target data, in particular the measuring time, the geodetic position, the geodesic lane, a recognized target type belongs, are recorded in chronological form and made available to other users and via a remote data communication device to the ground station B in a known manner with the operator 33 returned. In the target file module, a linkage of the data from different sensors is also carried out in a known manner in a known manner and cross-matching of the data false targets are recognized as such and separated and linked identity data from different sources to increase the confidence level in the identity assessment and checked for compatibility.

Insbesondere kann das Sensorsystem S in einem Sensorverbund aus zumindest einem optischen und dem akustischen Sensor mit einem Flugzeug-System 34 eines leisen, für den Einsatz akustischer Sensoren geeigneten Fluggeräts integriert sein. Das Flugzeug-System 34 steuert das Flugzeug aufgrund von Vorgaben bezüglich der zu erfassenden Ziele in eine geeignete Beobachtungsposition. Dabei kann das Flugzeug-System 34 eine Betriebsart aufweisen, mit der das Flugzeug zur weiteren Zielaufklärung nach dem Erstkontakt näher an das Ziel herangeführt wird, bis auch eine optische Sicht auf das Ziel besteht. Mit diesem Sensorverbund aus akustischem Sensor und optischem Sensor können auch verdeckte Zielobjekte auf größere Entfernung entdeckt und klassifiziert werden und dann aus einer geeigneten Beobachtungsposition mit guter Sicht auf das Ziel optisch aufgeklärt, und in günstigen Fällen (z.B. bei sichtbaren Hoheitszeichen) auch identifiziert werden.In particular, the sensor system S in a sensor network of at least one optical and the acoustic sensor with an aircraft system 34 a quiet, suitable for the use of acoustic sensors aircraft be integrated. The aircraft system 34 controls the aircraft to a suitable viewing position based on targets for the targets to be detected. This can be the aircraft system 34 have a mode with which the aircraft is brought closer to the target for further target information after the initial contact until an optical view of the target exists. With this sensor combination of acoustic sensor and optical sensor and hidden targets can be detected and classified at a greater distance and then visually elucidated from a suitable observation position with a good view of the target, and in favorable cases (eg visible insignia) also identified.

Alternativ oder zusätzlich kann das Sensorsystem S mit der Messkopf-Einrichtung 10 in einem Sensorverbund aus einem Wetter und Bewuchs durchdringenden Puls-Doppler-Radar integriert sein und dabei insbesondere funktional einem Flugzeug-System 34 eines leisen, für den Einsatz akustischer Sensoren geeigneten Fluggerät zugeordnet sein. Das Flugzeug-System 34 weist eine Betriebsart auf, mit der das Flugzeug in eine geeignete Beobachtungsposition für die Radarmessung über größere Entfernung geführt und in dieser Position gehalten wird. Diese Betriebsart kann eine Funktion aufweisen, mit der das Flugzeug zur weiteren Zielaufklärung nach dem Erstkontakt näher an das Ziel herangeführt wird, bis auch ein akustischer Kontakt zum Ziel besteht. Mit diesem Sensorverbund aus akustischem Sensor und Radar Sensor können auch durch Bewuchs verdeckte bewegte Zielobjekte auf größere Entfernung entdeckt werden und dann aus einer geeigneten näheren Position akustisch lokalisiert und klassifiziert und, in günstigen Fällen bei deutlicher Signatur auch identifiziert, und damit aufgeklärt werden. Durch die Gegenprobe mit dem akustischen Sensor kann auch die zu erwartende hohe Falschalarmrate des Puls-Doppler-Radars stark verringert werden. Dadurch kann das Sensorsystem mit einem größeren Grad an Autonomie von menschlichem Bedienpersonal eingesetzt werden insbesondere auf unbemannten Fluggeräten.Alternatively or additionally, the sensor system S with the measuring head device 10 be integrated into a sensor network of a weather and foul-penetrating pulse-Doppler radar and in particular functionally an aircraft system 34 a quiet, suitable for the use of acoustic sensors aircraft be assigned. The aircraft system 34 has an operating mode with which the aircraft is guided into a suitable observation position for the radar measurement over a long distance and held in this position. This operating mode can have a function with which the aircraft is brought closer to the destination for further target information after the first contact until there is also an acoustic contact with the target. With this sensor combination of acoustic sensor and radar sensor can be discovered by fouling obscured moving targets at a greater distance and then acoustically localized and classified from a suitable closer position and, in favorable cases with a clear signature also identified, and thus elucidated. The counter sample with the acoustic sensor can also greatly reduce the expected high false alarm rate of the pulse Doppler radar. Thereby, the sensor system can be used with a greater degree of autonomy of human operators, especially on unmanned aerial vehicles.

Claims (2)

Luftgestütztes Akustik-Sensorsystem (S) mit einer Messkopf-Einrichtung (10), einer Signalverarbeitungs-Einrichtung (20) und einer Ausgabe-Einheit (30), wobei in der Messkopf-Einrichtung (10) vier Richtungskanal-Signale ermittelt werden, die der Signalverarbeitungs-Einrichtung (20) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, – dass die Signalverarbeitungs-Einrichtung (20) ein Signalaufbereitungs-Modul (21) zur Verarbeitung von von der Mikrophon-Antennen-Anordnung (10) erfassten Signalen mit einem Kammfilter-Modul (22) zur Ausfilterung einer Mehrzahl vorbestimmter schmaler Frequenzbänder sowie mit einem Atmosphären-Dämpfungskorrektur-Modul (23) zur Verstärkungs-Korrektur der in den einzelnen ausgefilterten Frequenzbändern enthaltenen Verzerrungen aufweist, wobei die Verstärkungs-Korrektur getrennt nach Frequenz-Bändern der einzelnen Geräusch-Signale unter Berücksichtigung der Entfernungen der Messkopf-Einrichtung (10) zum erfassten Objekt durchgeführt wird, und wobei die ungefähre Entfernungen zum Objekt aus der Flughöhe und dem Depressionswinkel der Antennenmittelachse und dem als bekannt angenommenen Geländeprofil berechnet wird, – dass in einem Geräuschfilter-Modul (27) aus dem Gesamt-Geräusch Einzel-Geräusche herausgefiltert werden, – dass in einem Richtungsmessungs-Modul (28) eine Richtungsmessung separat an jedem herausgefilterten Einzel-Geräusch vorgenommen wird, so dass die Richtungsmessung parallel und simultan für eine größere Anzahl von separierbaren Geräuschquellen durchführbar ist.Airborne acoustic sensor system (S) with a measuring head device ( 10 ), a signal processing device ( 20 ) and an output unit ( 30 ), wherein in the measuring head device ( 10 ) four directional channel signals are detected, the signal processing device ( 20 ), characterized in that - the signal processing device ( 20 ) a signal conditioning module ( 21 ) for processing of the microphone antenna array ( 10 ) detected signals with a comb filter module ( 22 ) for filtering a plurality of predetermined narrow frequency bands and with an atmospheric attenuation correction module ( 23 ) for gain correction of the distortions contained in the individual filtered-out frequency bands, wherein the gain correction is separated according to frequency bands of the individual noise signals taking into account the distances of the measuring head device ( 10 ) and the approximate distances to the object from the altitude and the depression angle of the antenna center axis and the assumed assumed terrain profile is calculated, - that in a noise filter module ( 27 ) are filtered out of the total noise individual noises, - that in a direction measurement module ( 28 ) a direction measurement is made separately to each filtered out individual noise, so that the direction measurement can be performed in parallel and simultaneously for a larger number of separable noise sources. Luftgestützes Verfahren zur Ermittlung der Richtung von Objekten aufgrund von Akustik-Messungen mittels eines Akustik-Sensorsystems (S) mit einer Messkopf-Einrichtung (10), einer Signalverarbeitungs-Einrichtung (20) und einer Ausgabe-Einheit (30), wobei in der Messkopf-Einrichtung (10) vier Richtungskanal-Signale ermittelt werden, die der Signalverarbeitungs-Einrichtung (20) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, – dass in der Signalverarbeitungs-Einrichtung (20) eine Verarbeitung von von der Mikrophon-Antennen-Anordnung (10) erfassten Signalen mit einem Kammfilter-Modul (22) zur Ausfilterung einer Mehrzahl vorbestimmter schmaler Frequenzbänder sowie eine Atmosphären-Dämpfungskorrektur (23) zur Verstärkungs-Korrektur der in den einzelnen ausgefilterten Frequenzbändern enthaltenen Verzerrungen erfolgt, wobei die Verstärkungs-Korrektur getrennt nach Frequenz-Bändern der einzelnen Geräusch-Signale unter Berücksichtigung der Entfernungen der Messkopf-Einrichtung (10) zum erfassten Objekt durchgeführt wird, und wobei die ungefähre Entfernungen zum Objekt aus der Flughöhe und dem Depressionswinkel der Antennenmittelachse und dem als bekannt angenommenen Geländeprofil berechnet wird, – dass in einem Geräuschfilter-Modul (27) aus dem Gesamt-Geräusch Einzel-Geräusche herausgefiltert werden, – dass in einem Richtungsmessungs-Modul (28) eine Richtungsmessung separat an jedem herausgefilterten Einzel-Geräusch vorgenommen wird, so dass die Richtungsmessung parallel und simultan für eine größere Anzahl von separierbaren Geräuschquellen durchführbar ist.Airborne method for determining the direction of objects based on acoustic measurements by means of an acoustic sensor system (S) with a measuring head device ( 10 ), a signal processing device ( 20 ) and an output unit ( 30 ), wherein in the measuring head device ( 10 ) four directional channel signals are detected, the signal processing device ( 20 ), characterized in that - in the signal processing device ( 20 ) processing of the microphone antenna array ( 10 ) detected signals with a comb filter module ( 22 ) for filtering a plurality of predetermined narrow frequency bands and an atmospheric attenuation correction ( 23 ) for gain correction of the distortions contained in the individual filtered-out frequency bands, wherein the gain correction separated by frequency bands of the individual noise signals taking into account the distances of the measuring head device ( 10 ) and the approximate distances to the object from the altitude and the depression angle of the antenna center axis and the assumed assumed terrain profile is calculated, - that in a noise filter module ( 27 ) are filtered out of the total noise individual noises, - that in a direction measurement module ( 28 ) a direction measurement is made separately to each filtered out individual noise, so that the direction measurement can be performed in parallel and simultaneously for a larger number of separable noise sources.
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