DE102007022563A1 - Verfahren zum Peilen eines schallabgebenden Ziels - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Peilung eines schallabgebenden Ziels mittels einer langgestreckten, mehrere elektroakustische Wandler (11) aufweisenden Unterwasserantenne (10) angegeben, bei dem aus den Empfangssignalen der Wandler (11) unter Einbeziehung llgeschwindigkeit im Wasser richtungsselektiv eine horizontale Zielpeilung (beta<SUB>Zk</SUB>) zum Ziel bestimmt wird. Um den einer solchen Unterwasserantenne anhaftenden, systematischen Peilfehler, der insbesondere bei größeren Peilwinkeln zu falschen Peilungen führt, zu kompensieren, wird mit einem Schallausbreitungsmodell der Schallstrahlenverlavorgegebenen Schallausbreitungsrichtung berechnet und aus dem Schallstrahlenverlauf für eine geschätzte Zielentfernung und Zieltiefe ein vertikaler Schalleinfallswinkel (gamma<SUB>k</SUB>) am Antennenort bestimmt. Aus dem vertikalen Schalleinfallswinkel (gamma<SUB>k</SUB>) wird ein Korrekturfaktor abgeleitet und durch Multiplikation mit diesem der gemessene Wert (c<SUB>mess</SUB>) der Schallgeschwindigkeit korrigiert. Mit dem korrigierten Wert (c<SUB>einstell</SUB>) der Schallgeschwindigkeit wird wiederum gepeilt und eine verbesserte Zielpeilung (beta<SUB>Zk</SUB>) erhalten (Fig. 3).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Peilen eines schallabgebenden Ziels mittels einer eine Vielzahl von elektroakustischen Wandlern aufweisenden, langgestreckten Unterwasserantenne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei einem bekannten Peilverfahren zur passiven Ortung eines schallabgebenden, d. h. schallerzeugenden, schallreflektierenden oder schallstreuenden Ziels oder Objekts ( EP 01 308 745 31 ) wird eine sog. Linearantenne mit einer Vielzahl von aneinandergereihten, elektroakustischen Wandlern eingesetzt. Solche Linearantenne sind beispielsweise sog. Schleppantennen (Towed Arrays) oder am Schiffsrumpf oder Bootskörper angeordnete Seitenantennen (Flank Arrays). Die Linearantenne spannt einen Empfangssektor auf, innerhalb dessen einfallender Schall, der vom Ziel oder Objekt abgestrahlt wird und sich im Wasser ausbreitet, von den Wandlern empfangen wird. Um die Richtung des einfallenden Schalls zu bestimmen, wird mit den Empfangssignalen der elektroakustischen Wandler mittels eines sog. Richtungsbildners oder Beamformers ein den Empfangssektor überspannender Fächer von Richtcharakteristiken oder Beams generiert. Jede in Horizontalrichtung gegenüber einer Bezugsrichtung elektronisch schwenkbare Richtcharakteristik weist einen relativ kleinen horizontalen Öffnungswinkel und einen abhängig von der Anzahl der vertikal angeordneten elektroakustischen Wandler mehr oder weniger großen vertikalen Öffnungswinkel sowie eine Hauptrichtung mit maximaler Empfangsempfindlichkeit auf. Als Bezugsrichtung wird üblicherweise die Horizontalrichtung rechtwinklig zur Unterwasserantenne, auch als Querabrichtung bezeichnet, gewählt. Zur Erzeugung der verschiedenen Richtcharakteristiken oder Beams werden die Empfangssignale der Wandler zeitverzögert, und zwar derart, dass sie für den jeweiligen Schwenkwinkel der Hauptrichtung der Richtcharakteristik konphas sind, und die konphasen Empfangssignale werden zu die Richtcharakteristik bildenden sog. Gruppensignalen addiert. Die Verzögerungszeiten für die Empfangssignale der einzelnen Wandler werden anhand der am Antennenort gemessenen Schallgeschwindigkeit, der Lage der Wandler innerhalb der Unterwasserantenne und des Schwenkwinkels der jeweiligen Richtcharakteristik berechnet. Bei Schallempfang wird in dem Fächer der Richtcharakteristiken diejenige Richtcharakteristik aufgesucht, in der ein Schallempfangsmaximum vorhanden ist. Dies wird dadurch ermittelt, dass das Pegelmaximum der die Richtcharakteristiken bildenden Gruppensignale detektiert wird. Der Schwenkwinkel der Hauptrichtung der Richtcharakteristik wird als Zielpeilung ausgegeben. Die Zielpeilung wird numerisch oder graphisch in einer Anzeige dargestellt.
  • Bei solchen Linearantennen ändert sich mit dem Schwenkwinkel der Hauptrichtung der Richtcharakteristik oder der Größe des Peilwinkels sowohl der horizontale als auch der vertikale Öffnungswinkel der Richtcharakteristiken oder der Beams. Bei einem Peilwinkel von 0° querab zur Unterwasserantenne ist der horizontale Öffnungswinkel am kleinsten und der vertikale Öffnungswinkel am größten. Bei zunehmenden Peilwinkeln gegenüber der Bezugsrichtung in voraus oder nach achtern nähern sich die vertikalen und horizontalen Öffnungswinkel der Richtcharakteristiken einander an.
  • In 1 ist beispielhaft die –3 dB-Konturlinie einer zielpeilenden Richtcharakteristik oder eines zielpeilenden Beams einer Linearantenne bei drei verschiedenen Schwenkwinkeln ihrer Hauptrichtung, also bei drei verschiedenen Zielpeilungen oder Peilwinkeln β, skizziert. Auf der Abszisse ist der Peilwinkel β und auf der Ordinate ist der vertikale Schalleinfallswinkel γ abgetragen. Während die Richtcharakteristik in Nähe der Querabrichtung (β = 0°) symmetrisch ist, verbeult sich die –3 dB-Konturlinie mit nach achtern oder nach voraus gepeiltem Ziel „bananenähnlich". Kommt der Schall ausschließlich aus horizontaler Richtung, dann liegt das Maximum der Richtcharakteristik immer auf der β-Koordinate, genau in der angezeigten Zielpeilung. Kommt der Schall aber auch aus einer vertikalen Richtung, wie dies beispielhaft durch die parallel zur β-Koordinate verlaufende, strichlinierte Gerade angedeutet ist, so läuft das Maximum der Richtcharakteristik längs der in 1 strichpunktiert angedeuteten Linie der maximalen Empfangsempfindlichkeit zu größeren horizontalen Peilwinkeln β, was zu einer Ablage der tatsächlichen Peilung führt, d. h. es wird prinzipiell ein zu großer Peilwinkel β angezeigt. Der hierbei entstehende Peilfehler ist in 1 durch den Doppelpfeil auf der β-Koordinate symbolisiert. Mit zunehmender Größe der Peilung, also zunehmendem Peilwinkel, nimmt diese Ablage zu. Als Folge dessen treten bei allen linearen oder linearähnlichen Unterwasserantennen aufgrund ihres großen vertikalen Öffnungswinkels 2Θ–3dB von z. B. 75° (± 37,5° nach oben und unten) und bei einem vertikalen Schalleinfall systematische Peilfehler als Funktion des Peilwinkels β auf, wie dies im Diagramm der 2 dargestellt ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Peilen von Zielen der eingangs genannten Art anzugeben, das weniger fehlerbehaftet ist und damit genauere Peilungen liefert.
  • Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die insbesondere bei von querab stark abweichenden Peilwinkeln im sog. Endfire-Bereich der Unterwasserantenne auftretenden, sehr großen Peilfehler nahezu weitgehend eliminiert werden und damit in allen Peilrichtungen der linearen Unterwasserantenne gleich zuverlässige Peilungen erhalten werden. Bei großen Wassertiefen, in denen das Schallausbreitungsmodell einen Schallstrahlenverlauf berechnet, der sich in einem Winkelbereich um die gemessene Zielpeilung nicht ändert, genügt bereits eine einzige, aus dem vertikalen Schalleinfallswinkel abgeleitete Korrektur der in die Zeitverzögerungen der Empfangsignale eingehenden Schallgeschwindigkeit, um durch Anpassung der Richtcharakteristik eine sehr genaue Peilung auch im „Endfire"-Bereich zu erhalten. Bei geringen Wassertiefen, in denen sich üblicherweise das Bodenprofil des Wasserkanals in verschiedenen Peilrichtungen und damit die Schallausbreitung wesentlich ändern kann, wird durch iterative Ermittlung des vertikalen Schalleinfallswinkels und der wiederholten Korrektur der Schallgeschwindigkeit fortlaufend eine verbesserte Zielpeilung erhalten, die nach wenigen Iterationen sich einem Konvergenzwert nähert, der die fehlerminimierte Peilung zum Ziel angibt.
  • Zweckmäßige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird als Korrekturfaktor für die Multiplikation mit der Schallausbreitungsgeschwindigkeit der Kehrwert des Kosinus des bestimmten vertikalen Schalleinfallswinkels verwendet.
  • Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung illustrierten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 beispielhaft eine über die Peilung oder den Peilwinkel β und den vertikalen Schalleinfallswinkel γ aufgetragene –3 dB-Konturlinie einer Richtcharakteristik einer linearen Unterwasserantenne für drei verschiedene Peilwinkel,
  • 2 eine schematische Darstellung des Peilfehlers der Linearantenne in Abhängigkeit von der Peilung β,
  • 3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Peilverfahrens,
  • 4 eine schematisierte Darstellung eines mittels eines Schallausbreitungsmodells innerhalb eines vertikalen Öffnungswinkels 2Θ–3dB der Linearantenne für einen Peilwinkel β = 45° berechneten Schallstrahlenverlaufs.
  • Das Verfahren zum Peilen eines schallabgebendes Ziels mittels einer langgestreckten Unterwasserantenne ist anhand des in 3 dargestellten Blockschaltbilds im folgenden näher beschrieben. Unter schallabgebendem Ziel wird dabei ein antennenortfernes Objekt verstanden, das Schall erzeugt, Schall reflektiert oder Schall zurückstreut, der sich im Wasser ausbreitet und von der Unterwasserantenne empfangen wird. Beispiele für eine langgestreckte oder lineare oder linearähnliche Unterwasserantenne sind von einem Wasserfahrzeug gezogene sog. Schleppantennen (Towed Arrays) oder am Schiffsrumpf oder Bootskörper von Unterwasserfahrzeugen angeordnete Seitenantennen (Flank Arrays) oder auch von einem Wasserfahrzeug getragene PRS-Antennen (Passiv Ranging Sonar).
  • Bei allen Antennensystemen wird grundsätzlich aus den Ausgangssignalen der elektroakustischen Wandler mittels einer in einer Peilvorrichtung durchgeführten Signalverarbeitung die Zielpeilung, das ist der Peilwinkel, den die gepeilte Richtung zum Ziel mit einer Bezugsrichtung, z. B. der horizontalen Senkrechten zur Unterwasserantenne einschließt, bestimmt. Hierzu ist es erforderlich, der Peilvorrichtung den aktuellen Wert der am Ort der Unterwasserantenne herrschenden Schallgeschwindigkeit einzugeben, der im allgemeinen zuvor in der Nähe der Unterwasserantenne gemessen wird. Die Peilvorrichtung ist entsprechend der verwendeten Unterwasserantenne unterschiedlich konzipiert und ist bei Verwendung einer Linearantenne mit einer Vielzahl von nebeneinander gereihten Wandlern grundsätzlich anders als bei Verwendung einer sog. PRS-Antenne, die aus drei in einem größeren Abstand voneinander angeordneten Empfangsbasen aus elektroakustischen Wandlern besteht, die untereinander fluchtend angeordnet sind. Unter dem Begriff Linearantenne sind die vorgenannten Seitenantennen und Schleppantennen subsumiert.
  • In 3 ist eine als Seitenantenne konzipierte Linearantenne 10 mit einer Vielzahl von nebeneinander aufgereihten elektroakustischen Wandlern 11 schematisiert dargestellt. Im allgemeinen sind die elektroakustischen Wandler 11 auf einem Antennenträger 12 mit konstantem Abstand d voneinander angeordnet. Bei einer Seitenantenne umfasst üblicherweise jeder der in der Horizontalen nebeneinander angeordneten Wandler 11, auch Stave genannt, mehrere in der Vertikalen angeordnete Wandlerelemente, wie hier nicht weiter dargestellt ist. Die Zahl der vertikalen, vorzugsweise äquidistant untereinander liegenden Wandlerelemente ist deutlich kleiner als die Zahl der zur Richtungsbildung horizontal nebeneinander gereihten Wandler 11. Die Ausgangssignale der vertikal untereinander angeordneten Wandlerelemente werden addiert und normiert und bilden die Empfangssignale der Wandler 11 oder Staves, im folgenden als Empfangssignale bezeichnet. Bei sog. Schleppantennen fehlen die vertikal untereinander angeordneten Wandlerelemente, so dass hier die Ausgangssignale der Wandler 11 unmittelbar die Empfangssignale darstellen. Die an die Ausgänge der Wandler 11 bzw. Staves angeschlossene Peilvorrichtung 17 umfasst einen Richtungsbildner 18, auch Beamformer genannt, einen Empfangspegelmesser 19 und einen Pegelmaximum-Detektor 20.
  • Zur Zielpeilung wird in der Peilvorrichtung 17 mittels einer entsprechenden Signalverarbeitung mit den Empfangssignalen der elektroakustischen Wandler 11 oder Staves ein Fächer 13 von Richtfunktionen oder Richtcharakteristiken 14, auch Beamfächer genannt, gebildet, wobei jede Richtcharakteristik 14 (auch Beam genannt) einen kleinen horizontalen und einen relativ großen vertikalen Öffnungswinkel aufweist, der abhängig ist von der Zahl der vertikal untereinander angeordneten Wandlerelemente jedes Wandlers 11. Die Achsen 15 der Richtcharakteristiken 14 oder Beams stellen die Hauptrichtung der Richtcharakteristik dar, in welcher maximale Empfangsempfindlichkeit besteht. Diese sind festgelegt und werden durch einen horizontalen Schwenkwinkel oder Peilwinkel β gegenüber der gemeinsamen Bezugsrichtung 16 elektronisch erzeugt.
  • Zur Bildung der Richtcharakteristik 14 werden im Richtungsbildner 18 die Empfangssignale der Wandler 11 bzw. Staves zeit- oder phasenverzögert, und zwar derart, dass sie für eine bestimmte Empfangs- oder Peilrichtung β konphas sind. Die gemäß τi,j = i·d·sinβj·ceinstell (1)berechneten Verzögerungszeiten τi,j sind hierzu für alle Empfangsrichtungen j (j = 1...m) und alle Wandler 11 oder Staves i (i = 0...n) im Richtungsbildner 18 abgespeichert. d ist der horizontale Wandlerabstand auf dem Antennenträger 12 und ceinstell der in den Richtungsbildner 18 eingegebene Wert der Schallgeschwindigkeit im Wasser. Als Startwert für ceinstell wird der vor Beginn des Peilvorgangs gemessene Wert der Schallgeschwindigkeit cmess am Antennenort genommen. Die hierbei in jeder Empfangsrichtung erhaltenen konphasen Empfangssignale werden zu sog. Gruppensignalen addiert. Im Empfangspegelmesser 19 werden die Pegel der Gruppensignale gemessen und in Zuordnung zu den Empfangsrichtungen j oder den Peilwinkeln βj abgelegt. Ein Pegelmaximumdetektor 20 ermittelt das Pegelmaximum und gibt den Peilwinkel, der dem Gruppensignal mit dem Pegelmaximum zugehörig ist, als Zielpeilung βZk mit k = 1, 2 ... K aus. Dieses Gruppensignal mit maximalem Pegel repräsentiert die Richtcharakteristik 14, in der ein Schallempfangsmaximum auftritt.
  • Um die eingangs beschriebenen Peilfehler der Peilvorrichtung 17, die insbesondere für größere Peilwinkel β beträchtlich sind, zu reduzieren, wird im Block 21 mit einem Schallausbreitungsmodell der Schallstrahlenverlauf für eine Schallausbreitungsrichtung, die durch die erhaltene Zielpeilung βZk vorgegeben wird, generiert. Solche akustischen Schallausbreitungsmodelle sind vielfach bekannt. Eine Auflistung findet sich in: Heinz G. Urban „Handbuch der Wasserschalltechnik" STN ATLAS Elektronik GmbH, 2000, Seite 305 und 306.
  • In 4 ist beispielhaft der berechnete Verlauf der Schallstrahlen innerhalb eines vertikalen Öffnungswinkels der Linearantenne 10 von ca. 75° für eine Schallausbreitungsrichtung, die von einer beispielhaft angenommenen Zielpeilung βZ1 = 45° vorgegeben ist, schematisiert dargestellt. Auf der Ordinate sind Tiefenintervalle und auf der Abszisse Entfernungsintervalle aufgetragen. Die schraffierte Fläche stellt den Meeresgrund dar. Aus diesem Schallstrahlenverlauf wird für eine geschätzte Zielentfernung und eine geschätzte Zieltiefe ein vertikaler Schalleinfallswinkel γ am Antennenort bestimmt. In der Darstellung in 4 liegt der Antennenort in der Nähe des Nullpunkts des Koordinatensystems. Die Zielentfernung ist entweder bekannt oder wird mit anderen Sensoren oder Verfahren geschätzt. Z. B. kann die Zielentfernung aus einem zwecks Datenstützung mitlaufenden Verfahren zur passiven Bestimmung von Zieldaten entnommen werden, wie es z. B. in der DE 101 29 726 A1 beschrieben ist. Sie kann aber auch aus vorangegangenen Zielpeilungen präzisiert werden. Im Diagramm der 4 ist die Zielentfernung des mit Z gekennzeichneten Ziels mit 47kyd angenommen. Ebenso wird die Zieltiefe geschätzt, hier z. B. mit 10 m.
  • Aus dem Schallstrahlendiagramm wird derjenige vom Ziel Z ausgehende Schallstrahl ermittelt, der am wenigsten gedämpft ist. Im Beispiel der 4 breiten sich von dem in 10 m Tiefe liegenden Ziel Z u. a. zwei Schallstrahlen aus, die unter einem vertikalen Schalleinfallswinkel von 3,75° und 22,5° am Antennenort eintreffen. Die großen Dämpfungen der Schallausbreitung erfolgen durch Reflexionen an der Wasseroberfläche und am Meeresgrund. Während der vom Ziel Z ausgehende Schallstrahl, der unter einem vertikalen Einfallswinkel von 3,75° an die Antenne gelangt, eine Vielzahl von Reflexionen an der Wasseroberfläche erfährt, ist beispielsweise der vom Ziel Z ausgehende und mit einem vertikalen Einfallswinkel von 22,5° an die Antenne gelangende Schallstrahl durch fehlenden Boden- und Oberflächenreflexion nur durch Ausbereitungsverluste im Wasser und damit wesentlich weniger gedämpft. Als vertikaler Einfallswinkel wird daher dieser Einfallswinkel γk von 22,5° als zu der Zielpeilung βZ1 gehöriger vertikaler Schalleinfallswinkel γ1 bestimmt.
  • Aus dem im Block 21 mittels des Schallausbreitungsmodells erhaltenen vertikalen Schalleinfallswinkel γk am Antennenort wird im Korrekturblock 22 ein Korrekturfaktor als Kehrwert des Kosinus des vertikalen Schalleinfallswinkels γk berechnet. Mit diesem Korrekturfaktor wird der zu Beginn der Peilung zur Bildung der Richtcharakteristiken 14 bzw. der Gruppensignale verwendete Messwert der Schallgeschwindigkeit cmess korrigiert. Hierzu wird die Schallgeschwindigkeit cmess im Schallgeschwindigkeits-Korrekturglied 23 mit dem Korrekturfaktor multipliziert gemäß
    Figure 00110001
  • Dieser neue Wert der Schallgeschwindigkeit wird jetzt im Richtungsbildner 18 eingestellt. Mit den dadurch veränderten Verzögerungszeiten τi,j des abgelegten Verzögerungszeiten-Satzes wird nunmehr erneut eine Peilung in der vorstehend beschriebenen Weise durchgeführt und dadurch eine verbesserte Zielpeilung βZk erhalten, die bei dem vorgenannten Beispiel einer ersten Zielpeilung von βZ1 = 45° nunmehr zu einer verbesserten Zielpeilung von βZ2 = 41,3° führt.
  • Bei großen Wassertiefen, ändert sich das Bodenprofil in einem größeren Bereich um die Peilrichtung nicht, so dass auch für die verbesserte Zielpeilung βZ2 der im Block 21 mittels des Schallausbreitungsmodells berechnete Schallstrahlenverlauf, wie er in 4 dargestellt ist, seine Gültigkeit behält und somit einen gleichen vertikalen Schalleinfallswinkel von beispielsweise γ2 = 22,5° liefert. Damit kann der Peilvorgang beendet werden, und die durch die Peilvorrichtung 17 bestimmte verbesserte Zielpeilung βZ2 wird als Peilung des Ziels βZ ausgegeben und angezeigt.
  • In Flachwassergebieten mit geringer Wassertiefe ändert sich das Bodenprofil in verschiedenen Schallausbreitungsrichtungen, so dass für die neue Zielpeilung im Schallausbreitungsmodell ein anderer Schallstrahlenverlauf berechnen wird und daraus sich ein anderer vertikaler Schalleinfallswinkel γk ergibt. Für die erhaltene verbesserte Zielpeilung von im Beispiel βZ2 = 41,3° wird der mit dem Schallausbreitungsmodell in Block 21 neu berechnete Schallstrahlenverlauf für die gleiche Zielentfernung und Zieltiefe einen anderen vertikalen Schalleinfallswinkel γ2 ergeben. Somit enthält die erhaltene verbesserte Zielpeilung βZ2 von im Beispiel βZ2 = 41,3° noch einen, wenn auch reduzierten Peilfehler. Um auch diesen zu eliminieren, wird die verbesserte Zielpeilung βZk (im Beispiel βZ2 = 41,3°) der gleichen Prozedur unterworfen, wie die zuerst erhaltene Zielpeilung βZ(k-1) (im Beispiel βZ1 = 45°). Im Block 21 wird mittels des Schallausbreitungsmodells für die verbesserte Zielpeilung βZk (im Beispiel βZ2 = 41,3°) erneut der Schallstrahlenverlauf für das in gleicher Entfernung und Tiefe angenommene Ziel Z berechnet. Aus diesem Schallstrahlenverlauf wird jetzt ein neuer vertikaler Schalleinfallswinkel γk von z. B. γ3 = 33,75° ermittelt und im Korrekturblock 22 ein neuer Korrekturfaktor durch Berechnung des Kehrwerts des Kosinus dieses neuen vertikalen Schalleinfallswinkels γk berechnet. Mit dem neuen Schalleinfallswinkel, im Beispiel γ3 = 33,75°, wird der im Richtungsbildner 18 einzustellende neue Wert der Schallgeschwindigkeit ceinstell wieder in dem Schallgeschwindigkeits-Korrekturglied 23 nach Gl. (2) berechnet. Mit dem infolge des neuen ceinstell im Richtungsbildner 18 veränderten Satz der Zeitverzögerungen wird erneut das Ziel gepeilt, und es ergibt sich eine neue verbesserte Zielpeilung, z. B. βZ3 = 37,84°. Dieser beschriebene Vorgang wird solange wiederholt, bis der mit der zuletzt erhaltenen erneut verbesserten Zielpeilung βZk aus dem Schallausbreitungsmodell bestimmte vertikale Schalleinfallswinkel γk sich in vorgegebenen Grenzen nicht mehr ändert. Ist dies der Fall, so wird die zuletzt von der Peilvorrichtung 17 bestimmte, erneut verbesserte Zielpeilung βZk als Peilung des Ziels βZ ausgegeben und angezeigt. Würde sich in dem zuletzt angegebenen Beispiel der vertikale Schalleinfallswinkel γ3 = 33,75° nicht mehr ändern, so wäre die Peilung des Ziels βZ = 37,84°.
  • Die Gleichheit der in aufeinanderfolgenden Durchgängen k mit dem Schallausbreitungsmodell im Block 21 bestimmten vertikalen Schalleinfallswinkel γk-1 und γk kann in einfacher Weise dadurch bestimmt werden, dass die Differenz des zuletzt mit der erneut verbesserten Zielpeilung βZk erhaltenen vertikalen Schalleinfallswinkels γk und des zuvor mit der verbesserten Zielpeilung βZ(k-1) erhaltenen vertikalen Schalleinfallswinkel γk-1 gebildet wird. Unterschreitet diese Differenz (γk – γk-1) einen Vorgabewert S, so ist Gleichheit erreicht und die zuletzt erhaltene, verbesserte Zielpeilung βZk wird als Peilung des Ziels βZ ausgegeben. Hierzu wird beispielsweise der zuvor erhaltene vertikale Schalleinfallswinkel γk-1 über einen Speicher oder ein Schieberegister 23 und der nachfolgend erhaltene Schalleinfallswinkel γk unmittelbar an einen Differenzbildner 24 gelegt und die Differenz in einem Komparator 25 mit dem Vorgabewert S verglichen. Wird dieser Vorgabewert S unterschritten, so wird ein der Peilvorrichtung 17 nachgeschaltetes Tor 26 geöffnet, so dass die zuletzt erhaltene, erneut verbesserte Zielpeilung βZk zur Anzeige 27 gelangt und dort als Peilung des Ziels βZ angezeigt wird.
  • Die Signalverarbeitung in einer Peilvorrichtung, die an eine sog. PRS-Antenne aus drei, in großem Abstand voneinander auf einer Fluchtlinie angeordneten Empfangsbasen mit elektroakustischen Wandlern angeschlossen ist, ist z. B. in der US 4 910 719 beschrieben, die hier ausdrücklich in Bezug genommen wird. Auch bei dieser Peilvorrichtung wird der jeweils eingestellte Wert der Schallgeschwindigkeit im Wasser wie vorstehend beschrieben in den Blöcken 21, 22 und 28 korrigiert und als ceinstell(neu) in die Peilvorrichtung eingegeben. Auch der beschriebene iterative Prozess bis zur Erzielung der Peilung des Ziels βZ ist derselbe.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 0130874531 [0002]
    • - DE 10129726 A1 [0021]
    • - US 4910719 [0028]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Heinz G. Urban „Handbuch der Wasserschalltechnik" STN ATLAS Elektronik GmbH, 2000, Seite 305 und 306 [0020]

Claims (6)

  1. Verfahren zum Peilen eines schallabgebenden Ziels mittels einer langgestreckten, mehrere elektroakustische Wandler (11) aufweisenden Unterwasserantenne, bei dem aus den Empfangssignalen der Wandler unter Einbeziehung eines vorgegebenen, insbesondere am Antennenort gemessenen Wertes (cmess) der Schallgeschwindigkeit im Wasser richtungsselektiv eine horizontale Zielpeilung (βZk) bestimmt wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – mit einem Schallausbreitungsmodell wird der Schallstrahlenverlauf in einer mit der bestimmten Zielpeilung (βZk) übereinstimmenden Schallausbreitungsrichtung berechnet, – aus dem Schallstrahlenverlauf wird für eine geschätzte Zielentfernung und eine geschätzte Zieltiefe ein vertikaler Schalleinfallswinkel (γk) am Antennenort bestimmt, – aus dem vertikalen Schalleinfallswinkel (γk) wird ein Korrekturfaktor abgeleitet, – der vorgegebene Wert (cmess) der Schallgeschwindigkeit wird durch Multiplikation mit dem Korrekturfaktor korrigiert und – mit dem korrigierten Wert der Schallgeschwindigkeit (ceinstell) wird erneut eine, jetzt verbesserte Zielpeilung (βZk) bestimmt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der verbesserten Zielpeilung (βZk) die zusätzlichen Verfahrensschritte iterativ solange wiederholt werden, bis der mit der jeweils erneut verbesserten Zielpeilung (βZk) bestimmte vertikale Schalleinfallswinkel (γk) sich nicht mehr oder nur noch unwesentlich ändert, und dass die zuletzt erhaltene Zielpeilung (βZk) als Peilung (βZ) zum Ziel ausgegeben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Korrekturfaktor der Kehrwert des Kosinus des vertikalen Schalleinfallswinkels berechnet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die geschätzte Zielentfernung und die geschätzte Zieltiefe aus vorangegangenen Zielpeilungen oder mit anderen Sensoren und/oder Zieldatenbestimmungsverfahren ermittelt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Schallausbreitungsmodell alle Schallstrahlen berechnet werden, die in einen vertikalen Empfangssektor der Unterwasserantenne (10) einfallen, und für die Schallstrahlen sich ergebende vertikale Einfallswinkel und Dämpfungen für jedes Entfernungs- und Tiefintervall angegeben werden und dass zur Bestimmung des vertikalen Schalleinfallswinkel (γk) der Einfallswinkel desjenigen Schallstrahls ermittelt wird, der ausgehend von dem Ziel in der geschätzten Zielentfernung und Zieltiefe die geringste Dämpfung erfährt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Zielpeilung (βZk) aus den Empfangssignalen der Wandler (11) ein Fächer von Richtcharakteristiken (14) gebildet wird, die einen horizontalen und einen vertikalen Öffnungswinkel und eine gegenüber einer gemeinsamen Bezugslinie (16) geschwenkte Hauptrichtung (15) maximaler Empfangsempfindlichkeit aufweisen, und der Schwenkwinkel der Hauptrichtung (15) derjenigen Richtcharakteristik (14), in der ein Schallempfangsmaximum auftritt, als Zielpeilung (βZk) angegeben wird.
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