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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer geschätzten Form der Akustiksektion einer von einem Fahrzeug geschleppten akustischen Linearantenne nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung zum Ermitteln einer geschätzten Form der Akustiksektion einer von einem Fahrzeug geschleppten akustischen Linearantenne nach dem Oberbegriff von Anspruch 11.
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In der Wasserschalltechnik werden akustische Linearantennen zum Detektieren und Orten von schallabstrahlenden Wasserfahrzeugen verwendet. Diese akustischen Linearantennen werden auch Schleppantennen genannt, da sie von Schleppfahrzeugen, z. B. von Oberflächenschiffen oder U-Booten, durch das Wasser geschleppt bzw. gezogen werden. Eine Schleppantenne weist eine Akustiksektion mit einer Anzahl von elektroakustischen oder optoakustischen Wandlern auf. Diese elektroakustischen oder optoakustischen Wandler werden auch Schallwandler oder Hydrophone genannt und haben die Aufgabe Schallwellen, die sich von einem oder mehreren Zielen ausbreiten, zu empfangen und in elektrische oder optische Empfangssignale umzuwandeln. Ziele sind hierbei die zu detektierenden bzw. die zu ortenden, schallabstrahlenden Wasserfahrzeuge.
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Die relative Richtung eines schallabstrahlenden Ziels zu der Akustiksektion wird durch Richtungsbildung erkannt. Bei der Richtungsbildung werden die Empfangssignale der einzelnen Schallwandler der Akustiksektion zeitverzögert oder phasenverschoben als ein Gruppensignal aufaddiert, wobei sich durch dieses Aufaddieren eine Hauptempfangsrichtung des Gruppensignals, die im Folgenden einfach als Empfangsrichtung bezeichnet wird, einstellt. Im Gruppensignal erzeugen Schallwellen, die aus der Empfangsrichtung des Gruppensignals bzw. aus einem Empfangsbereich um die Empfangsrichtung auf die Akustiksektion einfallen, einen vergleichsweise zu anderen Schallwellen hohen Signal-zu-Stör-Abstand. Zur Bildung der Gruppensignale wird jedem Empfangssignal bei der zeitverzögerten Aufaddierung ein Zeitverzögerungskoeffizient oder bei der phasenverschobenen Aufaddierung ein Phasenverschiebungskoeffizient zugeordnet. Durch Variation dieser Koeffizienten werden verschiedene Gruppensignale mit verschiedenen Empfangsrichtungen gebildet.
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Damit die Empfangsrichtung eines Gruppensignals möglichst genau bestimmt werden kann, müssen die Koeffizienten der einzelnen Schallwandler möglichst genau für diese Empfangsrichtung bestimmt werden. Dies gelingt nur, wenn die Form der Akustiksektion möglichst genau bekannt ist, da die Koeffizienten die Laufzeitunterschiede der aus der Empfangsrichtung einfallenden Schallwellen kompensieren sollen und diese Laufzeitunterschiede an den Schallwandlern von der genauen Position der einzelnen Schallwandler und damit von der Form der Akustiksektion abhängig sind.
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Herkömmlicherweise wird daher eine bzgl. der Form als Gerade ausgebildete Akustiksektion bei der Detektion schallabstrahlender Ziele vorausgesetzt, da eine gerade Akustiksektion durch Geradeausfahrt des die Schleppantenne schleppenden Fahrzeugs in einfacher und in im Wesentlichen zuverlässiger Weise hervorgerufen werden kann. Somit ist dann die Form der Akustiksektion bekannt und es können die Koeffizienten im Wesentlichen genau zur Ermittlung der Gruppensignale verschiedener Empfangsrichtungen bestimmt werden.
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Weicht die Form der Akustiksektion jedoch, z. B. durch Manöver des Fahrzeugs, von der Form einer Geraden ab, so führen die Koeffizienten, die für eine gerade Akustiksektion bestimmt wurden, zu einer falschen Laufzeitkompensation der Empfangssignale und damit zu Gruppensignalen mit schlechtem Signal-zu-Stör-Abstand. Die akustische Linearantenne ist somit ”blind”. Diesem Missstand kann jedoch begegnet werden, indem die Koeffizienten an die Form der Akustiksektion und somit an die Position der Schallwandler angepasst werden. Da Formen der Akustiksektion, die nicht einer Geraden entsprechen, jedoch von vielen Parametern, wie z. B. dem Manöver des Fahrzeugs und/oder Strömungen, abhängig sind, ist daher eine möglichst genaue Bestimmung dieser Formen nur schwer möglich.
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DE 196 50 164 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmten der momentanen Position der Schallwandler einer Akustiksektion einer Schleppantenne und somit der Form der Akustiksektion. Zur Bestimmung der Position werden zwei Sendesignale von voneinander beabstandeten Schallsendern an Bord eines die Schleppantenne schleppenden Fahrzeugs ausgesendet und von den Schallwandlern der Akustiksektion empfangen. Die Sendesignale sind dabei frequenzmoduliert und zueinander um ein Zeitintervall verschoben. Die als Empfangssignale empfangenen Sendesignale werden dann jeweils mit jedem Schallwandler empfangen, demoduliert und die Modulationsfrequenz mit einem Peilton verglichen. Durch gleiche bzw. abweichende Frequenzen der Modulationsfrequenz eines Empfangssignals und des Peiltons kann dann auf die relative Position des jeweiligen Schallwandlers dieses Empfangssignals zum Fahrzeug geschlossen werden.
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Bei diesem Verfahren bzw. dieser Vorrichtung ergibt sich der Nachteil, dass die zwei Schallsender Schallwellen in das Wasser aussenden müssen, um die Position der Schallwandler zu bestimmen. Gerade im Bereich von Unterwasserfahrzeugen bzw. U-Booten ist es jedoch wünschenswert die eigene Position nicht durch aktives Aussenden von Schallwellen zu verraten, um unerkannt z. B. Überwachungseinsätze ausführen zu können.
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Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine möglichst genaue Form der Akustiksektion einer Linearantenne unabhängig von den die Form beeinflussenden Parametern, wie etwa den Manövern eines die Linearantenne schleppenden Fahrzeugs, auf möglichst einfache und zuverlässige Weise zu ermitteln, ohne dass aktiv Signale von dem die Linearantenne schleppenden Fahrzeug ausgesendet werden und damit die Position des Fahrzeugs verraten wird.
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Die Erfindung löst dieses technische Problem durch ein Verfahren zum Ermitteln einer geschätzten Form einer Akustiksektion der von einem Fahrzeug geschleppten akustischen Linearantenne gemäß Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung zum Ermitteln einer geschätzten Form der Akustiksektion einer von einem Fahrzeug geschleppten akustischen Linearantenne gemäß Anspruch 11.
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Erfindungsgemäß werden Schallwellen, die sich von einem oder mehreren Zielen ausbreiten, also von den Zielen abgestrahlt oder reflektiert werden, mit Schallwandlern der Akustiksektion einer akustischen Linearantenne empfangen. Schallwandler der Akustiksektion sind z. B. optoakustische oder elektroakustische Empfänger, die auch Hydrophone genannt werden. Die empfangenen Schallwellen werden in den Schallwandlern in Empfangssignale umgewandelt. D. h. die Schallwellen werden von jedem einzelnen Schallwandler empfangen und in ein Empfangssignal des jeweiligen Schallwandlers in dem jeweiligen Schallwandler umgewandelt. Jedem Schallwandler ist somit ein Empfangssignal zugeordnet.
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Ferner wird die Akustiksektion, z. B. mit Segmentbildemitteln, in mehrere Segmente einer Reihenfolge eingeteilt. Mehrere Segmente einer Reihenfolge bedeutet, dass jedem Segment der Akustiksektion eine definierte Position innerhalb der Akustiksektion zugeordnet ist. Jedes Segment umfasst dabei eine definierte Anzahl von Schallwandlern, die im Wesentlichen innerhalb des Segments als auf einer Geraden angeordnet betrachtet werden. Jedes Segment wird also ebenfalls als Gerade angenommen.
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Des Weiteren wird, z. B. mit Zielwahlmitteln, ein Ziel ausgewählt, das eine geschätzte oder bekannte Position aufweist. Die geschätzte oder bekannte Position des Ziels ist dabei entweder eine absolute, z. B. durch Koordinaten definierte, Position oder eine relative, z. B. von einem die Linearantenne schleppenden Fahrzeug oder der Linearantenne aus betrachtete, Position. Ein Ziel ist hier z. B. ein anderes als das die Linearantenne schleppende Fahrzeug, das Geräusche in Form von Schallwellen aussendet. Wenn hier und im Folgenden der Begriff ”Fahrzeug” genannt wird, so ist damit insbesondere ein Oberflächenschiff oder ein Unterwasserfahrzeug bzw. U-Boot gemeint.
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Bei der Auswahl des Ziels wird ferner vorausgesetzt, dass das ausgewählte Ziel Schallwellen abstrahlt bzw. reflektiert, die eindeutig dem ausgewählten Ziel zuordenbar sind. Eindeutig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass gleichartige Schallwellen, z. B. mit einer gleichen Frequenz oder mehreren gleichen Frequenzen wie die eindeutig zuordenbaren Schallwellen, nicht oder nur sehr leise von einem oder mehreren anderen sich im Empfangsbereich befindlichen Zielen ausgestrahlt oder reflektiert werden.
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Ferner wird, z. B. mit Lagebestimmungsmitteln, der Lagewinkel jedes Segments zum ausgewählten Ziel ermittelt. Zum Ermitteln der Lagewinkel der Segmente zum ausgewählten Ziel mit Lagebestimmungsmitteln weisen die Lagebestimmungsmittel Gruppensignalbildemittel, Signalvergleichsmittel und Zuordnungsmittel auf.
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Die Ermittlung von Lagewinkeln wird für jedes Segment separat durchgeführt. Zunächst werden für jedes Segment jeweils, z. B. mit den Gruppensignalbildemitteln, mehrere Gruppensignale aus den Empfangssignalen der Schallwandler des jeweiligen Segments ermittelt. Die Gruppensignale eines Segments werden durch Richtungsbildung gebildet und daher auch Richtungssignale genannt. Bei der Richtungsbildung wird jedem Empfangssignal eines Schallwandlers des jeweiligen Segments ein Koeffizient zugeordnet. Die Empfangssignale der einzelnen Schallwandler eine Segments werden dann um die diesen jeweils zugeordneten Koeffizienten zeitverzögert oder phasenverschoben aufaddiert, wobei sich durch das Aufaddieren mit genau gewählten Koeffizienten genau eine Empfangsrichtung des Gruppensignals einstellt. Diese Empfangsrichtung entspricht dabei der meist als Hauptempfangsrichtung bezeichneten Richtung. Bei der Richtungsbildung entstehen neben der Hauptempfangsrichtung zusätzliche Nebenempfangsrichtungen, die hier jedoch vernachlässigt werden. Wenn hier und im Folgenden also die Empfangsrichtung eines Gruppensignals genannt wird, so wird damit immer die Hauptempfangsrichtung des Gruppensignals bezeichnet.
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Die Koeffizienten für ein Segment sind neben der geforderten Empfangsrichtung und der Schallgeschwindigkeit primär aus dem Abstand der Schallwandler des jeweiligen Segments bestimmbar, da die Schallwandler eines Segments auf einer Geraden liegend angenommen werden. Durch Variation dieser Koeffizienten werden verschiedene Gruppensignale mit verschiedenen Empfangsrichtungen gebildet. Die Empfangsrichtung eines Gruppensignals eines Segments entspricht einer gedachten Linie, die mit einem Endpunkt auf diesem Segment steht und entlang derer Wellenfronten von Schallwellen verlaufen und auf das Segment treffen. Schallwellen, die entlang der einer Empfangsrichtung entsprechenden Linie eines Segments verlaufen, erzeugen einen höheren Signal-zu-Stör-Abstand im Gruppensignal als Schallwellen, die entlang anderer Linien verlaufen. Dies wird erreicht, indem die Koeffizienten derart gewählt werden, dass Laufzeitunterschiede aus der Empfangsrichtung einfallender Schallwellen durch diese Koeffizienten kompensiert werden.
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Jedem Gruppensignal ist also eine Empfangsrichtung zugeordnet, die auch durch einen Empfangswinkel beschrieben werden kann. Somit ist auch jedem Gruppensignal genau ein Empfangswinkel zugeordnet. Der Empfangswinkel bezeichnet dabei einen Winkel zwischen der gedachten Linie der Empfangsrichtung, die mit einem Endpunkt auf dem Segment steht, und dem Teil des Segments, der zwischen dem Endpunkt der Linie und dem Ende des Segmentes liegt, das entlang der Linearantenne gesehen näher an einem die Linearantenne schleppenden Fahrzeug liegt.
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Ferner wird, z. B. mit den Signalvergleichsmitteln, für jedes Segment jeweils eines der zuvor ermittelten Gruppensignale als detektiertes Gruppensignal detektiert, das den höchsten Signal-zu-Stör-Abstand der Schallwellen aufweist, die sich vom ausgewählten Ziel ausbreiten und diesem Ziel eindeutig zuordenbar sind.
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Weiter wird, z. B. mit Zuordnungsmittel, der Empfangswinkel als Lagewinkel eines Segments definiert, der dem detektierten Gruppensignal zugeordnet ist. Durch den bekannten Lagewinkel eines Segments ist somit die Ausrichtung des Segments zum ausgewählten Ziel bekannt.
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Im letzten Schritt wird, z. B. mit Formbestimmungsmitteln, die geschätzte Form der Akustiksektion ermittelt. Dazu werden die Segmente in ihrer Reihenfolge mit den jeweiligen Lagewinkeln zur geschätzten oder bekannten Position des ausgewählten Ziels aneinandergereiht, wodurch sich die geschätzte Form der Akustiksektion ergibt.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es somit möglich die Form der Akustiksektion und damit die richtigen Koeffizienten für die Richtungsbildung einer akustischen Linearantenne auch dann zu schätzen, wenn die Schallwandler der Akustiksektion nicht auf einer Geraden angeordnet sind. Hierdurch wird verhindert, dass die Akustiksektion z. B. bei Manövern des die Linearantenne schleppenden Fahrzeugs ”blind” wird. Ferner ist es nicht nötig, dass aktiv Schallwellen von einem die Linearantenne schleppenden Fahrzeug ausgesendet werden, um die richtigen Koeffizienten für die Richtungsbildung zu bestimmen.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird, z. B. mit den Zielwahlmitteln, ein Ziel ausgewählt, von dem sich Schallwellen mit mindestens einer vergleichsweise zu anderen Zielen hohen Frequenz ausbreiten. Andere Ziele sind hier Ziele, die nicht dem ausgewählten Ziel entsprechen. Vergleichsweise hohe Frequenz bedeutet, dass das ausgewählte Ziel Schallwellen mit einer höheren Frequenz als die anderen sich im Empfangsbereich der Linearantenne befindenden Ziele aussendet.
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Aufgrund der Auswahl eines Ziels, das möglichst hohe Frequenzen ausbreitet, kann der Lagewinkel eines Segments bzw. können die Lagewinkel aller Segmente genauer bestimmt werden, da die Empfangsrichtungen bzw. die Empfangswinkel der Gruppensignale genauer bestimmt werden können. Ursache hierfür ist, dass die Größe eines Empfangsbereichs einer Empfangsrichtung abhängig von der Frequenz der Schallwellen ist. Umso höher die Frequenz der Schallwellen ist, umso schmaler wird dieser Empfangsbereich der Empfangsrichtung und umso genauer kann ein Ziel als in im Wesentlichen genau der Empfangsrichtung liegend bestimmt werden.
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Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform wird, mit z. B. den Zielwahlmitteln, ein Sonarkunstziel als Ziel zur Bestimmung der Lagewinkel der Segmente ausgewählt. Dieses Sonarkunstziel weist zu jedem Zeitpunkt eine bekannte absolute Position auf, von der sich Schallwellen mit mindestens einer definierten eindeutigen Frequenz ausbreiten. Ein Sonarkunstziel ist z. B. eine vorher von einem Wasserfahrzeug ausgesetzte Sonarboje oder Sonoboje, die z. B. mit einem Anker an ihrer festen Position in einem Fluid, wie z. B. Wasser, verankert wird. Die Auswahl eines Sonarkunstziels ermöglicht daher die sehr genaue Bestimmung bzw. Ermittlung der Form der Akustiksektion.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform wird, z. B. für die Gruppensignalbildemittel bei der Ermittlung der geschätzten Form der Akustiksektion, eine vorausgesetzte Form der Akustiksektion mit angenommenen Lagewinkeln der Segmente vorausgesetzt bzw. angenommen. Für jedes Segment werden dann, z. B. mit den Gruppensignalbildemitteln, jeweils nur Gruppensignale mit Empfangsrichtungen ermittelt, deren Empfangswinkel in einem definierten Suchbereich um den für das jeweilige Segment jeweils angenommenen Lagewinkel liegen.
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Es ist z. B. möglich, eine vorausgesetzte Form aufgrund eines zuvor durchgeführten Manövers oder eines noch andauernden Manövers des die Linearantenne schleppenden Fahrzeugs festzulegen und diese festgelegte Form als vorausgesetzte Form anzunehmen. Der definierte Suchbereich entspricht einem Winkelbereich um den angenommenen Lagewinkel bzw. um den dem angenommenen Lagewinkel entsprechenden Empfangswinkel. In diesem Suchbereich werden Gruppensignale ermittelt, denen Empfangsrichtungen mit Empfangswinkeln in diesem Bereich zugeordnet sind. Die Größe des definierten Suchbereichs wird z. B. anhand der Genauigkeit der vorausgesetzten Form bestimmt. Bei einer relativ genau vorausgesetzten Form ist z. B. ein kleinerer Suchbereich als bei einer weniger genau vorausgesetzten Form nötig, um eine gut geschätzte Form zu ermitteln.
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Durch das Voraussetzen einer vorausgesetzten Form müssen vergleichsweise weniger Gruppensignale für jedes Segment ermittelt werden. Hierdurch ist eine schnellere Ermittlung der geschätzten Form möglich und es wird zusätzlich weniger Energie bei der Ermittlung der Gruppensignale benötigt.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform wird die geschätzte Form bzw. werden mehrere geschätzte Formen nacheinander jeweils als eine Musterform zusammen mit Werten definierter Parameter als ein Eintrag in einer Datenbank gespeichert. Diese definierten Parameter sind Parameter, die die jeweilige geschätzte Form bzw. die Musterform beeinflusst haben. Diese definierten Parameter sind z. B. die Geschwindigkeit, der Kurs und/oder vergangene Kursänderungen des die Linearantenne schleppenden Fahrzeugs, die Zeitpunkte vergangener Kursänderungen, Strömungsrichtungen, Strömungsstärken und Salzgehalt des Mediums, in dem die Linearantenne geschleppt wird.
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Vorteilhafterweise wird somit eine Datenbank mit einer Vielzahl von Einträgen erzeugt, die geschätzte Formen als Musterformen in Abhängigkeit von Werten definierter Parameter zur Verfügung stellt.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform, werden aktuelle Werte der definierten Parameter bestimmt und genau die Musterform als vorausgesetzte Form vorausgesetzt, deren in der Datenbank gespeicherter Eintrag Werte der definierten Parameter aufweist, die weitestgehend den aktuell bestimmten Werten entsprechen. Es werden also die Werte von definierten Parametern aktuell, also zu einem bestimmten Zeitpunkt, bestimmt und der Eintrag aus der Datenbank ermittelt, der Werte aufweist, die weitestgehend, also genauer als die Werte der anderen Einträge, den aktuellen Werten entsprechen. Die Form dieses ermittelten Eintrags wird dann als vorausgesetzte Form der Akustiksektion bei der Ermittlung der geschätzten Form vorausgesetzt.
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Aufgrund der Einträge, die in der Datenbank gesammelt werden, und des gezielten Abrufs dieser Einträge kann eine sehr genau vorausgesetzte Form zum Ermitteln der geschätzten Form vorausgesetzt werden und der Winkelbereich des Suchbereichs bei der Ermittlung der Gruppensignale kann dementsprechend eingegrenzt bzw. beschränkt werden. Dadurch ist eine vergleichsweise noch schnellere Ermittlung der geschätzten Form mit einem noch geringeren Energieaufwand möglich.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform werden, z. B. mit den Gruppensignalbildemitteln, für jedes Segment nur zwei Gruppensignale mit zwei Empfangsrichtungen bzw. zwei Empfangswinkeln innerhalb des Suchbereichs ermittelt. Hierbei wird z. B. ein erstes Gruppensignal mit dem Empfangswinkel ermittelt, der von einem durch eine vorausgesetzte Form angenommenen Lagewinkel des Segments um einen definierten Wert in einer ersten Drehrichtung verdreht ist. Ferner wird ein zweites Gruppensignal mit dem Empfangswinkel ermittelt, der vom angenommenen Lagewinkel desselben Segments um einen definierten Wert in einer zur ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung verdreht ist.
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Für jedes Segment wird also zunächst durch eine vorausgesetzte Form ein Lagewinkel angenommen. Ausgehend von diesem Lagewinkel werden zwei Empfangswinkel für dieses Segment definiert, die z. B. ausgehend vom Lagewinkel in zueinander entgegensetzten Drehrichtungen um einen definierten Wert verändert bzw. verdreht sind. Diese beiden Empfangswinkel liegen dabei innerhalb des Suchbereichs. Ferner werden die Gruppensignale dieser beiden Empfangswinkel ermittelt.
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Durch die Begrenzung der Ermittlung auf nur zwei Gruppensignale pro Segment, ist im Falle einer recht genau vorausgesetzten Form diese vorausgesetzte Form sehr schnell durch eine geschätzte Form zu überprüfen. Ferner ist im Falle ohne eine oder mit einer nur ungenau vorausgesetzten Form eine grobe Schätzung einer geschätzten Form mit geringem Energieaufwand möglich.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform wird die Ermittlung der geschätzten Form iterativ, z. B. mit Iterationsmitteln, durchgeführt. Hierbei wird für jeden Iterationsschritt eines Iterationsdurchlaufs eine vorausgesetzte Form vorausgesetzt und auf Grundlage dieser vorausgesetzten Form die geschätzte Form ermittelt. Hierbei wird die vorausgesetzte Form für alle auf den ersten Iterationsschritt folgenden Iterationsschritte jeweils durch die im vorhergehenden Iterationsschritt geschätzte Form ersetzt. D. h. im zweiten Iterationsschritt wird eine vorausgesetzte Form vorausgesetzt bzw. angenommen, die der im ersten Iterationsschritt geschätzten Form entspricht. Im dritten Iterationsschritt wird eine vorausgesetzte Form vorausgesetzt bzw. angenommen, die der geschätzten Form im zweiten Iterationsschritt entspricht usw.
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Ferner wird in jedem Iterationsschritt der Suchbereich, also genauer gesagt der Winkelbereich des Suchbereichs, gegenüber dem vorhergehenden Iterationsschritt, z. B. um einen definierten festen Wert, verkleinert. Der Suchbereich kann z. B. einer Winkelöffnung entsprechen, die in jedem Iterationsschritt um einen definierten Grad-Wert reduziert wird. Ein Iterationsdurchlauf wird z. B. beendet, wenn eine definierte Anzahl von Iterationsschritten erreicht wird und/oder der Signal-zu-Stör-Abstand der detektierten Gruppensignale der Segmente oberhalb eines festgelegten Schwellenwerts liegt. D. h., dass der Iterationsdurchlauf z. B. dann abgebrochen wird, sobald für jedes Segment ein Gruppensignal detektiert wurde, das einen Signal-zu-Stör-Abstand aufweist, der oberhalb eines festgelegten Schwellenwerts liegt.
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Werden in jedem Iterationsschritt lediglich wenige Gruppensignale, z. B. im Randbereich eines aktuellen Suchbereichs eines jeden Segments, ermittelt und der Suchbereich in jedem Iterationsschritt verkleinert, so kann eine sehr genaue Schätzung der Form der Akustiksektion in sehr kurzer Zeit mit geringem Energieaufwand ermittelt werden.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform wird die Form der Akustiksektion als Abschnitt einer durch eine Fourierreihe entwickelten Funktionskurve betrachtet. Die Fourierreihe weist dabei eine definierte Anzahl von Reihengliedern auf, wobei jedes Reihenglied jeweils einer Ordnung mit einem Fourierkoeffizienten entspricht. Ordnungen bezeichnen hier die unterschiedlichen Fourierterme, z. B. sin(x), sin(2x) usw. Jedes Reihenglied wird in einem Iterationsdurchlauf mit mehreren Iterationsschritten bestimmt bzw. angenähert. Hierzu werden in jedem Iterationsschritt die Suchbereiche der Segmente für jedes Segment auf Gruppensignale mit bestimmten Empfangswinkeln in einem beschränkten Suchbereich ermittelt. Diese beschränkten Suchbereiche sind dabei auf mögliche Lagewinkel auf möglichen Kurven liegender Segmente zum ausgewählten Ziel beschränkt. Mögliche Kurven des jeweiligen Iterationsdurchlaufs entsprechen den durch eine Ordnung und den Fourierkoeffizienten dieser Ordnung beschriebenen Kurven.
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Eine Ermittlung der geschätzten Form anhand der Beschränkung der Suchbereiche auf Basis einer Fourierreihenentwicklung ermöglicht eine genaue Abschätzung der Form der Akustiksektion mit vergleichsweise für diese Genauigkeit wenigen Rechenschritten.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform wird ein mutmaßlicher tatsächlicher Empfangswinkel, in dem die tatsächliche Lage eines lagemehrdeutigen Ziels vermutet wird, anhand der geschätzten Form bestimmt, wenn diese ungerade, also nicht geradlinig, und/oder gekrümmt ist. Im Falle einer derartigen geschätzten Form, werden Gruppensignale aus den Empfangssignalen der Schallwandler der gesamten Akustiksektion bestimmt, wobei zur Bestimmung dieser Gruppensignale die Koeffizienten an die geschätzte Form der Akustiksektion angepasst werden. Es werden also nun nicht mehr Gruppensignale für die einzelnen Segmente sondern für die gesamte Akustiksektion bestimmt. Diese Gruppensignale werden für alle Empfangswinkel bzw. Empfangsrichtungen bestimmt, in denen mögliche Lagen eines lagemehrdeutigen Ziels vermutet werden. Ein lagemehrdeutiges Ziel beschreibt hier ein Ziel, dessen Lage aufgrund von Symmetrieeigenschaften, z. B. bei einer geradlinigen Akustiksektion, nicht eindeutig bestimmbar ist.
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Im nächsten Schritt zur Bestimmung des mutmaßlichen tatsächlichen Empfangswinkels wird das Gruppensignal der bestimmten Gruppensignale, z. B. mit weiteren Gruppensignalbestimmungsmitteln, mit dem höchsten Signal-zu-Stör-Abstand der dem lagemehrdeutigen Ziel zuordenbaren Schallwellen detektiert. Daraufhin wird der Empfangswinkel des detektierten Gruppensignals, also des Gruppensignals mit dem höchsten Signal-zu-Stör-Abstand der dem lagemehrdeutigen zuordenbaren Schallwellen, als mutmaßlicher tatsächlicher Empfangswinkel definiert, in dem die tatsächliche Lage des lagemehrdeutigen Ziels vermutet wird.
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Vernachlässigt man die Gesamtheit der Symmetrieeigenschaften einer geradlinigen Akustiksektion und beschränkt diese auf ein zweidimensionales Problem, so kann bei einer geradlinigen Akustiksektion die Lage eines Ziels nicht eindeutig als links- oder rechtsliegend in einem Empfangswinkel der Akustiksektion bestimmt werden. Wird jedoch von einer ungeraden, also nicht geradlinigen, und/oder gekrümmten Form ausgegangen, so werden zwei Gruppensignale für die linksliegende Lage und die rechtsliegende Lage des lagenmehrdeutigen Ziels mit unterschiedlichen an diese geschätzte Form angepassten Koeffizienten bestimmt. Das Gruppensignal mit dem Empfangswinkel, in dem die tatsächlich Lage des lagenmehrdeutigen Ziels liegt, weist dann einen höheren Signal-zu-Stör-Abstand auf als das Gruppensignal mit dem Empfangswinkel, in dem das lagemehrdeutige Ziel gerade nicht liegt, wodurch die tatsächliche Lage des lagemehrdeutigen Ziels vermutet und damit die Lagemehrdeutigkeit des lagemehrdeutigen Ziels behoben werden kann.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den anhand der Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine Seitenansicht auf eine von einem Fahrzeug geschleppte akustische Linearantenne;
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2 eine Draufsicht auf eine von einem Fahrzeug geschleppte akustische Linearantenne mit einer Akustiksektion mit auf einer Geraden angeordneten Schallwandlern;
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3 eine Draufsicht auf eine von einem Fahrzeug geschleppte akustische Linearantenne mit einer Akustiksektion mit auf einer krummen Linie angeordneten Schallwandlern;
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4 ein Segment einer Akustiksektion;
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5 eine Draufsicht auf eine von einiem Fahrzeug geschleppte akustische Linearantenne mit einer in Segmente unterteilte Akustiksektion;
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6 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Ermitteln einer geschätzten Form einer Akustiksektion;
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7 eine schematische Darstellung eines Iterationsdurchlaufs einer iterativ durchgeführten Ermittlung einer geschätzten Form und
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8 mögliche Kurven durch Variationen einzelner Fourierkoeffizienten zur Ermittlung einer als Fourierreihe betrachteten Form einer Akustiksektion.
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1 zeigt ein Fahrzeug 10, das hier als Wasserfahrzeug oder genauer gesagt als ein Oberflächenschiff dargestellt ist. Das Fahrzeug 10 kann jedoch auch ein beliebiges anderes Fahrzeug, wie z. B. ein U-Boot, sein. Das Fahrzeug 10 schleppt eine akustische Linearantenne 12 durch ein flüssiges Fluid 14, das z. B. Seewasser bzw. Salzwasser ist. Die akustische Linearantenne 12 wird mit einer Trommel 16 des Wasserfahrzeugs 10 eingeholt und ausgebracht. Die akustische Linearantenne 12 weist ein Schleppkabel 18 und eine Akustiksektion 20 auf, wobei die Akustiksektion 20 über ein Dämpfungsmodul 22 mit dem Schleppkabel 18 verbunden ist. Das Dämpfungsmodul 22 dient der akustischen Entkopplung der Akustiksektion 20 von dem Schleppkabel 18. Die Akustiksektion 20 weist eine Vielzahl von Schallwandlern 24 auf.
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Im Falle einer durch ein Fluid 14 geschleppten akustischen Linearantenne 12 bzw. Schleppeantenne 12 werden die Schallwandler 24 auch Hydrophone genannt. Die Schallwandler 24 empfangen Schallwellen und wandeln die Schallwellen in Empfangssignale um, wobei die Empfangssignale elektrische oder optische Signale sind, die von den Schallwandlern 24 mit durch die akustische Linearantenne geführten Signalleitungen zum Fahrzeug 10 übertragen werden.
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2 zeigt eine Draufsicht auf die akustische Linearantenne 12. Gleiche Bezugsziffern in den Figuren beschreiben gleiche Merkmale. Die Schallwandler 24 sind auf einer Geraden angeordnet, da die Akustiksektion 20 eine gerade Form, z. B. aufgrund eines geradeaus fahrenden, die Linearantenne 12 mit der Akustiksektion 20 schleppenden Fahrzeugs 10, aufweist. Durch diese Anordnung der Schallwandler 24 bzw. die Form der Akustiksektion 20 können Zeitverzögerungskoeffizienten oder Phasenverschiebungskoeffizienten, die im Folgenden allgemein als Koeffizienten benannt werden, bestimmt werden, um mit den Empfangssignalen der Schallwandler 24 Richtungssignale bzw. Gruppensignale durch Richtungsbildung zu ermitteln.
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Bei der Richtungsbildung werden die Empfangssignale der einzelnen Schallwandler 24 der Akustiksektion 20 um für eine Empfangsrichtung 26 definierte Koeffizienten zeitverzögert oder phasenverschoben und zu einem Gruppensignal mit der Empfangsrichtung 26 aufaddiert. Schallwellen, die aus der Empfangsrichtung 26 des Gruppensignals bzw. aus einem Empfangsbereich 28 der Empfangsrichtung 26 auf die Akustiksektion 20 einfallen, erzeugen einen vergleichsweise zu aus anderen Bereichen einfallenden Schallwellen höheren Signal-zu-Stör-Abstand im Gruppensignal. Durch Variation der Koeffizienten können verschiedene Gruppensignale mit verschiedenen Empfangsrichtungen 26 gebildet werden. Die dem Gruppensignal zugeordnete Empfangsrichtung 26, kann auch durch einen Empfangswinkel 30 beschrieben werden. Somit sind also jedem Gruppensignal einerseits eine Empfangsrichtung 26 und andererseits ein Empfangswinkel 30 zugeordnet.
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Die Empfangsrichtung 26 wird häufig auch als Hauptempfangsrichtung 26 bezeichnet. Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass neben der in 2 dargestellten Empfangsrichtung 26 noch weitere, vergleichsweise zur dargestellten Empfangsrichtung 26 weniger sensitive und daher hier vernachlässigte Empfangsrichtungen für das gleiche Gruppensignal existieren. Diese weiteren vernachlässigten Empfangsrichtungen werden bei der Richtungsbildung auch als Nebenempfangsrichtungen bezeichnet.
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Der Empfangsbereich 28 eines durch Richtungsbildung gebildeten Gruppensignals verläuft immer radial um die Akustiksektion 20 der akustischen Linearantenne 12 und ist lediglich zur besseren Darstellung zweidimensional dargestellt. In 2 ist ein Empfangswinkel 30 von 90 Grad dargestellt. Durch Anpassen der Koeffizienten können Gruppensignale mit Empfangswinkeln 30 in einem Bereich von etwa 180 Grad erzeugt werden. Ein Empfangswinkel 30 im Bereich von 0 Grad würde einer Empfangsrichtung 26 entsprechen die in diesem Fall in 2 wert nach links also in Richtung des Fahrzeugs 10 zeigen würde. Ein Empfangswinkel im Bereich von 180 Grad würde einer Empfangsrichtung 26 entsprechen, die nahezu in Richtung des Endes 32 der akustischen Linearantenne 12 zeigen würde.
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3 zeigt eine Draufsicht auf die akustische Linearantenne 12 nach einem Manöver des Fahrzeugs 10. Die Akustiksektion 20 der akustischen Linearantenne 12 ist nun nicht mehr geradlinig und die Schallwandler 24 befinden sich daher nicht mehr auf einer Geraden. Werden die Koeffizienten bei der Richtungsbildung nicht an diese Form angepasst, so verbreitert sich, wie hier dargestellt, der Empfangsbereich 28 gegenüber dem in 2 dargestellten Empfangsbereich 28. Daher ist es also nötigt, die Form der Akustiksektion möglichst genau zu kennen, um die Koeffizienten entsprechend dieser Form anzupassen und um somit schmale Empfangsbereiche 28 der Empfangsrichtung 26 zu erzeugen.
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4 zeigt ein Segment 34 der Akustiksektion 20 mit fünf Schallwandlern 24. Ferner sind mehrere Empfangsrichtungen 26a bis 26e sowie die dazugehörigen Empfangswinkel 30a bis 30e aufgezeigt. Die Empfangsrichtungen 26a bis 26e befinden sich in einem Suchbereich 36. Ferner ist das ausgewählte Ziel 38 dargestellt. Werden Gruppensignale, denen jeweils einer der Empfangswinkel 30a bis 30d bzw. einer der Empfangsrichtungen 26a bis 26d zugeordnet ist, für das dargestellte Segment 34 berechnet, so weist hier das Gruppensignal, dass dem Empfangswinkel 30d bzw. der Empfangsrichtung 26d zugeordnet ist, den höchsten Signal-zu-Stör-Abstand der Schallwellen, die sich vom ausgewählten Ziel 38 ausbreiten, auf. Dieses Gruppensignal entspricht somit dem detektierten Gruppensignal des Segments 34. Der Empfangswinkel 30d dieses detektierten Gruppensignals entspricht dann dem Lagewinkel des Segments 34.
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5 zeigt eine Draufsicht auf eine akustische Linearantenne 12 mit einer Akustiksektion 20, die nun erfindungsgemäß in mehrere Segmente 34a bis 34f eingeteilt ist. Ferner ist wieder ein ausgewähltes Ziel 38 dargestellt. Die Segmente 34a bis 34f weisen eine Reihenfolge auf. Gemäß dieser Reihenfolge befindet sich das Segment 34a entlang der akustischen Linearantenne 12 gesehen, am nächsten zum Fahrzeug 10. Danach folgt das Segment 34b, dann Segment 34c usw. bis zum Segment 34f. Durch den relativ starren Aufbau der Akustiksektion 20 der akustischen Linearantenne 12 weist die Akustiksektion 20 keine scharfen Knicke auf und die Schallwandler 24 eines Segments 34 können daher als im Wesentlichen auf einer geraden Linie, also einer Geraden, liegend betrachtet werden.
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In 5 wurden mehrere Gruppensignale jeweils für jedes der Segmente 34a bis 34f ermittelt und für jedes der Segmente 34a bis 34f jeweils das Gruppensignal detektiert, das den höchsten Signal-zu-Stör-Abstand der Schallwellen aufweist, die sich vom ausgewählten Ziel 38 ausbreiten. Den detektierten Gruppensignalen der Segmente 34a bis 34f sind die Empfangswinkel 30f bis 30k sowie die Empfangsrichtungen 26f bis 26k zugeordnet. Diese Empfangswinkel 30f bis 30k entsprechend den Lagewinkeln der Segmente 34a bis 34f zum ausgewählten Ziel 38.
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Wie bereits oben ausgeführt, verlaufen die Empfangsrichtungen 26f bis 26k bei der Richtungsbildung radial um die Akustiksektion 20 bzw. hier jeweils um eines der Segmente 34a bis 34f, wodurch eine durch die Lagewinkel der Segmente 34a bis 34f beschriebene Ausrichtung der Segmente mehrdeutig ist. Diese Mehrdeutigkeit ist jedoch unbeachtlich, da die Position des ausgewählten Ziels 38, insbesondere auch in Relation zum Fahrzeug 10 und damit zu einer ungefähren Lage der Akustiksektion 20, bekannt ist. Alle aufgrund dieser bekannten oder geschätzten Position des ausgewählten Ziels 38 unwahrscheinlichen Ausrichtung der Segmente 34a bis 34f können also ausgeschlossen werde.
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Durch Kenntnis der Lagewinkel der Segmente 34a bis 34f, durch die durch diese Lagewinkel und die bekannte oder geschätzte Position des ausgewählten Ziels 38 eindeutige Ausrichtung der Segmente 34a bis 34f zum ausgewählten Ziel 38 und durch Kenntnis der Reihenfolge der Segmente 34a bis 34f wird nun die geschätzte Form der Akustiksektion bestimmt.
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Mit dieser geschätzten Form 58 der Akustiksektion 20 ist nun auch die o. g. Bestimmung von Gruppensignalen für die gesamte Akustiksektion möglich. Dazu werden die Gruppensignale mit an diese geschätzte Form 58 angepassten Koeffizienten bestimmt. Hiermit werden dann auch die Gruppensignale für eine gekrümmte Akustiksektion 20 bestimmt, um die mutmaßliche tatsächliche Empfangsrichtung eines lagemehrdeutigen Ziels, also die Empfangsrichtung, in der die tatsächliche Lage eines lagemehrdeutigen Ziels vermutet wird, zu ermitteln.
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6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln einer geschätzten Form der Akustiksektion 20. Zum Ermitteln der geschätzten Form werden Empfangssignale 40 der Schallwandler 24 der Akustiksektion 20 zunächst Segmentbildemitteln 42 zugeführt. Mit den Segmentbildemitteln 42 wird die Akustiksektion 20 der akustischen Linearantenne 12 in mehrere Segmente 34 eingeteilt, indem die Empfangssignale 40 der Schallwandler 24 jeweils eines Segments 34 als eine Gruppe von Empfangssignalen 40 einem Gruppensignalbildemittel 44 zugeführt werden. In den Gruppensignalbildemitteln 44 werden jeweils mehrere Gruppensignale 46 für ein Segment 34, z. B. durch zeitverzögerte Addition der zugeführten Empfangssignale 40, ermittelt.
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Die Gruppensignale 46 eines Segments 34 werden dann einem Signalvergleichsmittel 48 zugeführt. Ferner wird dem Signalvergleichsmittel 48 eine Frequenz 50 oder mehrere Frequenzen 50 von eindeutig einem ausgewählten Ziel 38 zuordenbaren Schallwellen zugeführt, wobei das Ziel 38 mit Zielauswahlmittel 52 zuvor ausgewählt worden ist. Im Signalvergleichsmittel 48 wird das Gruppensignal 46 eines Segments 34 detektiert, das den höchsten Signal-zu-Stör-Abstand der eindeutig dem ausgewählten Ziel 38 zuordenbaren Schallwellen, also der Frequenz 50 oder der Frequenzen 50 dieser Schallwellen, aufweist. Der Empfangswinkel 30 des im Signalvergleichsmittel 48 detektierten Gruppensignals 46 wird einem Definitionsmittel 54 zugeführt, in dem der Empfangswinkel 30 des detektierten Gruppensignals 46 als Lagewinkel definiert wird. Die Lagewinkel der Segmente 34 werden dann einem Formbestimmungsmittel 56 zugeführt.
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Im Formbestimmungsmittel 56 wird eine geschätzte Form 58 der Akustiksektion 20 anhand der Lagewinkel zum ausgewählten Ziel 38 sowie der Reihenfolge der Segmente 34 unter Beachtung der geschätzten oder bekannten Position des ausgewählten Ziels 38 bestimmt. Die mit den Formbestimmungsmitteln 54 geschätzte Form 58 wird mit Ausgabemitteln 60 ausgegeben. Das Ausgabemittel 60 ist z. B. ein Bildschirm oder der Teil einer Signalverarbeitungsanlage, mit dem anhand dieser geschätzten Form 58 Zeitverzögerungskoeffizienten bzw. Phasenverschiebungskoeffizienten zur Richtungsbildung mit den Empfangssignalen 40 aller Schallwandler 24 der Akustiksektion 20 ermittelt werden.
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Ferner wird die geschätzte Form 58 einer Datenbank 62 zugeführt und in dieser gespeichert. Mit Parameterermittlungsmitteln 64 werden kontinuierlich Werte 66 von bestimmten bzw. definierten Parametern bestimmt, die die Form der Akustiksektion 20 beeinflussen. Diese definierten Parameter können z. B. Kursmanöver des Fahrzeugs 10, Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids 14 und/oder Strömungsrichtungen des Fluids 14 sein. Die Werte der Parameter 66 werde kontinuierlich der Datenbank 62 zugeführt. In der Datenbank 62 wird dann die aktuell geschätzte Form 58 als Musterform zusammen mit aktuellen Werten 66 der Parameter als ein Eintrag gespeichert.
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Ferner ist es möglich, eine als ”vorausgesetzte Form” 68 bezeichnete Form, die als Musterform in einem Eintrag in der Datenbank 62 gespeichert ist, den Gruppensignalbildemitteln 44 zuzuführen. Diese vorausgesetzte Form 68 wird bei der Bildung von Gruppensignalen 46 vorausgesetzt bzw. angenommen. Die vorausgesetzte Form 68 wird anhand der aktuell mit den Parameterermittlungsmitteln 64 bestimmten Werten 66 der definierten Parameter mit der Datenbank 62 bestimmt, als Musterform ausgegeben und den Gruppensignalbildemitteln 44 zugeführt. Die Gruppensignalbildemittel 44 sind im Falle einer vorausgesetzten Form 68 dann zusätzlich derart ausgebildet, um nur Gruppensignale 46 für ein Segment 34 zu ermitteln, die in einem definierten Suchbereich 36 um den jeweils durch die vorausgesetzte Form 68 der Akustiksektion 20 angenommenen Lagewinkel dieses Segments 34 liegen.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines Iterationsdurchlaufs 70 zur Ermittlung der geschätzten Form 58 mit mehren Iterationsschritten 72a bis 72c. Dieser dargestellte Iterationsdurchlauf 70 beschreibt beispielhaft die Ermittlung nur eines Lagewinkels eines Segments 34. Im ersten Iterationsschritt 72a wird ein Empfangswinkel 30l, der einem angenommenen Lagewinkel einer vorausgesetzten Form 68 der Akustiksektion 20 entspricht, angenommen und zwei Gruppensignale 46 mit den Empfangswinkeln 30m, 30n in einem Suchbereich 36a ermittelt. Das Gruppensignal mit dem Empfangswinkel 30n soll hier beispielhaft einen höheren Signal-zu-Stör-Abstand der dem ausgewählten Ziel 38 eindeutig zuordenbaren Schallwellen aufweisen und wird somit als neuer angenommener Lagewinkel für den folgenden Iterationsschritt 72b vorausgesetzt.
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Im zweiten Iterationsschritt 72b wird nun also der Empfangswinkel 30n, der dem ermittelten Lagewinkel des ersten Iterationsschritts 72a entspricht, als neuer Lagewinkel angenommen und zwei weitere Gruppensignale 46 mit den Empfangswinkeln 30o, 30p in einem gegenüber dem Suchbereich 36a verkleinerten Suchbereich 36b ermittelt. Das Gruppensignal mit dem Empfangswinkel 30o soll hier beispielhaft einen höheren Signal-zu-Stör-Abstand der dem ausgewählten Ziel 38 eindeutig zuordenbaren Schallwellen aufweisen und wird somit als neuer angenommener Lagewinkel für den letzten Iterationsschritt 72c vorausgesetzt.
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Im dritten Iterationsschritt 72c wird jetzt der Empfangswinkel 30o, der dem ermittelten Lagewinkel des zweiten Iterationsschritts 72b entspricht, als neuer Lagewinkel angenommen und zwei weitere Gruppensignale 46 mit den Empfangswinkeln 30q, 30r in einem wiederum gegenüber dem Suchbereich 36b verkleinerten Suchbereich 36c ermittelt. Das Gruppensignal 46 mit dem Empfangswinkel 30q soll hier beispielhaft einen höheren Signal-zu-Stör-Abstand der dem ausgewählten Ziel 38 eindeutig zuordenbaren Schallwellen aufweisen und wird nun endgültig als Lagewinkel für das hier betrachtete Segment definiert.
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Ein Iterationsdurchlauf 70 kann beliebig viele Iterationsschritte 72 aufweisen, wobei die Anzahl diese Iterationsschritte 72 entweder durch eine festgelegte Anzahl, wie hier durch die festgelegte Anzahl von drei Iterationsschritten 72a bis 72c, oder durch das Erreichen eines durch einen festgelegten Schwellenwert bestimmten Signal-zu-Stör-Abstands definiert wird.
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Werden in jedem Iterationsschritt 72 lediglich wenige Gruppensignale 46 im Suchbereich 36 eines jeden Segments 34, z. B. nur zwei Gruppensignale 46 an den gegenüberliegenden Randbereichen eines Suchbereich 46, ermittelt und wird der Suchbereich 36 in jedem Iterationsschritt 72 verkleinert, so folgt dadurch eine sehr genaue Schätzung der Form der Akustiksektion 20 in kurzer Zeit mit geringem Energieaufwand.
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8 zeigt schematisch Kurven 76a bis 76c zur Ermittlung der Form einer Akustiksektion 20 durch Betrachtung der Form der Akustiksektion 20 als Abschnitt 74 einer mit diesen Kurven 76a bis 76c durch eine Fourierreihe entwickelten Funktionskurve. Dazu ist zunächst die Kurve 76a einer ersten Ordnung dargestellt, die einer halben Sinusschwingung entspricht und deren Amplitude bzw. Verlauf durch Variation eines ersten Fourierkoeffizienten z. B. im Bereich 78a variiert wird. Im ersten Iterationsschritt 72 eines ersten Iterationsdurchlaufs 70 werden dann z. B. die Suchbereiche 36 der Segmente 34 auf die möglichen Lagewinkel der Segmente 34 beschränkt, die auf durch Variation des ersten Fourierkoeffizienten möglichen Kurven liegen, und es werden nur Gruppensignale in diesen Suchbereichen 36 für die einzelnen Segmente 34 berechnet. In den folgenden Iterationsschritten 72 des ersten Iterationsdurchlaufs 70 werden diese Suchbereiche 36 der Segmente immer weiter eingeschränkt, bis mehrere oder alle detektierten Gruppensignale 46 der Segmente 34 einen Signal-zu-Stör-Abstand der dem ausgewählten Ziel 38 eindeutig zuordenbaren Schallwellen aufweisen, der jeweils oberhalb eines festgelegten Schwellenwertes liegt. Die somit geschätzte Form wird als vorausgesetzte Form für einen zweiten Iterationsdurchlauf 70 vorausgesetzt.
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Ferner ist die Kurve 76b einer zweiten Ordnung dargestellt, die einer ganzen Sinusschwingung entspricht und deren Amplitude bzw. Verlauf durch Variation eines zweiten Fourierkoeffizienten z. B. im Bereich 78b variiert wird. Im ersten Iterationsschritt 72 eines zweiten Iterationsdurchlaufs 70 werden dann z. B. die Suchbereiche 36 der Segmente 34 auf die möglichen Lagewinkel der Segmente 34 beschränkt, die auf durch Variation des zweiten Fourierkoeffizienten möglichen Kurven liegen. Wieder werden nur Gruppensignale in diesen Suchbereichen 36 für die einzelnen Segmente 34 berechnet. In den folgenden Iterationsschritten 72 des ersten Iterationsdurchlaufs 70 werden diese Suchbereiche 36 der Segmente ebenfalls immer werter eingeschränkt, bis wiederum mehrere oder alle detektierten Gruppensignale 46 der Segmente 34 einen Signal-zu-Stör-Abstand der dem ausgewählten Ziel 38 eindeutig zuordenbaren Schallwellen aufweisen, der oberhalb eines festgelegten Schwellenwertes liegt. Die somit geschätzte Form wird als vorausgesetzte Form für einen dritten Iterationsdurchlauf 70 vorausgesetzt.
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Zuletzt ist noch die Kurve 76c einer dritten Ordnung dargestellt, die eineinhalb Sinusschwingungen entspricht und deren Amplitude bzw. Verlauf durch Variation eines dritten Fourierkoeffizienten z. B. im Bereich 78c variiert wird. Entsprechend der obigen Ausführungen werden im dritten Iterationsdurchlauf 70 wieder die Suchbereiche anhand der Kurve 76c sowie deren Variation eingeschränkt.
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Geht man davon aus, dass hier die Fourierreihe eine definierte Anzahl von drei Reihengliedern mit drei Ordnungen aufweist, wird die Ermittlung der geschätzten Form der Akustiksektion 20 nach dem dritten Iterationsdurchlaufs 70 beendet. Die somit nach dem dritten Iterationsdurchlauf 70 erhaltende geschätzte Form der Akustiksektion 20 entspricht dann einer Form, die zur Ermittlung von Koeffizienten für die Richtungsbildung von Gruppensignalen aus allen Empfangssignalen der Empfänger 24 der Akustiksektion 20 vorausgesetzt wird.
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Alle in der vorgenannten Figurenbeschreiben, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmalen sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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