DE102013014640B3

DE102013014640B3 - Method for processing sonar data from plumb bob pendulum for hunting submarine in deep water, involves forming similarity value between average non-normalized sonar value of object and mean non-normalized sonar value of reflected object

Info

Publication number: DE102013014640B3
Application number: DE201310014640
Authority: DE
Inventors: Holger Schmaljohann
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesamt fuer Ausruestung Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2014-09-04
Anticipated expiration: 2033-09-05

Abstract

The method involves forming and correlating the sonar data directionally with respect to a transmission signal. The sonar data is originated from a hydrophone arrangement with respect to a symmetry axis (Sy) with a right-left distinction. The non-standard sonar values of the data points are normalized to obtain normalized sonar values. A similarity value is formed between an average non-normalized sonar value of an object and a mean non-normalized sonar value of a reflected object. The object is assigned as a dummy target, when the similarity value is high. Independent claims are included for the following: (1) a sonar-based computer with a computer memory; and (2) a computer program product with a computer readable medium for implementing a computer to allow the method for processing sonar data from a blumb bob pendulum.

Description

Die Erfindung betrifft ein aktives Sonarverfahren, insbesondere ein Sonarverfahren für eine Weitbereichs-U-Boot-Jagd im Tiefwasser.The invention relates to an active sonar method, in particular a sonar method for a long-range submarine hunting in deep water.

Aus einem Grundlagen-Aufsatz (”Signal processing for an active sonar system suitable for advanced sensor technology applications and environmental adaptation schemes”, Alberto Baldacci, Georgios Haralabus, August 2006, originally published in: EUSIPCO 2006, European Signal Processing Conference, Florence, Italy, 4–8 September 2006) ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Verarbeitung von Sonardaten einer Lotperiode bekannt. Die Lotperiode gibt die Zeit an, welche vom Aussenden des Sonarsignals bis zum darauffolgenden Aussenden verstreicht. Das bekannte Verfahren weist folgende Merkmale auf:

• Die Sonardaten sind in Bezug auf ein Sendesignal korreliert („Matched Filter”) und richtungsgebildet („Beamforming”). Aufgrund der Korrelation in Bezug auf ein Sendesignal treten die Sonardaten deutlicher hervor. Das Sendesignal deckt eine Bandbreite ab und kann beispielsweise ein Linear-Frequenz-Modulations(LFM)-Signal sein. Zur Richtungsbildung im Bereich von 0 bis 360° wird die Phasenbeziehung unter Berücksichtigung der Antennengeometrie ausgenutzt.
• Die Sonardaten stammen von einer Hydrofonanordnung mit einer Rechts-Links-Unterscheidung bezüglich einer Symmetrieachse.
• Die Sonardaten umfassen Datenpunkte, wobei jeder Datenpunkt durch einen Winkelwert und einen Entfernungswert adressiert ist und einen nichtnormierten Sonarwert aufweist.
• Die Schritte des Verfahrens umfassen folgende Einzelschritte:
• Normierung der nichtnormierten Sonarwerte der Datenpunkte unter Erhalt von normierten Sonarwerten. Die Normierung stellt eine lokale Bestimmung der Signalstärke relativ zur Umgebung dar.
• Anwendung eines Schwellwertverfahrens auf die normierten Sonarwerte der Datenpunkte der Sonardaten unter Erhalt von Echodatenpunkten.
• Bildung von Objekten aus zusammenhängenden Echodatenpunkten.

From a paper entitled "Signal processing for an active sonar system suitable for advanced sensor technology applications and environmental adaptation systems", Alberto Baldacci, Georgios Haralabus, August 2006, originally published in: EUSIPCO 2006, European Signal Processing Conference, Florence, Italy , 4-8 September 2006) a generic method for processing sonar data of a solder period is known. The soldering period indicates the time which elapses from the emission of the sonar signal until the subsequent transmission. The known method has the following features:

• The sonar data are correlated with respect to a transmit signal ("matched filter") and directional ("beamforming"). Due to the correlation with respect to a transmit signal, the sonar data is more apparent. The transmit signal covers a bandwidth and may be, for example, a Linear Frequency Modulation (LFM) signal. For directional formation in the range of 0 to 360 °, the phase relationship is exploited taking into account the antenna geometry.
The sonar data are from a hydrophone arrangement with a right-left distinction with respect to an axis of symmetry.
The sonar data comprises data points, each data point being addressed by an angle value and a distance value and having an unnormalized sonar value.
• The steps of the procedure comprise the following individual steps:
• Normalization of the non-normalized sonar values of the data points while obtaining normalized sonar values. The normalization represents a local determination of the signal strength relative to the environment.
• Applying a threshold method to the normalized sonar values of the data points of the sonar data to obtain echo data points.
• Formation of objects from connected echo data points.

Aus einem Fachaufsatz („Sonar Phenomena detected an Line Arrays in Deep Waters”, Holger Schmaljohann, Thorsten Ludwig, Arne Schulz, July 2010, originally published in: ECUA 2010, Istanbul, Turkey, 5–9 July 2010; siehe 5 und zugehöriger Text) ist bekannt, dass im Tiefwasser Scheinziele in einem Sonarbild angezeigt werden, die Einfach- oder Mehrfachreflexionen des Meeresbodens oder der Wasseroberfläche sind. Aufgrund eines hierbei nahezu vertikalen Einfallswinkels auf die Hydrofone sind konzentrische Meeresbodenreflexionskreise und Meeresbodenreflexionskreisbögen sichtbar. Der Radius des inneren Meeresbodenreflexionskreises entspricht der einfachen Wassertiefe. Der Radius des nächst äußeren Meeresbodenreflexionskreises entspricht der zweifachen Wassertiefe. Dies setzt sich mit Radien von Meeresbodenreflexionskreisbögen fort. Die Meeresbodenreflexionskreisbögen sind symmetrisch zur Fahrtrichtung, der Symmetrieachse, sichtbar. Die Meeresbodenreflexionskreise und -kreisbögen erschweren bei einer manuellen Auswertung eines Sonarbildes eine Erkennung eines Zieles. Automatische Zielverfolgungsalgorithmen sehen die Objekte der Meeresbodenreflexionskreise und -kreisbögen fälschlicherweise als Ziele an. Sonarwissenschaftler diskutieren die Möglichkeit, die Objekte der Meeresreflexionskreise auszublenden. Dies wäre einfach möglich, da sich die Meerestiefe und deren Vielfache leicht bestimmen lassen. Ein stumpfes Ausblenden aller Objekte der rechnerisch ermittelten Meeresbodenreflexionskreise und -kreisbögen würde jedoch auch Objekte löschen, die keine Scheinziele, sondern Ziele sind.From a technical paper ("Sonar Phenomena Detected on Line Arrays in Deep Waters", Holger Schmaljohann, Thorsten Ludwig, Arne Schulz, July 2010, originally published in: ECUA 2010, Istanbul, Turkey, 5-9 July 2010; 5 and accompanying text), it is known that in deep water, fake targets are displayed in a sonar image, which are single or multiple reflections of the seafloor or water surface. Due to a nearly vertical angle of incidence on the hydrophones, concentric seabed reflection circles and seabed reflection arcs are visible. The radius of the inner seabed reflection circle corresponds to the simple water depth. The radius of the next outer seabed reflection circle corresponds to twice the water depth. This continues with radii of seabed reflection arcs. The seabed reflection arcs are visible symmetrically to the direction of travel, the axis of symmetry. The seabed reflection circles and arcs make it difficult to detect a target when manually evaluating a sonar image. Automatic tracking algorithms mistakenly view the objects of the seabed reflection circles and arcs as targets. Sonar scientists discuss the possibility to hide the objects of the marine reflection circles. This would be easily possible because the depth of the sea and its multiples can be easily determined. However, a blunt hiding of all objects of the computationally determined seabed reflection circles and arcs would also delete objects that are not pretense targets but goals.

Aus der US 4 654 835 A ist ein Verfahren zur adaptiven Vorhersage von Oberflächen-Echos in einem bistatischen Sonar bekannt. Dabei werden von einem Sonar mit einer primären Hydrophonarrayanordnung durch ein zusätzliches Referenzhydrophon die unkorrelierten Echosignale aus den Oberflächen-Echos in einer Konvergenzzone für die verbesserte Erkennung von Echosignalen herangezogen. Bei dem Verfahren wird ein adaptives Filter mittels Signalen des Referenzsensors so eingestellt, dass ein unkorreliertes Oberflächen-Echo herausgerechnet werden kann und ein korreliertes Echosignal besser detektiert werden kann.From the US Pat. No. 4,654,835 is a method for the adaptive prediction of surface echoes in a bistatic sonar known. In this case, from a sonar with a primary Hydrophonarrayanordnung by an additional Referenzhydrophon the uncorrelated echo signals from the surface echoes in a convergence zone used for the improved detection of echo signals. In the method, an adaptive filter is adjusted by means of signals of the reference sensor so that an uncorrelated surface echo can be calculated out and a correlated echo signal can be better detected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ausgehend von einem gattungsgemäßen Sonarverfahren Scheinziele bezüglich der Meeresbodenreflexionskreise oder -kreisbögen zu verringern.The invention is based on the object, starting from a generic sonar method to reduce decoys with respect to the seabed reflection circles or arcs.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Diese Aufgabe wird ferner durch den nebengeordneten Anspruch 4 gelöst, der auf einen Sonar-Computer gerichtet ist, oder auch durch den nebengeordneten Anspruch 5, der auf ein Computerprogrammprodukt gerichtet ist.This object is achieved by the features of claim 1. This object is further achieved by the independent claim 4, which is directed to a sonar computer, or by the independent claim 5, which is directed to a computer program product.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin, dass Scheinziele, die auf nahezu senkrechten Reflektionen des Meeresbodens und der Wasseroberfläche basieren, stark reduziert werden. Dadurch werden die Eingangsdaten für ein automatisches Verfahren zur Zieldetektion und Zielverfolgung in der Sonaranlage signifikant verbessert. Insbesondere erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass die eigentlich gesuchten Ziele und nicht die Scheinziele an den Zielverfolgungsalgorithmus weitergeleitet werden. Man überprüft, ob ein Objekt ein Scheinziel ist, das aus einer Einfach- oder Mehrfachreflexion von dem Meeresboden oder der Wasseroberfläche mit einem nahezu vertikalen Einfallswinkel auf die Hydrofonanordnung resultiert, mit den Schritten:

• Berechnung eines mittleren nichtnormierten Sonarwertes des Objektes aus den nichtnormierten Sonarwerten seiner Datenpunkte für einen nachfolgenden Vergleich.
• Bestimmung eines zur Symmetrieachse der Hydrofonanordnung gespiegelten Objekts, indem man den Winkelwert und den Entfernungswert seiner gespiegelten Datenpunkte ermittelt.
• Berechnung eines mittleren nichtnormierten Sonarwertes des gespiegelten Objektes aus den nichtnormierten Sonarwerten seiner Datenpunkte, um diesen Wert mit dem entsprechenden Wert des zu überprüfenden Objekts zu vergleichen.
• Bildung eines Ähnlichkeitswertes zwischen dem mittleren nichtnormierten Sonarwert des Objektes und dem mittleren nichtnormierten Sonarwert des gespiegelten Objektes. Der Ähnlichkeitswert kann auf der Differenz beruhen, wobei eine niedrige Differenz einem hohen Ähnlichkeitswert entspricht. Man vergleicht die mittleren nichtnormierten Sonarwerte deshalb miteinander, weil diese den lokalen Reflexionsgrad des Sonarsignals zu der entsprechenden Entfernung unter den richtungsgebildeten Winkeln wiedergeben.
• Zuordnung des Objekts als Scheinziel, wenn der Ähnlichkeitswert hoch liegt, oder ansonsten als Ziel.

The advantages of the invention are that fake targets based on nearly vertical reflections of the seafloor and the water surface are greatly reduced. As a result, the input data for an automatic method for target detection and target tracking in the sonar system are significantly improved. In particular, it increases the likelihood that the targets actually sought, rather than the dummy targets, will be forwarded to the target tracking algorithm. It is checked whether an object is a decoy, which consists of a single or multiple reflection of the Seabed or water surface with a nearly vertical angle of incidence on the hydrophone assembly results, with the steps:

Calculation of a mean non-normalized sonar value of the object from the non-normalized sonar values of its data points for a subsequent comparison.
• Determine an object mirrored to the symmetry axis of the hydrophone array by determining the angle value and the distance value of its mirrored data points.
• Calculation of a mean non-normalized sonar value of the mirrored object from the non-normalized sonar values of its data points in order to compare this value with the corresponding value of the object to be checked.
• Formation of a similarity value between the mean non-normalized sonar value of the object and the mean non-normalized sonar value of the mirrored object. The similarity value may be based on the difference, where a low difference corresponds to a high similarity value. The average non-normalized sonar values are compared with each other because they reflect the local reflectance of the sonar signal to the corresponding distance below the directional angles.
• Assigning the object as a fake target if the similarity value is high or else as a target.

Die erfinderische Idee liegt also darin, dass man Objekte von Meeresbodenreflexionskreisen oder -kreisbögen dadurch erkennt und als Scheinziel klassifiziert, indem man die Symmetrie ausnutzt. Hierbei liegt zu einem Objekt eines Meeresbodenreflexionskreises oder -kreisbogens auch ein ähnliches gespiegeltes Objekt vor. Dies wird überprüft. Wenn eine hohe Ähnlichkeit zwischen einem zu überprüfenden Objekt und einem hierzu gespiegelten Objekt vorliegt, dann handelt es sich bei dem zu überprüfenden Objekt mit einer hohen Wahrscheinlichkeit um ein Scheinziel. Kritisch ist der Fall, wenn ein zu detektierendes U-Boot einen Abstand aufweist, der genau einem Radius eines Meeresbodenreflexionskreises oder -kreisbogens entspricht. Je nach Rückstreustärke des Ziels („Targetstrength”) und dem Reflexionsgrad des Meeresbodens wird das U-Boot als Ziel eingestuft. In der Regel liegen die nichtnormierten Sonarwerte der Datenpunkte eines Ziels höher als die nichtnormierten Sonarwerte der Datenpunkte von Bodenreflektionen. In diesen Fällen würde eine Klassifizierung als Ziel erfolgen. Das Ziel ist ferner gut auf einem Sonarbild sichtbar, da die Scheinzielobjekte der Meeresbodenreflexionskreise und -kreisbögen gelöscht wurden.The inventive idea lies in recognizing objects of seabed reflection circles or arcs and classifying them as a fake target by exploiting the symmetry. In this case, there is also a similar mirrored object to an object of a seabed reflection circle or arc. This will be checked. If there is a high degree of similarity between an object to be checked and an object mirrored for this purpose, the object to be checked is, with a high probability, a fictitious target. Critical is the case when a submarine to be detected has a distance that corresponds exactly to a radius of a seabed reflection circle or arc. Depending on the return strength of the target (target strength) and the reflectance of the seabed, the submarine is classified as a target. Normally, the non-normalized sonar values of the data points of a target are higher than the non-normalized sonar values of the data points of ground reflections. In these cases classification would be the target. The target is also well visible on a sonar image because the decoy objects of the seabed reflection circles and arcs have been erased.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird im Anschluss an Schritt m. des Anspruches 1 eine erfolgte Zuordnung des Objekts als Scheinziel mit folgenden Schritten überprüft:

• Berechnung eines mittleren normierten Sonarwertes des Objektes aus den normierten Sonarwerten seiner Datenpunkte.
• Berechnung eines mittleren normierten Sonarwertes des gespiegelten Objektes aus den normierten Sonarwerten seiner Datenpunkte.
• Bildung eines Übereinstimmungswertes zwischen dem mittleren normierten Sonarwert des Objektes und dem mittleren normierten Sonarwert des gespiegelten Objektes.
• Beibehaltung der Zuordnung des Objekts als Scheinziel, wenn ein hoher Übereinstimmungswert vorliegt, und ansonsten Zuordnung des Objekts als ein Ziel. Diese Ausgestaltung erhöht die Genauigkeit der Klassifizierung in Ziele und Scheinziele, da zusätzlich die mittleren normierten Sonarwerte verglichen werden. Denn eine Übereinstimmung der mittleren nichtnormierten Sonarwerte des zu überprüfenden Objektes und seines gespiegelten Objektes kann zufällig sein.

According to an advantageous embodiment of the invention, following step m. of Claim 1, a successful assignment of the object as a dummy target with the following steps:

• Calculation of an average normalized sonar value of the object from the normalized sonar values of its data points.
• Calculation of an average normalized sonar value of the mirrored object from the normalized sonar values of its data points.
Formation of a match value between the mean normalized sonar value of the object and the mean normalized sonar value of the mirrored object.
• Maintaining the object's assignment as a dummy target when there is a high match value, and otherwise associating the object as a target. This embodiment increases the accuracy of the classification into goals and fictitious targets, since in addition the average normalized sonar values are compared. For a match of the mean non-normalized sonar values of the object to be checked and its mirrored object can be coincidental.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung gibt der Unteranspruch 3 an. Der Begriff der Konvergenzzone ist Sonarwissenschaftlern bekannt. Für die in der Konvergenzzone angezeigten Objekte gilt die von dem Verfahren ausgenutzte Symmetrie jedoch nicht, so dass alle Objekte innerhalb der Konvergenzzone als Ziele klassifiziert werden.A further embodiment of the invention is the dependent claim 3. The concept of convergence zone is known to sonar scientists. However, for the objects displayed in the convergence zone, the symmetry exploited by the method does not apply, so all objects within the convergence zone are classified as targets.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawings. Hereby show:

1 ein Sonarbild mit störenden Objekten von Meeresbodenreflexionskreisen und -kreisbögen, 1 a sonar image with disturbing objects of seabed reflection circles and arcs,

2 ein Sonarbild ohne die störenden Objekte, 2 a sonar image without the disturbing objects,

3a bis 3d jeweils einen Ausschnitt eines Sonarbildes mit einem eingezeichneten, zu überprüfenden Objekt, wobei die einzelnen Schritte illustriert sind, um zu überprüfen, ob das zu überprüfende Objekt ein Scheinziel aufgrund von Meeresbodenreflexionskreisen und -kreisbögen ist, 3a to 3d in each case a section of a sonar image with an object to be checked, the individual steps being illustrated in order to check whether the object to be checked is a decoy due to seabed reflection circles and circular arcs,

4 einen zeitlichen Ablauf des Sonarverfahrens. 4 a chronological sequence of the sonar procedure.

Die 4 illustriert im oberen Block 40 die Schritte ein Verfahren zur Verarbeitung von Sonardaten einer Lotperiode. Die Sonardaten sind in Bezug auf ein Sendesignal korreliert und richtungsgebildet. Die Sonardaten stammen von einer Hydrofonanordnung mit einer Rechts-Links-Unterscheidung bezüglich einer Symmetrieachse. Die Hydrofonanordnung kann gezogen oder geschleppt werden, wobei die Symmetrieachse dann der Bewegungsrichtung entspricht. Beispiele für geschleppte Hydrofonanordnungen sind Linearantennen, welche sich aus zwei oder mehreren parallel geschleppten Teilantennen zusammensetzen, wie ein „Twin-Array” oder „Triplet-Array”. Einer geschleppten zylindrischen Hydrofonanordnung ohne eine geometrische Symmetrieachse um eine senkrechte Achse lässt sich so eine Symmetrieachse zuordnen. Die Hydrofonanordnungen können auch ortsfest sein. Dann ist die Symmetrieachse zum Beispiel beim ”Twin Array” oder beim „Triplet Array” durch die Antennengeometrie vorgegeben.The 4 illustrated in the upper block 40 the steps include a method of processing sonar data of a solder period. The sonar data is correlated and directional with respect to a transmit signal. The sonar data are from a hydrophone arrangement with a right-left distinction with respect to an axis of symmetry. The hydrophone assembly can be pulled or towed, with the axis of symmetry then the direction of movement equivalent. Examples of towed hydrophone arrays are linear antennas, which are composed of two or more parallel towed subantennas, such as a "twin array" or "triplet array". A towed cylindrical hydrophone arrangement without a geometrical axis of symmetry about a vertical axis can thus be assigned an axis of symmetry. The hydrophone assemblies may also be stationary. Then the symmetry axis, for example, in the "twin array" or the "triplet array" is given by the antenna geometry.

Die Sonardaten umfassen Datenpunkte, wobei jeder Datenpunkt durch einen Winkelwert und einen Entfernungswert adressiert ist und einen nichtnormierten Sonarwert aufweist. Durch Normierung der nichtnormierten Sonarwerte der Datenpunkte erhält man normierte Sonarwerte. Durch Anwendung eines Schwellwertverfahrens auf die normierten Sonarwerte der Datenpunkte der Sonardaten erhält man die sogenannten Echodatenpunkte. Aus zusammenhängenden Echodatenpunkten werden Objekte gebildet.The sonar data includes data points, each data point being addressed by an angle value and a distance value and having an unnormalized sonar value. By normalizing the non-normalized sonar values of the data points, normalized sonar values are obtained. By applying a threshold value method to the normalized sonar values of the data points of the sonar data, the so-called echo data points are obtained. From connected echo data points objects are formed.

Die 1 zeigt ein Sonarbild. Im Sonarbild werden die Richtung und die Entfernung von Objekten angezeigt. Das dargestellte Sonarbild ist typisch für Tiefwasser, da es Meeresbodenreflexionskreise und -kreisbögen aufweist. Eingezeichnet ist zunächst ein Meeresbodenreflexionskreis 11, der auf einer Einfachreflexion am Meeresboden basiert. Ferner ist ein Meeresbodenreflexionskreis 12 dargestellt, der auf einer Zweifachreflexion am Meeresboden basiert. Die Dreifachreflexionen sind stärker gedämpft, so dass nur noch spiegelbildliche Meeresbodenreflexionkreisbögen 13a und 13b zu sehen sind. Die angezeigten Objekte der Meeresbodenreflexionskreise 11, 12 und -kreisbögen 13a, 13b sind Scheinziele. Unterhalb des Sonarbildes sind die Einfach- und Mehrfachreflexionen illustriert, wobei 21 eine Sonareinrichtung mit einer Hydrofonanordnung ist und 22 den Meeresboden und 23 die Wasseroberfläche darstellen. Nur ein Objekt, das Objekt 20, ist kein Scheinziel, sondern ein Ziel eines zu detektierenden U-Bootes. Denn dieses Objekt 20 weist kein spiegelbildliches Äquivalent auf.The 1 shows a sonar image. The sonar image shows the direction and distance of objects. The illustrated sonar image is typical of deep water because it has seabed reflection circles and arcs. Initially marked is a seabed reflection circle 11 based on a single reflection on the seabed. There is also a seabed reflection circle 12 shown based on a double reflection on the seabed. The triple reflections are more subdued, leaving only mirror-image seabed reflection arcs 13a and 13b you can see. The displayed objects of seabed reflection circles 11 . 12 and circular arcs 13a . 13b are sham targets. Below the sonar image, the single and multiple reflections are illustrated, wherein 21 a sonar device with a hydrophone is and 22 the seabed and 23 represent the water surface. Only one object, the object 20 , is not a decoy, but a target of a submarine to be detected. Because this object 20 has no mirror image equivalent.

Die 2 illustriert ein gewünschtes Sonarbild ohne die Scheinziele der Meeresbodenreflexionskreise und -kreisbögen. Übrig bleibt das Objekt 20, das ein Ziel ist und sich gemäß Sonarbild in einer Entfernung von 8 km unter einem Winkel von ϕ = 60° bezogen auf die Symmetrieachse Sy befindet. Nachfolgend wird beschrieben, wie man zu einem bereinigten Sonarbild, wie beispielsweise in 2 dargestellt, gelangt.The 2 illustrates a desired sonar image without the sham targets of the seabed reflection circles and arcs. The object remains 20 , which is a target and is according to sonar image at a distance of 8 km at an angle of φ = 60 ° with respect to the axis of symmetry Sy. The following describes how to get to a clean sonar image, such as in 2 shown, arrived.

Die 3a bis 3d illustrieren die Schritte der Überprüfung, ob ein Objekt ein Scheinziel ist, das aus einer Einfach- oder Mehrfachreflexion von dem Meeresboden oder der Wasseroberfläche mit einem nahezu vertikalen Einfallswinkel auf die Hydrofonanordnung resultiert.The 3a to 3d "The steps of checking illustrate whether an object is a sham target resulting from single or multiple reflection from the seabed or water surface at a near vertical angle of incidence on the hydrophone assembly.

Die 3a zeigt ein zu überprüfendes Objekt 60 bestehend aus 6 zusammenhängenden Echodatenpunkten. Die 3a illustriert die Berechnung eines mittleren nichtnormierten Sonarwertes aus den nichtnormierten Sonarwerten seiner Datenpunkte. Die Sonarwerte seiner Echodatenpunkte betragen wie eingezeichnet 65, 70, 73, 81, 93 und 90, so dass sich ein mittlerer nichtnormierter Sonarwert des Objektes von 78,7 ergibt.The 3a shows an object to be checked 60 consisting of 6 contiguous echo data points. The 3a illustrates the calculation of a mean non-normalized sonar value from the non-normalized sonar values of its data points. The sonar values of its echo data points are as shown 65, 70, 73, 81, 93 and 90, so that a mean non-normalized sonar value of the object of 78.7 results.

Die 3b illustriert die Bestimmung eines zur Symmetrieachse gespiegelten Objekts 60'. Wie zuvor dargelegt ist jeder Datenpunkt bzw. jeder Echodatenpunkt durch einen Winkelwert und einen Entfernungswert adressiert. Zur Spiegelung ist es lediglich notwendig, den Winkelwert bezogen auf die Symmetrieachse mit dem Faktor (–1) zu versehen. Aus beispielsweise ϕ₁ wird (–1)·ϕ₁, wogegen der Entfernungswert r₁ bestehen bleibt.The 3b illustrates the determination of an object mirrored to the symmetry axis 60 ' , As stated above, each data point or echo data point is addressed by an angle value and a distance value. For mirroring, it is only necessary to provide the angle value with respect to the symmetry axis with the factor (-1). For example, φ ₁ becomes (-1) · φ ₁ , whereas the distance value r ₁ remains.

Die 3c illustriert die Berechnung des mittleren nichtnormierten Sonarwertes des gespiegelten Objektes aus den nichtnormierten Sonarwerten seiner Datenpunkte. Wie dargestellt, betragen die nichtnormierten Sonarwerte seiner Datenpunkte 71, 57, 80, 76, 80 und 85. Hieraus ergibt sich ein mittlerer nichtnormierter Sonarwert des gespiegelten Objektes von 74,8.The 3c illustrates the calculation of the mean non-normalized sonar value of the mirrored object from the non-normalized sonar values of its data points. As shown, the non-normalized sonar values of its data points are 71, 57, 80, 76, 80 and 85. This results in a mean unnormalized sonar value of the mirrored object of 74.8.

3c illustriert ferner die Bildung eines Ähnlichkeitswertes zwischen dem mittleren nichtnormierten Sonarwert des Objektes und dem mittleren nichtnormierten Sonarwert des gespiegelten Objektes. Im vorliegenden Fall liegt ein hoher Ähnlichkeitswert vor, da die Differenz der mittleren nichtnormierten Sonarwerte niedrig liegt (hier 3,9, erhalten durch 78,7 minus 74,8) bezogen auf die absoluten Werte (hier 74,8 und 78,7). Im vorliegenden Fall erfolgt eine Zuordnung des Objekts als Scheinziel, da der Ähnlichkeitswert hoch liegt. Ansonsten würde es sich um ein Ziel handeln. 3c further illustrates the formation of a similarity value between the mean non-normalized sonar value of the object and the mean non-normalized sonar value of the mirrored object. In the present case there is a high similarity value because the difference between the mean non-normalized sonar values is low (here 3.9, obtained by 78.7 minus 74.8) relative to the absolute values (here 74.8 and 78.7). In the present case, the object is classified as a dummy target because the similarity value is high. Otherwise it would be a goal.

Die 3d illustriert, dass im Anschluss eine erfolgte Zuordnung des Objekts als Scheinziel mit normierten Sonardaten überprüft wird. Denn zufällig könnten zu überprüfendes Objekt und gebildetes gespiegeltes Objekt ähnliche nichtnormierte Sonarwerte aufweisen. Zunächst erfolgt hierzu eine Berechnung des mittleren normierten Sonarwertes des Objektes 60 aus den normierten Sonarwerten seiner Datenpunkte. Die normierten Sonarwerte seiner Datenpunkte betragen wie dargestellt 4, 5, 5, 6, 7, und 5. Hieraus ergibt sich ein mittlerer normierter Sonarwert des Objektes 60 von 5,5. Es folgt eine Berechnung des mittleren normierten Sonarwertes des gespiegelten Objektes 60' aus den normierten Sonarwerten seiner Datenpunkte. Aus den Sonarwerten 3, 2, 4, 3, 4 und 4 folgt ein mittlerer normierter Sonarwert von 3,3. Nun bildet man einen Übereinstimmungswert zwischen dem mittleren normierten Sonarwert des Objektes 60 und dem mittleren normierten Sonarwert des gespiegelten Objektes 60'. Im vorliegenden Fall liegt ein niedriger Übereinstimmungswert vor, da die Differenz (hier 2,2, erhalten durch 5,5 minus 3,3) hoch bezüglich der absoluten Werte (hier 3,3 und 5,5) liegt. Daher wird die vorangegangene Zuordnung des Objekts als Scheinziel nicht beibehalten. Vielmehr erfolgt eine korrigierte Zuordnung des Objekts als ein Ziel.The 3d illustrates that subsequently a successful assignment of the object as a dummy target with standardized sonar data is checked. By chance, the object to be checked and the mirrored object formed could have similar non-normalized sonar values. First, this is done by calculating the average normalized sonar value of the object 60 from the normalized sonar values of its data points. The normalized sonar values of its data points are as shown 4, 5, 5, 6, 7, and 5. This results in a mean normalized sonar value of the object 60 from 5.5. This is followed by a calculation of the average normalized sonar value of the mirrored object 60 ' from the normalized sonar values of its data points. The sonar values 3, 2, 4, 3, 4 and 4 are followed by a mean normalized sonar value of 3.3. Now you form a match value between the mean normalized sonar value of the object 60 and the mean normalized sonar value of the mirrored object 60 ' , In the present case, there is a low match value since the difference (here 2.2, obtained by 5.5 minus 3.3) is high relative to the absolute values (here 3.3 and 5.5). Therefore, the previous assignment of the object as a dummy is not preserved. Rather, there is a corrected assignment of the object as a target.

Mit dem zuvor dargestellten Verfahren erreicht man, dass man ein Sonarbild mit Meeresbodenreflexionskreisen 11, 12 und -kreisbögen 13a, 13b um die überflüssigen Scheinkontakte bereinigt darstellen kann. Scheinziele werden erkannt und gelöscht, wogegen wahre Ziele mit einer hohen Wahrscheinlichkeit erkannt werden, selbst wenn sich ein Ziel, wie in 1 und 2 am Beispiel des Objektes 20 illustriert, in einem Abstand eines Vielfaches der Wassertiefe befindet.With the method described above, one achieves that one is a sonar image with seabed reflection circles 11 . 12 and circular arcs 13a . 13b to be able to display the superfluous sham contacts cleaned up. Pseudo targets are detected and deleted, whereas true targets are detected with a high probability, even if a target, as in 1 and 2 on the example of the object 20 illustrated, located at a distance of a multiple of the water depth.

Die 4 illustriert im unteren Block 50 den zeitlichen Ablauf, wie Objekte als Nichtziele oder Scheinziele eingestuft werden. Wie 4 zeigt, wird zuerst überprüft, ob ein Objekt in einer Konvergenzzone liegt. Wenn ja, dann erfolgt eine Einstufung des Objekts als ein Ziel, weil in der Konvergenzzone die im Verfahren ausgenutzte Symmetrie nicht gilt. In 2 ist die Konvergenzzone eingezeichnet. Die Konvergenzzone ist gemäß dem Beispiel in 2 ein Ring mit einem Innenradius r_i von 55 km und einem Außenradius r_a von 60 km. Wie 4 ebenso zeigt, werden zunächst die mittleren nichtnormierten Sonarwerte verglichen, um Objekte als Bestandteile von Meeresbodenreflexionskreisen 11, 12 und -kreisbögen 13a, 13b zu identifizieren oder nicht. Erkannte Scheinziele werden dann nochmal mit den normierten Sonarwerten auf Richtigkeit der Zuordnung überprüft.The 4 illustrated in the lower block 50 the timing of how objects are classified as non-targets or fictitious targets. As 4 shows, it first checks if an object is in a convergence zone. If so, the object is classified as a target because the symmetry exploited in the process does not apply in the convergence zone. In 2 the convergence zone is drawn. The convergence zone is according to the example in 2 a ring with an inner radius r _i of 55 km and an outer radius r _a of 60 km. As 4 also shows, the mean non-normalized sonar values are first compared to objects as components of seabed reflection circles 11 . 12 and circular arcs 13a . 13b to identify or not. Detected decoys are then checked again with the normalized sonar values for the correctness of the assignment.

Das Verfahren gemäß den Einzelschritten, wie sie in den 3a bis 3d und im Block 50 der 4 illustriert sind, wird von einem Sonar-Computer ausgeführt, der einen Computerspeicher aufweist. Im Computerspeicher ist ein Computerprogramm abgespeichert.The method according to the individual steps, as described in the 3a to 3d and in the block 50 of the 4 are executed by a sonar computer having a computer memory. A computer program is stored in the computer memory.

Zur Implementierung des vorgenannten Computerprogramms in den Computerspeicher dient ein Programmcode, der in einem computerlesbaren Medium abgespeichert ist. Das computerlesbare Medium ist Teil eines Computerprogrammprodukts.To implement the aforementioned computer program in the computer memory is a program code, which is stored in a computer-readable medium. The computer readable medium is part of a computer program product.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11, 1211, 12: MeeresbodenreflexionskreiseSeabed reflection circles
13a, 13b13a, 13b: MeeresbodenreflexionkreisbögenSeabed reflection arcs
2020: Objekt, das ein Ziel istObject that is a target
r₁ r ₁: Entfernung des Objekts 20 Distance of the object 20
ϕ₁ φ ₁: Winkel des Objekts 20 zur Symmetrieachse SyAngle of the object 20 to the symmetry axis Sy
Sysy: Symmetrieachseaxis of symmetry
2121: Sonareinrichtung mit HydofonanordnungSonar device with hydroforming
2222: MeeresbodenSeabed
2323: Wasseroberflächewater surface
4040: oberer Block in der Ablaufskizze nach 4 upper block in the flow chart after 4
5050: unterer Block in der Ablaufskizze nach 4 lower block in the flow chart 4
60, 60'60, 60 ': zu untersuchendes Objekt und sein gespiegeltes Objektobject to be examined and its mirrored object
7070: Konvergenzzoneconvergence zone
r_i _i: Innenradiusinner radius
r_a r _a: Außenradiusouter radius

Claims

A method for processing sonar data of a solder period, comprising: a. the sonar data is correlated and directional with respect to a transmit signal, b. the sonar data are from a hydrophone arrangement with a right-left distinction with respect to an axis of symmetry (Sy), c. the sonar data includes data points where each data point is addressed by an angle value and a distance value and has an unnormalized sonar value, i. the steps of the method comprise the following individual steps: e. Normalization of the non-normalized sonar values of the data points to obtain normalized sonar values, f. Applying a thresholding method to the normalized sonar values of the data points to obtain echo data points, g. Formation of objects ( 60 ) from contiguous echo data points, characterized by the steps: h. Check if an object ( 60 ) is a sham target resulting from single or multiple reflection from the seabed or water surface with a nearly vertical angle of incidence on the hydrophone assembly, with the steps of: i. Calculation of a mean non-normalized sonar value of the object ( 60 ) from the non-normalized sonar values of its data points, j. Determination of an object mirrored to the symmetry axis (Sy) ( 60 ' ), k. Calculation of a Mean Unnormalized Sonar Value of the Mirrored Object ( 60 ' ) from the non-normalized sonar values of its data points, l. Formation of a similarity value between the mean non-normalized sonar value of the object ( 60 ) and the mean non-normalized sonar value of the mirrored object ( 60 ' ), m. Assignment of the object ( 60 ) as a dummy target if the similarity value is high or otherwise as a target.

A method according to claim 1, characterized in that following step m. of claim 1, a successful assignment of the object ( 60 ) is checked as a dummy with the following steps: a. Calculation of an average normalized sonar value of the object ( 60 ) from the normalized sonar values of its data points, b. Calculation of an average normalized sonar value of the mirrored object ( 60 ' ) from the normalized sonar values of its data points, c. Formation of a match value between the mean normalized sonar value of the object ( 60 ) and the mean normalized sonar value of the mirrored object ( 60 ' ), d. Maintaining the assignment of the object ( 60 ) as a dummy target if there is a high match value, and otherwise assignment of the object ( 60 ) as a goal.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that following step g. a step verification takes place if the object ( 60 ) in a convergence zone ( 70 ) and if so, that then a classification of the object ( 60 ) as a target, and if not, that the method with step h. is continued.

A sonar computer having a computer memory in which is stored a computer program adapted to perform the method of any of claims 1 to 3 when the computer program is run on the sonar computer.

A computer program product comprising a computer readable medium comprising program code for implementing a computer program into a computer memory of a sonar computer, such that the computer program is adapted to carry out the method of any one of claims 1 to 3 when the computer program is run on the computer Sonar computer is running.