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Verwandte Anmeldungen
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Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der Koreanischen Patentanmeldungen Nr.
10-2012-0124700 , eingereicht am 6. November 2012, und Nr.
10-2013-0120307 , eingereicht am 10. Oktober 2013, welche durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden, als ob sie vollständig hierin angegeben wären.
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik für Ortung von Zielsignalen, die auf Breitband vorhanden sind, unter Verwendung eines Antennen-Arrays, und insbesondere eine Technik für Ortung, die geeignet ist, die Ortungsgenauigkeit durch eine Analyse von Ortungssignalen zu verbessern.
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Hintergrund der Erfindung
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Die Technik, Funksignale zu orten, kann man je nach dem Umfang von simultaner Ortung grob in eine Breitband-Ortungstechnik und eine Schmalband-Ortungstechnik unterteilen.
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Schmalbandortung ist eine Einzelortungstechnik, die in einem schmalen Frequenzband benutzt wird, in dem nur ein interessierendes Signal vorhanden ist, und hat eine hervorragende Ortungsgenauigkeit. Die Breitbandortung ist eine Technik, die in einem breiten Frequenzband benutzt wird, in dem eine Anzahl von schmalbandigen interessierenden Signalen vorhanden sind, um die in dem Breitband vorhandenen Signale zu erkennen, und hat eine schlechte Ortungsgenauigkeit verglichen mit der Schmalband-Ortungstechnik. Die Breitband-Ortungstechnik kann jedoch ein breiteres Band in einem einzelnen System abdecken und wird daher im Wesentlichen auf dem Gebiet der automatischen Überwachung von Funkwellen benutzt.
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Ein Problem bei sowohl den Breitband- als auch den Schmalband-Ortungstechniken ist eine verminderte Genauigkeit der Ortung, wenn die Signalstärke eines Zielsystems schwach ist oder eine Ortungszeit kürzer als eine Zeit für vollständige Ortung ist. Detaillierte Gründe, weshalb die Genauigkeit der Ortungen kleiner wird, können zwar unterschiedlich sein, doch wird das Problem möglicherweise allgemein durch Umgebungsfaktoren, dass die Signale nicht richtig erkannt oder extrahiert werden können, verursacht.
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Auf dem Gebiet der gebräuchlichen Drahtloskommunikation hat man zur Lösung des Problems ein Verfahren der digitalen Strahlenbündelung von Signalen eingeführt, die von einem Antennen-Array empfangen werden, um räumliche Interferenz zu beseitigen, die sich auf das empfangene Signal auswirkt. Dieses Verfahren hat hinsichtlich der Richtungserkennung den Vorteil, die räumliche Interferenz des Zielsignals zu vermindern, doch hat es noch eine technische Beschränkung bei der Verbesserung der Basisleistung bei der Ortung zum Erkennen der Richtung einer Signalquelle, die aus der unbestimmten Richtung entstammt.
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Die
EP 1 573 352 B1 beschreibt ein System zur Unterstützung der Erkennung und Verfolgung von Breitbandsignalen, die an einer Antennengruppe über eine breite Detektionsbandbreite und in einer überfüllten RF-Umgebung empfangen werden. Um eine ausreichende Frequenz-/Zeitauflösung zu gewährleisten und eine Überlastung des Arrays im Detektionsprozess zu vermeiden, werden die digitalisierten Breitband-Streaming-Daten frequenzkanalisiert, wobei eine ausreichend hohe Überprüfungsrate für den interessierenden Signalsatz verwendet wird, die durch die erforderliche Genauigkeit der Merkmalserkennung oder die Anpassungsraten der Umgebung eingeschränkt ist.
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Die
US 2007 / 0 285 315 A1 beschreibt Array-Sensoren wie Radar-, Sonar- und Kommunikationsempfänger-Arrays, die Geometrie-Phasenkomponenten von abgestrahlten Wellenfronten, die mit den interessierenden Signalen verbunden sind, nutzt, um den Bandbreitenbedarf für die DOA- und Strahlformungsverarbeitung zu reduzieren. Zusätzlich wird die Geometriephase ausgenutzt, um die Auflösung eines Arrays effektiv zu erhöhen, ohne die Größe seiner physikalischen Grundfläche oder die Anzahl der Arrayelemente zu verändern.
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Kurze Darstellung der Erfindung
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Im Hinblick auf das Obige stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren für Funkortung bereit, die im Stande sind, die Analyseleistung und die Ortungsgenauigkeit zu verbessern, indem mehrere Raumteilungssignale erkannt werden, die durch eine Methode der digitalen Strahlenbündelung erhalten werden, und Informationen, die bei der Ortung zu benutzen sind, durch Voranalyse bereitgestellt werden.
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Gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung für Funkortung bereitgestellt, welche umfasst: einen Empfänger, der dafür eingerichtet ist, Zielsignale zu empfangen, die der Ortung von Signalquellen zu unterziehen sind, welche von einem Antennen-Array erfasst werden; einen Kanalprofilierer, der dafür eingerichtet ist, Profile der durch den Empfänger empfangenen Zielsignale zu erzeugen; einen Voranalysierer, der dafür eingerichtet ist, auf Basis der Profile, die von dem Kanalprofilierer erzeugt werden, die Breitband-Zielsignale präemptiv in einem Schmalband zu verarbeiten, um voranalysierte Informationen für die Breitband-Zielsignale zu erzeugen; und eine Ortungseinrichtung, die dafür eingerichtet ist, unter Verwendung der voranalysierten Informationen und der Profilierer der Zielsignale die Ortung an den Signalquellen durchzuführen.
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Die Vorrichtung umfasst weiterhin: einen Nachanalysierer, der dafür eingerichtet ist, unter Verwendung der resultierenden Ortung der Ortungseinrichtung eine Nachanalyse der Zielsignale zu verarbeiten.
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In der Ausführungsform umfasst der Kanalprofilierer: einen Raumkanalteiler, der dafür eingerichtet ist, unter Verwendung der Breitbandsignale für jede Antenne des Antennen-Arrays Raumkanäle auszubilden; einen Einzelraum-Kanalprofilierer, der dafür eingerichtet ist, die Raumkanäle zu analysieren, um Signalinformationen zu extrahieren; und einen Nach-Kanalprofilierer, der dafür eingerichtet ist, die Signalinformationen zu sammeln, um die Profile der Zielsignale zu erzeugen.
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In einer Ausführungsform ist der Raumkanalteiler dafür eingerichtet, einen digitalen Strahlenbündelungsalgorithmus auf die Zielsignale anzuwenden und dadurch die Raumkanäle auszubilden.
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In einer Ausführungsform ist der digitale Strahlenbündelungsalgorithmus dafür eingerichtet, eine bestimmte Richtung der Zielsignale zu erkennen.
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In einer Ausführungsform umfasst die Ortungseinrichtung: einen Schmalband-Kanalisierer, der dafür eingerichtet ist, unter Verwendung der voranalysierten Informationen und der Profile der Zielsignale Schmalbandkanäle zu extrahieren; und einen Ortungsausführer, der dafür eingerichtet ist, unter Verwendung eines Schmalband-Array-Antennensignals der extrahierten Schmalbandkanäle die Ortung an den Zielsignalen durchzuführen.
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In einer Ausführungsform umfasst die Ortungseinrichtung weiterhin einen Schmalband-Kanalextrahierer, der dafür eingerichtet ist, unter Verwendung der Schmalbandkanäle und der resultierenden Ortung, die von dem Ortungsausführer gewonnen werden, Schmalbandkanäle zu extrahieren, die ein vorbestimmtes Zielsignal aufweisen.
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In einer Ausführungsform ist der Schmalband-Kanalisierer dafür eingerichtet, eine Verzögerungszeit zu erzeugen, um die voranalysierten Informationen zu erfassen.
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In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für Funkortung in einer Vorrichtung für Funkortung bereitgestellt, welche umfasst: Zielsignale zu empfangen, die der Ortung von Signalquellen zu unterziehen sind, welche von einem Antennen-Array erfasst werden; Profile der empfangenen Zielsignale zu erzeugen; auf Basis der Profile, die erzeugt werden, die Breitband-Zielsignale präemptiv in einem Schmalband zu verarbeiten, um voranalysierte Informationen für die Breitband-Zielsignale zu erzeugen; und unter Verwendung der voranalysierten Informationen und der Profile der Zielsignale die Ortung an den Signalquellen durchzuführen.
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Das Verfahren umfasst weiterhin: unter Verwendung der resultierenden Ortung der Signalquelle eine Nachanalyse der Zielsignale zu verarbeiten.
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In einer Ausführungsform umfasst das Erzeugen von Profilen der empfangenen Zielsignale: unter Verwendung der Breitbandsignale für jede Antenne des Antennen-Arrays Raumkanäle auszubilden; die Raumkanäle zu analysieren, um Signalinformationen zu extrahieren; und die Signalinformationen zu sammeln, um die Profile der Zielsignale zu erzeugen.
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In einer Ausführungsform umfasst das Ausbilden der Raumkanäle: einen digitalen Strahlenbündelungsalgorithmus auf die Zielsignale anzuwenden und dadurch die Raumkanäle auszubilden.
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In einer Ausführungsform wird der digitale Strahlenbündelungsalgorithmus dafür benutzt, eine bestimmte Richtung der Zielsignale zu erkennen.
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In einer Ausführungsform umfasst das Durchführen der Ortung an den Signalquellen: unter Verwendung der voranalysierten Informationen und der Profile der Zielsignale Schmalbandkanäle zu extrahieren; und unter Verwendung eines Schmalband-Array-Antennensignals der extrahierten Schmalbandkanäle die Ortung an den Zielsignalen durchzuführen.
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In einer Ausführungsform umfasst das Durchführen der Ortung an den Signalquellen weiterhin: unter Verwendung der Schmalbandkanäle und der resultierenden Ortung Schmalbandkanäle zu extrahieren, die ein vorbestimmtes Zielsignal aufweisen.
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In einer Ausführungsform umfasst das Extrahieren der Schmalbandkanäle, eine Verzögerungszeit zu erzeugen, um die voranalysierten Informationen zu erfassen.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Genauigkeit der Ortung zu verbessern, indem präzise Informationen, die für Ortung erforderlich sind, durch Raumteilung und Voranalyse der Zielsignale präemptiv extrahiert werden. Weiterhin ist es möglich, die Genauigkeit der Überwachung auf dem Gebiet der automatischen Überwachung von Funkwellen zu verbessern, indem die Zielsignale auf Basis der resultierenden Ortung durch deren mehrstufige Analyse analysiert und extrahiert werden.
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Figurenliste
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Die obigen und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen zusammen mit den begleitenden Zeichnungen, in denen:
- 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung für Funkortung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
- 2 ein detailliertes Blockdiagramm des in 1 gezeigten Kanalprofilierers ist;
- 3 eine Methode der digitalen Strahlenbündelung veranschaulicht, die auf eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird; und
- 4 ein detailliertes Blockdiagramm der in 1 gezeigten Ortungseinrichtung ist.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
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Die Vorteile und Merkmale der exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie Verfahren zu deren Durchführung ergeben sich deutlich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen zusammen mit den begleitenden Zeichnungen. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und kann in mannigfachen Formen realisiert werden. Man beachte, dass die Ausführungsformen bereitgestellt werden, um eine vollständige Offenbarung zu schaffen, und sie erlauben es dem Fachmann auch, den vollständigen Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verstehen. Daher wird die vorliegende Erfindung nur durch den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche definiert. Überall in den Zeichnungen beziehen sich ähnliche Bezugszeichen auf die gleichen oder ähnliche Elemente.
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In der folgenden Beschreibung werden bekannte Funktionen oder Beschaffenheiten nicht im Detail beschrieben, falls sie die Ausführungsformen der Erfindung unnötigerweise verschleiern würden. Weiterhin sind die nachfolgend zu beschreibenden Terminologien in Anbetracht der Funktionen bei der Erfindung definiert und können in Abhängigkeit von der Absicht oder Praxis eines Benutzers oder Bedieners variieren. Dementsprechend kann die Definition auf Basis des Inhalts in der ganzen Beschreibung getroffen werden.
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Überdies können die jeweiligen Blöcke oder die jeweiligen Abfolgen in den beigefügten Zeichnungen Module, Segmente oder einige Codes, die mindestens eine ausführbare Anweisung zum Ausführen einer oder mehrerer bestimmter Logikfunktionen enthalten, anzeigen. In mehreren alternativen Ausführungsformen ist zu beachten, dass die in den Blöcken oder den Abfolgen beschriebenen Funktionen in anderer Reihenfolge ablaufen können. Zum Beispiel können zwei aufeinander folgende Blöcke und Abfolgen in Übereinstimmung mit entsprechenden Funktionen im Wesentlichen gleichzeitig oder oft in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden.
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Ehe die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, wird wie folgt eine Beschreibung einer Funkortung gegeben, die man grob in eine SchmalbandOrtung und eine Breitband-Ortung unterteilt.
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Auf dem Gebiet der automatischen Überwachung von Funkwellen ist es erforderlich, ein System zur Überwachung eines weiten Gebietes statt eines einfachen Systems oder billigen Systems zu benutzen, das heißt, es wird hauptsächlich eine Breitband-Ortungstechnik benutzt, da sie zur gleichzeitigen Ortung einer Vielzahl von interessierenden Signalen im Stande ist, um dadurch die Breitbandsignale wirksam zu überwachen.
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Die Breitband-Ortungstechnik besitzt jedoch möglicherweise eine verminderte Ortungsgenauigkeit, falls die Signalstärke des interessierenden Signals schwach ist oder die Analysezeit kürzer als eine Analysezeiteinheit ist. Überdies kann die Breitband-Ortungstechnik analysierte Informationen von Signalen, die für die Ortung im Voraus erforderlich sind, nicht ausreichend sicherstellen, was in einer Verschlechterung der Leistung der Ortung selbst resultiert.
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Daher soll die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Funkortungstechnik vorschlagen, um die oben angegebenen Nachteile zu beheben.
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
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1 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung für Funkortung von Funksignalen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche ein Antennen-Array 100, einen Empfänger 200, einen Kanalprofilierer 300, einen Voranalysierer 400, eine Ortungseinrichtung 500 und einen Nachanalysierer 600 enthält.
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Unter Bezugnahme auf 1 führt das Antennen-Array 100 eine Ortung an sich bewegenden Zielen durch, das heißt, an Breitband-Signalquellen, die der Ortung zu unterziehen sind. Beispiel für das Antennen-Array 100 können ein Linear-Antennen-Array, ein Planar-Antennen-Array und dergleichen umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt.
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Der Empfänger 200 dient dazu, die von dem Antennen-Arrays 100 erfassten Breitband-Zielsignale zu empfangen, und gibt die empfangenen Breitband-Zielsignale sowohl an den Kanalprofilierer 300 als auch die Ortungseinrichtung 500 weiter.
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Der Kanalprofilierer 300 ist dafür verantwortlich, Breitband-Zielsignalprofile für die Breitband-Zielsignale zu erzeugen, die durch den Empfänger 200 empfangen werden.
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2 ist ein detailliertes Blockdiagramm des in 1 gezeigten Kanalprofilierers 300, welcher einen Raumkanalteiler 302, einen Einzelraum-Kanalprofilierer 304 und einen Nach-Kanalprofilierer 306 enthält.
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Unter Bezugnahme auf 2 verarbeitet der Raumkanalteiler 302 die Breitband-Zielsignale für jedes Antennenelement in dem Antennen-Array 100, um Raumkanäle auszubilden.
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Der Einzelraum-Kanalprofilierer 304 analysiert die jeweiligen Raumkanäle, die von dem Raumkanalteilers 302 ausgebildet werden, um Signalinformationen zu extrahieren, die für die Ortung erforderlich sind.
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Der Nach-Kanalprofilierer 306 sammelt die von dem Einzelraum-Kanalprofilierer 304 extrahierten Signalinformationen, um Profile für sämtliche Zielsignale zu erzeugen. Die von dem Nach-Kanalprofilierer 306 bereitgestellten Profile für die Zielsignale können Signaleigenschaften wie z. B. eine Zeit, eine Frequenz, Rauminformationen, eine Art, ein statistisches Merkmal, eine Form und dergleichen eines jeden Zielsignals enthalten.
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Wie in 3 gezeigt, bildet der Raumkanalteiler 302 unterdessen mehrere Strahlenbündel unter Verwendung eines digitalen Strahlenbündelungsalgorithmus in Abhängigkeit von einem Auflösungsvermögen des Antennen-Arrays 100.
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Wie in 3 veranschaulicht, können die jeweiligen Strahlenbündel einander überlappen, und die Forminformationen der Strahlenbündel, die von dem Raumkanalteiler 302 erzeugt werden, werden mit dem Nach-Kanalprofilierer 306 gemeinsam genutzt, so dass sie in dem Prozess des Erzeugens der Profile der Zielsignale durch den Nach-Kanalprofilierer 306 widergespiegelt werden können.
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Unter nochmaliger Bezugnahme auf 3 verarbeitet der Voranalysierer 400 auf Basis der Profilierer, die von dem Kanalprofilierer 300 erzeugt werden, die Breitbandsignale präemptiv in einem Schmalband, um voranalysierte Informationen für die Breitband-Zielsignale zu erzeugen.
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Insbesondere voranalysiert der Voranalysierer 400 die Breitband-Zielsignale auf einer Schmalband-Basis durch die Verwendung von Raumsignalen, woraus die Interferenz, die sich auf die Breitband-Zielsignale auswirkt, vermindert wird, um Informationen bereitzustellen, die für korrekte Durchführung der Ortung erforderlich sind, zum Beispiel eine Mittenfrequenz, eine Bandbreite, eine Daseinszeit, einen Daseinsraum, eine statistische Eigenschaft der Signalerkennung, ein signalspezifisches Merkmal und dergleichen.
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Im Laufe des Analysierens eines bestimmten Zielsignals kann der Voranalysierer 400 ein bestimmtes Zielsignal voranalysieren, um ein Modulationsschema zu klassifizieren oder um ein Modulationsmerkmal zu extrahieren, und die so klassifizierten und extrahierten Informationen können bei der Ortung durch die Ortungseinrichtung 500 benutzt werden.
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Außerdem werden die Profile der Zielsignale vom Kanalprofilierer 300 im Voranalysierer 400 benutzt und dann mit den für die Ortung durch die Ortungseinrichtung 500 erforderlichen Informationen gesammelt.
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4 ist ein detailliertes Blockdiagramm der Ortungseinrichtung 500, welche einen Schmalband-Kanalisierer 502, einen Ortungsausführer 504 und einen Schmalband-Kanalextrahierer 506 enthält.
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Der Schmalband-Kanalisierer 502 dient dazu, unter Verwendung der Profilinformationen und der voranalysierten Informationen über die Breitband-Zielsignale präzise Schmalbandkanäle, die Schmalband-Array-Antennensignale aufweisen, aus den vom Empfänger 200 bereitgestellten Breitband-Zielsignalen zu extrahieren. Beim Extrahieren der Schmalbandkanäle erzeugt der Schmalband-Kanalisierer 502 eine Verzögerungszeit, die erforderlich ist, um die voranalysierten Informationen zu erfassen. Weiterhin kann der Schmalband-Kanalisierer 502 im Stande sein, unter Verwendung der Raumkanäle der Breitband-Zielsignale getrennte Schmalbandkanäle mit einer guten Signalgüte zu extrahieren.
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Der Ortungsausführer 504 führt unter Verwendung der Schmalband-Array-Antennensignale, die vom Schmalband-Kanalisierer 502 extrahiert werden, die Ortung an den Breitband-Zielsignalen durch. In diesem Fall gibt es keine besondere Einschränkung an dem Ortungsalgorithmus. Der Ortungsalgorithmus ist dem Fachmann bekannt, und daher wird dessen Beschreibung zwecks Einfachheit der Beschreibung weggelassen.
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Der Schmalband-Kanalextrahierer 506 extrahiert die Schmalbandkanäle, die vorgegebene Zielsignale aufweisen, unter Verwendung der Schmalband-Array-Antennensignale der Schmalbandkanäle aus dem Schmalband-Kanalisierer 502 und der Resultate der vom Ortungsausführer 504 durchgeführten Ortung. Zum Beispiel kann der Schmalband-Kanalextrahierer 506 die Eigenschaften der Schmalbandkanäle analysieren, um Schmalbandkanäle mit einer guten Signalgüte zu extrahieren, während die Strahlenbündel in eine Richtung gelenkt werden, in der die Schmalbandsignale maximale Gewinne ergeben, oder die Strahlenbündel moduliert werden.
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Der Nachanalysierer 600 verarbeitet die Resultate der Ortung und die extrahierten präzisen Schmalbandkanäle, die von der Ortungseinrichtung 500 gewonnen werden, um eine abschließende Analyse durchzuführen. Zum Beispiel kann die abschließende Analyse unter Verwendung der Profile, voranalysierten Resultate und der Ortungsresultate geleistet werden. Die Nachanalyse auf Basis der Ortung ermöglicht sogar die Analyse eines einzelnen Zielsignals, das aus einer Vielzahl von Schmalbandsignalen zusammengesetzt ist, durch Analysieren der präzisen Schmalband-Zielsignalkanäle und schwachen Breitbandsignale.
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Wie oben dargelegt, extrahiert die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung präemptiv präzise Informationen, die für Ortung erforderlich sind, durch Raumteilung und Voranalyse der Zielsignale, wodurch die Genauigkeit der Ortung verbessert wird. Weiterhin analysiert und extrahiert die Ausführungsform die Zielsignale auf Basis der resultierenden Ortung durch deren mehrstufige Analyse, wodurch die Genauigkeit der Überwachung auf dem Gebiet der automatischen Überwachung von Funkwellen verbessert wird.
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Obwohl die Erfindung in Bezug auf die Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht drauf beschränkt. Der Fachmann erkennt, dass man verschiedene Änderungen und Modifizierungen vornehmen kann, ohne den Schutzbereich der Erfindung, wie in den folgenden Patentansprüchen definiert, zu verlassen.
