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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Peilen mindestens einer Unterwasser-Schallquelle sowie eine Unterwasser-Antenne, welche dazu ausgestaltet ist, ein solches Verfahren durchzuführen.
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Zum Peilen einer Unterwasser-Schallquelle wird häufig ein Beamforming durchgeführt. Das klassische Beamforming wird in vielen Anwendungen auf einer Linearantenne mit einer horizontalen Abfolge von Hydrophonen durchgeführt. Die Linearantenne wird rechnerisch in n_h verschiedene horizontale Haupt-Blickrichtungen (Vorzugs-Richtungen) verschwenkt, beispielsweise n_h gleich 200. Festgestellt wird, in welchen Haupt-Blickrichtungen Unterwasser-Schallquellen liegen (Peilungen). Auch auf einer zylinderförmigen Antenne lässt sich ein Beamforming durchführen.
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Eine Flächenantenne, beispielsweise das Expanded Flank Array Sonar, hat N übereinander angeordnete horizontale Abfolgen (Reihen) von Hydrophonen. Die Begriffe „horizontal“ und „vertikal“ beziehen sich auf die reguläre Schwimmlage eines Unterwasserfahrzeugs, welches die Unterwasser-Antenne trägt. Dadurch lässt die Flächenantenne sich nicht nur in die n_h horizontalen, sondern zusätzlich in n_v verschiedene vertikale Haupt-Blickrichtungen verschwenken, beispielsweise n_v = 20. Somit lässt sich zusätzlich zum horizontalen Beamforming ein vertikales Beamforming durchführen.
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Durch das vertikale Beamforming lässt sich die vertikale Schalleinfallsrichtung des Schalls, der von einer Schallquelle stammt, bestimmen. Hieraus lässt sich ableiten, ob die Schallquelle auf der Wasseroberfläche schwimmt oder von einem getauchten Fahrzeug oder sonstigen Gegenstand unterhalb der Wasseroberfläche stammt, sowie näherungsweise die Tauchtiefe der Schallquelle. Außerdem lassen sich dank der Flächenantenne mit größerer Sicherheit die folgenden beiden Situationen voneinander unterscheiden:
- - Schallwellen von derselben Schallquelle erreichen auf unterschiedlichen Wegen die Unterwasser-Antenne, beispielsweise auf einem direkten Wege und auf mindestens einem Weg, bei der die Schallwellen an der Wasseroberfläche und / oder an eine Schicht im Wasser oder am Gewässerboden reflektiert werden (Mehrwege-Ausbreitung).
- - Schallwellen von verschiedenen Schallquellen erreichen die Unterwasser-Antenne.
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Rechnerisch kann die Flächenantenne in insgesamt n_h * n_v verschiedene Haupt-Blickrichtungen verschwenkt werden. Jedoch steht an Bord eines Unterwasserfahrzeugs nur eine begrenzte Rechenkapazität zur Verfügung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum automatischen Peilen mindestens einer Unterwasser-Schallquelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bereitzustellen, bei dem die Peilung mit einer ausreichend geringen Fehlerrate und einer ausreichend hohen Abtastrate durchgeführt werden kann und welches mit der an Bord eines Unterwasserfahrzeugs verfügbaren Rechenkapazität auskommen kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
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Durch das Verfahren wird automatisch mindestens eine Unterwasser-Schallquelle gepeilt - oder festgestellt, dass es aktuell keine detektierbare Unterwasser-Schallquelle gibt. Das Verfahren wird mit einer Unterwasser-Antenne durchgeführt. Diese Unterwasser-Antenne umfasst mindestens drei Unterwasser Empfänger. Diese drei Unterwasser-Schallempfänger definieren eine Ebene, d.h. sie liegen nicht auf derselben Linie, sondern definieren eindeutig die Eckpunkte eines Dreiecks.
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Bei dem Peilverfahren wird zunächst eine Grobpeilung durchgeführt. Diese Grobpeilung liefert m verschiedene grobe Schalleinfallsrichtungen P(1), ..., P(m). Anschließend wird für jede grobe Schalleinfallsrichtung P(k) (k = 1,..., m), die bei der Grobpeilung ermittelt wurde, jeweils eine Feinpeilung durchgeführt. Falls bei der Grobpeilung keine grobe Schalleinfallsrichtung ermittelt wurde, falls also m = 0 ist, so wird keine Feinpeilung durchgeführt.
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Bei der Grobpeilung wird mindestens eine Abfolge von Unterwasser-Schallempfängern der Unterwasser-Antenne verwendet.
Vorgegeben wird eine Referenz-Ebene. Jede grobe Schalleinfallsrichtung P(k), die bei einer Grobverbreitung ermittelt wird, ist eine Projektion einer Schalleinfallsrichtung in dieser Referenz-Ebene.
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Für jede Feinpeilung werden jeweils mindestens drei Unterwasser-Schallempfänger, die nicht auf einer Linie liegen, sondern eine Ebene festlegen, verwendet. Die Feinpeilung für die grobe Schalleinfallsrichtung P(k) wird auf bestimmte mögliche Schalleinfallsrichtungen beschränkt, nämlich auf solche Schalleinfallsrichtungen, deren Projektionen in die Referenz-Ebene von der groben Schalleinfallsrichtungen P(k) um nicht mehr als einen vorgegebenen Maximal-Winkel abweichen.
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Bei der Feinpeilung für die grobe Schalleinfallsrichtung P(k) wird mindestens eine tatsächliche Schalleinfallsrichtung ermittelt. Die Projektion dieser tatsächlichen Schalleinfallsrichtung in die Referenz-Ebene ist idealerweise gleich der groben Schalleinfallsrichtung P(k).
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Dank der Erfindung lassen sich die oben beschriebenen Vorteile einer Flächenantenne über einer linearen Antenne weiter nutzen. Insbesondere ist es möglich, sowohl die vertikale als auch die horizontale Schalleinfallsrichtung des Schalls von einer Schallquelle zu bestimmen. Die Tauchtiefe einer Schallquelle lässt sich mit einer Flächenantenne genauer bestimmen, und die beiden oben beschriebenen Situationen (Mehrwege-Ausbreitung von einer Schallquelle oder verschiedene Schallquellen) lassen sich mit größerer Sicherheit voneinander unterscheiden.
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Lösungsgemäß wird bei jedem Peilvorgang eine Grobpeilung und bei Bedarf mindestens eine Feinpeilung durchgeführt, nämlich die Feinpeilung dann, wenn bei der Grobpeilung mindestens eine grobe Schalleinfallsrichtung ermittelt wurde, also wenn m größer oder gleich 1 ist. Die Grobpeilung lässt sich auch als eine Panorama-Erfassung bezeichnen und liefert m Peilungen, also m grobe Schalleinfallsrichtungen (Peilungen) P(1), ..., P(m), in denen vermutlich jeweils mindestens eine Unterwasser-Schallquelle liegt. Für jede grobe Schalleinfallsrichtung P(k) wird dann jeweils eine Feinpeilung durchgeführt.
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Die Erfindung ermöglicht es, die Vorteile einer Flächenantenne zu nutzen und dennoch mit der an Bord eines Unterwasserfahrzeugs verfügbaren Rechenkapazität auszukommen. Falls hingegen in jede mögliche Schalleinfallsrichtung eine Feinpeilung durchgeführt werden würde, so würde die verfügbare Rechenkapazität in der Regel nicht ausreichen, um in ausreichend kurzer Zeit ein Ergebnis zu liefern.
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Die dank der Erfindung lediglich benötigte reduzierte Rechenkapazität wird an einem Beispiel erläutert. In diesem Beispiel werden sowohl für die Grobpeilung als auch für die Feinpeilung jeweils mehrere Haupt-Blickrichtungen vorgegeben, und für jede Haupt-Blickrichtung wird zu jedem Abtast-Zeitpunkt ein Beamforming-Vorgang durchgeführt.
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In diesem Beispiel ist die vorgegebene Referenz-Ebene horizontal angeordnet. Für die Grobpeilung werden n_h Haupt-Blickrichtungen in der horizontalen Referenz-Ebene vorgegeben. Außerdem werden n_v Haupt-Blickrichtungen in einer Ebene, die senkrecht auf der Referenz-Ebene steht, vorgegeben. Somit gibt es n_h * n_v mögliche Kombinationen von jeweils einer horizontalen mit einer vertikalen Haupt-Blickrichtung. Beispielsweise ist n_h = 200 und n_v = 20, also gibt es n_h * n_v = 4.000 mögliche Kombinationen. Daher lassen sich theoretisch zu jedem Abtastzeitpunkt n_h * n_v Beamforming-Vorgänge durchführen, wobei sich jeder Beamforming-Vorgang auf eine Kombination aus einer Haupt-Blickrichtung in der horizontalen Referenz-Ebene und einer Haupt-Blickrichtung in der vertikalen Ebene bezieht. Ein Verfahren, bei dem alle theoretisch möglichen n_h * n_v Beamforming-Vorgänge tatsächlich durchgeführt werden, wird im Folgenden als ein Komplett-Verfahren bezeichnet.
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Die Anzahl der beim Komplett-Verfahren erforderlichen Rechenschritte übersteigt aber bei einer ausreichend hohen Abtastrate in der Regel die Rechenkapazität, die an Bord eines Unterwasserfahrzeugs verfügbar ist. Daher ist es in der Regel nicht möglich, mit einer ausreichend hohen Abtastrate das Komplett-Verfahren durchzuführen. In der Regel ist es nicht möglich oder wenigstens nicht gewünscht, die Rechenkapazität zu erhöhen oder die Abtastrate zu verringern.
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Dank der Erfindung wird die Anzahl der Beamforming-Vorgänge, die bei einem Abtast-Zeitpunkt durchgeführt werden, deutlich reduziert. Die Grobpeilung erfordert n_h Beamforming-Vorgänge. Möglich ist, für die Grobpeilung nur ein Teil der Unterwasser-Schallempfänger zu verwenden, beispielsweise nur eine Abfolge von Schallempfängern, und nicht alle Schallempfänger. Dieser Vorteil resultiert vor allem daraus, dass die Grobpeilung sich auf Schalleinfallsrichtungen in der Referenzebene bezieht. Möglich ist auch, auch für die Grobpeilung alle Unterwasser-Schallempfänger oder wenigstens Unterwasser-Schallempfängern von mehreren Abfolgen zu verwenden, um stärkere Signale zu halten. Auch in diesem Falle bezieht sich die Grobpeilung auf Schalleinfallsrichtungen in der Referenzebene.
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Beispielhaft werden bei jeder Feinpeilung alle n_v Haupt Blickrichtungen in der senkrechten Ebene und nur ein Anteil n_h/M der insgesamt n_h Haupt-Blickrichtungen in der Referenz-Ebene ausgewählt und verwendet, und somit sind bei jeder Feinpeilung n_h/M * n_v Beamforming-Vorgänge durchzuführen. Weil die Grobpeilung m grobe Schalleinfallsrichtungen liefert, sind bei der Grobpeilung und den nachfolgenden m Feinpeilungen insgesamt n_h + m * n_h/M * n_v Beamforming-Vorgänge durchzuführen. Falls beispielhaft bei jeder Grobpeilung durchschnittlich m = 4 verschiedene Schalleinfallsrichtungen gefunden werden, n_v = 20 verschiedene vertikale Haupt-Blickrichtungen verwendet werden und bei jeder Feinpeilung jeweils 1/M = 1/20 aller n_h horizontalen Haupt-Blickrichtungen in der Referenz-Ebene verwendet werden, so sind insgesamt 200 + 4 * 200/20 * 20 = 1.000 anstelle der beim Komplett-Verfahren durchgeführten 4.000 Beamforming-Vorgänge durchzuführen.
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Trotz dieser deutlichen Reduzierung der benötigten Rechenkapazität wird in der Regel jede Unterwasser-Schallquelle entdeckt, die auch bei einem Komplett-Verfahren entdeckt werden würde. Denn jede Schallquelle führt bei der Grobpeilung zu mindestens einer groben Schalleinfallsrichtung P(k). Bei der Feinpeilung für diese grobe Schalleinfallsrichtung P(k) wird diese Schallquelle genauer gepeilt. Fällen erreicht die an Bord eines Unterwasserfahrzeugs vorhandene Rechenkapazität aus, um das lösungsgemäße Verfahren mit einer ausreichend großen Abtastrate und ausreichend geringen Fehlerrate durchzuführen.
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Nachfolgend sind das erfindungsgemäße Verfahren und die lösungsgemäße Unterwasser-Antenne anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 schematisch eine Flächenantenne in einer Blickrichtung, die senkrecht auf der Fläche der Flächenantenne steht;
- 2 schematisch eine zylinderförmige Antenne;
- 3 schematisch acht Kombinationen von jeweils einer horizontalen und einer vertikalen Haupt-Blickrichtung in der Betrachtungsrichtung von 1;
- 4 drei horizontale Haupt-Blickrichtungen und die Wellenfront von eintreffenden Schallwellen in einer Betrachtungsrichtung von oben und parallel zur Fläche der Flächenantenne;
- 5 zwei Grobpeilungen sowie der jeweilige Bereich von horizontalen Haupt-Blickrichtungen in der Betrachtungsrichtung von 4;
- 6 die Kombinationen von jeweils einer horizontalen und einem vertikalen Haupt-Blickrichtung bei einer Feinpeilung, wobei die Betrachtungsrichtung im Vergleich zu der von 3 leicht nach unten gedreht ist;
- 7 den Trichter, in dem die Haupt-Blickrichtungen im Beispiel von 6 liegen.
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Im Ausführungsbeispiel wird die Erfindung für eine Unterwasser-Antenne eingesetzt, welche zu einem bemannten Unterseeboot (U-Boot) gehört. Das U-Boot besitzt einen Druckkörper mit einem hohlen Inneren, in dem die Besatzungsmitglieder sich aufhalten, sowie einen Turm. 1 zeigt eine Flächenantenne, die an einer Seite des U-Boots montiert ist. Das U-Boot besitzt mindestens zwei solche Flächenantennen, eine ist auf der Backbord-Seite und eine auf der Steuerbord-Seite des Druckkörpers montiert. 2 zeigt eine zylinderförmige Antenne, die beispielsweise im vom Wasser durchfluteten Bereich des Bugs oder auch am Turm des U-Boots montiert ist.
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Sowohl die Flächenantenne von 1 als auch die zylinderförmige Antenne von 2 besitzt jeweils N Reihen R(1), ..., R(N) mit jeweils mehreren Unterwasser-Schallempfängern, wobei N größer oder gleich zwei ist. Bei einer üblichen Schwimmlage des U-Boots sind diese N Reihen horizontal übereinander angeordnet. Jede Reihe R(i) (i=1,..., N) besitzt im Ausführungsbeispiel jeweils M Unterwasser-Schallempfänger, wobei M größer oder gleich zwei ist, so dass insgesamt M Spalten S(1),..., S(M) von Unterwasser-Schallempfängern gebildet werden. Möglich ist auch, dass eine Reihe mehr Unterwasser-Schallempfänger als eine andere Reihe besitzt.
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Zwischen zwei benachbarten Unterwasser-Schallempfängern i.l und i.l+1 einer Reihe R(i) tritt ein Abstand d auf (i=1,...,N; I=1, ... , M-1). Im Ausführungsbeispiel ist dieser Abstand für alle Unterwasser-Schallempfänger gleich.
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In der gezeigten Ausführungsform werden M übereinander angeordnete Unterwasser-Schallempfänger von einem Träger getragen. Die M übereinander angeordneten Unterwasser-Schallempfänger an einem Träger sind elektrisch zusammengeschaltet, so dass ein so genannter Stave gebildet wird. In 1 und 2 wird mit i.l der Unterwasser-Schallempfängern in der Reihe R(i) und der Spalte S(I) bezeichnet (i=1,...,N; l=1, ... , M). Mit St.l wird der Träger (Stave) in der Spalte S(I) bezeichnet (l=1,...,M)).
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Jeder Unterwasser-Schallempfänger i.l (i=1,...,N; l=1, ... , M) umfasst bevorzugt ein Hydrophon und vermag abhängig von auftreffenden Unterwasser-Schallwellen elektrische oder optische Signale zu erzeugen. Eine nicht gezeigte Auswerteeinheit der Unterwasser-Antenne vermag die Signale von den N*M Unterwasser-Schallempfängern automatisch zu verarbeiten und dadurch beispielsweise die Richtung und Entfernung zu einer räumlich entfernten Unterwasser-Schallquelle zu bestimmen.
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Lösungsgemäß werden n_h Haupt-Blickrichtungen (Vorzugs-Richtungen) in einer Referenz-Ebene Ref vorgegeben. Im Ausführungsbeispiel ist diese Referenz-Ebene Ref bei einer normalen Schwimmlage des U-Boots waagerecht angeordnet. Möglich ist aber auch, dass die Referenz-Ebene Ref schräg angeordnet ist. Außerdem werden n_v Haupt-Blickrichtungen in einer Ebene E_s, die senkrecht auf der Referenz-Ebene Ref steht und beispielsweise vertikal angeordnet ist, vorgegeben. Die Referenz-Ebene Ref steht senkrecht auf der Zeichenebene von 1, die senkrechte Ebene E_s steht ebenfalls senkrecht auf der Zeichenebene von 1. Im Ausführungsbeispiel beträgt n_h = 200 und n_v = 20.
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3 zeigt schematisch acht Kombinationen von jeweils einer horizontalen und einer vertikalen Haupt-Blickrichtung in der Betrachtungsrichtung von 1. Gezeigt wird eine Spalte mit M Unterwasser-Schallempfängern. Sowohl die Referenz-Ebene Ref als auch die senkrechte Ebene E_s stehen senkrecht auf der Zeichenebene von 3. Beispielhaft wird die Kombination aus der horizontalen Haupt-Blickrichtung Nr. 150 und der vertikalen Haupt-Blickrichtung Nr. 15 gezeigt (mit HB_h.150, HB_v.15 bezeichnet, zeigt nach links oben). Insgesamt gibt es n_h * n_v = 200 * 20 = 4.000 mögliche Kombinationen einer horizontalen mit einer vertikalen Haupt-Blickrichtung.
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4 zeigt drei horizontale Haupt-Blickrichtungen HB_h.1, HB_h.100 und HB_h.200 und die Wellen-Richtung WR von eintreffenden Schallwellen in einer Betrachtungsrichtung von oben und parallel zur Fläche der Flächenantenne. Die Referenzebene Ref liegt in der Zeichenebene von 4. Die kugelförmige Ausbreitung der Schallwellen wird hier vernachlässigt. Die Unterwasser-Schallempfänger der dritten Reihe R(3) erstrecken sich entlang einer Längsachse LA, die in der Zeichenebene von 4 liegt. Die Haupt-Blickrichtung HB_h.100 steht annähernd senkrecht auf der Längsachse LA. Zwischen der querab angeordneten Haupt-Blickrichtung HB_h.100 und der Wellen-Richtung WR tritt ein Winkel Θ auf. Dieser Winkel Θ tritt auch zwischen der als Linie angenommenen Wellenfront WF und der Längsachse LA auf.
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Das im Folgenden beschriebene Verfahren wird für jeden Abtastzeitpunkt erneut durchgeführt.
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Bei diesem Verfahren wird zunächst eine Grobpeilung durchgeführt. Im Ausführungsbeispiel werden für die Grobpeilung alle M Unterwasser-Schallempfänger einer Reihe R(i1) oder alle 2*M Unterwasser-Schallempfänger von zwei Reihen R(i1) und R(i2) verwendet. Die Anzahl n_g beträgt also 1 oder 2. In dem in 4 gezeigten Beispiel wird für eine Peilung ausschließlich die dritte Reihe R(3) verwendet. Bei dieser Grobpeilung mit einer Reihe von Unterwasser-Schallempfängern wird ein klassisches Beamforming für eine Linearantenne durchgeführt, bei welcher die Unterwasser-Schallempfänger der verwendeten dritten Reihe R(3) nacheinander elektronisch in jede horizontale Haupt-Blickrichtung HB_h.1,..., HB_h.200 verschwenkt wird. Wie in 4 zu sehen ist, beträgt der Laufzeitunterschied, mit denen die Wellenfront WF zwei benachbarte Unterwasser-Schallempfänger 3.1 und 3.1+1 der Reihe R(3) erreicht, d * sin(Θ) / c, wobei c die Geschwindigkeit ist, mit der sich die Wellenfront WF im Wasser fortpflanzt. In einem Summations-Netzwerk der Auswerteeinheit werden diese Laufzeitunterschiede kompensiert, beispielsweise indem jedes Signal vom Unterwasser-Schallempfänger 3.l um den Betrag d * (M-l) * sin(Θ) / c zeitverzögert wird.
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Falls für die Grobpeilung zwei verschiedene Reihen R(i1) und R(i2) von Unterwasser-Schallempfängern verwendet werden, so werden die Signale von zwei benachbarten Unterwasser-Schallempfängern i1.l und i2.l dieser beiden Reihen gemittelt.
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Durch die Grobpeilung werden m grobe Schalleinfallsrichtungen P(1), ..., P(m) ermittelt. Jede grobe Schalleinfallsrichtung P(i) ist eine horizontale Haupt-Blickrichtung und eine Projektion der tatsächlichen Schalleinfallsrichtung auf die Referenz-Ebene Ref, und zwar in einer Projektionsrichtung senkrecht auf der Referenz-Ebene Ref. 5 zeigt in der Betrachtungsrichtung von 4 beispielhaft m = 2 grobe Schalleinfallsrichtungen, nämlich P(1) der horizontalen Haupt-Blickrichtung HB_h.40 und P(2) der horizontalen Haupt-Blickrichtung HB_h.160, die bei einer Grobpeilung ermittelt wurden. Die Referenz-Ebene Ref liegt in den Zeichenebenen von 4 und 5. Weiterhin zeigt 5 die beiden Schallquellen Sq(1) und Sq(2), welche diese beiden groben Schalleinfallsrichtungen P(1) und P(2) hervorrufen.
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Falls die Grobpeilung zu einem Abtastzeitpunkt keine grobe Schalleinfallsrichtung erbracht hat, falls also m gleich Null ist, so wird für diesen Abtastzeitpunkt keine Feinpeilung durchgeführt, denn es gibt aktuell keine detektierbare Schallquelle. Ansonsten wird für jede grobe Schalleinfallsrichtung P(k) (k=1,...,m) jeweils eine Feinpeilung durchgeführt, insgesamt also m Feinpeilungen. Im Ausführungsbeispiel werden für eine Feinpeilung alle n_v vertikalen Haupt-Blickrichtungen verwendet. Außerdem werden diejenigen horizontalen Haupt Blickrichtungen verwendet, die von der groben Schalleinfallsrichtung P(k) um nicht mehr als einen vorgegebenen Maximal-Winkel α(k) abweichen. Dieser Maximal-Winkel α(k) kann von einer Eigenschaft der groben Schalleinfallsrichtung P(k) abhängen, beispielsweise von dem Winkel der groben Schalleinfallsrichtung P(k) zur Längsachse LA oder von der Schallintensität oder von einer zeitlichen Veränderung dieser groben Schalleinfallsrichtung P(k). Der Maximalwinkel kann auch für jede grobe Schalleinfallsrichtung P(k) gleich sein. Bei einer Feinpeilung werden also n_h(k) verschiedene horizontale Haupt-Blickrichtungen verwendet.
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Die Feinpeilung wird mit mehreren 2D-Haupt-Blickrichtungen durchgeführt. Jede verwendete 2D-Haupt-Blickrichtung ist eine Kombination aus einer horizontalen und einer vertikalen Haupt-Blickrichtung.
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5 veranschaulicht, dass für die erste grobe Schalleinfallsrichtung P(1) = HB_h.40 alle horizontalen Haupt-Blickrichtungen HB_h.37 bis HB_h.43 verwendet werden, also n_h(1) = 7. Für die zweite grobe Schalleinfallsrichtung P(2) = HB_h.160 werden alle horizontalen Haupt-Blickrichtungen HB_h.146 bis HB_h.154 verwendet, also n_h(2) = 9 > n_h(1). 5 zeigt weiterhin die beiden Maximal-Winkel α(1) und α(2) > α(1).
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Die 2D-Haupt-Blickrichtungen, die für eine Feinpeilung verwendet werden, bilden im Ausführungsbeispiel einen Trichter um die grobe Schalleinfallsrichtung P(k). In einer Ausgestaltung werden für eine Feinpeilung alle möglichen Kombinationen aus einer vertikalen Haupt-Blickrichtung und einer ausgewählten und verwendeten horizontalen Haupt-Blickrichtung verwendet, also insgesamt n_v * n_h(k) verschiedene 2D-Haupt-Blickrichtungen.
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6 und 7 zeigen eine Ausgestaltung, bei der weniger Haupt-Blickrichtungen verwendet werden. Das gezeigte Beispiel bezieht sich auf die erste grobe Schalleinfallsrichtung P(1) = HB_h.40. Die Betrachtungsrichtung von 6 und 7 ist leicht nach unten gegenüber der Betrachtungsrichtung von 3 gedreht.
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In 6 wird ein Rechteck R gezeigt, welches senkrecht auf der Referenz-Ebene Ref steht und parallel zur senkrechten Ebene E_s ist. Dieses Rechteck R steht auch senkrecht auf einer 2D-Haupt-Blickrichtung, die durch eine Kombination aus der groben Schalleinfallsrichtung P(1) = HB_h.40 und der mittleren vertikalen Haupt-Blickrichtung HB_v.10 entsteht und die in dieser Feinpeilung verwendet wird. Außerdem werden vier weitere 2D-Haupt-Blickrichtungen gezeigt, die zu den vier Ecken dieses Rechteck R laufen. Jede 2D-Haupt-Blickrichtung, die in diesem Beispiel für die Feinpeilung für die erste grobe Schalleinfallsrichtung P(1) verwendet wird verläuft ebenfalls durch dieses Rechteck R, hat also
- - eine horizontale Haupt-Blickrichtung zwischen den beiden begrenzenden horizontalen Haupt-Blickrichtungen HB_h.35 und HB_h.45 und
- - eine vertikale Haupt-Blickrichtung zwischen den beiden begrenzenden vertikalen Haupt-Blickrichtungen HB_v.1 und HB_v.20.
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Verwendet werden demnach nicht alle möglichen Kombinationen aus einer horizontalen Haupt-Blickrichtung zwischen HB_h.35 und HB_h.45 mit einer vertikalen Haupt-Blickrichtung zwischen HB_v.1 und HB_v.20, sondern nur diejenigen 2D-Haupt-Blickrichtungen, die durch dieses Rechteck R verlaufen also nur etwa halb so viele Kombinationen. 7 zeigt den entstehenden Trichter Tr, der in der Flächenantenne beginnt, sich von der Flächenantenne weg erweitert und eine rechteckige Querschnittsfläche R aufweist. Selbstverständlich sind auch andere Ausgestaltungen möglich, um die 2D-Haupt-Blickrichtungen für eine Feinpeilung festzulegen.
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Bei der Feinpeilung wird ein zweidimensionales Beamforming mit den ausgewählten 2D-Haupt-Blickrichtungen durchgeführt. Dieses Beamforming ist ein zweidimensionales, weil jede verwendete 2D-Haupt-Blickrichtung eine Kombination einer horizontalen mit einer vertikalen Haupt-Blickrichtung ist.
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Bezugszeichenliste
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- α(k)
- Maximal-Winkel zwischen einer groben Schalleinfallsrichtung P(k) und einer horizontalen Haupt-Blickrichtung, die bei der Feinpeilung für diese grobe Schalleinfallsrichtung P(k) verwendet wird (k=1,...,m).
- E_s
- Ebene, die senkrecht auf der Referenz-Ebene Ref steht, wobei die vertikalen Haupt-Blickrichtungen HB_v.1, HB_v.2, ... sich auf diese senkrechte Ebene E_s beziehen
- d
- Abstand zwischen zwei benachbarten Unterwasser-Schallempfängern i.l und i.l+ 1 der Reihe R(i) (i=1,...,N, j=1,...,M-1)
- HB_h.1, HB_h.2,
- horizontale Haupt-Blickrichtungen, beziehen sich auf die horizontale Referenz-Ebene Ref
- HB_v.1, HB_v.2,
- vertikale Haupt-Blickrichtungen, beziehen sich auf die senkrechte Ebene E_s
- i.1, i.2, ..., i.M
- Unterwasser-Schallempfänger der Reihe R(i) (i=1,...,N)
- m
- Anzahl der grobe Schalleinfallsrichtungen
- M
- Anzahl von Unterwasser-Schallempfängern der Reihe R(i) (i=1,...,N)
- N
- Anzahl der Reihen R(i) von Unterwasser-Schallempfängern
- P(k)
- grobe Schalleinfallsrichtung (k=1,...,m), die eine Feinpeilung durchgeführt wird
- R(i)
- Reihe mit M Unterwasser-Schallempfängern i.1, i.2, ..., i.M (i=1,...,N)
- Ref
- horizontale Referenz-Ebene, auf die sich die horizontalen Haupt-Blickrichtungen HB_h.1, HB_h.2, ... beziehen
- S(j)
- Spalte mit N Unterwasser-Schallempfängern 1.j, 2.j, ..., N.j (j=1,...,M)
- Sq(k)
- Schallquelle, welche die grobe Schalleinfallsrichtung P(k) (k=1,...,m) verursacht
- St(j)
- Träger (Stave), der die N Unterwasser-Schallempfänger 1.j, 2.j, ..., N.j der Spalte S(j) trägt (j=1,...,M)
- θ
- Winkel zwischen der Wellenfront WF und der Längsachse LA der Antenne, zugleich Winkel zwischen der Wellen-Richtung WR und der querab angeordneten horizontalen Haupt-Blickrichtung HB_h.100
- Tr
- Trichter, indem die bei einer Feinpeilung verwendete Haupt-Blickrichtungen liegen
- WF
- als linearer angenommene Wellenfront einer auftreffenden Unterwasser-Schallwelle
- WR
- Wellen-Richtung der Wellenfront WF
