DE102019212771A1

DE102019212771A1 - Device and method for determining a target direction of an object in underwater sound signals from a plurality of directions

Info

Publication number: DE102019212771A1
Application number: DE102019212771.1A
Authority: DE
Inventors: Claas Grenzebach; Ralf Michael Meyer
Original assignee: ThyssenKrupp AG; Atlas Elektronik GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 2019-08-26
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2021-03-04

Abstract

Es ist eine Vorrichtung 30 zur Bestimmung einer Zielrichtung eines Objekts in Unterwasserschallsignalen aus einer Vielzahl von Richtungen gezeigt. Die Vorrichtung weist einem Spitzenwertdetektor 40, eine Gruppiereinheit 42 und eine Detektionseinheit 44 auf. Der Spitzenwertdetektor ist ausgebildet, für Frequenzen in Spektren der Unterwasserschallsignale lokale Maxima 51 in Bezug auf die Vielzahl von Richtungen zu bestimmen. Die Gruppiereinheit 42 ist ausgebildet, für einen Richtungsabschnitt der Vielzahl von Richtungen die lokalen Maxima einer Gruppe zuzuordnen, wenn ein Auswahlkriterium erfüllt ist. Die Detektionseinheit 44 ist ausgebildet, für die Gruppe eine Zielrichtung zu bestimmen, die die Zielrichtung des Objekts ist.A device 30 for determining a target direction of an object in underwater sound signals from a plurality of directions is shown. The device has a peak value detector 40, a grouping unit 42 and a detection unit 44. The peak value detector is designed to determine local maxima 51 in relation to the plurality of directions for frequencies in spectra of the underwater sound signals. The grouping unit 42 is designed to assign the local maxima of a group for a direction section of the plurality of directions if a selection criterion is met. The detection unit 44 is designed to determine a target direction for the group, which is the target direction of the object.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und Verfahren zur Verarbeitung von in einer Vielzahl von Richtungen aufgenommenen Unterwasserschallsignalen zur Detektion von Zielen in den Unterwasserschallsignalen. Ferner ist ein Ortungssignalempfänger mit der Vorrichtung gezeigt.The invention relates to a device and a method for processing underwater sound signals recorded in a plurality of directions in order to detect targets in the underwater sound signals. A location signal receiver with the device is also shown.

Konventionelle Ortungssysteme, die keine frequenzselektive sondern eine energiebasierte Auswertung der Unterwasserschallsignale zur Peilung der Ziele verwenden, weisen typischerweise bei eng beieinanderliegenden Zielen oder Zielkreuzungen Peilungsfehler sowie eine schlechte Zieltrennung auf. Frequenzselektive Ortungssysteme weisen bei höheren Frequenzen eine gute Zieltrennung auf, bei niedrigeren Frequenzen wird die Zieltrennung jedoch deutlich schlechter.Conventional positioning systems, which do not use a frequency-selective but an energy-based evaluation of the underwater sound signals for bearing the targets, typically have bearing errors and poor target separation in the case of targets or target crossings that are close together. Frequency-selective location systems show good target separation at higher frequencies, but target separation becomes significantly worse at lower frequencies.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Konzept zur Detektion von Unterwasserobjekten zu schaffen.The object of the present invention is therefore to create an improved concept for the detection of underwater objects.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.The object is achieved by the subject matter of the independent claims. Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Ausführungsbeispiele zeigen eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Zielrichtung eines Objekts in Unterwasserschallsignalen, insbesondere deren Spektrum. Die Vorrichtung wird auch als Signalprozessor oder Signalverarbeitungseinheit bezeichnet. Die Unterwasserschallsignale stammen aus einer Vielzahl von Richtungen und werden typischerweise durch Richtungsbildung (Beamforming) berechnet. Die Vorrichtung weist einen Spitzenwertdetektor, eine Gruppiereinheit und eine Detektionseinheit auf. Sie dient insgesamt dazu, eine Zielrichtung zu bestimmen, die die Zielrichtung des Objekts ist. Die Bestimmung der Zielrichtung wird auch als Peilung bezeichnet. Die Dauer, die die Signalverarbeitungseinheit benötigt, um die Unterwasserschallsignale einmal für jede Richtung der Vielzahl der Richtungen zu verarbeiten, wird als ein Zeitschlitz bezeichnet. Die Dauer wird typischerweise durch die Zeit bestimmt, die die Richtungsbildung benötigt, um die empfangenen Ausgangssignale der Unterwasserempfänger zu einem Unterwasserschallsignal zu vereinen.Exemplary embodiments show a device for determining a target direction of an object in underwater sound signals, in particular their spectrum. The device is also referred to as a signal processor or signal processing unit. The underwater sound signals come from a large number of directions and are typically calculated by direction formation (beamforming). The device has a peak value detector, a grouping unit and a detection unit. Overall, it serves to determine a target direction, which is the target direction of the object. The determination of the target direction is also known as a bearing. The time required for the signal processing unit to process the underwater sound signals once for each direction of the plurality of directions is referred to as a time slot. The duration is typically determined by the time it takes for the direction formation to combine the received output signals of the underwater receivers into an underwater sound signal.

Das Objekt erzeugt durch Eigengeräusche oder durch Reflexion von Fremdgeräuschen, z.B. Sonarpulsen, Ausschläge in den Amplituden der Unterwasserschallsignale. Ein Unterwasserschallsignal, das beispielsweise mittels Richtungsbildung aus der Richtung des Objekts aufgenommen worden ist, erzeugt dann den größten Ausschlag in der Amplitude. In anderen Richtungen nimmt die Größe des Ausschlags der Amplitude ab. Diese Maxima, also den größten Ausschlag der Amplitude der Unterwasserschallsignale, detektiert der Spitzenwertdetektor.The object generates fluctuations in the amplitudes of the underwater sound signals through its own noises or through the reflection of extraneous noises, e.g. sonar pulses. An underwater sound signal that has been recorded from the direction of the object, for example by means of direction formation, then generates the greatest deflection in amplitude. In other directions the magnitude of the amplitude deflection decreases. The peak value detector detects these maxima, i.e. the greatest amplitude of the underwater sound signals.

Zunächst kann der Spitzenwertdetektor ausgebildet sein, die lokalen Maxima in einem Zeitschlitz über der Vielzahl der Richtungen zu bestimmen. Wird die Bestimmung der Zielrichtung des Objekts über eine Abfolge von Zeitschlitzen durchgeführt, ist eine Verfolgung des Objekts möglich. Kreuzen sich bei der Verfolgung zweier Objekte die Routen beider Objekte, d.h. liegen die Objekte von dem Wasserfahrzeug gesehen zu einem Zeitpunkt in der gleichen Richtung, handelt es sich um eine Zielkreuzung. Genau in dem Kreuzungsmoment erscheinen beide Objekte für das Wasserfahrzeug als ein einziges Objekt, wobei diese Verschmelzung bereits vor dem genauen Kreuzungsmoment eintritt. Abhängig von der Genauigkeit der Peilung der Objekte sind diese auch dann noch zu unterscheiden, wenn diese eng beieinanderliegen, oder die beiden Objekte verschmelzen bereits bei einem größeren Abstand zueinander, wenn die Peilung der Objekte ungenau ist.First of all, the peak value detector can be designed to determine the local maxima in a time slot over the multiplicity of directions. If the target direction of the object is determined using a sequence of time slots, the object can be tracked. If the routes of both objects intersect when tracking two objects, i.e. if the objects are in the same direction as seen from the watercraft at one point in time, this is a target intersection. Exactly at the moment of intersection, both objects appear to the watercraft as a single object, this merging already occurring before the exact moment of intersection. Depending on the accuracy of the bearing of the objects, they can also be distinguished if they are close together, or the two objects already merge at a greater distance from one another if the bearing of the objects is imprecise.

Die Idee der vorliegenden Erfindung liegt darin begründet, die Verarbeitung der Unterwasserschallsignale für verschiedene Frequenzen separat durchzuführen und dabei Frequenzen, die keine Information hinsichtlich der Zielrichtung beitragen, auszusortieren. Dadurch wird das Signal-Rausch-Verhältnis und beispielsweise die Zieltrennung im Vergleich zu der reinen energiebasierten Peilung, bei der keine frequenzselektive Verarbeitung der Unterwasserschallsignale erfolgt, verbessert. Ferner werden durch die Bestimmung der Zielrichtung fehlerhafte Richtungen, die insbesondere in tiefen Frequenzen der frequenzselektiven Ortung auftreten, nicht oder zumindest weniger stark berücksichtigt als bei Mitnahme aller Frequenzen der frequenzselektiven Ortung.The idea of the present invention is based on carrying out the processing of the underwater sound signals for different frequencies separately and thereby sorting out frequencies that do not contribute any information with regard to the target direction. This improves the signal-to-noise ratio and, for example, the target separation compared to the pure energy-based direction finding, in which no frequency-selective processing of the underwater sound signals takes place. Furthermore, by determining the target direction, incorrect directions, which occur in particular at low frequencies of frequency-selective location, are not taken into account, or at least to a lesser extent than when all frequencies of frequency-selective location are carried along.

Der Spitzenwertdetektor ist also ausgebildet, insbesondere in einem Zeitschlitz, für Frequenzen, insbesondere jede Frequenz der Spektren der Unterwasserschallsignale, lokale Maxima in Bezug auf die Vielzahl von Richtungen zu bestimmen. In anderen Worten kann der Spitzenwertdetektor im Frequenzspektrum der Unterwasserschallsignale pro Frequenz (und Zeitschlitz) Maxima bestimmen.The peak value detector is thus designed, in particular in a time slot, to determine local maxima in relation to the multiplicity of directions for frequencies, in particular each frequency of the spectra of the underwater sound signals. In other words, the peak value detector can determine maxima in the frequency spectrum of the underwater sound signals per frequency (and time slot).

Die Gruppiereinheit ist ausgebildet, für einen Richtungsabschnitt der Vielzahl von Richtungen die lokalen Maxima einer Gruppe zuzuordnen, wenn ein Auswahlkriterium erfüllt ist. Das heißt, die Vielzahl von Richtungen mit lokalen Maxima können in Gruppen zusammengefasst werden, so dass im Idealfall für jedes Objekt um das Wasserfahrzeug herum, das Geräusche aussendet oder reflektiert, die laut genug sind um in den Unterwasserschallsignalen detektiert werden zu können, eine Gruppe vorliegt.The grouping unit is designed to assign the local maxima of a group for a direction section of the plurality of directions if a selection criterion is met. This means that the multitude of directions with local maxima can be combined in groups, so that in the ideal case there is a group for every object around the watercraft that emits or reflects noises that are loud enough to be detected in the underwater sound signals .

Die Maxima eines Objekts können jedoch für verschiedene Frequenzen in unterschiedlichen, typischerweise aneinander angrenzenden, Richtungen liegen. Grund dafür ist beispielsweise, dass durch Rauschen eine Streuung der beobachteten Zielrichtung auftritt. Diese Streuung wirkt sich getrennt auf die einzelnen Frequenzen aus, was zu unterschiedlichen Richtungen der lokalen Maxima führt. Ferner ist der Kurvenverlauf, deren Maximum bestimmt wird, bei tiefen Frequenzen breiter als bei hohen Frequenzen, so dass der Einfluss des Rauschens bei tiefen Frequenzen größer ist als bei hohen Frequenzen. Dadurch kann die Zielrichtung des Objekts über mehrere Richtungen der Vielzahl von Richtungen verteilt sein. Diese mehreren Richtungen werden in einem Richtungsabschnitt zusammengefasst. Maxima in verschiedenen Frequenzen, die in diesem Richtungsabschnitt liegen, werden zu einer Gruppe zusammengefasst, wenn sie ein Auswahlkriterium erfüllen. Das Auswahlkriterium wird untenstehend näher erläutert. The maxima of an object can, however, lie in different, typically adjacent, directions for different frequencies. The reason for this is, for example, that the observed target direction is scattered due to noise. This scatter affects the individual frequencies separately, which leads to different directions of the local maxima. Furthermore, the course of the curve, the maximum of which is determined, is wider at low frequencies than at high frequencies, so that the influence of the noise is greater at low frequencies than at high frequencies. As a result, the target direction of the object can be distributed over several directions of the plurality of directions. These several directions are combined in a direction section. Maxima in different frequencies that lie in this directional section are combined into a group if they meet a selection criterion. The selection criterion is explained in more detail below.

In Ausführungsbeispielen ist die Gruppiereinheit demnach ausgebildet, die Vielzahl von Richtungen mit lokalen Maxima in Gruppen zusammenzufassen, wenn das Auswahlkriterium erfüllt ist, wobei eine Gruppe die Richtungen mit den lokalen Maxima eines Richtungsabschnitts umfasst.In exemplary embodiments, the grouping unit is accordingly designed to combine the plurality of directions with local maxima in groups when the selection criterion is met, a group comprising the directions with the local maxima of a direction segment.

Die Anzahl der Richtungen, die in dem Richtungsabschnitt liegen, ist vorteilhafterweise dynamisch und wird beispielsweise von der Gruppiereinheit bei einer Analyse der lokalen Maxima festgelegt. Für jede Richtung der Vielzahl von Richtungen wird gezählt, in wie vielen Frequenzen ein lokales Maximum vorliegt. Ausgangspunkt für die Gruppierung in Richtungsabschnitte ist dann jeweils die Richtung, in der über die Frequenzen hinweg die meisten lokalen Maxima gefunden worden sind. Diese Richtung und eine Anzahl benachbarter Richtungen wird dann zu einem Richtungsabschnitt zusammengefasst. Als Ausgangswert für die dynamische Anpassung oder als statische Anzahl der Richtungen pro Richtungsabschnitt werden beispielsweise 3, 5 oder 7 Richtungen gewählt. Die Zusammenfassung zu Richtungsabschnitten wird fortgesetzt, bis alle Richtungen einem Richtungsabschnitt zugeordnet sind. Eine Gruppe besteht dann aus allen lokalen Maxima eines Richtungsabschnitts. Für diese Gruppen wird dann abschließend in der Detektionseinheit noch eine einzelne Zielrichtung des Objekts bestimmt.The number of directions that lie in the directional section is advantageously dynamic and is determined, for example, by the grouping unit when analyzing the local maxima. For each direction of the multiplicity of directions, the number of frequencies in which a local maximum is present is counted. The starting point for grouping into directional segments is then the direction in which most of the local maxima have been found across the frequencies. This direction and a number of adjacent directions are then combined to form a direction segment. For example, 3, 5 or 7 directions are selected as the starting value for the dynamic adaptation or as the static number of directions per direction segment. The grouping into direction segments is continued until all directions are assigned to a direction segment. A group then consists of all local maxima of a directional section. A single target direction of the object is then finally determined for these groups in the detection unit.

In Ausführungsbeispielen ist die Gruppiereinheit ausgebildet, eine Anzahl der Maxima zu bestimmen in dem Richtungsabschnitt, insbesondere den Richtungsabschnitten, zu bestimmen und die Richtungen, für die als Auswahlkriterium die Anzahl der Maxima in dem Richtungsabschnitt, insbesondere pro Richtungsabschnitt, einen Schwellenwert übersteigt, dem Richtungsabschnitt bzw. den Richtungsabschnitten, zuzuordnen. Das heißt, nach der Bestimmung der Anzahl von Frequenzen, für die ein lokales Maximum vorliegt, werden nur die Richtungen einem Richtungsabschnitt zugeordnet, für die die Anzahl der Maxima einen Schwellenwert übersteigt.In exemplary embodiments, the grouping unit is designed to determine a number of maxima in the directional section, in particular the directional sections, and to determine the directions for which the number of maxima in the directional section, in particular per directional section, exceeds a threshold value as a selection criterion, the directional section or . to assign the directional sections. That is, after determining the number of frequencies for which a local maximum is present, only those directions are assigned to a directional section for which the number of maxima exceeds a threshold value.

Der Schwellenwert kann beispielsweise bei 10%, 20% oder 30% der Vielzahl der Frequenzen liegen. Ergibt sich jedoch für die lokalen Maxima einer Richtung keine Zugehörigkeit zu einer Gruppe, d.h. wird das Auswahlkriterium nicht erfüllt, werden die lokalen Maxima keiner Gruppe zugeordnet.The threshold value can be, for example, 10%, 20% or 30% of the plurality of frequencies. However, if the local maxima of a direction do not belong to a group, i.e. if the selection criterion is not met, the local maxima are not assigned to any group.

In Ausführungsbeispielen ist der Spitzenwertdetektor ausgebildet, die Verteilung der Anzahl von Frequenzen, für die ein lokales Maximum vorliegt, in einem Richtungsabschnitt als Auswahlkriterium zu ermitteln und zu benutzen. Insbesondere kann dabei nach minimalen Anzahlen der Frequenzen in der Verteilung gesucht werden. Die Gruppiereinheit kann dann den Richtungsabschnitt derart wählen, dass der Richtungsabschnitt die Richtungen der Vielzahl von Richtungen umfasst, die zwischen Minima, insbesondere zwei benachbarten Minima, der Verteilung liegen und eine Richtung, in der ein lokales Maximum liegt, einschließen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Verteilung der Anzahlen in jedem Richtungsabschnitt nur genau ein Maximum aufweist. Dies ist eine von einer Vielzahl von Option, die Anzahl der Richtungen pro Richtungsabschnitt, abhängig von den Spektren der Unterwasserschallsignale, dynamisch zu bestimmen.In exemplary embodiments, the peak value detector is designed to determine and use the distribution of the number of frequencies for which a local maximum is present in a directional section as a selection criterion. In particular, it is possible to search for a minimum number of frequencies in the distribution. The grouping unit can then select the directional section in such a way that the directional section comprises the directions of the multiplicity of directions that lie between minima, in particular two adjacent minima, of the distribution and include a direction in which a local maximum lies. In this way it can be ensured that the distribution of the numbers in each directional section only has exactly one maximum. This is one of a large number of options for dynamically determining the number of directions per direction segment, depending on the spectra of the underwater sound signals.

Weitere Ausführungsbeispiele zeigen, dass die Gruppiereinheit ausgebildet ist, das Auswahlkriterium nur dann als erfüllt anzusehen, wenn in einem Richtungsabschnitt eine Mindestanzahl an Frequenzen mit lokalen Maxima vorliegt. Dies ist insoweit vorteilhaft, als dass es damit möglich wird, selektiv nur Ziele zu erkennen, die in einem breiten Frequenzbereich Geräusche aussenden und/oder reflektieren, und die Erkennung schmalbandiger Ziele einer separaten anderen Verarbeitung zu überlassen. Dabei wird dann auch das Hintergrundrauschen reduziert, weil durch die statistische Verteilung der lokalen Maxima im Rauschen typischerweise nur wenige Maxima bei der gleichen Frequenz zur selben Zeit vorliegen. Das heißt, neben der Anzahl der Maxima pro Richtungsabschnitt kann die Tatsache, dass die Frequenzen in der Gruppe einen breiten Frequenzbereich abdecken, ein weiteres Kriterium für die Bildung einer Gruppe sein.Further exemplary embodiments show that the grouping unit is designed to regard the selection criterion as being met only when a minimum number of frequencies with local maxima is present in a directional section. This is advantageous insofar as it becomes possible to selectively only recognize targets which emit and / or reflect noises in a broad frequency range, and to leave the recognition of narrow-band targets to separate other processing. The background noise is then also reduced because, due to the statistical distribution of the local maxima in the noise, typically only a few maxima are present at the same frequency at the same time. This means that in addition to the number of maxima per directional section, the fact that the frequencies in the group cover a wide frequency range can be a further criterion for the formation of a group.

In Ausführungsbeispielen ist die Gruppiereinheit ausgebildet, für den Richtungsabschnitt eine weitere Gruppe von Maxima zu bilden, wenn eine der Frequenzen in dem Richtungsabschnitt in zwei Richtungen ein Maximum aufweist, wobei das Maximum in einer ersten der zwei Richtungen der Gruppe zugeordnet ist und das Maximum in einer zweiten der zwei Richtungen der weiteren Gruppe zugeordnet ist. Insbesondere kann die Gruppiereinheit alle aufgefundenen Maxima in Gruppen einordnen, sofern das Auswahlkriterium erfüllt ist. Jede Gruppe entspricht dann einem potentiellen Ziel (bzw. Objekt). Ferner kann die Gruppiereinheit ausgebildet sein, als weiteres Kriterium den Richtungsabschnitt derart zu wählen, dass pro Frequenz in der Gruppe nur ein lokales Maximum vorliegt. Weist ein Richtungsabschnitt (bzw. eine Gruppe) zwei Maxima für eine Frequenz auf, wird diese derart in mehrere, typischerweise in zwei, Gruppen getrennt, so dass jede Gruppe für jede Frequenz maximal ein Maximum aufweist.In exemplary embodiments, the grouping unit is designed to form a further group of maxima for the directional section if one of the frequencies in the directional section has a maximum in two directions, the maximum being assigned to the group in a first of the two directions and the maximum being assigned to the group second of two directions of the further group is assigned. In particular, the grouping unit can classify all maxima found in groups, provided the selection criterion is met. Each group then corresponds to a potential target (or object). Furthermore, the grouping unit can be designed to select the directional segment as a further criterion such that there is only one local maximum per frequency in the group. If a directional segment (or a group) has two maxima for a frequency, this is separated into several, typically two, groups so that each group has a maximum of one maximum for each frequency.

Weitere Ausführungsbeispiele zeigen die Detektionseinheit, die eine Additionseinheit aufweist, die ausgebildet ist, für die Frequenzen, die zumindest einmal in der Gruppe vertreten sind, einen Spektralwert für jede Richtung der Vielzahl von Richtungen, die in der Gruppe vertreten sind, zu bestimmen und die bestimmten Spektralwerte zu addieren um eine Zielabbildung zu erhalten. Die Zielabbildung ist ein Spektrum, das ausgewählte Frequenzen aufweist. Insbesondere weist die Zielabbildung für die Richtungsabschnitte, denen Gruppen zugeordnet sind, die Frequenzen auf, die in dem entsprechenden Richtungsabschnitt ein Maximum aufweisen. In anderen Worten werden die Frequenzen in den Gruppen jeweils zu dem Spektrum zusammengefasst, wobei die Frequenzen in den Gruppen die ausgewählten Frequenzen sind. Das Spektrum wird typischerweise durch Addition der ausgewählten Frequenzen gebildet. Ferner weist die Detektionseinheit einen weiteren Spitzenwertdetektor auf, der ausgebildet ist, in der Zielabbildung ein lokales Maximum aufzufinden, wobei eine Richtung, in der das lokale Maximum angeordnet ist, die Zielrichtung des Objekts ist. Das heißt, für die Gruppen wird basierend auf dem Spektrum mit den ausgewählten Frequenzen, die Zielrichtung des zugehörigen Objekts bestimmt. Alternativ kann die Zielrichtung des Objekts auch statt durch Summenbildung mittels anderer geeigneter Verfahren bestimmt werden, beispielsweise durch Mittelwertbildung über die Richtungen der Gruppe mit lokalem Maximum.Further exemplary embodiments show the detection unit which has an addition unit which is designed to determine a spectral value for each direction of the plurality of directions which are represented in the group for the frequencies which are represented at least once in the group, and which are determined Adding spectral values to get a target image. The target map is a spectrum that has selected frequencies. In particular, for the directional sections to which groups are assigned, the target mapping has the frequencies which have a maximum in the corresponding directional section. In other words, the frequencies in the groups are each combined to form the spectrum, the frequencies in the groups being the selected frequencies. The spectrum is typically formed by adding the selected frequencies. Furthermore, the detection unit has a further peak value detector which is designed to find a local maximum in the target image, a direction in which the local maximum is arranged being the target direction of the object. This means that the target direction of the associated object is determined for the groups based on the spectrum with the selected frequencies. Alternatively, the target direction of the object can also be determined by means of other suitable methods instead of summing, for example by averaging over the directions of the group with a local maximum.

In Ausführungsbeispielen weist die Vorrichtung eine Normierungseinheit auf, die ausgebildet ist, die Frequenzen des Spektrums der Unterwasserschallsignale (jeweils), typischerweise auf einen Rauschpegel in der Frequenz, zu normieren. Durch die Normierung pro Frequenzwerden die Nutzsignale, also insbesondere die Maxima, in den Frequenzen stärker berücksichtigt, in denen weniger Störgeräusche vorliegen. Somit wird das Signal-Rausch-Verhältnis, also das Verhältnis der mittleren Leistung des Nutzsignals zu der mittleren Leistung des Störsignals in der Zielabbildung im Vergleich zu einer gemeinsamen Normierung des Summensignals aller Frequenzen, verbessert. Der Rauschpegel ist beispielsweise der Median der Amplituden der Frequenzen über die Vielzahl der Richtungen oder ein geeignetes anderes Maß um das Hintergrundrauschen einer Frequenz zu bestimmen.In exemplary embodiments, the device has a normalization unit which is designed to normalize the frequencies of the spectrum of the underwater sound signals (in each case), typically to a noise level in frequency. Due to the normalization per frequency, the useful signals, i.e. in particular the maxima, are taken into account to a greater extent in the frequencies in which there is less interference. The signal-to-noise ratio, that is to say the ratio of the mean power of the useful signal to the mean power of the interference signal in the target image, is thus improved in comparison to a common normalization of the sum signal of all frequencies. The noise level is, for example, the median of the amplitudes of the frequencies over the multiplicity of directions or another suitable measure to determine the background noise of a frequency.

Ein lokales Maximum wird vorteilhafterweise nur dann angenommen, wenn die Amplitude des Maximums über einem Schwellenwert liegt. Der Schwellenwert kann insbesondere derart bemessen sein, dass sich die Amplitude deutlich von dem Hintergrundrauschen abhebt. Normiert auf das Hintergrundrauschen kann ein Maximum beispielsweise erst ab einem Wert von dem 1,05- oder 1,1 -fachen des Hintergrundrauschens angenommen werden.A local maximum is advantageously only assumed if the amplitude of the maximum is above a threshold value. The threshold value can in particular be dimensioned in such a way that the amplitude clearly stands out from the background noise. Normalized to the background noise, a maximum can only be assumed, for example, from a value of 1.05 or 1.1 times the background noise.

Spätestens wenn dann nur die Frequenzen pro Gruppe addiert werden, die ein lokales Maximum in Zielrichtung aufweisen, wird darüber hinaus klar, dass die Gruppenbildung auf ein Ziel optimiert ist und somit zwei dicht beieinanderliegende Ziele durch die Zuordnung zu zwei Gruppen mit einer großen Genauigkeit unterschieden werden können.At the latest when only those frequencies are added per group that have a local maximum in the target direction, it becomes clear that the group formation is optimized for one target and that two targets that are close together can be distinguished with great accuracy by assigning them to two groups can.

In Ausführungsbespielen weist die Vorrichtung ferner eine Interpolationseinheit auf, die ausgebildet ist, die Spektren der Unterwasserschallsignale aus der Vielzahl von Richtungen derart zu verarbeiten, dass geschätzte Spektren der Unterwasserschallsignale aus einer Vielzahl von weiteren Richtungen ergänzt werden um einen erweiterten Satz an Spektren zu erhalten, wobei die Gruppiereinheit die weitere Verarbeitung basierend auf dem erweiterten Satz der Spektren durchführt. In anderen Worten führt die Interpolationseinheit eine Interpolation über die - beispielsweise mittels des Richtungsbildners erhaltenen - Richtungen aus, um die Spektren der Unterwasserschallsignale auch für Zwischenrichtungen zu erhalten. Die Spektren aus der Vielzahl der Richtungen sowie den Zwischenrichtungen bilden dann den erweiterten Satz der Spektren.In exemplary embodiments, the device also has an interpolation unit which is designed to process the spectra of the underwater sound signals from the plurality of directions in such a way that estimated spectra of the underwater sound signals from a plurality of further directions are supplemented in order to obtain an expanded set of spectra, wherein the grouping unit performs further processing based on the expanded set of spectra. In other words, the interpolation unit carries out an interpolation over the directions — obtained for example by means of the direction generator — in order to obtain the spectra of the underwater sound signals also for intermediate directions. The spectra from the multitude of directions as well as the intermediate directions then form the expanded set of spectra.

Ausführungsbeispiele zeigen, dass die Detektionseinheit eine Feinpeilungseinheit aufweist. Die Feinpeilungseinheit ist ausgebildet, die Zielrichtung basierend auf zumindest drei (aneinander angrenzenden) Richtungen des Richtungsabschnitts in der Zielabbildung zu optimieren, so dass eine Peilung eines Zielkandidaten in der Zielabbildung verbessert ist. Hierzu kann die Feinpeilungseinheit eine vorbestimmte Funktion in der Zielabbildung durch das Maximum des weiteren Spitzenwertdetektors in der Zielabbildung und benachbarte Richtungen legen (beispielsweise eine Parabel durch drei Punkte). Bei der Parabelinterpolation zeigt die Parabelspitze dann in die finale Zielrichtung des Objekts.Embodiments show that the detection unit has a fine bearing unit. The fine bearing unit is designed to optimize the target direction based on at least three (mutually adjacent) directions of the directional segment in the target image, so that a bearing of a target candidate in the target image is improved. For this purpose, the fine bearing unit can place a predetermined function in the target image through the maximum of the further peak value detector in the target image and adjacent directions (for example a parabola through three points). With parabolic interpolation, the parabolic tip then points in the final target direction of the object.

Weitere Ausführungsbeispiele zeigen einen Ortungssignalempfänger zur Detektion eines Unterwasserobjekts. Der Ortungssignalempfänger weist einen Unterwasserschallempfänger, einen Richtungsbildner, einen Zeit-Frequenz-Wandler und die Vorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsbeispiele auf. Der Unterwasserschallempfänger umfasst eine Vielzahl von Empfangseinheiten, wobei die Empfangseinheiten ausgebildet sind, Schallwellen zu empfangen und (pro Empfangseinheit) ein Ausgangssignal zu erzeugen. Der Richtungsbildner ist ausgebildet, die Ausgangssignale derart zu verarbeiten, dass dem Unterwasserschallempfänger, beispielsweise mittels Richtungsbildung (Beamforming), eine Richtcharakteristik aufgeprägt ist und pro Richtung ein Unterwasserschallsignal auszugeben. Durch die Richtcharakteristik weist der Unterwasserschallempfänger für Schallwellen aus unterschiedlichen Empfangsrichtungen unterschiedliche Empfindlichkeiten auf. Die Unterwasserschallsignale können demnach als das Ausgangsignal des Richtungsbildners angesehen werden.Further exemplary embodiments show a location signal receiver for detecting an underwater object. The location signal receiver has an underwater sound receiver, a Directional generator, a time-frequency converter and the device according to the aforementioned embodiments. The underwater sound receiver comprises a plurality of receiving units, the receiving units being designed to receive sound waves and to generate an output signal (per receiving unit). The direction generator is designed to process the output signals in such a way that a directional characteristic is impressed on the underwater sound receiver, for example by means of direction formation (beamforming), and an underwater sound signal is output for each direction. Due to the directional characteristic, the underwater sound receiver has different sensitivities for sound waves from different receiving directions. The underwater sound signals can therefore be viewed as the output signal of the direction generator.

Der Ortungssignalempfänger weist ferner den Zeit-Frequenz-Wandler auf, der ausgebildet ist, die Unterwasserschallsignale in den Frequenzbereich zu transformieren um ein Spektrum der Unterwasserschallsignale zu erhalten. Auf das Spektrum der Unterwasserschallsignale kann die Vorrichtung der vorgenannten Ausführungsbeispiele angewendet werden, um die Zielrichtung des Objekts zu bestimmen.The location signal receiver also has the time-frequency converter which is designed to transform the underwater sound signals into the frequency range in order to obtain a spectrum of the underwater sound signals. The device of the aforementioned exemplary embodiments can be applied to the spectrum of the underwater sound signals in order to determine the target direction of the object.

Ausführungsbeispiele zeigen ein Verfahren zur Bestimmung einer Zielrichtung eines Objekts in Unterwasserschallsignalen aus einer Vielzahl von Richtungen mit folgenden Schritten: Bestimmen lokaler Maxima für Frequenzen der Spektren der Unterwasserschallsignale in Bezug auf die Vielzahl von Richtungen; Zuordnen der lokalen Maxima in einem Richtungsabschnitt der Vielzahl von Richtungen zu einer Gruppe, wenn ein Auswahlkriterium erfüllt ist; und Bestimmen einer Zielrichtung für die Gruppe, die die Zielrichtung des Objekts ist.Embodiments show a method for determining a target direction of an object in underwater sound signals from a plurality of directions with the following steps: determining local maxima for frequencies of the spectra of the underwater sound signals in relation to the plurality of directions; Assigning the local maxima in a direction segment of the plurality of directions to a group if a selection criterion is met; and determining a heading for the group that is the heading of the object.

Ferner ist ein Verfahren zur Detektion eines Unterwasserobjekts mit folgenden Schritten offenbart: Empfangen von Schallwellen mittels eines Unterwasserschallempfängers, der eine Vielzahl von Empfangseinheiten aufweist; Erzeugen eines Ausgangssignals pro Empfangseinheit; Verarbeiten der Ausgangssignale derart, dass dem Unterwasserschallempfänger, beispielsweise mittels Richtungsbildung, eine Richtcharakteristik aufgeprägt ist; Anpassen der Richtcharakteristik für eine Vielzahl von Richtungen, Ausgeben eines Unterwasserschallsignals pro Richtung (der Vielzahl von Richtungen); Transformieren der Unterwasserschallsignale in den Frequenzbereich um ein Spektrum der Unterwasserschallsignale zu erhalten; Durchführen der Schritte des Verfahrens gemäß des vorherigen Verfahrens.Furthermore, a method for detecting an underwater object is disclosed, comprising the following steps: receiving sound waves by means of an underwater sound receiver which has a plurality of receiving units; Generating an output signal per receiving unit; Processing of the output signals in such a way that a directional characteristic is impressed on the underwater sound receiver, for example by means of direction formation; Adjusting the directional characteristic for a plurality of directions, outputting an underwater sound signal per direction (the plurality of directions); Transforming the underwater sound signals into the frequency domain to obtain a spectrum of the underwater sound signals; Perform the steps of the procedure according to the previous procedure.

Das Verfahren kann in einem Programmcode eines Computerprogramms zur Durchführung des Verfahrens, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft, implementiert werden.The method can be implemented in a program code of a computer program for performing the method when the computer program runs on a computer.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung eines Ortungssystems in Blockdarstellung;
2: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Verarbeitung von in einer Vielzahl von Richtungen aufgenommenen Unterwasserschallsignalen, beispielsweise eines Signalprozessors, in Blockdarstellung;
3: eine schematische Darstellung der Amplitude von Frequenzen über den Richtungen und eine daraus resultierende Darstellung der Gruppen;
4: eine schematische Darstellung von Ausführungsbeispielen der Vorrichtung aus 2 in Blockdarstellung.

Preferred exemplary embodiments of the present invention are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 : a schematic representation of a positioning system in a block diagram;
2 : a schematic representation of a device for processing underwater sound signals recorded in a plurality of directions, for example a signal processor, in a block diagram;
3rd : a schematic representation of the amplitude of frequencies over the directions and a representation of the groups resulting therefrom;
4th : a schematic representation of embodiments of the device from 2 in block diagram.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.Before exemplary embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the drawings, it is pointed out that identical, functionally identical or identically acting elements, objects and / or structures in the different figures are provided with the same reference numerals, so that those shown in different exemplary embodiments Description of these elements is interchangeable or can be applied to one another.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ortungssignalempfängers 20 zur Detektion eines Unterwasserobjekts 22. Der Ortungssignalempfänger 20 weist einen Unterwasserschallempfänger 24, einen Richtungsbildner 26, einen Zeit-Frequenz-Wandler 28 und eine Signalverarbeitungseinheit 30 auf. Auf die Signalverarbeitungseinheit 30 wird in den folgenden Figuren näher eingegangen. 1 shows a schematic representation of a location signal receiver 20th for the detection of an underwater object 22nd . The location signal receiver 20th has an underwater sound receiver 24 , a direction builder 26th , a time-to-frequency converter 28 and a signal processing unit 30th on. On the signal processing unit 30th is discussed in more detail in the following figures.

Der Unterwasserschallempfänger 24 umfasst eine Vielzahl von Empfangseinheiten 32. Die Empfangseinheiten 32 können Schallwellen 34, insbesondere auch solche, die von dem Unterwasserobjekt 22 ausgesendet werden, empfangen. Die empfangenen Schallwellen werden von den Empfangseinheiten in jeweils ein (elektrisches) Ausgangssignal 36 umgewandelt. Die Ausgangssignale 36 sind demnach (digitale oder analoge) Audiosignale. Eine Empfangseinheit 32 ist z.B. ein Hydrophon.The underwater sound receiver 24 comprises a plurality of receiving units 32 . The receiving units 32 can sound waves 34 , especially those from the underwater object 22nd sent out, received. The received sound waves are converted into an (electrical) output signal by the receiving units 36 transformed. The output signals 36 are therefore (digital or analog) audio signals. A receiving unit 32 is for example a hydrophone.

Der Richtungsbildner 26 empfängt die Ausgangssignale 36 und verarbeitet dieselben derart, dass dem Unterwasserschallempfänger 24 eine Richtcharakteristik aufgeprägt ist. Die Richtcharakteristik kann, insbesondere konsekutiv bzw. sequentiell, für eine Vielzahl verschiedener Richtungen eingestellt werden. Pro Richtung kann der Richtungsbildner ein Unterwasserschallsignal 38 ausgeben. Das Unterwasserschallsignal 38 weist demnach eine gewichtete Summe der Audiosignale 36 auf. In anderen Worten implementiert der Richtungsbildner ein Beamforming des Ortungssignalempfängers.The direction maker 26th receives the output signals 36 and processes them in such a way that the underwater sound receiver 24 a directional characteristic is impressed. The directional characteristic can, in particular consecutively or sequentially, for a variety of different directions. The direction generator can generate an underwater sound signal for each direction 38 output. The underwater sound signal 38 accordingly has a weighted sum of the audio signals 36 on. In other words, the direction generator implements beamforming of the location signal receiver.

Die Unterwasserschallsignale 38, auch Beamformingsignale genannt, werden von dem Zeit-Frequenz-Wandler 28 in den Frequenzbereich transformiert. Hierzu können bekannte Zeit-Frequenz-Umwandlungsalgorithmen wie beispielsweise die schnelle Fouriertransformation (FFT, Fast Fourier Transform), die Kurzzeitfouriertransformation (STFT, Short Time Fourier Transform), etc., verwendet werden. Der Zeit-Frequenz-Wandler 28 liefert an seinem Ausgang ein Spektrum 38a der Unterwasserschallsignale 38. Pro Richtung liegt demnach ein Spektrum 38a vor.The underwater sound signals 38 , also called beamforming signals, are generated by the time-frequency converter 28 transformed into the frequency domain. For this purpose, known time-frequency conversion algorithms such as, for example, the fast Fourier transform (FFT, Fast Fourier Transform), the short-time Fourier transform (STFT, Short Time Fourier Transform), etc., can be used. The time-frequency converter 28 supplies a spectrum 38a of the underwater sound signals at its output 38 . There is accordingly a spectrum 38a for each direction.

Die Signalverarbeitungseinheit 30 verarbeitet das Spektrum 38a der Unterwasserschallsignale 38 und gibt die Zielrichtung 46 des Objekts (oder wenn in dem Spektrum mehrere Objekte vorhanden sind auch die Zielrichtung für die mehreren Objekte) aus. Die Signalverarbeitungseinheit wird nachfolgend näher beschrieben und kann sowohl teilweise in Hard- oder Software als auch in einer Kombination aus Hard- und Software realisiert werden. Die Verarbeitungsschritte des Richtungsbildners, des Zeit-Frequenz-Wandlers und der Signalverarbeitungseinheit können in Hardware, in Software oder in Kombination aus beidem implementiert werden.The signal processing unit 30th processes the spectrum 38a of the underwater sound signals 38 and gives the direction of destination 46 of the object (or, if there are several objects in the spectrum, also the target direction for the several objects). The signal processing unit is described in more detail below and can be implemented partially in hardware or software as well as in a combination of hardware and software. The processing steps of the direction generator, the time-frequency converter and the signal processing unit can be implemented in hardware, in software or in a combination of both.

2 zeigt eine schematische Darstellung der Signalverarbeitungseinheit 30. Die Signalverarbeitungseinheit 30 ist ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Verarbeitung von in einer Vielzahl von Richtungen aufgenommenen Unterwasserschallsignalen 38, insbesondere in Frequenzdarstellung (Spektren) 38a. Das Spektrum der Unterwasserschallsignale weist für ein Unterwasserschallsignal N Frequenzen auf. Die Anzahl N der Frequenzen ist abhängig von der Wahl der Parameter der Zeit-Frequenz-Transformation. Typischerweise werden für die Zeit-Frequenz-Transformation für alle Richtungen die gleichen Parameter verwendet. Dann weist jedes Unterwasserschallsignal N Frequenzen auf. 2 shows a schematic representation of the signal processing unit 30th . The signal processing unit 30th is an example of a device for processing underwater sound signals recorded in a plurality of directions 38 , in particular in frequency representation (spectra) 38a. The spectrum of the underwater sound signals has N frequencies for an underwater sound signal. The number N of frequencies depends on the choice of the parameters of the time-frequency transformation. The same parameters are typically used for the time-frequency transformation for all directions. Then each underwater sound signal has N frequencies.

Die Signalverarbeitungseinheit 30 weist einen Spitzenwertdetektor 40, eine Gruppiereinheit 42 und eine Additionseinheit 44 auf. Der Spitzenwertdetektor 40 verarbeitet die Spektren 38a der Unterwasserschallsignale 38 indem lokale Maxima in Bezug auf die Vielzahl von Richtungen für die Frequenzen der Spektren bestimmt werden. Dies erfolgt beispielsweise derart, dass für jede Frequenz über eine Vielzahl von Richtungen, insbesondere jede Richtung, für einen Zeitschlitz die Maxima bestimmt werden. Optional detektiert der Spitzenwertdetektor 40 nur solche Maxima, die sich ausreichend von dem Hintergrundrauschen abheben.The signal processing unit 30th has a peak detector 40 , a grouping unit 42 and an addition unit 44 on. The peak detector 40 processes the spectra 38a of the underwater sound signals 38 by determining local maxima with respect to the plurality of directions for the frequencies of the spectra. This is done, for example, in such a way that the maxima for a time slot are determined for each frequency over a multiplicity of directions, in particular each direction. The peak value detector optionally detects 40 only those maxima that stand out sufficiently from the background noise.

Die Spektren mit den zugehörigen lokalen Maxima 38b werden dann an die Gruppiereinheit 42 übergeben. Abhängig von den lokalen Maxima in den Frequenzen werden eine oder mehrere Richtungsabschnitte aus der Vielzahl von Richtungen bestimmt. Als Richtungsabschnitt wird eine Auswahl von, insbesondere von aneinander angrenzenden, Richtungen bezeichnet. Die Anzahl der Richtungen kann abhängig von den Unterwasserschallsignalen variieren. Typischerweise kann ein Richtungsabschnitt weniger als 3%, weniger als 5% oder weniger als 8% der Vielzahl von Richtungen umfassen. Liegt die Anzahl an lokalen Maxima in dem Richtungsabschnitt oberhalb eines Schwellenwerts und sind die Maxima in dem Richtungsabschnitt optional über einen breiten Frequenzbereich verteilt, werden die Frequenzen in denen die Maxima aufgetreten sind, einer Gruppe 50 zugeordnet. Die lokalen Maxima werden durch vergleichsweise (im Vergleich zu dem Hintergrundrauschen) laute Geräusche hervorgerufen, die von dem Objekt als Ziel erzeugt oder von diesem reflektiert werden.The spectra with the associated local maxima 38b are then sent to the grouping unit 42 to hand over. Depending on the local maxima in the frequencies, one or more directional segments are determined from the multitude of directions. A selection of directions, in particular of mutually adjacent directions, is referred to as a direction segment. The number of directions can vary depending on the underwater sound signals. Typically, a direction segment can comprise less than 3%, less than 5% or less than 8% of the plurality of directions. If the number of local maxima in the directional section is above a threshold value and if the maxima in the directional section are optionally distributed over a broad frequency range, the frequencies in which the maxima occurred become a group 50 assigned. The local maxima are caused by comparatively loud noises (compared to the background noise) which are generated by the object as the target or are reflected by it.

Ferner kann die Gruppiereinheit 42 nur solche Frequenzen den Gruppen zuordnen, die selber ein Maximum in dem Richtungsabschnitt aufweisen. Weist ein Frequenzband kein Maximum in dem Richtungsabschnitt auf, enthält es typischerweise keine weitere Information über das potentielle Ziel, so dass diese Frequenz bei der weiteren Auswertung vernachlässigt werden kann.Furthermore, the grouping unit 42 assign only those frequencies to the groups which themselves have a maximum in the directional section. If a frequency band does not have a maximum in the directional section, it typically does not contain any further information about the potential target, so that this frequency can be neglected in the further evaluation.

Die (hier gezeigten drei) Gruppen 50 weisen K, L bzw. M Frequenzen auf, wobei K, L und M jeweils kleiner ist als N. Die Wahl unterschiedlicher Variablennamen für die Anzahl der Frequenzen pro Gruppe soll verdeutlichen, dass die Anzahl der Frequenzen pro Gruppe variable ist (und von der Anzahl der Maxima pro Richtungsabschnitt abhängt). Somit können K, L und M beliebige Werte zwischen der Mindestanzahl an Maxima, die für die Gruppenbildung pro Richtungsabschnitt notwendig sind und der durch die Zeit-Frequenz-Transformation bestimmte Anzahl von Frequenzen in den Spektren annehmen. Diese Werte können (zufälligerweise) auch gleich sein.The (three shown here) groups 50 have K, L and M frequencies, respectively, where K, L and M are each smaller than N. The choice of different variable names for the number of frequencies per group should make it clear that the number of frequencies per group is variable (and depending on the number depends on the maxima per direction segment). Thus, K, L and M can assume any values between the minimum number of maxima which are necessary for the group formation per directional section and the number of frequencies in the spectra determined by the time-frequency transformation. These values can (coincidentally) also be the same.

Die Detektionseinheit 44 bestimmt für die K, L und M Frequenzen in den Gruppen dann jeweils eine Zielrichtung 46. Die Zielrichtung 46 kann beispielsweise mittels statistischer Mittelung der Maxima in den Gruppen ermittelt werden. Eine Alternative zur Ermittlung der Zielrichtung 46 mittels Addition der Frequenzen in den Gruppen und anschließender Bestimmung des gemeinsamen Maximums ist in 4 beschrieben. Ein Beispiel zur Ermittlung der Zielrichtung für drei Objekte ist nachfolgend in 3 gezeigt.The detection unit 44 then determines a target direction for each of the K, L and M frequencies in the groups 46 . The target direction 46 can for example be determined by means of statistical averaging of the maxima in the groups. An alternative to determining the target direction 46 by adding the frequencies in the groups and then determining the common maximum, in 4th described. An example for determining the target direction for three objects is shown below in 3rd shown.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Frequenzspektrums in vier unterschiedlichen Diagrammen 48a, 48b, 48c, 48d, die jeweils ein Frequenzband über den (Beamforming-) Richtungen abbilden. In dem untersten Diagramm 48e sind die darüberstehenden Diagramme 48a-d in einem Diagramm zusammengefasst, ergänzt um die Veränderung des Frequenzspektrums über der Zeit. Für eine 2D Ansicht können die jeweiligen Amplitudenverläufe für eine Richtung und einen Zeitschlitz aufsummiert werden. Eine solche Darstellung wird auch Wasserfalldarstellung genannt und ist eine mögliche Form der Zielabbildung. Eine weitere mögliche Form der Zielabbildung wäre die Ausgabe einer Einhüllenden ohne Frequenzabhängigkeit, also beispielsweise der Summe der Kurven der Diagramme 48a-d jeweils für die Frequenzen einer Gruppe und über einen Richtungsabschnitt. Die Einhüllende kann optional, beispielsweise über die Anzahl der aufsummierten Frequenzen, normiert werden. 3rd shows a schematic representation of a frequency spectrum in four different diagrams 48a, 48b, 48c, 48d, each of which depicts a frequency band over the (beamforming) directions. In the bottom diagram 48e, the diagrams 48a-d above are combined in one diagram, supplemented by the change in the frequency spectrum over time. For a 2D view, the respective amplitude curves for a direction and a time slot can be added up. Such a representation is also called a waterfall representation and is a possible form of target representation. Another possible form of target mapping would be the output of an envelope without frequency dependency, that is to say, for example, the sum of the curves in diagrams 48a-d for the frequencies of a group and over a directional section. The envelope can optionally be normalized, for example via the number of accumulated frequencies.

Die Diagramme 48a-d zeigen demnach den Amplitudenverlauf jeweils einer Frequenz über den (insgesamt 18) Richtungen. Herausgegriffen wurde hierfür der dritte Zeitschlitz, so dass die vier Kurven die obere Ebene des Diagramms 48e widergeben. Der Amplitudenverlauf 48a der Frequenz 4 weist zwei Maxima 51 a, 51 e auf. Die Maxima liegen in Richtung 8 und in Richtung 15. Der Amplitudenverlauf 48b der Frequenz 3 weist ein Maximum 51 b in Richtung 3 auf. Der Amplitudenverlauf 48c weist ein Maximum 51 f in Richtung 14 auf. Der Amplitudenverlauf 48d der Frequenz 1 zeigt zwei lokale Maxima 51c, 51 d, wobei das Maximum 51c in Richtung 3 und das lokale Maximum 51 d in Richtung 8 ausgebildet ist.The diagrams 48a-d accordingly show the amplitude profile of one frequency in each case over the (18 in total) directions. The third time slot was selected for this, so that the four curves reflect the upper level of diagram 48e. The amplitude curve 48a of the frequency 4 has two maxima 51 a, 51 e. The maxima lie in the direction 8 and in the direction 15. The amplitude curve 48b of the frequency 3 has a maximum 51 b in direction 3. The amplitude curve 48c has a maximum 51 f in direction 14. The amplitude curve 48d of the frequency 1 shows two local maxima 51c, 51d, the maximum 51c in direction 3 and the local maximum 51 d is formed in direction 8.

Es ergeben sich daraus drei Gruppen 50, 50', 50" in den zugehörigen drei Richtungsabschnitten. Der erste der drei Richtungsabschnitte umfasst die Richtungen 2, 3 und 4, der zweite der drei Richtungsabschnitte umfasst die Richtungen 6, 7, 8, 9 und 10 und der dritte der drei Richtungsabschnitte umfasst die Richtungen 13, 14, 15, 16. in der eine Mehrzahl von Maxima in der gleichen Richtung liegen. Ferner kann jede Gruppe zumindest ein Maximum in der unteren Hälfte der Frequenzen und ein Maximum in der oberen Hälfte der Frequenzen aufweisen, sodass die Maxima über einen breiten Frequenzbereich verteilt sind.This results in three groups 50 , 50 ', 50 "in the associated three directional segments. The first of the three directional segments includes directions 2, 3 and 4, the second of the three directional segments includes directions 6, 7, 8, 9 and 10 and the third of the three directional segments the directions 13, 14, 15, 16. in which a plurality of maxima lie in the same direction. Furthermore, each group can have at least one maximum in the lower half of the frequencies and one maximum in the upper half of the frequencies, so that the maxima are above are distributed over a wide frequency range.

Die erste Gruppe 50 weist die Frequenzen 1 und 3 in dem ersten Richtungsabschnitt auf. Die weiteren Frequenzen 2 und 4 zeigen in dem ersten Richtungsabschnitt kein Maximum und werden daher bei der Gruppenbildung nicht berücksichtigt. Die zweite Gruppe 50' weist die Frequenzen 1 und 4 in dem zweiten Richtungsabschnitt auf. Die weiteren Frequenzen 2 und 3 zeigen in dem zweiten Richtungsabschnitt kein Maximum und werden daher nicht der zweiten Gruppe 50' zugeordnet. Gruppe 1 und Gruppe 2 liegen zwar dicht beieinander, sodass diese auch in einem Richtungsabschnitt der Richtungen 2 bis 10 hätten zusammengefasst werden können. Da aber Frequenz 1 innerhalb der Richtungen 2 bis 10 zwei Maxima aufweist waren für diesen Frequenzabschnitt zwei Gruppen vorzusehen, damit in dieser Frequenz nur ein Maximum pro Gruppe vorliegt. Somit ist eine Zieltrennung der beiden Ziele in Zielrichtung 3 und in Zielrichtung 8 möglich.The first group 50 has the frequencies 1 and 3 in the first directional section. The other frequencies 2 and 4 do not show a maximum in the first directional section and are therefore not taken into account in the group formation. The second group 50 'has the frequencies 1 and 4 in the second directional section. The other frequencies 2 and 3 show no maximum in the second directional section and are therefore not assigned to the second group 50 '. Group 1 and group 2 are close to one another, so that they could have been combined in a directional section of directions 2 to 10. However, since frequency 1 has two maxima within directions 2 to 10, two groups were to be provided for this frequency segment so that there is only one maximum per group at this frequency. It is thus possible to separate the two targets in target direction 3 and in target direction 8.

Die dritte Gruppe 50" weist die Frequenzen 2 und 4 in dem dritten Richtungsabschnitt auf. Die dritte Gruppe 50" ist beabstandet zu der zweiten Gruppe 50' angeordnet. In anderen Worten weisen die Unterwasserschallsignale in Richtung 11 und 12 in keiner der Frequenzen ein Maximum auf, das zu einer Gruppe gehört. Ein einzelnes Maximum könnte in den beiden Richtungen zwar in einer Frequenz vorliegen, dies würde jedoch nicht zu einer Gruppenbildung ausreichen (das Auswahlkriterium würde nicht erfüllt). Die Zielrichtung des Objekts aus der dritten Gruppe 50" ist jedoch nicht so einfach zu bestimmen wie bei den ersten beiden Gruppen, da das Maximum in Frequenz 2 in Richtung 14 und das Maximum in Frequenz 5 in Richtung 15 liegt. Die Zielrichtung wird hier beispielsweise mittels Addition der Frequenzen 2 und 4 in dem dritten Richtungsabschnitt und anschließender Bestimmung des Maximums in dem Summensignal durchgeführt. Optional kann die Zielrichtung mittels Feinpeilung noch genauer bestimmt werden, Dies wird in 4 nachfolgend näher erläutert.The third group 50 ″ has the frequencies 2 and 4 in the third directional section. The third group 50 ″ is arranged at a distance from the second group 50 ′. In other words, the underwater sound signals in directions 11 and 12 do not have a maximum in any of the frequencies that belong to a group. A single maximum could be present in one frequency in both directions, but this would not be sufficient to form a group (the selection criterion would not be met). However, the target direction of the object from the third group 50 ″ is not as easy to determine as in the first two groups, since the maximum in frequency 2 is in direction 14 and the maximum in frequency 5 is in direction 15. The target direction is here for example by means of Addition of the frequencies 2 and 4 in the third directional section and subsequent determination of the maximum in the sum signal carried out.Optionally, the target direction can be determined even more precisely by means of fine bearing 4th explained in more detail below.

Diagramm 48e zeigt ferner, dass sich das Objekt der Gruppe 2 50', das sich im dritten Zeitschlitz in Richtung 4 befindet, vermutlich bewegt hat. So ist die Zielrichtung im Zeitschlitz 1 und 2 dem Diagramm 48e zwar nicht zweifelsfrei zu entnehmen, allerdings lässt die Auswahl der Richtungen, die der zweiten Gruppe zugewiesen worden sind, darauf schließen, dass die Maxima der Zielrichtung dort eher in Richtung 3 gelegen haben. Das potentielle Ziel der Gruppe 1 erscheint erstmals in der Darstellung und kann daher beispielsweise eine Fehlmessung, ein vorher verstecktes Objekt wie z.B. ein von einem U-Boot abgefeuerter Torpedo oder ein aus der Luft abgeworfener Torpedo sein. Ferner kann sich das potentielle Ziel im ersten oder zweiten Zeitschlitz auch im Schatten des sich dort ebenfalls befindlichen anderen potentiellen Ziels befunden haben, so dass eine Zieltrennung erst im Zeitschlitz 3 möglich ist, nachdem sich das potentielle Ziel aus dem Schatten des anderen potentiellen Ziels herausbewegt hat. Zur Verfolgung der potentiellen Ziele können geeignete Zielverfolgungsalgorithmen eingesetzt werden.Diagram 48e also shows that the object of group 2 50 ', which is located in the third time slot in direction 4, has presumably moved. The direction of destination in time slots 1 and 2 cannot be taken unequivocally from diagram 48e, but the selection of the directions assigned to the second group suggests that the maxima of the direction of destination there were more in direction 3. The potential target of group 1 appears for the first time in the representation and can therefore be, for example, an incorrect measurement, a previously hidden object such as a torpedo fired from a submarine or a torpedo thrown from the air. Furthermore, the potential target in the first or second time slot can also have been in the shadow of the other potential target also located there, so that target separation is only possible in time slot 3 after the potential target has moved out of the shadow of the other potential target . Suitable target tracking algorithms can be used to track the potential targets.

4 zeigt eine schematische Darstellung der Signalverarbeitungseinheit 30 aus 2 mit ergänzenden optionalen Modulen. So kann das Spektrum 38a zunächst mittels einer optionalen Interpolationseinheit 52 derart interpoliert werden, dass neben den durch den Richtungsbildner erhaltenen Richtungen Unterwasserschallsignale für weitere Zwischenrichtungen (mittels Interpolation) geschätzt werden. Dies ist vorteilhaft, da die Gruppen dann feiner eingeteilt werden können und insbesondere bei nahe an dem Ortungssignalempfänger gelegenen Zielen eine bessere Zieltrennung möglich ist. So ist beispielsweise die Wahrscheinlichkeit, dass zwei verschiedene Ziele in derselben Zielrichtung liegen, bei einer feineren Richtungseinteilung geringer. Die Interpolationseinheit gibt ein interpoliertes Spektrum 38d der Unterwasserschallsignale aus. 4th shows a schematic representation of the signal processing unit 30th out 2 with additional optional modules. Thus, the spectrum 38a can initially by means of an optional Interpolation unit 52 are interpolated in such a way that, in addition to the directions obtained by the direction generator, underwater sound signals are estimated for further intermediate directions (by means of interpolation). This is advantageous because the groups can then be divided up more finely and, in particular, better target separation is possible in the case of targets located close to the location signal receiver. For example, the probability that two different targets are in the same direction is lower with a finer directional division. The interpolation unit outputs an interpolated spectrum 38d of the underwater sound signals.

Optional weist die Signalverarbeitungseinheit 30 ferner eine Normierungseinheit 54 auf. Diese kann die einzelnen Amplitudenverläufe der Frequenzen (separat für jede Frequenz) normieren. Die Normierung erfolgt beispielsweise auf das Hintergrundrauschen. Somit kann in jedem Frequenzband das Verhältnis zwischen Nutzsignal und Hintergrundrauschen erkannt werden. Dies ist vorteilhaft, da somit potentielle Störeinflüsse auf ein einheitliches Maß reduziert werden. So kann der Spitzenwertdetektor z.B. die normierten Spektren 38e verwenden, um die Maxima zu bestimmen. Erst wenn sich ein Maximum vom Hintergrundrauschen abhebt kann die Gruppiereinheit ein solches Maximum als potentielles Ziel einstufen. Die Normierungseinheit 54 kann auch direkt das Spektrum 38a normieren. Ferner kann auch das interpolierte Spektrum 38d ohne Normierung als Eingangssignal für den Spitzenwertdetektor 40 verwendet werden.Optionally, the signal processing unit 30th furthermore a normalization unit 54 on. This can normalize the individual amplitude curves of the frequencies (separately for each frequency). The normalization takes place, for example, on the background noise. In this way, the relationship between the useful signal and background noise can be recognized in each frequency band. This is advantageous because it reduces potential interference to a uniform level. For example, the peak value detector can use the normalized spectra 38e to determine the maxima. Only when a maximum stands out from the background noise can the grouping unit classify such a maximum as a potential target. The normalization unit 54 can also normalize the spectrum 38a directly. Furthermore, the interpolated spectrum 38d can also be used as an input signal for the peak value detector without normalization 40 be used.

Ferner ist eine mögliche Ausgestaltung der Detektionseinheit 44 gezeigt. Diese kann eine Additionseinheit 55, einen weiteren Spitzenwertdetektor 56 und optional eine Feinpeilungseinheit 58 aufweisen. Die Additionseinheit 55 addiert diejenigen in 3 gezeigten Frequenzverläufe 48a, 48b, 48c, 48d, die in einer Gruppe zusammengefasst sind pro Richtungsabschnitt miteinander. Das Summensignal 46' wird dem weiteren Spitzenwertdetektor 56 zugeführt. Derselbe sucht für die Gruppen bzw. die Richtungsabschnitte jeweils das Maximum in dem Summensignal 46'. Die Richtung, in der das Maximum liegt ist dann die Zielrichtung 46 des Objekts. Das Summensignal 46' kann auch als Zielabbildung bezeichnet werden.Furthermore, there is a possible configuration of the detection unit 44 shown. This can be an addition unit 55 , another peak detector 56 and optionally a fine bearing unit 58 exhibit. The addition unit 55 adds those in 3rd shown frequency curves 48a, 48b, 48c, 48d, which are combined in a group for each directional section with one another. The sum signal 46 'is used by the further peak value detector 56 fed. The same searches for the maximum in the sum signal 46 'for the groups or the directional sections. The direction in which the maximum lies is then the target direction 46 of the object. The sum signal 46 'can also be referred to as a target mapping.

Ferner ist eine optionale Feinpeilungseinheit 58 gezeigt. Die Bestimmung der Richtung, in der sich ein potentielles Ziel befindet, ist auf das Raster der (Beamforming-) Richtungen 38a bzw. der interpolierten Richtungen 38d beschränkt. Die Feinpeilungseinheit kann die Auflösung zur Bestimmung der Richtung in der sich ein potentielles Ziel befindet, beispielsweise mittels Parabelinterpolation, weiter verfeinern. Ein Beispiel, wie die Feinpeilung durchgeführt werden kann, ist das Anpassen einer Parabel, auf das Maximum in Zielrichtung sowie jeweils einen Punkt in den beiden an die Zielrichtung angrenzenden Richtungen. Die Spitze der Parabel, die dann durch 3 Punkte definiert ist, zeigt in die feingepeilte Zielrichtung 46".There is also an optional fine bearing unit 58 shown. The determination of the direction in which a potential target is located is limited to the grid of the (beamforming) directions 38a or the interpolated directions 38d. The fine bearing unit can further refine the resolution for determining the direction in which a potential target is located, for example by means of parabolic interpolation. An example of how the fine bearing can be carried out is the adaptation of a parabola to the maximum in the target direction as well as one point in each of the two directions adjoining the target direction. The apex of the parabola, which is then defined by 3 points, points in the finely set target direction 46 ".

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.Although some aspects have been described in connection with a device, it goes without saying that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Analogously to this, aspects that have been described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or details or features of a corresponding device.

Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.Depending on the specific implementation requirements, embodiments of the invention can be implemented in hardware or in software. The implementation can be carried out using a digital storage medium such as a floppy disk, a DVD, a Blu-ray disk, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or a FLASH memory, a hard disk or other magnetic memory or optical memory are carried out on the electronically readable control signals are stored, which can interact with a programmable computer system or cooperate in such a way that the respective method is carried out. Therefore, the digital storage medium can be computer readable. Some exemplary embodiments according to the invention thus include a data carrier which has electronically readable control signals which are capable of interacting with a programmable computer system in such a way that one of the methods described herein is carried out.

Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein. Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.In general, exemplary embodiments of the present invention can be implemented as a computer program product with a program code, the program code being effective to carry out one of the methods when the computer program product runs on a computer. The program code can, for example, also be stored on a machine-readable carrier. Other exemplary embodiments include the computer program for performing one of the methods described herein, the computer program being stored on a machine-readable carrier.

Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.In other words, an exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer. A further exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for performing one of the methods described herein is recorded.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.A further exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals which represents or represents the computer program for performing one of the methods described herein. The data stream or the sequence of signals can, for example, be configured to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahingehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.Another exemplary embodiment comprises a processing device, for example a computer or a programmable logic component, which is configured or adapted to carry out one of the methods described herein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.Another exemplary embodiment comprises a computer on which the computer program for performing one of the methods described herein is installed.

Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.In some exemplary embodiments, a programmable logic component (for example a field-programmable gate array, an FPGA) can be used to carry out some or all of the functionalities of the methods described herein. In some exemplary embodiments, a field-programmable gate array can interact with a microprocessor in order to carry out one of the methods described herein. In general, in some exemplary embodiments, the methods are performed by any hardware device. This can be hardware that can be used universally, such as a computer processor (CPU), or hardware specific to the method, such as an ASIC, for example.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It is to be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to other skilled persons. It is therefore intended that the invention be limited only by the scope of protection of the following patent claims and not by the specific details presented herein with reference to the description and explanation of the exemplary embodiments.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

2020th: OrtungssignalempfängerLocation signal receiver
2222nd: UnterwasserobjektUnderwater object
2424: UnterwasserschallempfängerUnderwater sound receiver
2626th: RichtungsbildnerDirection builder
2828: Zeit-Frequenz-WandlerTime-frequency converter
3030th: SignalverarbeitungseinheitSignal processing unit
3232: EmpfangseinheitReceiving unit
3434: SchallwellenSound waves
3636: AusgangssignalOutput signal
3838: Unterwasserschallsignal (zu verschiedenen Zeitpunkten der Signalverarbeitung)Underwater sound signal (at different points in time during signal processing)
4040: SpitzenwertdetektorPeak detector
4242: GruppiereinheitGrouping unit
4444: DetektionseinheitDetection unit
4646: Zielrichtungtarget direction
4848: Diagrammdiagram
5050: Gruppengroups
5151: lokales Maximumlocal maximum
5252: InterpolationseinheitInterpolation unit
5454: NormierungseinheitNormalization unit
5555: AdditionseinheitAddition unit
5656: weiterer Spitzenwertdetektoranother peak detector
5858: FeinpeilungseinheitFine bearing unit

Claims

Device (30) for determining a target direction of an object in underwater sound signals from a plurality of directions, having the following features: a peak value detector (40) which is designed to determine local maxima (51) with respect to the plurality of directions for frequencies in spectra of the underwater sound signals; a grouping unit (42) which is designed to assign the local maxima of a group for a direction segment of the plurality of directions if a selection criterion is met, a detection unit (44) which is designed to determine a target direction for the group, which is the target direction of the object.

Device (30) according to Claim 1 , wherein the grouping unit is designed not to assign local maxima that do not meet the selection criterion to any group.

Device (30) according to one of the preceding claims, wherein the grouping unit is designed to determine a number of the maxima in the directional section and to assign the directions, for which the number of maxima in the directional section exceeds a threshold value as a selection criterion, to the directional section.

Device (30) according to Claim 3 , wherein the grouping unit is designed to consider the selection criterion as fulfilled only if at least a first maximum is in the directional section in a first frequency band and a second maximum in the directional section is in a second frequency band.

Device (30) according to one of the preceding claims, wherein the grouping unit (42) is designed to form a further group of maxima for the directional section if one of the frequencies in the directional section has a maximum in two directions, the maximum being assigned to the group in a first of the two directions and the maximum , is assigned to the further group in a second of the two directions.

Device (30) according to one of the preceding claims, wherein the grouping unit (42) is designed to select the directional section in such a way that there is only one local maximum per frequency in the group.

Device (30) according to one of the preceding claims, wherein the detection unit has an addition unit which is designed to determine a spectral value for the frequencies which are represented at least once in the group, for each direction of the plurality of directions which are represented in the group, and to add the determined spectral values in order to add up to get a target image, wherein the detection unit has a further peak value detector which is designed to find a local maximum in the target image, a direction in which the local maximum is arranged being the target direction of the object.

Device (30) according to one of the preceding claims, wherein the detection unit (44) has a fine bearing unit (56) which is designed to optimize the target direction based on at least three directions of the direction segment in the target image, so that a bearing of a target candidate in the target image is improved.

Device (30) according to one of the preceding claims, wherein the peak value detector (40) is designed to determine the local maxima (51) in a time slot over the plurality of directions.

Device (30) according to one of the preceding claims, wherein the device (30) has a normalization unit (54) which is designed to normalize the frequencies of the spectrum of the underwater sound signals to a noise level.

Device (30) according to one of the preceding claims, wherein the device (30) has an interpolation unit (52) which is designed to process the spectra of the underwater sound signals from the plurality of directions in such a way that estimated spectra of the underwater sound signals from a plurality of further directions are supplemented by an extended set of spectra of the To obtain underwater sound signals, wherein the grouping unit (42) performs the further processing based on the expanded set of the spectra of the underwater sound signals.

Device (30) according to one of the preceding claims, wherein the peak value detector (40) is designed to determine a distribution of the number of frequencies for which a local maximum is present; wherein the grouping unit (42) is designed to select the directional section in such a way that the directional section comprises the directions of the plurality of directions which lie between minima of the distribution and include a direction in which a local maximum lies.

Location signal receiver (20) for detecting an underwater object, having the following features: an underwater sound receiver (24) comprising a plurality of receiving units, the receiving units being designed to receive sound waves (34) and to generate an output signal; a direction generator which is designed to process the output signals in such a way that a directional characteristic is impressed on the underwater sound receiver (24), the direction generator (26) being designed to output an underwater sound signal per direction; a time-to-frequency converter (28) which is designed to transform the underwater sound signals into the frequency range in order to obtain a spectrum of the underwater sound signals; and the device (30) according to one of the Claims 1 to 12th .

Method for determining a target direction of an object in underwater sound signals from a plurality of directions, comprising the following steps: determining local maxima (51) for frequencies of the spectra of the underwater sound signals in relation to the plurality of directions; Assigning the local maxima in a direction segment of the plurality of directions to a group if a selection criterion is met; Determining a heading for the group that is the heading of the object.

A method for detecting an underwater object, comprising the following steps: receiving sound waves (34) by means of an underwater sound receiver which has a plurality of receiving units; Generating an output signal per receiving unit; Processing the output signals in such a way that a directional characteristic is impressed on the underwater sound receiver (24); Adapting the directional characteristic for a plurality of directions, outputting an underwater sound signal per direction; Transforming the underwater sound signals into the frequency domain to obtain a spectrum of the underwater sound signals; Perform the steps of the method according to Claim 14 .

Computer program with a program code for performing the method according to one of the Claims 14 or 15th when the computer program is running on a computer.