DE102021006154A1 - Signalverarbeitungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Es ist eine Signalverarbeitungsvorrichtung (20) mit einer Signalverarbeitungseinheit (24) und einer Vielzahl von gleichartigen, zu einem Linienarray angeordneten Wasserschallwandlern (22) offenbart, wobei die Wasserschallwandler (22) jeweils ausgebildet sind, auftreffenden Wasserschall (25) in ein entsprechendes elektrisches Signal (26) umzuwandeln. Die Signalverarbeitungseinheit (24), ist ausgebildet, eine zweidimensionale Frequenztransformation der elektrischen Signale (26) durchzuführen und eine resultierende Intensitätsverteilung (28) des Wasserschalls (25) auszugeben, um eine Richtungsbildung zu erhalten und um Wasserschallanteile darzustellen, die von dem Wasserschallwandler (22) mit einer Schallgeschwindigkeit detektiert werden, die geringer ist als die Schallgeschwindigkeit des die Wasserschallwandler (22) umgebenden Wassers.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf die Erkennung und Quantifizierung von Eigenstörgrößen bei der Ortung von Objekten mittels Sonar (sound navigation and ranging). Somit kann die Flächensuchleistung in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen optimiert werden, ohne Gefahr zu laufen, in der durchsuchten Fläche Ziele zu übersehen.
• Eigenstörgrößen, auch als Eigenstörgeräusche oder Sonareigenstör bezeichnet, sind die Anteile am Antennengesamtgeräusch, welche intrinsisch mit dem Wasserfahrzeug verknüpft sind, an dem die Wasserschallwandler angeordnet sind. Eigenstörgeräusche eines Wasserfahrzeugs, z.B. eines Schiffs oder U-Boots sind beispielsweise Strömungsgeräusche, von Bootsaggregaten erzeugte Eigengeräusche oder elektrischer Eigenstör. Diese Eigenstörgrößen unterscheiden sich von den Schallereignissen aus dem Fernfeld, wie beispielsweise Geräuschen von Zielen oder Meeressäugern, dadurch, dass die Eigenstörgrößen nicht ausschließlich über den Wasserkanal auf die Wasserschallwandler auftreffen. Dadurch können sich die Eigenstörgrößen (virtuell) mit einer Geschwindigkeit über die Wasserschallwandler ausbreiten, die sich von der Schallgeschwindigkeit im Wasser unterscheidet, insbesondere auch geringer sein kann als diese.
• Wird das bekannte „Delay-and-Sum Beamforming“, auch als TDS-Beamforming bezeichnet, angewendet, addieren sich die Eigenstörgrößen und die Messgrößen auf. Zwar addieren sich kohärente Schallereignisse aus dem Fernfeld (z.B. Ziele) beim TDS-Beamforming kohärent auf (20 · log₁₀ N) während sich inkohärente Schallereignisse (z.B. Eigenstörgeräusche) inkohärent aufaddieren, also durch den Beamformer bereits um 10 · log₁₀ N unterdrückt werden (N bezeichnet die Anzahl der Wasserschallwandler). Trotzdem können leise Messgrößen, d.h. Messgrößen mit einem geringen Schallpegel, von den Eigenstörgrößen überlagert und somit nicht mehr detektiert werden. Zwar gibt es verschiedene Ansätze, die Eigenstörgrößen zu schätzen und aus dem überlagerten Signal herauszurechnen. Dies funktioniert jedoch nicht immer zuverlässig und stellt darüber hinaus einen zusätzlichen Rechenaufwand dar.
• Die zuverlässigste Möglichkeit, die Eigenstörgrößen zu reduzieren, stellt die Verlangsamung der Fahrt des Wasserfahrzeugs dar, an dem die Wasserschallwandler angeordnet sind. Der Grund hierfür ist, dass die Strömungsgeräusche bei schnellerer Fahrt die deutlich dominante Komponente der Störgrößen an den Wasserschallwandlern darstellen. Eine Reduzierung der Fahrtgeschwindigkeit führt jedoch auch zu einer Reduzierung der Flächensuchleistung, da das Wasserfahrzeug in der gleichen Zeit weniger Fahrtstrecke absolviert - sofern die Detektionsreichweite der Wasserschallwandler durch die geringeren Eigenstörgrößen nicht in gleichem Maße erhöht wird. Anders ausgedrückt erhöht eine höhere Fahrtgeschwindigkeit die Flächenleistung nur so lange, bis die Detektionsreichweite der Wasserschallwandler nicht signifikant durch die Eigenstörgrößen limitiert wird. Der Punkt, d.h. die Geschwindigkeit, an dem die optimale Flächensuchleistung erreicht wird, ist jedoch nicht bekannt.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Konzept für die Sonarsignalverarbeitung zu schaffen.
• Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
• Ausführungsbeispiele zeigen eine Signalverarbeitungsvorrichtung mit einer Signalverarbeitungseinheit und einer Vielzahl von gleichartigen, zu einem Linienarray angeordneten Wasserschallwandlern. Die Wasserschallwandler sind jeweils ausgebildet, auftreffenden Wasserschall in ein entsprechendes elektrisches Signal umzuwandeln. Die Signalverarbeitungsvorrichtung wird auch als Sonarsignalverarbeitungsvorrichtung bezeichnet.
• Die (Sonar-) Signalverarbeitungseinheit führt eine zweidimensionale Frequenztransformation der elektrischen Signale durch und gibt eine resultierende Intensitätsverteilung aus. Als Intensität des Wasserschalls wird beispielsweise dessen Amplitude oder dessen Pegel angesehen. Somit wird einerseits eine Richtungsbildung durchgeführt, die sich von dem bekannten „Delay-and-Sum Beamforming“ unterscheidet. Zusätzlich können Schallanteile (Wasserschall oder Körperschall, z.B. Vibrationsschall) dargestellt werden, die von dem Wasserschallwandler mit einer Schallgeschwindigkeit detektiert werden, die geringer ist als die Schallgeschwindigkeit des die Wasserschallwandler umgebenden Wassers. Dies ermöglicht es, Geräusche in den elektrischen Signalen zu detektieren, die nicht über den Wasserschallkanal auf die Wasserschallwandler aufgetroffen sind. Bei solchen Geräuschen kann es sich nur um Eigenstörgrößen handeln. Ferner ermöglicht die zweidimensionale Frequenztransformation neben der Detektion auch die quantitative Bestimmung der Eigenstörgrößen. D.h., es ist beispielsweise ein Vergleich zwischen den Eigenstörgrößen und dem Hintergrundrauschen der Umgebung oder mit Geräuschen von Zielen möglich.
• Als Frequenztransformation wird beispielsweise eine DFT (Diskrete Fourier Transformation) oder eine FFT (Fast Fourier Transformation) verwendet. Die elektrischen Signale liegen beispielsweise als eindimensionaler Vektor mit Abtastwerten pro Wasserschallwandler vor.
• Die Wasserschallwandler sind vorteilhafterweise zu einer Linearantenne angeordnet, um ausnutzen zu können, dass die Intensitätsverteilung mittels einer zweidimensionalen Frequenztransformation über Zeit und Ort berechnet werden kann. Ferner wäre die Integration für die Frequenztransformation über die Funktion der Kurve durchzuführen, die die gekrümmte Antenne dann bildet. Dies erfordert eine Rechenleistung, die zumindest nach derzeitigem Stand von einem Wasserfahrzeug nicht aufgebracht werden kann. Ferner würde durch die größere erforderliche Rechenleistung das Bereitstellen der Intensitätsverteilung (d.h. auch der Richtungsbildung) verlangsamt, was einen taktischen Nachteil zur Folge hat.
• Idee ist es, mittels einer zweidimensionalen Frequenztransformation eine Richtungsbildung zu ermöglichen, die zusätzlich Informationen zu Eigenstörgrößen enthält, die mittels des derzeit zur Richtungsbildung verwendeten „Delay-and-Sum Beamformings“ nicht erhalten werden können. Dies ermöglicht es dem Sonar-Operator zu erkennen, ob der Sonareigenstör an der Antenne aktuell der dominante Geräuschpfad ist oder nicht. In diesem Fall ist die Detektionsreichweite durch das Wasserfahrzeug, an dem die Wasserschallwandler angeordnet sind, begrenzt. Basierend auf dieser Information kann der Sonar-Operator vorschlagen, den Fahrzustand anzupassen, d.h. insbesondere die Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs zu verringern.
• In anderen Worten kann die offenbarte Signalverarbeitungsvorrichtung und das entsprechende Verfahren zur Signalverarbeitung von Wasserschall dem Sonaroperator somit eine Möglichkeit an die Hand geben, die Eigenstörgrößen zu quantifizieren und, wenn die Eigenstörgrößen zu groß sind, geeignete Maßnahmen zur Reduzierung der Eigenstörgrößen einzuleiten. Dies wird insbesondere die Reduzierung der Fahrgeschwindigkeit des Wasserfahrzeugs sein, an dem die Wasserschallwandler zum Empfang des Wasserschalls angeordnet sind. Somit ist der Sonaroperator in der Lage, die Flächensuchleistung des Wasserfahrzeugs bei gegebenen Umgebungsbedingungen wie z.B. Seegang zu optimieren, ohne die Detektionsreichweite der Sonarantennen (d.h. der Wasserschallwandler) zu verringern. Dies bietet einen enormen taktischen Vorteil in einem Manöver, da so bei vorgegebener Zeit die größtmögliche Fläche abgesucht werden kann, ohne in Gefahr zu laufen, dass in der Suchfläche Ziele übersehen werden. Die abzusuchende Fläche ergibt sich aus der Reichweite der Sonarantennen und der Fahrtgeschwindigkeit des Wasserfahrzeugs.
• In Ausführungsbeispielen werden die elektrischen Signale für die zweidimensionale Frequenztransformation über der Zeit und den Ort (des Wasserschallwandlers in der Sonarantenne) integriert, um die Intensitätsverteilung zu erhalten. D.h., entsprechend der zeitlichen Abtastung (Abtastfrequenz) und räumlichen Abtastung (Abstand zwischen den Wasserschallwandlern) ergibt sich eine räumlich und spektral aufgelöste Zuordnung der an den Wasserschallwandern (bzw. der Sonarantenne) anliegenden Schalldruckpegel. Aus einer derart ausgeführten zweidimensionalen Frequenztransformation folgt, dass die Intensitätsverteilung des Wasserschalls als Intensitätsverteilung einer Frequenz des Wasserschalls über der Wellenzahl ausgegeben wird.
• In Ausführungsbeispielen ist die Signalverarbeitungseinheit ausgebildet, einen ersten Wert einer Schallintensität des Wasserschalls in einem (Frequenz-Wellenzahl-) Bereich der resultierenden Intensitätsverteilung zu ermitteln, in dem die Schallgeschwindigkeit geringer ist als die Schallgeschwindigkeit in Wasser (erster Wert) und mit einem zweiten Wert der detektierten Schallintensität in einem Bereich der resultierenden Intensitätsverteilung zu vergleichen, in dem die Schallgeschwindigkeit mindestens der Schallgeschwindigkeit im Wasser entspricht (zweiter Wert). Ferner ist die Signalverarbeitungseinheit ausgebildet, wenn das Vergleichsergebnis des ersten Werts mit dem zweiten Wert einen Schwellenwert passiert, eine Aktion auszuführen. Die Aktion kann beispielsweise das Ausgeben eines Hinweises sein, dass der Schwellenwert passiert worden ist. Der Hinweis kann ebenfalls beinhalten, dass die Detektionsreichweite der Antenne reduziert ist. Der Vergleich kann beispielsweise eine Division oder eine Subtraktion beinhalten.
• Vorteilhafterweise wird der erste und der zweite Wert für gleiche Frequenzen oder benachbarte Frequenzen ermittelt. Wird der erste Wert und der zweite Wert für benachbarte Frequenzen ermittelt, weist die Frequenz, für die der erste Wert ermittelt ist beispielsweise eine Abweichung von maximal 200Hz, bevorzugt maximal 100Hz, weiter bevorzugt maximal 50Hz zu der Frequenz auf, für die der zweite Wert ermittelt wird.
• So kann festgestellt werden, wenn das Vergleichsergebnis den Schwellenwert passiert hat, dass die Detektionsreichweite der Wasserschallwandler reduziert ist. Dies kann automatisch durch die Signalverarbeitungseinheit erfolgen. Um die Detektionsreichweite zu erhöhen, kann das Wasserfahrzeug seine Fahrt verlangsamen.
• Ferner kann der Vergleich des ersten mit dem zweiten Wert für eine Mehrzahl von Werten unterschiedlicher Frequenzen bestimmt werden.
• So kann ein Frequenzbereich in dem Diagramm ermittelt werden, in dem die Detektionsreichweite der Wasserschallwandler nicht durch die Eigenstörgrößen eingeschränkt ist. Dies kann automatisch durch die Signalverarbeitungseinheit erfolgen. Ist die Detektionsreichweite für zu viele Frequenzbereiche reduziert, kann der Hinweis ausgegeben werden.
• Ergänzend oder alternativ kann der Vergleich des ersten mit dem zweiten Wert für eine Mehrzahl von Wellenzahlen gleicher oder benachbarter Frequenzen bestimmt werden. Der Hinweis kann dann ausgegeben werden, wenn die Anzahl der Vergleichsergebnisse, die den Schwellenwert passieren, oberhalb eines vorbestimmten Werts liegt.
• So kann eine robustere Einschätzung darüber getroffen werden, ob für eine Frequenz der Schwellenwert überschritten ist oder nicht.
• Analog ist ein Verfahren zur Signalverarbeitung von elektrischen Signalen einer Vielzahl von gleichartigen, zu einem Linienarray angeordneten Wasserschallwandlern mit folgenden Schritten offenbart: Durchführen einer zweidimensionalen Frequenztransformation der elektrischen Signale; Ausgeben einer resultierenden Intensitätsverteilung des Wasserschalls, um eine Richtungsbildung zu erhalten und um Wasserschallanteile darzustellen, die von dem Wasserschallwandler mit einer Schallgeschwindigkeit detektiert werden, die geringer ist als die Schallgeschwindigkeit des die Wasserschallwandler umgebenden Wassers.
• Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
• 1: ein schematisches Blockschaltbild einer Signalverarbeitungsvorrichtung; und
• 2: ein beispielhaftes Diagramm, in dem eine Intensitätsverteilung des Wasserschalls dargestellt werden kann.
• 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.
• 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Signalverarbeitungsvorrichtung 20. Die Signalverarbeitungsvorrichtung 20 umfasst eine Vielzahl von gleichartigen, zu einem Linienarray angeordneten Wasserschallwandlern 22 und eine Signalverarbeitungseinheit 24. In 1 sind beispielhaft und stark vereinfacht vier Wasserschallwandler 22a, 22b, 22c, 22d dargestellt. Die Wasserschallwandler 22 sind jeweils ausgebildet, auftreffenden Wasserschall 25 in ein entsprechendes elektrisches Signal 26a, 26b, 26c, 26d umzuwandeln. Hier sind zwei unterschiedliche Wellenfronten 25a, 25b dargestellt, auf die hinsichtlich der Beschreibung zu 2 nochmal Bezug genommen wird. Die elektrischen Signale 26 werden auch als Ausgangssignal bezeichnet. Die Signalverarbeitungseinheit 24 erhält die elektrischen Signale 26 und führt beispielsweise eine zweidimensionale Frequenztransformation der elektrischen Signale durch. Ferner kann die Signalverarbeitungseinheit 24 weitere Signalverarbeitungsschritte ausführen. Ausgabe der Signalverarbeitungseinheit 24 ist eine Intensitätsverteilung 28.
• 2 zeigt ein beispielhaftes Diagramm, in dem eine Intensitätsverteilung des Wasserschalls dargestellt werden kann. Die Intensität wird pro Frequenz und Wellenzahl aufgetragen. D.h. bevorzugt wird ein Raster der Frequenz über der Wellenzahl mit Intensitäten des Wasserschalls dargestellt. Die Anzahl der Punkte des Rasters wird durch die Abtastrate (Auflösung der Frequenzachse) und die Anzahl sowie Abstände der Wasserschallwandler in dem Linienarray (Auflösung der Wellenzahl-Achse) bestimmt.
• Das Diagramm wird durch eine V-förmige Trennlinie 30 unterteilt. Innerhalb des V 30, d.h. in einem Bereich 32 der Intensitätsverteilung 28 liegen die Schallwellen, die mit einer relativen Geschwindigkeit auf die Wasserschallwandler auftreffen, die größer ist als die Schallgeschwindigkeit im Wasser. Auf dem V, d.h. auf der Trennlinie 30 liegen die Schallwellen, die mit einer Geschwindigkeit über die Wasserschallwandler laufen, die genau der Schallgeschwindigkeit im Wasser entspricht. Außerhalb des V 30 liegen die Schallwellen, die mit einer Geschwindigkeit über die Wasserschallwandler laufen, die geringer ist als die Schallgeschwindigkeit im Wasser. D.h. außerhalb des V 30 auftretende Geräusche können nicht über den Wasserschallkanal auf den Wasserschallwandlern auftreffen. Bei diesen Geräuschen handelt es sich daher ausschließlich um Eigenstörgeräusche. Auf bzw. in dem V 30 findet eine Überlagerung der Umgebungsgeräusche mit den Eigenstörgeräuschen statt.
• In anderen Worten haben die Eigenstörgeräusche keine spezifische Ausbreitungsgeschwindigkeit und verteilen sich näherungsweise gleichmäßig über alle Wellenzahlen. Sie bilden einen breitbandigen Störhintergrund, der sich über das gesamte Diagramm legt. Wäre die äußere Umgebung z.B. ideal leise, so wären keine Pegelunterschiede zwischen dem Wasserschallbereich (innerhalb des V 30) und dem Nicht-Wasserschallbereich (außerhalb des V 30) erkennbar und es verblieben die reinen Eigenstörgeräusche.
• Dass die Schallgeschwindigkeit, mit der die Schallwellen über die Wasserschallwandler laufen innerhalb des V 30 größer ist als die Schallgeschwindigkeit lässt sich leicht erläutern. In 1 sind zwei Wellenfronten 25a, 25b des Wasserschalls gezeigt. Nur die Wellenfront 25b wandert mit Schallgeschwindigkeit von einem Wasserschallwandler zum nächsten Wasserschallwandler, da die Wellenfront senkrecht zu dem Linienarray einfällt. Es handelt sich demnach um den Endfire Bereich des Linienarrays. Sobald die Wellenfront, wie z.B. anhand der Wellenfront 25a dargestellt, in einem Winkel auf das Linienarray auftrifft, treffen die Schallwellen mit einer größeren relativen Geschwindigkeit auf die nächsten Wasserschallwandler auf. In einer anderen Betrachtung sind die Wasserschallwandler in einem Abstand zueinander angeordnet, dass jeder genau eine Schwingung der Wellenfront 25b zwischen die Wasserschallwandler passt. Treffen die gleichen Schallwellen als Wellenfront 25a auf die Wasserschallwandler auf, detektieren die Wasserschallwandler weniger als eine Schwingung der Wellenfront 25a. Im Extremfall einer senkrecht auf die Linearantenne auftreffenden Wellenfront, detektieren die Wasserschallwandler die Schallwellen zeitgleich.
• Daraus folgt auch, dass innerhalb des V 30 eine Richtungsbildung der Schallwellen erfolgt. Insoweit können die Wellenzahlen bei den Frequenzen, die auf oder innerhalb des V 30 liegen als reelle Beams bezeichnet werden. Wellenzahlen für Frequenzen, die außerhalb des V 30 liegen können als virtuelle Beams bezeichnet werden.
• Die Trennlinie 30 ergibt sich aus folgender Betrachtung: $$Wellenzahl=\frac{Frequenz}{SchallgeschwindigkeitimWasser}$$

  
• Die Schallgeschwindigkeit im Wasser liegt bei 1500m/s. Daraus ergibt sich bei einer Frequenz von 1500Hz eine Wellenzahl von 1. Dieses Beispiel ist durch die gestrichelten Linien ausgehend von den Achsen des Diagramms zu der Trennlinie 30 in 2 dargestellt.
• Die offenbarten (Wasser-) Schallwandler sind für den Einsatz unter Wasser, insbesondere im Meer, ausgelegt. Die Schallwandler können, Wasserschall in ein dem Schalldruck entsprechendes elektrisches Signal (z.B. Spannung oder Strom), das Wasserschallsignal, umwandeln. Überdies ist es möglich, dass die Schallwandler eine anliegende elektrische Spannung in Wasserschall umwandeln können. Die Schallwandler können demnach als Wasserschallempfänger und/oder als Wasserschallsender verwendet werden. Als sensorisches Material können die Schallwandler ein piezoelektrisches Material, beispielsweise eine Piezokeramik, aufweisen. Die Schallwandler können für (Aktiv- und/oder Passiv-) Sonar (sound navigation and ranging, dt.: Schall-Navigation und -Entfernungsbestimmung) eingesetzt werden. Die Schallwandler sind bevorzugt nicht für medizinische Anwendungen geeignet bzw. werden nicht für medizinische Anwendungen eingesetzt.
• Als Wasserschallwandler wird ein einzelner Wandler oder eine spezielle Anordnung von Wandlern, ein sogenanntes Stave verstanden. Ein Stave umfasst eine Mehrzahl von Wandlern, die zusammengefasst sind, z.B. durch einen Verguss. So können die Wandler zu einer untrennbaren Einheit zusammengefasst sein. Üblicherweise werden die Ausgangssignale der einzelnen Wandler eines Staves bereits aufsummiert, z.B. durch eine elektrische Parallelschaltung der Wandler, und stehen der Signalverarbeitung, beispielsweise dem Beamformer bzw. Richtungsbildner, als ein (Summen-) Signal zur Verfügung.
• 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.
• 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.
• Bezugszeichenliste

20

Signalverarbeitungsvorrichtung

22

Wasserschallwandler

24

Signalverarbeitungseinheit

25

Wasserschall

26

elektrisches Signal

28

Intensitätsverteilung

30

V-förmige Trennlinie (kurz: V)

Claims (10)

1. Signalverarbeitungsvorrichtung (20) mit folgenden Merkmalen: einer Vielzahl von gleichartigen, zu einem Linienarray angeordneten Wasserschallwandlern (22), wobei die Wasserschallwandler (22) jeweils ausgebildet sind, auftreffenden Wasserschall (25) in ein entsprechendes elektrisches Signal (26) umzuwandeln; einer Signalverarbeitungseinheit (24), die ausgebildet ist, eine zweidimensionale Frequenztransformation der elektrischen Signale (26) durchzuführen und eine resultierende Intensitätsverteilung (28) des Wasserschalls (25) auszugeben, um eine Richtungsbildung zu erhalten und um Wasserschallanteile darzustellen, die von dem Wasserschallwandler (22) mit einer Schallgeschwindigkeit detektiert werden, die geringer ist als die Schallgeschwindigkeit des die Wasserschallwandler (22) umgebenden Wassers.
2. Signalverarbeitungsvorrichtung (20) gemäß Anspruch 1, wobei die Signalverarbeitungseinheit (24) ausgebildet ist, für die zweidimensionale Frequenztransformation die elektrischen Signale über der Zeit und den Ort zu integrieren, um die Intensitätsverteilung (28) zu erhalten.
3. Signalverarbeitungsvorrichtung (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Signalverarbeitungseinheit (24) ausgebildet ist, die Intensitätsverteilung (28) als Intensitätsverteilung (28) einer Frequenz des Wasserschalls über der Wellenzahl auszugeben.
4. Signalverarbeitungsvorrichtung (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Wasserschallwandler (22) als Linearantenne angeordnet sind.
5. Signalverarbeitungsvorrichtung (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Signalverarbeitungseinheit (24) ausgebildet ist, einen ersten Wert einer Schallintensität des Wasserschalls in einem Bereich der resultierenden Intensitätsverteilung (28) zu ermitteln, in dem die Schallgeschwindigkeit geringer ist als die Schallgeschwindigkeit im Wasser und mit einem zweiten Wert der detektierten Schallintensität in einem Bereich der resultierenden Intensitätsverteilung (28) zu vergleichen, in dem die Schallgeschwindigkeit mindestens der Schallgeschwindigkeit im Wasser entspricht; wobei die Signalverarbeitungseinheit (24) ausgebildet ist, wenn das Vergleichsergebnis einen Schwellenwert passiert, eine Aktion auszuführen.
6. Signalverarbeitungsvorrichtung (20) gemäß Anspruch 5, wobei die Signalverarbeitungseinheit (24) ausgebildet ist, als Aktion einen Hinweis auszugeben, der mit dem Passieren des Schwellenwerts korreliert.
7. Signalverarbeitungsvorrichtung (20) gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Signalverarbeitungseinheit (24) ausgebildet ist, den ersten und den zweiten Wert für gleiche Frequenzen oder benachbarte Frequenzen zu ermitteln, wobei benachbarte Frequenzen eine Abweichung von maximal 200Hz, insbesondere maximal 100Hz oder maximal 50Hz aufweisen.
8. Signalverarbeitungsvorrichtung (20) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Signalverarbeitungseinheit ausgebildet ist, den Vergleich des ersten Werts mit dem zweiten Wert jeweils für eine Mehrzahl von Wellenzahlen durchzuführen um eine Vielzahl von Vergleichsergebnissen zu erhalten; wobei die Signalverarbeitungseinheit ausgebildet ist, die Aktion auszuführen, wenn eine Anzahl der Vergleichsergebnisse, die den Schwellenwert passiert haben, oberhalb eines vorbestimmten Werts liegt.
9. Signalverarbeitungsvorrichtung (20) gemäß Anspruch 8, wobei die Signalverarbeitungseinheit ausgebildet ist, den Vergleich des ersten Werts mit dem zweiten Wert für gleiche oder benachbarte Frequenzen auszuführen.
10. Verfahren zur Signalverarbeitung von elektrischen Signalen einer Vielzahl von gleichartigen, zu einem Linienarray angeordneten Wasserschallwandlern mit folgenden Schritten: - Durchführen einer zweidimensionalen Frequenztransformation der elektrischen Signale (26); - Ausgeben einer resultierenden Intensitätsverteilung (28) des Wasserschalls, um eine Richtungsbildung zu erhalten und um Wasserschallanteile darzustellen, die von dem Wasserschallwandler (22) mit einer Schallgeschwindigkeit detektiert werden, die geringer ist als die Schallgeschwindigkeit des die Wasserschallwandler (22) umgebenden Wassers.

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