DE3033806A1

DE3033806A1 - Einrichtung zum lokalisieren einer geraeuschquelle

Info

Publication number: DE3033806A1
Application number: DE19803033806
Authority: DE
Inventors: Peter H. Hopkins Minn. VanSloun
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Northrop Grumman Innovation Systems LLC
Priority date: 1979-09-13
Filing date: 1980-09-09
Publication date: 1981-04-02
Also published as: US4279027A; FR2465282A1; GB2059062B; FR2465282B1; GB2059062A; IT8049656A0; DE3033806C2; IT1128188B

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Lokalisieren einer Geräuschquelle. Aus der US-PS 29 66 657 ist ein akustischer Peiler mit zwei Richtmikrophonen und einem ungerichteten Mikrophon bekannt, der Ausgangssignale entgegengesetzter Polarität erzeugt, wenn die Richtntikrophone Signale aus zwei entgegengesetzten Richtungen empfangen. Das Äusgangssignal des dritten Mikrophons wird zusammen mit denjenigen der beiden Richtmikrophone zur Bestimmung der Einfallsrichtung des Geräuschs ausgenutzt. Weiterhin zeigt die US-PS 38 54 117 einen akustischen Peiler mit zwei oder mehr Mikrophonen, wobei ein Phasendetektor Anwendung findet und ein nicht lineares Ausgangssignal die Phasendifferenz anzeigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine möglichst einfache Einrichtung der eingangs genannten Art zu finden, mit deren Hilfe der Zeitpunkt bestimmt werden kann, zu dem eine sich an der Einrichtung vorbeibewegende Schall- oder Geräuschquelle den der Einrichtung am nächsten gelegenen Punkt ihrer Bewegungsbahn erreicht hat. Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Eine solche Einrichtung kann beispielsweise im Rahmen der Verkehrsüberwachung oder Steuerung von Verkehrssignalanlagen eingesetzt werden. Dort besteht oft der Wunsch, Signalanlagen zu schalten, ehe ein Fahrzeug dort angekommen ist. Durch geeignete Anordnung einer Einrichtung gemäß der Erfindung kann man feststellen, wann das Fahrzeug diese Einrichtung passiert, und zwar unabhängig davon, ob es dicht oder in größerem Abstand an der Einrichtung vorbeifährt. Auch bei der Überwachung des Flugverkehrs im Flughafenbereich, wo mitunter mehrere Flugzeuge gleichzeitig im Zubringerdienst tätig sind, ist es vielfach wichtig, den jeweiligen Standort dieser Zubringerflugzeuge zu überwachen und festzustellen, wann sie an bestimmten Stellen vorbeifliegen. Die Ausgangssignale der Einrichtung können sowohl für Melde- und Alarmzwecke, als auch für Zwecke einer automatischen Verkehrsregelung eingesetzt werden.

13001 A/1 131

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den ünteransprüchen. Sie wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 die Anordnung und Ausrichtung der Mikrophone

und
Fig. 2 das Blockschaltbild der Einrichtung.

In Fig. 1 sind zwei Gradientenmikrophone 10 und 12 derart ausgerichtet, daß ihre Empfindlichkeitsachsen 11 und 13 rechtwinklig zueinander stehen. Jedes der beiden Mikrophone empfängt akustische Signale, die längs seiner Empfindlichkeitsachse eintreffen. Es handelt sich um Gradientenmikrophone, deren räumliche Empfindlichkeit nach einer Kosinusfunktion verläuft. Die Pfeile 11 und 13 deuten die Empfindlichkeitsrichtung an, und zwar derart, daß Schallwellen, die bei beiden Mikrophonen auf die Pfeilspitze treffen, in Phase sind, während Schallwellen, die beim einen Mikrophon auf die Pfeilspitze und beim anderen auf das Pfeilende der solchermaßen gekennzeichneten Empfindlichkeitsachse auftreffen, in Gegenphase sind. Schallwellen, die bei beiden Pfeilen auf deren Ende treffen, sind ebenfalls in Phase.

Bewegt sich in Fig. 1 ein Fahrzeug längs des Weges W von links nach rechts, so treffen die Schallwellen 17 auf das Ende des Pfeils 11 und auf die Spitze des Pfeils 13, solange sich das Fahrzeug links von der Mittellinie 21 befindet. Dies bedeutet, daß die Ausgangssignale der Mikrophone 10 und 12 nicht in Phase sind, solange die Geräuschquelle auf ihrem Weg W noch nicht den der Einrichtung 10, 12 am nächsten gelegenen Punkt des Weges erreicht hat. Sobald die Geräuschquelle die Mittellinie 21 überschreitet und vom Bereich 21A in den Bereich 21B übertritt, treffen die Schallwellen 17 auf die Pfeilspitzen der Empfindlichkeitsachsen 11 und 13 beider Mikrophone 10 und 12. Dies bedeutet, daß die Ausgangssignale nunmehr in Phase sind. Der Übergang des Phasenzustands der Signale läßt sich mit Hilfe

1300U/1 131

einer geeigneten Signalverarbeitungsschaltung feststellen. Damit liegt auch der Punkt der größten Annäherung der Geräuschquelle an die Einrichtung 10, 12 fest. Die Bewegungsbahn W braucht dabei keineswegs geradlinig zu verlaufen, sondern kann auch gekrümmt sein. Zur Feststellung des Zeitpunkts des Phasenübergangs dient die Schaltungsanordnung nach Fig. 2.

Hier sind die Ausgänge der beiden Gradientenmikrophone 10 und 12 jeweils über einen Verstärker 14 bzw. 16 an einen Bandpaßverstärker 18 bzw. 20 angeschlossen, mit dessen Hilfe Störsignale, deren Frequenz außerhalb des interessierenden Frequenzbereiches der Geräuschquelle liegt, ausgefiltert werden und auf diese Weise das Nutz/Rauschverhältnis verbessert wird. Sich hieran anschließende nichtlineare Regelverstärker 22, 24 verstärken kleine Signale stark und starke Signale weniger, um der nachfolgenden Signalverarbeitungsschaltung auch bei in der Amplitude stark schwankenden Geräuschen zuverlässig verarbeitbare Eingangssignale zur Verfügung zu stellen. Eine positive Schwellwertstufe 26 bzw. 28 in jedem der beiden Signalkanäle liefert ein digitales Ausgangssignal, sobald das Empfangssignal einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Zwei negative Schwellwertstufen 27 und 29 arbeiten in ähnlicher Weise und liefern ein anderes digitales Ausgangssignal sobald das Empfangssignal unterhalb eines negativen Schwellwerts liegt.

An die Ausgänge der vier Schwellwertstufen 26 bis 29 sind parallel zueinander die jeweils vier Eingänge von zwei Phasenvergleichsschaltungen 30 und 3 2 angeschlossen. Die Phasenvergleichsschaltung 30 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn beide positiven Schwellwertstufen 26 und 28 ein Ausgangssignal liefern oder wenn beide negativen Schwellwertstufen 27 und 29 ein Signal liefern. .Das Verzögerungsglied 34 hat eine Verzögerungszeit von etwa einem Sechstel der Periodendauer der höchsten interessierenden Signalfrequenz· Diese Zeitverzögerung verhindert, daß geringfügige Phasenunterschiede im Bereich des Nulldurchgangs zu Störungen führen. Das verzögerte Signal wird dann einem Integrator 35 zugeleitet, der vorzugsweise eine lange Ansprechzeitkonstante und eine kurze Abfall-

130014/1131

zeitkonstante, beispielsweise im Verhältnis 10:1 hat. Es sind also mehrere Zyklen eines Eingangssignals erforderlich, um ein Integratorausgangssignal zu erzeugen. Im unteren Zweig der Phasenvergleichsschaltung ist eine zweite Phasenvergleichsschaltung 3 2 vorgesehen, welche anspricht, wenn die zu vergleichenden Signale unterschiedliche Polarität haben, also wenn beispielsweise die positive Schwellwertschaltung 26 und die negative Schwellwertschaltung 29 ein Ausgangssignal liefert. Das nachgeschaltete Verzögerungsglied 36 und der Integrator arbeiten in der zuvor beschriebenen Weise. Am Ausgang der Phasenvergleichsschaltung 32 entsteht somit ein Signal, welches kennzeichnend dafür ist, daß die Empfangssignale nicht in Phase sind. Die Ausgänge der beiden Integratoren 35 und 37 sind an die beiden Eingänge eines UND-Gatters 38 angeschlossen, welches ein Ausgangssignal liefert, sobald und solange ihm von jedem der beiden Integratoren ein Eingangssignal angeboten wird. Die beiden Integratoren liefern wegen ihrer kurzen Abfallzeit nur für eine kurze Zeitspanne nach dem Verschwinden des "in-Phase-Signals" bzw. in Gegenrichtung nach dem Verschwinden des "nichtin-Phase-Signals" ein Ausgangssignal. Es kennzeichnet den Zeitpunkt des Übergangs des Phasenzustandes und damit den Zeitpunkt, in dem die Geräuschquelle der Lokalisiereinrichtung am nächsten gekommen ist. Es ist leicht erkennbar, daß das UND-Gatter 38 auch dann im Zeitpunkt des Phasenübergangs ein kurzes Ausgangssignal liefert, wenn sich die Geräuschquelle auf dem Weg W von rechts nach links bewegt und die Mittellinie 21 überschreitet. Da die positiven Schwellwertstufen 26 und 28 aus jedem einen positiven Schwellwert überschreitenden Wechselspannungs-Eingangssignal ein Digitalsignal, also einen Impuls ableitet, und andererseits die negativen Schwellwertstufen 27 und 29 in jeder negativen Halbwelle des Eingangssignals ein Digitalsignal entstehen läßt, sofern das Eingangssignal einen vorgegebenen negativen Schwellwert überschreitet, erfolgt in den beiden Phasenvergleichsschaltungen 30 und 32 ein Phasenvergleich von Digitalsignalen, der sich durch logische Verknüpfungsglieder mit geringem Aufwand durchführen läßt. Die Einrichtung zeichnet sich folglich durch einen einfachen, übersichtlichen

1300U/1 1 31

und auch im Langzeitbetrieb zuverlässig arbeitenden Schaltungsauf bau aus.

1300U/1 131

Claims

HONEYWELL INC. 8. September 1980

Honeywell Plaza 1007654 Ge

Minneapolis, Minnesota, USA HR/de

Einrichtung zum Lokalisieren einer Geräuschouelle.

Patentansprüche:

T.J Einrichtung zum Lokalisieren einer Geräuschquelle, gekennzeichnet durch zwei mit ihren Empfindlichkeitsachsen (11,13) rechtwinklig zueinander ausgerichtete Gradientenmikrophone (10,12), eine an die Signalausgänge beider Mikrophone angeschlossene Phasenvergleichsschaltung (30,32) sowie eine dieser nachgeschaltete bei einer Phasenänderung ansprechende Meldeschaltung (38) .
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in die Signalwege zwischen die Ausgänge der beiden Mikrophone (10,12) und die Eingänge der Phasenvergleichsschaltung (30,32) je ein Bandpaßverstärker (18,20) und/oder ein Regelverstärker (22,24) eingeschaltet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Signalwege zwischen die Ausgänge der beiden Mikrophone (10,12) und die Eingänge der Phasenvergleichsschaltung (30,32) je eine Schwellwertschaltung (26,27;28,29) eingeschaltet ist.

1300U/1 131 ORIGINAL INSPECTED
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schwellwertschaltung aus zwei Schwellwertstufen (26,27 bzw. 28,29) besteht, von denen die eine (26,28) ein erstes Digitalsignal liefert, wenn das Eingangssignal einen vorgegebenen positiven Amplitudenwert überschreitet,und die andere (27,29) ein anderes Digitalsignal abgibt, wenn das Eingangssignal unterhalb eines vorgegebenen negativen Amplitudenwerts liegt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Phasenvergleichsschaltungen (30,3 2) vorgesehen sind, von denen die eine (30) ein erstes Ausgangssignal liefert, wenn die Eingangssignale in Phase sind, während die andere (32) ein zweites Ausgangssignal liefert, wenn die Eingangssignale nicht in Phase sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Phasenvergleichsschaltungen (30,32) je vier Eingänge aufweisen, die jeweils an die Ausgänge der vier Schwellwertstufen (26-29) angeschlossen sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Meldeschaltung (38) anspricht, wenn beide Phasenvergleichsschaltungen (30,32) ein Ausgangssignal liefern.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen die Ausgänge der Phasenvergleichsschaltungen (30,32) und die Eingänge der Meldeschaltung (38) jeweils ein Verzögerungsglied (34, 36) und ein Integrierglied (35,37) in Reihe eingeschaltet sind.

1300U/1 1 31