DE3222255C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung und Darstellung von Zieldaten nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Bei derartigen Verfahren ist es erforderlich, Zielgeräusche über sehr lange Zeiträume, z. B. mehrere Minuten, abzuhören, in regelmäßigen Zeitabständen passive Horchpeilungen vorzunehmen und zu speichern, wobei unter Horchpeilung i. allg. die akustische Peilung von Geräuschquellen verstanden wird. Diese Daten sind erst nach einigen Minuten und nur in ihrer Gesamtheit auswertbar. Zum Zeitpunkt der Auswertung jedoch ist die Lage bewegter Fahrzeuge zueinander bereits wieder verändert, so daß einmal empfangene Meßwerte durch erneute Messung nicht wieder korrigierbar sind.

Die genaue Kenntnis der Lage ist für ein U-Boot von entscheidender Bedeutung, da sie die Grundlage für alle navigatorischen und taktischen Entscheidungen bildet. Insbesondere dann, wenn keine aktiven Ortungsverfahren eingesetzt werden können, um Eigenverrat sicher zu vermeiden, müssen die Daten für die Lagedarstellung ausschließlich aufgrund passiver Meßverfahren ermittelt werden. Dabei kommt dem Ermitteln gesicherter Meßwerte, von denen alle weiteren Daten abhängen, besondere Bedeutung zu.

Gerade passive Meßverfahren sind jedoch vielerlei Fehlermöglichkeiten unterworfen. So muß von der Hypothese ausgegangen werden, daß das zu ortende Fahrzeug während der Meßzeit konstanten Kurs und konstante Geschwindigkeit fährt. Ist die Voraussetzung nicht erfüllt, sind die Meßwerte zwangsläufig zur Auswertung ungeeignet. Es ist daher insbesondere erforderlich, anhand der Meßwerte oder der daraus abgeleiteten Daten Abweichungen von der Hypothese zu erkenen, da sonst durch Fehler in Teilergebnissen die gesamte Auswertung verfälscht wird. Ebenso ist es notwendig, zur Erhöhung der Genauigkeit Streuungen von Meßwerten zu erkennen und von dem Grad der Streuung Fehlerkriterien abzuleiten, um den Einfluß von fehlerhaften Meßwerten auf die Berechnung der Zieldaten zu reduzieren.

Es ist aus der DE-OS 30 16 070 eine Spuranzeigevorrichtung bekannt, mit der die Spur, d. h. aufeinanderfolgende Eigenpositionen, eines diese Vorrichtung mitführenden Fahrzeuges in einem Koordinatensystem dargestellt wird. Ein derartiges System ist weder zur Peilung noch zur Ermittlung von Zieldaten fremder Fahrzeuge eingerichtet.

Aus der US-PS 41 69 257 ist ein Sonarrichtungsbildner bekannt, bei dem die Signale der einzelnen Wandler entsprechend einer Richtfunktion gewichtet werden, um die Einfallsrichtung von Unterwasserschallsignalen zu bestimmen. Dabei können dann Verzögerungs- und Phasennetzwerke zur Richtungsbildung vermieden werden. Eine derartige Vorrichtung kann die Grundlage zur Ermittlung von Horchpeilungen bilden, sie ist jedoch zur Verbesserung der Zieldatenbestimmung nicht vorgesehen, da die Peilwerte nur unmittelbar verwendet werden können.

Aus der DE-OS 27 38 540 ist eine Anordnung bekannt, die zum automatischen Ermitteln von Peilwinkelwerten bei atmosphärisch gestörten Funkpeilungen verwendet wird. Dabei werden über einen größeren Zeitraum die Peilwinkelwerte gemessen und ein mittlerer Peilwinkelwert bestimmt. Aus den mittleren Peilwinkelwerten mehrerer Peilstationen wird dann durch Kreuzpeilung der Standort des jeweils gepeilten Senders ermittelt. Allein mit den Mitteln der Kreuzpeilung lassen sich jedoch trotz Verbesserung der Peilwinkelwerte durch Mittelung keine Zieldaten von bewegten Fahrzeugen bestimmen.

Es ist aus der DE-PS 8 87 926 bekannt, aus drei Peilungen den Kurs eine Fahrzeugs zu bestimmen. Wird zusätzlich z. B. die Geschwindigkeit des Fahrzeugs aufgrund seiner Schraubendrehzahl geschätzt, so ist auch die Entfernung berechenbar und die Bahn des Fahrzeugs, d. h. alle zeitlich aufeinanderfolgenden Positionen können angegeben werden. Andererseits wird bei Vorgabe der Entfernung die dann unbekannte Geschwindigkeit bestimmt. In der Anfangsphase der Auswertung von Horchpeilungen ist die Zielbahn noch in starkem Maße von der Genauigkeit der Schätzwerte, Entfernung oder Geschwindigkeit, abhängig. Erst dann, wenn nach einem Eigenmanöver mindestens drei weitere Peilungen gemessen worden sind, werden die unbekannten Zieldaten unabhängig von den Schätzwerten. Alle zusätzlich ermittelten Peilungen bewirken einen Ausgleich der Meßfehler und bei zeichnerischen Lösungsverfahren am Plottisch auch einen Ausgleich der Zeichenungenauigkeiten beim Festlegen der Kursgeraden durch den Auswerter. Bei einer automatischen Auswertung der Peilung und Berechnen der Zielbahn durch Regressionsrechenverfahren nähert sich zwar die berechnete Zielbahn dem wirklichen Kurs immer genauer an, jedoch kann das Ergebnis der Rechnung unter Berücksichtigung einer meßfehlerbehafteten Peilung stärker verfälscht sein, als wenn die meßfehlerbehaftete Peilung durch vollständiges Löschen unberücksichtigt bliebe.

Auch ist bekannt, eine Peilwinkelzeitkurve einer vorgegebenen Kurvenschar zu überlagern, um das Verhältnis von Geschwindigkeit und Entfernung des Ziels zu bestimmen. Eine derartige Auswertung ist besonders zeitaufwendig und in hohem Maße abhängig von der Beurteilung des Auswerters, so daß sich leicht ungenaue Zieldaten ergeben. Darüber hinaus ist die Anzahl der zu berücksichtigenden Meßwerte durch die manuelle Auswertung stark eingeschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, passive Meßverfahren zur Zieldatenbestimmung der eingangs genannten Art zu verbessern, ohne daß bei Erhöhung der Peilgenauigkeit die Speicherkapazität der Zieldatenrechenanlage entsprechend der Anzahl gemessener Horchpeilungen erhöht werden muß, und die Sicherheit beim Ermitteln der Zieldaten zu steigern, um das wahre Zielverhalten rechtzeitig zu erkennen und in der Lagedarstellung anzuzeigen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Horchpeilungen in kurzer zeitlicher Aufeinanderfolge, z. B. typisch alle 0,5-1,0 s durchgeführt. Sie müssen auf einem Unterwasserfahrzeug, dem Eigenfahrzeug, fortlaufend durchgeführt werden, da sie die einzige Möglichkeit für die Schiffsführung darstellen, die Umgebungssituation aufzuklären und Kollisionsgefahren oder bekämpfenswerte Ziele zu erkennen. Während eines vorgebbaren Meßzeitintervalls, dessen Dauer ca. 30-60 s betragen kann, wird ein Peilmittelwert, i. allg. durch arithmetische Mittelung, über alle auswertbaren Horchpeilungen bestimmt. Es bleiben bei der Mittelung bereits solche Horchpeilungen unberücksichtigt, deren Signal/Störverhältnis einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.

Zu den Zeiten, zu denen die Horchpeilungen vorgenommen werden, werden ebenfalls die Positionen des Eigenfahrzeugs ermittelt, für die in gleicher Weise getrennt nach Länge und Breite entsprechende Positionsmittelwerte sowie aus den Zeiten zugehörige Zeitmittelwerte bestimmt werden. Dabei werden die Positionsmittelwerte, auch als Eigenpositionen bezeichnet, häufig in Längeneinheiten, Metern oder Seemeilen, und nicht in Winkeleinheiten weiter verarbeitet. Für die weitere Berechnung der Zieldaten wird ausschließlich von diesen Mittelwerten ausgegangen, die einzelnen Meßwerte sind dann nicht mehr verfügbar.

Die Berechnung der Zieldaten aus den Mittelwerten erfolgt vorzugsweise nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate. Dieses Verfahren bestimmt den konstanten Kursverlauf einer mit konstanter Geschwindigkeit fahrenden Geräuschquelle in der Art, daß die Quadrate der Abstände der für die abgespeicherten Zeitmittelwerte berechneten Zielpositionen auf der berechneten Kurslinie von zugehörigen, mit Peilmittelwerten und Positionsmittelwerten des Eigenfahrzeugs konstruierten Peillinien minimal werden. Die Methode der kleinsten Fehlerquadrate ist dabei jedoch nur ein mögliches Verfahren zur Bestimmung der Zieldaten, der Verlauf der Zielbewegung ist z. B. ebenso mit Kalman-Filterung zu bestimmen. Eine vorteilhafte Darstellung der Zieldaten erfolgt in kartesischen Koordinaten nach geographischer Länge und Breite oder, wie in taktischen Lagedarstellungen gebräuchlicher, in einer militärischen Gridnetzdarstellung. Für derartige Anzeigen werden die betreffenden Komponenten der Zieldaten berechnet und dargestellt.

Bei der Berechnung der Zieldaten werden die Peilmittelwerte mit unterschiedlichen Gewichtsfaktoren bewertet. Diese Gewichtsfaktoren haben i. allg. Werte zwischen 0 und 1. Im einfachsten Fall nehmen sie auch nur diese beiden Werte an, mit der Konsequenz, daß Peilmittelwerte mit dem Gewicht 0 bei der Berechnung unberücksichtigt bleiben. Eine einfache Möglichkeit zur Bestimmung von Gewichtsfaktoren besteht darin, den Gewichtsfaktoren abhängig vom Signal/Störverhältnis des Empfangssignals der Horchpeilungen oder von ihren Streuungen zu bestimmen.

In der Peilwinkelzeitkurve sind die Peilmittelwerte unmittelbar aufgetragen und liegen, obwohl bereits über eine Anzahl Horchpeilungen gemittelt wurde, noch als weitgehend unverarbeitete Meßwerte vor. Wie bereits erwähnt, streuen die Mittelwerte, und diese Streuungen sind besonders vorteilhaft aus der Peilwinkelzeitkurve bestimmbar und als von einem kontinuierlichen, geglätteten Verlauf abweichende Werte erkennbar. Auf diese Weise sind Meßfehler besonders schnell und einfach zu ermitteln und durch geeignete Gewichtung auch vollständig zu eliminieren.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß bei der Mittelwertbildung stärkere Meßwertstreuungen bereits geglättet werden und bereits dadurch eine Auswertung am Plottisch einfacher würde. Weiterhin ist die bei den Mittelwerten noch vorhandene Fehlerverteilung eine Normalverteilung, solange keine außergewöhnlichen Ursachen, wie Störziele, die Meßfehler bewirken, so daß auch bei der Berechnung der Zieldaten von einer Fehlerfortpflanzung mit normalverteilten Eingangswerten ausgegangen werden kann. Dies würde jedoch nicht mehr gelten, wenn umgekehrt aus den gemessenen Peilungen zunächst die abzuleitenden Größen bestimmt und diese dann gemittelt werden. Bei den nicht mehr linear mit den Peilungen zusammenhängenden Größen würden dann die Fehler keiner Normalverteilung mehr genügen, und es würden systematische Fehler in den berechneten Zieldaten auftreten.

Durch die Berücksichtigung von Gewichtsfaktoren, die aus der Peilwinkelzeitkurve besonders gut ermittelt werden können, wird darüber hinaus die Genauigkeit des Verfahrens gesteigert. Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden insbesondere bei der Auslegung des Lagerechners und der dazu erforderlichen Speicherkapazität deutlich. Denn die Speicherkapazität ist hier lediglich anhand der bei der Zieldatenberechnung verwendeten Mittelwerte zu bemessen und nicht aufgrund der Vielzahl gemessener Horchpeilungen. Damit ergibt sich neben der verringerten Speicherkapazität auch eine Erhöhung der Verarbeitungsgeschwindigkeit.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 2 wird eine verzerrte Differenzwinkelzeitkurve bestimmt und angezeigt.

Die Verzerrung erfolgt durch Differenzbildung zu einer Geraden, dadurch ergibt sich eine stark vergrößerbare Darstellung, in der insbesondere fehlerhafte Meßwerte deutlich zu erkennen sind. Ihr Abstand gegenüber einem z. B. mit Hilfe eines Regressionspolynoms abschnittsweise geglätteten Verlauf der Differenzwinkelzeitkurve ist ein Maß zum Bestimmen des Gewichtsfaktors.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich auch nach Anspruch 4. Dabei werden Vergleichspeilungen bestimmt, die ausschließlich von der Bewegung des Eigenfahrzeugs abhängig sind. Da diese Peilungen meßtechnisch nicht erfaßbar sind, werden sie für ein angenommenes, ruhendes Ziel berechnet. Den Verhältnissen bei einem ruhenden Ziel überlagert sich dann zusätzlich die Zielbewegung, so daß alle Unterschiede der Peilwinkelzeitkurve zur Vergleichspeilwinkelzeitkurve durch die zusätzliche Bewegung des Ziels bedingt sind. Wenn dann in der Peilwinkelzeitkurve Knickstellen oder Unstetigkeitsstellen auftreten, die in der Vergleichspeilwinkelzeitkurve nicht vorhanden sind, liegen signifikante Meßfehler oder Zielmanöver vor, die auf diese Weise besonders einfach erkannt werden. Durch Nullsetzen der Gewichtsfaktoren werden dann die Berechnungsintervalle begrenzt oder einzelne Peilmittelwerte zu den diesen Zeitpunkt entsprechenden Zeitmittelwerten unwirksam gemacht.

Das Verfahren wird auch vorteilhaft gemäß Anspruch 5 weitergebildet. In dem gleichen Zeitintervall, in dem die Differenzwinkelzeitkurve bestimmt wird, ergibt sich dann die Differenzvergleichswinkelzeitkurve, wobei die Subtraktion die Tendenz der Steigungen nicht verändert, jedoch die signifikanten Unterschiede wesentlich verstärkt. Es werden, wenn der Vergleich keine zeitlich übereinstimmenden Knickstellen ergibt, vorteilhafterweise nicht nur einzelne Gewichtsfaktoren zu Null gesetzt, sondern, da bei diesem Verfahren geschlossene Kurvenzüge der Peilwinkelzeitkurve ausgewertet werden, auch eine entsprechende Anzahl aufeinanderfolgender Gewichtsfaktoren, um die zugehörigen Peilmittelwerte bei der Zieldatenberechnung unberücksichtigt zu lassen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich auch aus den Ansprüchen 6 und 7. Durch das Manöver des Eigenfahrzeugs wird die Bestimmung der Zieldaten eindeutig. Spätestens nach diesem Zeitpunkt ergibt sich ein von Anfangswerten unabhängiger Verlauf der Zielbahn. Ferner bewirkt das Eigenmanöver eine Knickstelle in der Peilwinkelzeitkurve und der Vergleichspeilwinkelzeitkurve, so daß sich für den Vergleich zwei signifikante Kurvenabschnitte ergeben.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich auch aus Anspruch 8. Dabei wird aus einer schiffsbezogenen akustischen Seitenpeilung durch Berücksichtigung des Kurswerts eines Kurskreisels eine nordbezogene Horchpeilung bestimmt, die dann zur Bildung der Peilmittelwerte herangezogen wird. Die Verwendung eines Kurskreisels anstelle des Kreiselkompasses ist deswegen besonders vorteilhaft, weil ein solcher nicht auf Beschleunigungen reagiert und weil er keinen Geschwindigkeitsfehler aufweist. Jedoch muß seine Langzeitdrift durch Kurskorrekturwerte korrigiert werden, die von einem langzeitstabilen Kreiselkompaß abgeleitet werden. Wendet man im Falle einer Korrektur diese Korrekturwerte auf alle gespeicherten Peilmittelwerte an, so ergibt sich verglichen mit einfacher Kompaßstabilisierung eine erhebliche Verbesserung der Genauigkeit bei der Berechnung der Zieldaten.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich auch aus Anspruch 9. Die Berücksichtigung von Schätzwerten hat dabei den Vorteil, daß das Berechnungsverfahren zeitlich verkürzt wird. Bereits vor dem Eigenmanöver werden dann gesicherte Zieldaten gewonnen, wenn bei einer guten, durch zusätzliche Beobachtungen abgesicherten Schätzung der Vertrauensgrad hoch ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen 10 bis 12.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich auch aus den Ansprüchen 13 und 14. Dabei werden aus den Zieldaten Kurs und Geschwindigkeit für ein Prüfzeitintervall, das mehrere Meßzeitintervalle umfaßt, z. B. drei Minuten, Wegelemente berechnet und zwischen die Peillinien am Anfang und Ende des Prüfzeitintervalls eingepaßt. Ist dabei der Lotabstand vom Ende des vorhergehenden Wegelementes bzw. der Zielposition größer als seine Länge, so wird als Wegelement das Lot auf die Peillinie am Ende des Prüfintervalls dargestellt. Die Peillinien entsprechen den Peilmittelwerten und gehen von dem Positionsmittelwert des Eigenfahrzeugs aus, den es zum zugeordneten Zeitmittelwert einnimmt. Wenn fehlerfreie Messungen erfolgt sind, teilen die Peillinien die durch die Berechnung optimierte Zielbahn völlig gleichmäßig und die Wegelemente decken sich mit entsprechenden Teilstücken der Zielbahn. Andernfalls ergeben sich von dem ermittelten Kurs abweichende Richtungen für die Wegelemente, die aneinandergereiht eine zickzackförmige Linie bilden. Auf diese Weise wird das Berechnungsverfahren, das einen Ausgleich zwischen allen Meßwerten, den unverarbeiteten Peilmittelwerten, durch Fehlerminimierung bewirkt, überprüft. Dabei sind extreme Abweichungen, die durch Zielmanöver verursacht werden, frühzeitig erkennbar, so daß die Sicherheit für die Ermittlung der Zieldaten erheblich gesteigert wird.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Bewegungssituation von einem Zielfahrzeug und einem Eigenfahrzeug in einem kartesischen Koordinatensystem,

Fig. 2 eine Anzeige mit einem Lagediagramm, einem Peilwinkelzeitdiagramm und einem Differenzwinkelzeitdiagramm,

Fig. 3 ein Differenzwinkelzeitdiagramm,

Fig. 4 ein Lagediagramm zur Darstellung der Zielbewegung durch Wegelemente,

Fig. 5 ein Lagediagramm zur Verdeutlichung des Berechnungsverfahrens,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Anlage zur Ermittlung und Darstellung von Zieldaten.

In Fig. 1 ist eine Bewegungssituation eines Zielfahrzeugs und eines Eigenfahrzeugs in einem kartesischen Koordinatensystem nach Länge E und Breite N dargestellt, wobei die Koordinatenmaßstäbe so gewählt sind, daß annähernd Abstands- und Winkeltreue gewährleistet sind. Das Zielfahrzeug ist die von dem Eigenfahrzeug angepeilte Geräuschquelle, die sich mit der vierfachen Geschwindigkeit des Eigenfahrzeugs bewegt. An der Zielbahn 11 des Zielfahrzeugs, die bei A beginnt und bei A′ endet, und an der Eigenbahn 12 des Eigenfahrzeugs, die bei C beginnt, in D umkehrt und in C′ endet, sind jeweils gleichmäßige Meßzeitintervalle 13, 14 abgetragen, deren Intervallgrenzen durch Querstriche markiert sind. In diesen Meßzeitintervallen 13, 14, die wegen der unterschiedlichen Geschwindigkeiten an der Eigenbahn 12 und an der Zielbahn 11 verschieden lang dargestellt sind, werden zu aufeinanderfolgenden Zeiten Horchpeilungen genommen, die nach arithmetischer Mittelung innerhalb der Intervallgrenzen den dem Meßzeitintervall zugeordneten Peilmittelwert ergeben. Die gleichfalls arithmetisch gemittelten Zeiten ergeben einen Zeitmittelwert für das entsprechende Meßzeitintervall. Ebenso werden aus den Positionen des Eigenfahrzeugs in den Meßzeitintervallen Positionsmittelwerte getrennt nach Länge E und Breite N für das Eigenfahrzeug bestimmt.

Vom Positionsmittelwert der Eigenbahn 12 im vierten Meßzeitintervall 14.4 ist ein Peilstrahl 16 zum vierten Meßzeitintervall 13.4 der Zielbahn dargestellt, der mit dem Eigenfahrzeug eine Seitenpeilung von ca. 74° bildet und aus dem sich unter Berücksichtigung des Kurses ca. 270° des Eigenfahrzeugs eine rechtweisende Horchpeilung von ca. 344° ergibt.

Die in Fig. 1 dargestellte wahre Situation muß von dem Eigenfahrzeug jedoch auf der Grundlage der Peilmittelwerte unter Berücksichtigung der Positions- und Zeitmittelwerte erst ermittelt werden. Die Rechenverfahren zum Bestimmen der Zieldaten sind bekannt. Sie gehen aus von einem Peilwinkelzeitplot (Bearing-Time-Plot) für das jeweilige Ziel und bestimmen die Zielkursgerade, die von den Peilmittelwerten am gleichmäßigsten geteilt wird, da nur eine solche Kursgerade die Hypothese erfüllt, daß das Ziel mit konstantem Kurs und konstanter Geschwindigkeit läuft.

Fig. 2 zeigt eine Anzeige, wie sie mit dem hier beschriebenen Verfahren erstellt wird. Dabei sind in den Teilbildern ein Peilwinkelzeitdiagramm 20, ein Differenzwinkelzeitdiagramm 30 und als Lageanzeige ein Lagediagramm 50 dargestellt. In dem Peilwinkelzeitdiagramm 20 sind Zeitmittelwerte t als Funktion von Peilmittelwerten B aufgetragen und ergeben die Peilwinkelzeitkurve 21. Die Knickstelle der Peilwinkelzeitkurve 21 kennzeichnet dabei den Zeitpunkt t₅ des Eigenmanövers. Die Krümmungen der monoton verlaufenden Abschnitte der Peilwinkelzeitkurve 21 entsprechen Arcus-Tangens-Funktionen, deren Argumente durch Anfangspositionen und Bewegungsdaten, Kurs und Geschwindigkeit, von Zielfahrzeug und Eigenfahrzeug bestimmt sind. Eine aufgrund der Peilmittelwerte B berechnete Lage von Ziel- und Eigenfahrzeug ist in dem Lagediagramm 50 dargestellt, in dem die Zielpositionen und Eigenpositionen in einem kartesischen Koordinatensystem nach Breite N und Länge E angezeigt werden. Die aufeinanderfolgenden Zielpositionen ergeben eine Zielbahn 51 und die dargestellten Positionsmittelwerte bilden eine Eigenbahn 52. Anfangs- und Endpositionen werden dadurch besonders hervorgehoben, daß die Anfangswerte von Eigenbahn 52 und Zielbahn 51 durch einen Peilstrahl 54 und die jeweils aktuellsten beiden Endwerte durch zwei weitere Peilstrahlen 55, 56 verbunden werden. Der Peilstrahl zwischen Anfangspositionen hat gegen Nord den Peilmittelwert ca. 340°, der als erster Wert der Peilwinkelzeitkurve 20 zum Zeitpunkt t₁ dargestellt ist.

Meßfehler auch bereits gemittelter Peilmittelwerte sind im Lagediagramm 50 nicht mehr erkennbar, da sie durch das Berechnungsverfahren ausgeglichen werden. In der Peilwinkelzeitkurve 21 sind größere Abweichungen von einem stetigen Verlauf, z. B. beim Zeitmittelwert t₄, bereits erkennbar, die entweder automatisch oder vom Auswerter detektiert werden und bei der Berechnung der Zielbahn unberücksichtigt bleiben. Dazu werden bei der Berechnung der Zieldaten Gewichtsfaktoren berücksichtigt, die den Peilmittelwerten bei den entsprechenden Zeitmittelwerten zugeordnet sind und die bei signifikanten Abweichungen zu Null gesetzt werden.

Weiterhin ist im Peilwinkelzeitdiagramm 20 die Abhängigkeit von Vergleichspeilungen B′ und Zeitmittelwerten t als Vergleichspeilwinkelzeitkurve 22 dargestellt. Die Vergleichspeilwinkelzeitkurve 22 hat sich aus berechneten Vergleichspeilungen B′ von den Positionsmittelwerten des Eigenfahrzeugs auf ein angenommenes, ruhendes Ziel in einer im Lagediagramm markierten Zielposition X ergeben. Eine Anfangsvergleichspeilung 57 und eine Vergleichspeilung 58 zum Zeitpunkt t₅ des Eigenmanövers sind durch gestrichelte Linien auf der Anzeige 50 markiert. Die Vergleichspeilwinkelzeitkurve 22 stellt somit Peilungen zu einer vorgebbaren Zielposition X dar, die von der Zielbewegung unbeeinflußt bleibt, aber als geschätzte Zielposition auch nicht unbedingt auf der Zielbahn liegen muß. Damit ist der dargestellte Verlauf der Vergleichspeilwinkelzeitkurve 22 allein durch die Eigenbewegung bestimmt.

Das Lagediagramm 50 und das Peilwinkelzeitdiagramm 20 sind die bei der Navigation auf U-Booten zwingend vorgeschriebenen Darstellungen, deren Auswertbarkeit durch mangelnde Genauigkeit oft unzureichend ist. Deshalb wird, wie im Peilwinkelzeitdiagramm 20 dargestellt, in einem vorgebbaren Zeitintervall zwischen den Zeitmittelwerten t₁ und t₆ als Intervallgrenzen eine Gerade 23 durch Kurvenpunkte der Peilwinkelzeitkurve 21 berechnet und die Differenzwinkel Δ B zwischen der Geraden 23 und der Peilwinkelzeitkurve 21 gebildet und im Differenzwinkelzeitdiagramm 30 angezeigt. Bei der Verzerrung der Peilwinkelzeitkurve 21 durch Bilden der Differenz zu der Geraden 23 bleiben jedoch die Charakteristika der Steigungen der Peilwinkelzeitkurve 21 erhalten. Erst diese Verzerrung ermöglicht eine Auswertung und Darstellung mit erheblich höherer Winkelauflösung. Eine reale Differenzwinkelzeitkurve 31 ist durch die zackenförmige Linie angegeben und gibt ihre meßtechnisch bedingten Streuungen von einer gemittelten Differenzwinkelzeitkurve 32 an. Außer zu den Zeitmittelwerten t₂ und t₄ liegen alle Differenzwinkel Δ B innerhalb eines durch die Schwellenwerte S₁ und S₂ begrenzten Bereichs. Die den zugehörigen Peilmittelwerten zugeordneten Gewichtsfaktoren werden dann zu Eins gesetzt. Die Peilmittelwerte bei den Zeitmittelwerten t₂ und t₄ werden hingegen bei der nachfolgenden Berechnung durch Nullsetzen ihrer Gewichtsfaktoren nicht mehr berücksichtigt, da sie die Schwellenwerte S₁ und S₂ überschreiten. Durch die Schwellen S₁ und S₂ ist der Betrag eines Abstandes von der gemittelten Differenzwinkelzeitkurve 32 vorgegeben, um den die Peilmittelwerte abweichen können.

Durch Vorgabe eines weiteren Abstandsbetrages kann ein Toleranzgebiet festgelegt werden. Gewichtsfaktoren, deren zugehörige Differenzwinkel in das Toleranzgebiet fallen, werden dann umgekehrt proportional ihrem Abstand von der gemittelten Differenzwinkelzeitkurve 32 gesetzt. Ist der Abstand kleiner als die unterste Schwelle, werden die Gewichtsfaktoren zu Eins, und größer als die obere Schwelle werden sie zu Null bestimmt.

In dem gleichen Zeitintervall t₁ bis t₆ des Peilwinkelzeitdiagramms 20 wird durch eine weitere Gerade 24 zwischen den Kurvenpunkten der Vergleichspeilwinkelzeitkurve 22 eine Differenzvergleichswinkelzeitkurve 35 berechnet und im Differenzwinkelzeitdiagramm 30 ebenfalls dargestellt, um den Verlauf der Eigenbewegung bei der Auswertung der Differenzwinkelzeitkurve 32 zu berücksichtigen. Die in dem Differenzwinkelzeitdiagramm 30 dargestellten Kurven 32 und 35 des Differenzwinkels Δ B und des Differenzvergleichswinkels Δ B' geben hier einen über das gesamte Zeitintervall t₁ bis t₆ ungestörten Verlauf der Messungen an.

Ein Gegenbeispiel für einen zur Auswertung bedingt geeigneten Verlauf der Messungen zeigt Fig. 3. Die Differenzvergleichswinkelzeitkurve 61 ist gegenüber derjenigen in Fig. 2 kaum verändert. Hingegen weist die Differenzwinkelzeitkurve 62 außer der durch das Eigenmanöver bedingten Knickstelle zum Zeitmittelwert t₅ eine weitere zum Zeitmittelwert t₃ auf. Daraus ergibt sich, daß das Zielfahrzeug, das sich zunächst mit der doppelten Geschwindigkeit des Eigenfahrzeugs bewegte, zur gemittelten Zeit t₃ ebenfalls ein Manöver gefahren hat, bei dem seine Geschwindigkeit verdoppelt wurde. Das ist nicht in der Lagedarstellung und nur unzureichend in einem unverzerrten Peilwinkelzeitdiagramm erkennbar. In dem dargestellten Beispiel kann daher die Auswertung erst zum Zeitpunkt t₃ begonnen werden und alle den Zeitmittelwerten von t₀ bis t₃ zugeordneten Gewichtsfaktoren werden zu Null gesetzt.

Wäre das Zielmanöver nach dem Eigenmanöver erfolgt, so hätte ein Neustart der Berechnung der Zieldaten initiiert werden müssen, wobei erneut ein Eigenmanöver notwendig geworden wäre, um die Eindeutigkeit des Meßverfahrens zu erzwingen.

Ohne daß es gesondert dargestellt ist, ergeben sich frühzeitig detektierbare Unstimmigkeiten aus der Differenzwinkelzeitkurve auch, wenn sich dem Geräusch eines Ziels das eines weiteren überlagert. Die Peilwinkelzeitkurven verlaufen dann von einem Zeitpunkt an, zu dem die zweite Geräuschquelle in die Nachbarschaft der ersten gerät, um einen diskreten Winkelbetrag versetzt mit ggf. signifikant veränderten Krümmungen weiter.

Fig. 4 zeigt als Ausschnitt aus einer Anzeige ein Lagediagramm mit den kartesischen Koordinaten Länge E und Breite N. In dem Lagediagramm sind der Teil einer Eigenbahn 72, einer Zielbahn 71, eine Folge aneinander anschließender Wegelemente 73, 74, 75 und Peillinien 76, 77, 78, 79 dargestellt. An der Eigenbahn 72 und an der Zielbahn 71 sind für Positionen entsprechend den Prüfintervallen gleichmäßige Markierungen als Querstriche angetragen. Diese Prüfzeitintervalle sind kleiner als die Peildauer. Sie umfassen jedoch eine vorgebbare Anzahl von Zeitmittelwerten, so daß die Abstände größer sind, als z. B. bei den Meßzeitintervallen 13, 14 in Fig. 1. Die gleiche Länge der hier markierten Prüfzeitintervalle ist nur für die Darstellung in Fig. 4 der Übersicht halber gewählt und i. allg. für die Bestimmung der Wegelemente nicht erforderlich.

Die von den Eigenpositionen ausgehenden Peillinien 76, 77, 78, 79 schneiden bedingt durch Meßfehler die Zielbahn nicht bei den Markierungen, da die Regressionsrechnung nur die Zieldaten und damit die Zielbahn 71 mit gleichmäßig verteilten Zielpositionen bestimmt, so daß die Summe der Abstände von den Peillinien 76, 77, 78, 79 ein Minimum wird. Aus dem Produkt von Prüfzeitintervalldauer und Geschwindigkeit in Kursrichtung ergibt sich die Länge des Wegelementes, die im Lagediagramm gerade dem Abstand zwischen zwei Markierungen der Zielbahn 71 entspricht. Um ein angenähertes Bewegungsverhalten des Ziels für kürzere Zeiträume als die gesamte Peildauer besser abzuschätzen, werden die Richtungen des Wegelemente 73, 74, 75 so bestimmt, daß jedes Wegelement 73, 74, 75 zwischen zwei Peillinien 76, 77, 78, 79 eingepaßt ist. Das erste Wegelement beginnt an der Zielposition 80, die in der berechneten Entfernung vom ersten Positionsmittelwert 81 auf der ersten Peillinie 76 liegt. Auf der zweiten Peillinie 77 ergeben sich zwei Punkte 82, 83, die von der Zielposition 80 den gleichen der Länge entsprechenden Abstand haben. Die Richtung des Wegelementes 73 zum Punkt 83 entspricht jedoch dem durch die Zielgerade angegebenen Kurs am besten. Die von dem dritten Positionsmittelwert ausgehende Peillinie 78 hat jedoch von dem Punkt 82 einen größeren Abstand, als es der Länge des Wegelementes entspricht, so daß als Wegelement 74 das Lot auf diese Peillinie 78 dargestellt wird. Mit der letzten dargestellten Peillinie 79 ergeben sich wieder zwei mögliche Richtungen zu Punkten 84, 85 für das darzustellende Wegelement 75. Die Richtungen weichen sehr deutlich von dem Kurs ab, da die Peillinien sehr eng beieinander liegen. Dargestellt wird zum Punkt 85 das Wegelement 75, dessen Richtung vom Kurs die geringere Abweichung aufweist.

Auf diese Weise hat sich aus den aneinandergereihten Wegelementen 73, 74 und 75 eine Bahn für ein Ziel ergeben, die zwischen den ersten drei Peillinien 76, 77, 78 mit der berechneten Zielbahn nahezu übereinstimmt, jedoch beim dritten Wegelement 75 eine erhebliche Abweichung aufweist, die das veränderte Bewegungsverhalten des Zielfahrzeugs besonders verdeutlicht. Das hat zur Folge, daß die Gewichtsfaktoren aller zeitlich vor dem dritten Prüfintervall liegenden Zeitmittelwerte zu Null gesetzt werden und ein Neustart der Berechnung der Zieldaten initiiert wird.

Fig. 5 zeigt ein Lagebild in kartesischen Koordinaten nach Länge E und Breite N zur Verdeutlichung des Berechnungsverfahrens. An der Eigenbahn 91 sind Positionsmittelwerte E₁ bis E _i markiert, von denen Peillinien mit den Peilmittelwerten B₁ bis B _i ausgehen. Es ist ferner eine Zielbahn 92 dargestellt, an der die Zielpositionen Z₁ bis Z _i zu den den Eigenpositionen E₁ bis E _i entsprechenden Zeitmittelwerten markiert sind. Aufgrund von Meßungenauigkeiten schneiden die Peillinien B₁ bis B _i die Zielbahn nicht bei den Zielpositionen Z₁ bis Z _i , sondern sie haben von den Zielpositionen Z₁ bis Z _i die Abstände d₁ bis d _i .

Ein berechneter auf der Zielbahn 92 liegender Zielort Z _g zum Zeitpunkt t _g und ein zur gleichen Zeit geschätzter Zielort Z _g sind ebenfalls dargestellt, sie haben voneinander den Abstand d _g .

Die dargestellte optimale Zielbahn 92 wird durch das Regressionsrechenverfahren derart bestimmt, daß die gewichtete Summe D aller Abstandsquadrate und aller Abweichungsquadrate von der Geschwindigkeit Null

ein Minimum wird. Die Abstandsquadrate d _i ² hängen dabei von der Anfangsposition Z₁ des Ziels, seinen Geschwindigkeitskomponenten, den Zeitmittelwerten, den Positionsmittelwerten E _i und den Gewichtsfaktoren ab. Das Abstandsquadrat d _g ² und das mit einem Dimensionsfaktor multiplizierte Abweichungsquadrat v _g ² sind zusätzlich von den Schätzwerten, Zielort Z _g ^′ und Geschwindigkeit, und den zugehörigen Bewertungsfaktoren abhängig. Die Berechnung der Abstände d₁ bis d _i ist verhältnismäßig einfach und ergibt sich aus den Grundlagen der analytischen Geometrie. Die zu Null gesetzten partiellen Ableitungen der Summe nach den kartesischen Komponenten des Zieldatenvektors C, dessen vier Koeffizienten die kartesischen Komponenten der Geschwindigkeit und der Anfangsposition des Ziels bilden, führen zu einem Gleichungssystem mit vier Gleichungen, das hier als Matrizengleichung

A · C = B (2)

angegeben wird. Die Koeffizienten a₁₁ bis a₄₄ der 4×4-Matrix A sind dabei von Peilmittelwerten B _i , Zeitmittelwerten und Gewichtsfaktoren abhängig, wohingegen in dem inhomogenen Teil des Gleichungssystems mit den Koeffizienten b₁ bis b₄ der Matrix B die Positionsmittelwerte E _i des Eigenfahrzeugs und die Schätzwerte zusätzlich berücksichtigt sind. Diese Matrizengleichung ist bezüglich des Zieldatenvektors C für alle gespeicherten Werte aufzulösen und aus den so ermittelten Zieldaten kann dann weiterhin jede Zielposition Z _i auf der Zielbahn 92 koordinatenmäßig berechnet und dargestellt werden.

Fig. 6 zeigt das Blockschaltbild einer Anlage zur Anwendung des Verfahrens zur Ermittlung und Darstellung der Zieldaten. Darin ist zur Auswertung akustischer Signale von Geräuschquellen einer Empfangsbasis 100 eine Richtungsauswertung 110 nachgeschaltet. Die Richtungsauswertung 110 weist einen Richtungsbildner 120, der über eine automatische Zielverfolgungseinrichtung 135 rückgekoppelt ist, und eine mit dem Richtungsbildner 120 verbundene Zielidentifikationsschaltung 130 auf. In einer der Zielidentifikationsschaltung 130 nachgeschalteten Schwellwertstufe 138 werden Gewichtsfaktoren gebildet, die am Ausgang 139 der Richtungsauswertung 110 anstehen. Die Richtungsauswertung 110 weist ferner einen Geräuschausgang 140 und einen Peilausgang 141 auf. An dem Peilausgang 141 steht ein Winkelwert für eine schiffsbezogene Seitenpeilung an.

Zum Bilden einer nordbezogenen Peilung ist ein Peilrechner 150 eingangsseitig mit dem Peilausgang 141 und dem Kursausgang einer Kurskorrekturschaltung 155 verbunden. An die Kurskorrekturschaltung 155 sind eingangsseitig ein Kurskreisel 156 und ein Kreiselkompaß 157 angeschlossen. Ein Peilmittelwertbildner 159 ist dem Peilrechner 150 nachgeschaltet.

Ferner ist ein Zeitgeber 160 mit einem Zeitmittelwertbildner 161 und ein Eigenpositionsgeber 165 mit einem Positionsmittelwertbildner 166 verbunden, wobei der Positionsmittelwertbildner 166 zwei nach Länge E und Breite N getrennte Positionsmittelwerte bestimmt. Die Mittelwertbildner 159, 161 und 166 sind ausgangsseitig mit einem Datenspeicher 170 verbunden, in dem in getrennten Bereichen die Peilmittelwerte, Zeitmittelwerte und Positionsmittelwerte entsprechend ihren beiden Koordinaten abgelegt sind. Durch eine Taktleitung 169, über die die Mittelwertbildner 159, 161 und 166 mit dem Zeitgeber 160 verbunden sind, wird die taktgesteuerte Mittelwertbildung und das simultane Einschreiben zeitlich einander zugeordneter Peil-, Zeit- und Positionsmittelwerte in den Datenspeicher 170 bewirkt.

Über ein Bussystem 175 ist der Datenspeicher 170 mit einem Lagerechner 180, mit einem Peilkurvenrechner 184, der eine Peilkurveneinheit 185 mit nachgeschalteter Differenzkurveneinheit 186 aufweist, und einem Vergleichskurvenrechner 189, der eine Vergleichskurveneinheit 190 mit nachgeschalteter Differenzvergleichskurveneinheit 191 aufweist, verbunden. Zur Darstellung der Zieldaten ist ein Bildspeicher 195, dessen Lageeingang 196 mit dem Lagerechner 180 und dessen Peilkurveneingang 197 mit der Peilkurveneinheit 185 und der Vergleichskurveneinheit 190 verbunden ist, vorgesehen, an dem eine Anzeigeeinheit 200 angeschlossen ist. Der Bildspeicher 195 weist ferner einen Differenzkurveneingang 198 auf, der mit der Differenzkurveneinheit 186 und der Differenzvergleichskurveneinheit 191 verbunden ist.

Differenzkurveneinheit 186 und Differenzvergleichskurveneinheit 191 sind mit einem Fehlerdetektor 205 zusammengeschaltet, an dessen Ausgang bei erkannten fehlerhaften Intervallen Gewichtsfaktoren vom Werte Null anstehen. Ferner ist die Peilkurveneinheit 185 mit einem Schwellwertdetektor 206 verbunden, der alternativ auch, wie die Verbindung 207 angibt, mit der Differenzkurveneinheit 186 verbindbar ist.

Ein Gewichtsfaktorgeber 210 ist eingangsseitig mit dem Ausgang 139 der Richtungsauswertung 110, dem Fehlerdetektor 205 und dem Schwellwertdetektor 206 sowie einer Eingabeschaltung 211 verbunden. Er ist ausgangsseitig zur Abspeicherung von Gewichtsfaktorwerten an den Datenspeicher 170 angeschlossen. Zur Übergabe von Intervallgrenzen ist die Eingabeschaltung 211 außerdem an die Differenzkurveneinheit 186 und die Differenzvergleichskurveneinheit 191 angeschlossen.

Der Geräuschausgang 140 der Richtungsauswertung 110 ist über einen Manöverdetektor 220 mit dem Lagerechner 180 zusammengeschaltet. Zum Austausch von Anfangsschätzwerten und Bewertungsfaktoren ist der Lagerechner 180 mit einem Schätzwertspeicher 225 verbunden, dessen Speicherinhalt über die Eingabeschaltung 211 veränderbar ist.

Die Kurskorrekturschaltung 155 ist über Verbindungsleitungen 230 und 231 zum Schreiben und Lesen von Peilmittelwerten zwecks Korrektur mit dem Datenspeicher 170 verbunden.

Die Funktionsweise einer solchen dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechenden Anlage wird im folgenden näher beschrieben:

Die über die Empfangsbasis 100 aufgenommenen Empfangssignale einer Geräuschquelle werden in der Richtungsauswertung 110 ausgewertet. In der Richtungsauswertung 110 werden die Empfangssignale bezüglich des jeweiligen Zieles eindeutig identifiziert, so daß ausgangsseitig Zielgeräusch und Zielpeilung mit einer Kennzeichnung für jedes Ziel anstehen und somit zielspezifisch auswertbar sind.

Dabei ist eine gleichzeitige Auswertung mehrerer Zielgeräusche grundsätzlich vorgesehen. Die Gleichzeitigkeit wird nur dann durch die aufeinanderfolgenden Abtastungen eingeschränkt, wenn keine streng parallele Auswertung der Zielgeräusche für mehrere Ziele erfolgen kann.

Die Horchpeilungen sind schiffsbezogene Seitenpeilungen und müssen über den Kurs des eigenen Fahrzeugs zu einer nordbezogenen Peilung umgerechnet werden. Für diese Umrechnung wird besonders vorteilhaft ein Kurskreisel 156 verwendet, dessen Kurswert insbesondere bei Manövern nicht von momentan auftretenden Beschleunigungen verfälscht wird. Die Mittelung erfolgt in dem Peilmittelwertbildner getrennt für jedes Ziel, wobei keine konstante Anzahl von Peilungen vorausgesetzt ist. Die Peilmittelwerte werden für jedes Ziel in getrennten Bereichen des Datenspeichers 170 abgelegt.

Der Kurskreisel 156 unterliegt jedoch verschiedenen systematischen und statistischen Driften, die korrigiert werden müssen. Systematische Driften sind unmittelbar rechnerisch oder durch Voreinstellung des Kurskreisels zu berücksichtigen, hingegen werden für statistische Driften durch Vergleich mit einem langzeitstabilen Kreiselkompaß 157 Kurskorrekturwerte bestimmt und so der Kurswert zur Berechnung der nordbezogenen Peilung verbessert. Der Änderungszeitpunkt des jeweils aktuellen Kurskorrekturwertes ist unabhängig von den Meßzeitintervallen und der Auswertung der Peilung, da er von übergeordneten Navigationseinrichtungen vorgegeben wird. Daher werden alle gespeicherten Peilmittelwerte über die Verbindung 230 gelesen, in der Kurskorrekturschaltung 155 mit der aktuellen Kurskorrektur korrigiert und über die Verbindung 231 in den Speicher zurückgeschrieben.

Bei der Berechnung der Peilmittelwerte werden keine Peilungen im Meßzeitintervall berücksichtigt, deren Signal/Störverhältnis bereits in der Richtungsauswertung 110 als zu gering ermittelt wird. Daher fallen Peilungen in nicht äquidistanten Zeitabständen bzw. bei Eigenpositionen mit nich äquidistanten Abständen an. Außer der Bestimmung der Positionsmittelwerte ist daher erforderlich, auch Zeitmittelwerte und Positionsmittelwerte zu speichern, die in dem Zeitmittelwertbildner 161 und dem Positionsmittelwertbildner 166 erzeugt werden. Damit enthält der Speicher gemittelte Meßwerte, deren Fehler jedoch noch normalverteilt sind. Zur Kennzeichnung der Gültigkeit der Peilmittelwerte wird ein Gewichtsfaktor zielspezifisch zusätzlich abgespeichert, der von dem Gewichtsfaktorgeber 210 beim Speichern der Peilmittelwerte auf den Wert "1" gesetzt wird. Bei einer alternativen Lösung ist der Gewichtsfaktor durch die Richtungsauswertung 110 abhängig von der Anzahl der in einem Meßzeitintervall auswertbaren Horchpeilungen vorgebbar.

Die Peilkurveneinheit 185 übernimmt vom Datenspeicher 170 die Peilmittelwerte und die Zeitmittelwerte und berechnet die in den Bildspeicher 195 einlesbaren für die Darstellung der Peilwinkelzeitkurve auf der Anzeigeeinheit 200 erforderlichen Werte. Die Peilmittelwerte werden als quasi unverfälschte Meßwerte unter Berücksichtigung eines geeigneten Maßstabs und ggf. einer Normierung dargestellt.

Die Vergleichskurveneinheit 190 liest aus dem Datenspeicher 170 Zeitmittelwerte, Positionsmittelwerte und Peilmittelwerte. Aus dem ersten und dem aktuellsten Zeitmittelwert ist eine Peildauer berechenbar. Aus dem der halben Peildauer zugeordneten Peilmittelwert und einer vorgebbaren Entfernung wird eine Position eines angenommenen, ruhenden Zieles bestimmt und eine Vergleichspeilung zwischen diesem Ziel und allen Eigenpositionen berechnet. Die so generierbare Vergleichspeilwinkelzeitkurve ist mit gleicher Normierung und gleichem Maßstab wie die Peilwinkelzeitkurve auch im gleichen Bereich des Bildspeichers 195 ablegbar.

Zum Auswerten der Peilmittelwerte und Bestimmen von Meßfehlern sind der Peilkurveneinheit 185 und der Vergleichskurveneinheit 190 jeweils gleichartige Differenzeinheiten 186, 191 nachgeschaltet. In einem vorgebbaren Zeitintervall wird zwischen den Peilmittelwerten an den Intervallgrenzen eine Gerade berechnet und die Differenz aller übrigen Peilmittelwerte innerhalb dieses Zeitintervalls bzw. der Vergleichspeilungen zu der jeweiligen Geraden bestimmt. Dabei ergeben sich Differenzwinkelzeitkurven, die im Bildspeicher gesondert mit erheblichen Maßstabsvergrößerungen gegenüber der Peilwinkelzeitkurve ablegbar sind, und auf der Anzeigeeinheit im vorgegebenen Bildbereich dargestellt werden.

In dem Schwellwertdetektor 206 wird durch Berechnung von Streuungen aus den Peilmittelwerten eine geglättete, gemittelte Peilwinkelzeitkurve bestimmt und für solche Peilmittelwerte ein Gewichtsfaktor "0" an den Gewichtsfaktorgeber 210 übertragen, die eine vorgebbare Streuung überschreiten. Der Schwellwertdetektor 206 ist dabei besonders vorteilhaft mit der Differenzkurveneinheit 186 verbunden, da die verzerrten, verstärkten Differenzpeilungen das Erkennen meßfehlerbedingter Abweichungen vereinfacht.

Der Fehlerdetektor 205 bestimmt Knickstellen in der Differenzwinkelzeitkurve und der Differenzvergleichswinkelzeitkurve. Dazu werden die Differenzkurven differenziert und Sprünge im Verlauf der Ableitungen detektiert. Treten bei der Differenzwinkelzeitkurve andere als die sich aus der Differenzvergleichswinkelzeitkurve ergebenden Sprünge auf, so werden ebenfalls Folgen von Gewichtsfaktoren "0" an den Gewichtsfaktorgeber 210 übertragen. Diese Gewichtsfaktoren sind dann allen Peilmittelwerten zugeordnet, die zeitlich auf die detektierte, zusätzliche Knickstelle folgen, wenn die Knickstelle nach dem Eigenmanöver detektiert wurde. Andernfalls - die Knickstelle lag zeitlich vor dem Eigenmanöver - werden sie den Peilmittelwerten bis zur Detektion der Knickstelle zugeordnet. Die Übernahme der veränderten Gewichtsfaktoren vom Gewichtsfaktorgeber 210 in den Datenspeicher 170 wird durch die Eingabeschaltung 211 gesondert freigegeben.

Eine wesentliche Funktion des Peilkurvenrechners 184 und des Vergleichskurvenrechners 189 sowie insbesondere des nachgeschalteten Schwellwertdetektors 206 und des Fehlerdetektors 205 ist es, einzelne Peilmittelwerte oder eine Vielzahl von Peilmittelwerten aus der Berechnung der Zieldaten durch den Lagerechner 180 auszuschließen, wenn Meßfehler sicher detektiert sind. Der Lagerechner 180 berechnet fortlaufend aus den im Datenspeicher 170 gespeicherten Daten, den Peilmittelwerten, Zeitmittelwerten, Positionsmittelwerten und Gewichtsfaktoren, die jeweilige Lage, so daß die Anzeige nach dem Speichern neuer Daten insgesamt wieder aktualisiert wird. Aus den ermittelten Zieldaten und Eigenpositionen ergeben sich Eigenbahn, Zielbahn oder Wegelemente sowie Peilstrahlen oder Peillinien, die für eine Lagebilddarstellung im Bildspeicher 195 abgelegt werden. Kurs und Geschwindigkeit des Ziels werden darüber hinaus in einem gesonderten Bereich der Anzeige zusätzlich als digitale Werte angezeigt.

Einzige Rechenverfahren zum Bestimmen der Zieldaten setzen i. allg. Anfangswerte für eine Entfernung oder Geschwindigkeit voraus. Die Anfangswerte sind entweder als Erfahrungswerte im Schätzwertspeicher 225 vorhanden oder werden vom Auswerter über die Eingabeschaltung 211 in den Schätzwertspeicher 225 eingegeben.

Da alle Berechnungsverfahren konstanten Kurs und konstante Geschwindigkeit des Ziels während der Messung voraussetzen, kommt der Detektion von Manövern des Ziels besondere Bedeutung zu. Außer der bereits beschriebenen Auswertung der Peilwinkelzeitkurve wird deshalb im Manöverdetektor 220 das Zielgeräusch überwacht. Durch eine Frequenzanalyse des Zielgeräusches werden Manöver vom Manöverdetektor 220 erkannt und führen im Lagerechner 180 nach einer Freigabe durch die Eingabeschaltung 211 zum Abbruch der Berechnung der Zieldaten. Der Abbruch der laufenden Berechnung bewirkt jedoch, daß die sich aus der letzten aktuell berechneten Zielposition ergebende Entfernung und ggf. Geschwindigkeit des Ziels in den Schätzwertspeicher 225 als Anfangswerte für eine neu zu startende Berechnung übernommen werden.

Zur Manöverdetektion werden dabei auch Zeitsignalanalysen oder spezielle Tieffrequenzanalysen der Zielgeräusche durchgeführt.

Claims (14)

1. Verfahren zur Ermittlung und Darstellung von Zieldaten, wie Kurs, Geschwindigkeit, Zielposition und Entfernung einer Geräuschquelle, bei dem von einem bewegten Eigenfahrzeug aus zu vorgebbaren Zeiten Horchpeilungen ausgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vorgebbaren Meßzeitintervall (13, 14) aus mehreren Horchpeilungen ein Peilmittelwert (B _i ), aus den zugehörigen Zeiten ein Zeitmittelwert und aus zugehörigen Positionswerten des Eigenfahrzeugs Positionsmittelwerte (E _i ) gebildet und gespeichert werden, daß die Zieldaten aus den mit einem Gewichtsfaktor bewerteten Peilmittelwerten (B _i ), den Positionsmittelwerten (E _i ) und den Zeitmittelwerten nach einem Regressionsverfahren berechnet werden, daß der Gewichtsfaktor als Abweichung des Peilmittelwertes (B _i ) von einem geglätteten, monotonen Verlauf der Peimittelwerte (B _i ) als Funktion der Zeitmittelwerte und/oder den Zieldaten bestimmt wird und daß in einer Lageanzeige (Lagediagramm 50), z. B. in kartesischen Koordinaten nach Länge (E) und Breite (N), mit den Zieldaten die durch eine Zielbahn (11, 51) verbundenen Zielpositionen (Z _i ) und die eine Eigenbahn (12, 52, 72, 91, 92) bildenden Positionsmittelwerte (E _i ) fortlaufend dargestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Funktion der Peilmittelwerte von den Zeitmittelwerten eine Peilwinkelzeitkurve (21) bestimmt wird, daß in einem vorgebbaren Zeitintervall eine Gerade (23) durch die Kurvenpunkte der Peilwinkelzeitkurve (21) an den Zeitintervallgrenzen (t₁ und t₆) bestimmt wird, daß zu jeder Zeit (t) innerhalb des Zeitintervalls ein Differenzwinkel zwischen der Geraden (23) und der Peilwinkelzeitkurve (21) bestimmt und eine Differenzwinkelzeitkurve (31) angezeigt wird, und daß zu jedem Zeitmittelwert der dem Peilmittelwert (B _i ) zugeordnete Gewichtsfaktor aus dem Abstand des Differenzwinkels von einer geglätteten Differenzwinkelzeitkurve (32) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsfaktor im wesentlichen proportional dem Abstand jedoch kleiner oder höchstens gleich Eins gewählt wird, wenn der Abstand kleiner als ein vorgebbarer Wert (S₁) ist, und daß er zu Null gesetzt wird, wenn der Abstand größer als der vorgebbare Wert (S₁) ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem ersten und dem aktuellsten Zeitmittelwert eine Peildauer bestimmt wird, daß derjenige Peilmittelwert (B _i ) bei dem vorzugsweise der halben Peildauer zugeordneten Zeitmittelwert als Vergleichspeilung verwendet wird, daß für ein mit der Vergleichspeilung in einer vorgebbaren Entfernung angenommenes, ruhendes Ziel eine Vergleichspeilwinkelzeitkurve (22) berechnet und der Peilwinkelzeitkurve (21) überlagert angezeigt wird, daß die Vergleichspeilwinkelzeitkurve (22) und die Peilwinkelzeitkurve (21) miteinander verglichen werden, daß beim Vergleichen diejenigen Zeitpunkte detektiert werden, an denen ausschließlich die Peilwinkelzeitkurve (21) Knickstellen aufweist, und daß die Zieldaten in solchen Berechnungsintervallen ermittelt werden, bei denen diese Zeitpunkte ausgeschlossen sind.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich der Vergleichspeilwinkelzeitkurve (22) und der Peilwinkelzeitkurve (21) in dem vorgebbaren Zeitintervall eine weitere Gerade (24) durch die Kurvenpunkte der Vergleichspeilwinkelzeitkurve (22) bei den Zeitintervallgrenzen (t₁ und t₆) bestimmt wird, daß zu jeder Zeit (t) innerhalb des Zeitintervalls ein Vergleichsdifferenzwinkel zwischen der weiteren Geraden (24) und der Vergleichspeilwinkelzeitkurve (22) bestimmt und eine Vergleichdifferenzwinkelzeitkurve (35, 61) der Differenzwinkelzeitkurve (31, 62) überlagert angezeigt wird und daß die in den Berechnungsintervallen auszuschließenden Zeitpunkte (t₃) aufgrund der Knickstellen der Differenzwinkelzeitkurve (62) bestimmt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Berechnungsintervall derart vorgegeben wird, daß innerhalb des Berechnungsintervalls mindestens ein Zeitpunkt (t₅) liegt, zu dem von dem bewegten Eigenfahrzeug ein Manöver, vorzugsweise eine signifikante Kurs- oder Geschwindigkeitsänderung ausgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall im wesentlichen symmetrisch zum Zeitpunkt (t₅) des Manövers vorgegeben wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Horchpeilung aus einer akustischen Seitenpeilung und einem Kurswert eines Kurskreisels (156) bestimmt wird und daß die Peilmittelwerte (B _i ) mit einem Kurskorrekturwert für den Kurskreisel (156) korrigiert werden und daß der Kurskorrekturwert vorzugsweise von einem Kurswert eines Kreiselkompasses (157) abgeleitet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Berechnung der Zieldaten Schätzwerte für Geschwindigkeit und/ oder Entfernung der Geräuschquelle berücksichtigt werden, daß dem jeweiligen Schätzwert ein Bewertungsfaktor zugeordnet wird und daß der Bewertungsfaktor entsprechend einem Vertrauensgrad für die Schätzung gewählt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Horchpeilung empfangene Signale der Geräuschquelle einer Frequenz- und/oder Zeitsignalanalyse unterworfen und einem Manöverdetektor (220) zugeführt werden und daß nach Detektion eines Manövers die Gewichtsfaktoren verringert oder zu Null gesetzt werden und vom Zeitpunkt (t₃) der Manöverdetektionen an ein Neustart der Berechnung der Zieldaten initiiert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die berechneten Zieldaten, insbesondere Entfernung und/oder Geschwindigkeit zum Zeitpunkt (t₃) der Manöverdetektion als Schätzwerte für den Neustart der Berechnung verwendet werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lageanzeige (Lagediagramm 50) ein Positionsmittelwert am Anfang der Eigenbahn (52) mit einer zeitlich zugeordneten Zielposition am Anfang der Zielbahn (51) und/oder ein oder mehrere Positionsmittelwerte am Ende der Eigenbahn (52) mit zeitlich entsprechend zugeordneten Zielpositionen der Zielbahn (51) durch Peilstrahlen (54, 55, 56) miteinander verbunden angezeigt werden und daß bei fortlaufender Aktualisierung der Lageanzeige (Lagediagramm 50) Peilstrahlen zwischen den aktuellsten Endwerten angezeigt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lageanzeige aneinander anschließende Wegelemente (73, 74, 75) dargestellt werden, daß eine Länge des Wegelementes aus der Geschwindigkeit des Ziels für ein eine vorgebbare Anzahl Zeitmittelwerte umfassendes Prüfzeitintervall, das vorzugsweise klein ist gegen die Peildauer, ermittelt wird, daß eine Richtung des Wegelementes (73, 74, 75) derart bestimmt wird, daß es durch von Positionsmittelwerten ausgehende den Peilmittelwerten (B _i ) entsprechende Peillinien (76, 77, 78, 79) begrenzt wird, wobei die Positionsmittelwerte und die Peilmittelwerte (B _i ) denjenigen Zeitmittelwerten am Anfang und Ende des jeweiligen Prüfzeitintervalls zugeordnet sind, daß das erste Wegelement (73) an der dem Zeitmittelwert am Anfang des Prüfzeitintervalls zugeordneten Zielposition beginnend dargestellt wird und daß bei mehreren Richtungen für ein Wegelement (73, 75) diejenige Richtung für die Darstellung verwendet wird, die die geringste Abweichung vom Kurs des Ziels aufweist, oder daß als Wegelement (74) das Lot auf die Peillinie (78) am Ende des Prüfzeitintervalls dargestellt wird, wenn die Länge kürzer als der Lotabstand ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen der Wegelemente (73, 74, 75) mit dem Kurs des Ziels verglichen werden, daß die Gewichtsfaktoren derjenigen Peilmittelwerte (B _i ) zu Null gesetzt werden, deren Zeitmittelwerte zeitlich vor dem Prüfzeitintervall liegen, für das ein Wegelement (75) mit einer um einen vorgebbaren Wert vom Kurs abweichenden Richtung ermittelt worden ist und daß der Zeitmittelwert zu Beginn des Prüfzeitintervalls mit abweichender Richtung des Wegelementes (75) als Zeitpunkt der Manöverdetektion zum Neustart der Berechnung übernommen wird.