DE3322500C1

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum passiven Bestimmen von Zieldaten eines Fahrzeugs von einem Meßort aus nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten ArtThe invention relates to a method for passively determining target data from a vehicle Measurement location according to the type mentioned in the preamble of claim 1

Überall dort, wo Fahrzeuge beobachtet, überwacht, verfolgt oder bekämpft werden sollen, benötigt man eo Meßmethoden zum Erfassen von Position, Fahrzeuggeschwindigkeit und Kurs, die ohne Eigenverrat arbeiten. Beispielsweise beim Küstenschutz sollen passierende Wasserfahrzeuge eine Überwachung einer Küstenregion durch an Bord befindliche Radar- oder Sonaranlagen nicht feststellen können, um im Falle einer Invasion Verteidigungsmaßnahmen zielgerecht einleiten zu können. Das Bestimmen von Zieldaten in einem anderen Meßgebiet, z. B. offenem Seegebiet, dient bei einem anderen militärischen Anwendungsfall der Beurteilung einer Gefechtssituation und Abschätzung der Wirksamkeit taktischer Maßnahmen.Wherever vehicles are to be observed, monitored, tracked or fought, you need eo Measurement methods for recording position, vehicle speed and course that work without treachery. For example, in coastal protection, passing watercraft should monitor a coastal region due to radar or sonar systems on board, it is not possible to determine what to do in the event of an invasion To be able to initiate defensive measures in a targeted manner. Determining target dates in another Measurement area, e.g. B. open sea area, is used in another military application of the assessment of a Combat situation and assessment of the effectiveness of tactical measures.

In der Wasserschalltechnik kann hierzu beispielsweise die vom Fahrzeug selbst generierte Wellenenergie, nämlich das Fahrtgeräusch, das am Meßort empfangen wird, zum Bestimmen der Zieldaten ausgenutzt werden.In water-borne sound technology, for example, the wave energy generated by the vehicle itself, namely, the driving noise that is received at the measurement location can be used to determine the target data.

Ein solches Verfahren ist aus der deutschen Patentschrift 8 87 926 bekannt, bei dem aus drei Peilungen der Kurs eines Wasserfahrzeugs bestimmt wird. Wird zusätzlich z. B. die Fahrzeuggesdrwindigkeit des Wasserfahrzeugs aufgrund seiner Schraubendrehzahl geschätzt, so ist auch Entfernung und Kurs berechenbar. Andererseits wird bei Vorgabe der Entfernung die dann unbekannte Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt In der Anfangsphase der Auswertung von Horchpeilungen ist eine so gewonnene Zielbahn noch in starkem Maße von der Genauigkeit der Anfangsschätzwerte, nämlich Entfernung oder Fahrzeuggeschwindigkeit, abhängig. Erst dann, wenn nach einem Eigenmanöver mindestens drei weitere Peilungen gemessen worden sind, können die unbekannten Zieldaten unabhängig von den Schätzwerten berechnet werden. Alle zusätzlich ermittelten Peilungen bewirken einen Ausgleich der Meßfehler und bei zeichnerischen Lösungsverfahren am Plottisch auch einen Ausgleich derSuch a method is known from German patent specification 8 87 926, in which the course from three bearings of a watercraft is determined. Is additionally z. B. the vehicle speed of the watercraft estimated on the basis of its screw speed, the distance and course can also be calculated. On the other hand will When the distance is specified, the then unknown vehicle speed is determined in the initial phase of the Evaluation of listening bearings, a target trajectory obtained in this way still depends to a large extent on the accuracy the initial estimated values, namely distance or vehicle speed. Only if after If at least three further bearings have been measured in an own maneuver, the unknown can Target data can be calculated independently of the estimated values. Effect all additionally determined bearings a compensation of the measurement errors and, in the case of graphic solution methods on the plotter table, also a compensation of the

ίο Zeichenungenauigkeiten beim Festlegen des Kurses durch den Auswerter. Bei einer automatischen Auswertung der Peilung und Berechnen der Zielbahn durch Regressionsverfahren 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 unberücksichtigt bliebe.ίο drawing inaccuracies when setting the course by the evaluator. With an automatic evaluation the bearing and calculation of the target trajectory by regression methods approaches the calculated target trajectory the real course more and more closely, however, the result of the calculation taking into account a measurement error-prone bearing will be more falsified than if the measurement error-prone bearing is not taken into account would stay.

Auch ist aus dieser Patentschrift bekannt, eine Peilwinkelzeitkurve einer vorgegebenen Kuryenschar zu überlagern, um das Verhältnis von Fahrzeuggeschwindigkeit und Entfernung des Fahrzeugs 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.It is also known from this patent to apply a bearing angle time curve to a given set of chambers overlay to determine the relationship between vehicle speed and distance of the vehicle. One Such evaluation is particularly time-consuming and to a large extent dependent on the assessment of the Auswerters, so that slightly inaccurate target data result. In addition, the number of to be taken into account Measured values severely restricted by manual evaluation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein passives Verfahren zum Bestimmen von Zieldaten eines selbstgenerierte Wellenenergie abstrahlenden Fahrzeugs der eingangs genannten Art anzugeben, das eine Angabe der Zieldaten von einem ruhenden Meßort aus, automatisch und ohne Schätzung von Anfangsbedingungen, wie z. B. Entfernung oder Fahrzeuggeschwindigkeit, innerhalb kürzester Zeit gestattet
Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen MerlanaleThe invention is based on the object of specifying a passive method for determining target data of a self-generated wave energy radiating vehicle of the type mentioned above, which provides an indication of the target data from a stationary measuring location, automatically and without estimating initial conditions such. B. distance or vehicle speed, allowed within a very short time
According to the invention, this object is achieved by the Merlanale specified in the characterizing part of claim 1

Die Erfindung geht dabei von den physikalischen Gesetzen der Ausbreitung von Wellenenergie in einem Übertragungsmedium mit Dispersionseigenschaften aus. In aller Regel besteht ein solches Übertragungsmedium aus einzelnen Schichten mit unterschiedlichen Übertragungseigenschaften für die vom Fahrzeug abgestrahlte Wellenenergie. In einer der Schichten sind als Meßanordnung mindestens zwei Wandler installiert die die vom Fahrzeug abgestrahlte Wellenenergie in elektrische Empfangssignale umwandelt.The invention is based on the physical laws of the propagation of wave energy in one Transmission medium with dispersion properties. As a rule, such a transmission medium exists made up of individual layers with different transmission properties for that emitted by the vehicle Wave energy. At least two transducers are installed in one of the layers as a measuring arrangement converts wave energy emitted by the vehicle into electrical reception signals.

Soll das erfindungsgemäße Verfahren in der Luftfahrt zur passiven Messung der Zieldaten von Flugzeugen oder auf dem Land zum Vermessen von Landfahrzeugen, z. B. Panzern, eingesetzt werden, so werden als Wandler Mikrophone in Schichtungen der Atmosphäre oder Geophone in Bodenschichten eingesetzt, die die aufgrund des Fahrtgeräusches abgestrahlte Schallenergie in der Übertragungsschicht am Meßort in elektrische Empfangssignale umwandeln. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ebenfalls eingesetzt werden, wenn das Fahrzeug elektromagnetische Wellen, z. B. Licht, abstrahlt, das in eine Übertragungsschicht mit Dispersionseigenschaften, z. B. Eisschichtungen, eindringt und sich dort ausbreitet.Is the method according to the invention in aviation for the passive measurement of target data from aircraft or in the country for measuring land vehicles, e.g. B. tanks, are used as Transducers used in stratifications of the atmosphere or geophones in layers of the soil, which represent the microphones Due to the driving noise, the sound energy emitted in the transmission layer at the measuring location is converted into electrical energy Convert received signals. The inventive method can also be used if the Vehicle electromagnetic waves, e.g. B. light, emits, which in a transfer layer with dispersion properties, z. B. ice layers, penetrates and spreads there.

Bei dem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Wasserschalltechnik zum passiven Bestimmen der Zieldaten von Wasserfahrzeugen werden als Wandler zwei Hydrophone in einer Wasserschicht als Übertragungsschicht angeordnet. Im einfachsten Fall ist diese Übertragungsschicht mit Dispersionseigenschaften ein Flachwasser-Schallübertragungskanal, kurz Flachwasserkanal, bei dem die Wasserschicht durch parallele Luft- und Bodenschichten als Grenzschichten begrenzt wird und die Eigenschaften des Übertragungsmediums, wie Ausbreitungsgeschwindigkeit, nahezu konstant sind. Ebenso ist aber auch das erfindungsgemäße Verfahren einzusetzen, wenn im Wasser mehrere Schichtungen mit unterschiedlichen Übertragungseigenschaften zu verzeichnen sind. Es ist nach einem Aufsatz von C. L. Pekeris, 'Theory of Propagation of Explosive Sound in Shallow Water", The Geological Society of America, Memoir 27, 1948, und einem Buch von J. Tolstoy und C. S. Clay, "Ocean Acoustics: Theory and Experiment in Underwater Sound", McGraw-Hill Book Company, New York, 1966, bekannt, daß die Schallausbreitung einer im flachen Wasser befindlichen Geräuschquelle bei tiefen Frequenzen durch eine Überlagerung von Eigenwellen oder Moden beschrieben werden kann. Anschaulich kannWhen using the method according to the invention in water-borne sound technology for the passive determination of the Target data from watercraft are used as transducers by two hydrophones in a layer of water as a transmission layer arranged. In the simplest case, this transfer layer with dispersion properties is a Shallow water sound transmission channel, or shallow water channel for short, in which the water layer is formed by parallel air and soil layers as boundary layers is limited and the properties of the transmission medium, such as Speed of propagation, are almost constant. However, the method according to the invention is also the same to be used if there are several layers with different transmission properties in the water are. It is based on an essay by C. L. Pekeris, 'Theory of Propagation of Explosive Sound in Shallow Water, "The Geological Society of America, Memoir 27, 1948, and a book by J. Tolstoy and C. S. Clay, "Ocean Acoustics: Theory and Experiment in Underwater Sound", McGraw-Hill Book Company, New York, 1966, known that the sound propagation of a sound source in shallow water at low frequencies can be described by superimposing natural waves or modes. Vividly can

so man sich ein solches physikalisches Modell der Ausbreitung von Schall so vorstellen, daß der Schall im Flachwasserkanal an der Wasseroberfläche total und am Boden teilweise reflektiert wird, so daß sich eine zickzackförmige Ausbreitung ebener Wellenfronten über der Entfernung einstellt. Oberhalb einer kritischen Grenzfrequenz, die gleich der Wasserschallgeschwindigkeit geteilt durch etwa vierfache Höhe ist, bilden sich Eigenwellen oder sog. Moden aus. Die Anzahl der Eigenwellen ist abhängig von der Frequenz der abgestrahlten Schallenergie.if one imagines such a physical model of the propagation of sound in such a way that the sound is in the shallow water channel is totally reflected on the water surface and partially on the bottom, so that a zigzag Propagation of plane wave fronts over the distance adjusts. Above a critical cut-off frequency, which is equal to the speed of waterborne sound divided by approximately four times the height, natural waves or form so-called fashions. The number of natural waves depends on the frequency of the radiated sound energy.

Jeweils beim Überschreiten eines ungeraden Vielfachen der kritischen Grenzfrequenz kommt eine weitere Eigenwelle hinzu. Der Winkel, unter dem die Wellenfront an der Wasseroberfläche bzw. am Grund reflektiert wird, wächst mit der Ordnungszahl der Eigenwellen. Die Wellenfronten durchlaufen dann einen längeren Weg und stoßen häufiger an die Grenzschichten und erfahren dabei eine höhere Dämpfung.Each time an odd multiple of the critical limit frequency is exceeded, another occurs Eigenwave added. The angle at which the wave front reflects on the water surface or on the bottom grows with the ordinal number of the eigenwaves. The wave fronts then travel a longer path and hit the boundary layers more frequently and experience greater attenuation in the process.

Die Eigenwellen oder Moden stellen Lösungen einer partiellen Wellengleichung für den Flachwasserkanal dar. Genauer gesagt, sind es die Eigenfunktionen des Flachwasserkanals in horizontaler Richtung. Die Eigenwellen sind Zylinderwellen, die sich konzentrisch von der Schallquelle wegbewegen. Sie weisen in Ausbreitungsrichtung eine Periode auf, die um so geringer ist je höher die Frequenz der sich ausbreitenden Schallwelle ist. Die Phasengeschwindigkeit der Eigenwelle ist abhängig von der Frequenz des abgestrahlten Schalls und bei höheren Frequenzen nähert sie sich fallend der Ausbreitungsgeschwindigkeit im Wasser. Der Schalldruckverlauf in vertikaler Richtung ist von der Ordnungszahl der Eigenwelle abhängig. An der Wasseroberfläche ist der Schalldruck gleich Null, am Boden weist er stets eine endliche Größe auf, die Anzahl der dazwischenliegenden Nullstellen ist um eins geringer als die Ordnungszahl.
Durch Überlagerung mehrerer Eigenwellen entsteht im Flachwasserkanal ein Interferenzfeld. Dieses Interfe-The eigen waves or modes represent solutions of a partial wave equation for the shallow water channel. More precisely, they are the eigen functions of the shallow water channel in the horizontal direction. The eigenwaves are cylindrical waves that move concentrically away from the sound source. They have a period in the direction of propagation, the lower the higher the frequency of the propagating sound wave. The phase speed of the natural wave depends on the frequency of the emitted sound and at higher frequencies it approaches the speed of propagation in the water, falling. The sound pressure curve in the vertical direction depends on the atomic number of the natural wave. The sound pressure is zero on the surface of the water, on the bottom it is always finite, the number of zeros in between is one less than the ordinal number.
The superposition of several natural waves creates an interference field in the shallow water channel. This inter-

renzfeld baut sich um die Schallquelle auf. In radialer Richtung zur Schallquelle sind räumliche Amplitudenschwankungen zu verzeichnen. Den Abstand zwischen gleichen Extremwerten nennt man Interferenzwellenlänge. Diese Interferenzwellenlänge ist allein abhängig von den Eigenschaften des Flachwasserkanals und der Frequenz des abgestrahlten Schalls, sie wird zu höheren Frequenzen hin größenrenzfeld builds up around the sound source. There are spatial amplitude fluctuations in the radial direction to the sound source recorded. The distance between the same extreme values is called the interference wavelength. This interference wavelength is solely dependent on the properties of the shallow water channel and the Frequency of the emitted sound, it will increase towards higher frequencies

Bei einem fahrenden Wasserfahrzeug wird Schall in einem breiten Frequenzbereich abgestrahlt und aufgrund der sich ausbildenden Eigenwellen entsteht im Flachwasserkanal ein Interferenzfeld. Dieses Interferenzfeld ist mit dem Wasserfahrzeug als Schallquelle verbunden.With a moving watercraft, sound is emitted in a wide frequency range and due to The developing natural waves create an interference field in the shallow water channel. This interference field is connected to the watercraft as a sound source.

In einem Aufsatz von Weston et al, "Interference of Wide-Band Sound in Shallow Water", Admirality Research Laboratory, Teddington, Middlesex, 1971, reproduced by National Technical Information Service, wird ein Verfahren beschrieben, mit dem Übertragungseigenschaften eines Flachwasserkanals untersucht werden. Von einem ortsfesten Hydrophon wird ein breitbandiges Geräusch einer Schallquelle empfangen. Die Schallquelle bewegt sich dabei mit geradlinigem Kurs zunächst auf das Hydrophon zu und anschließend von ihm fort Von dem Geräusch werden nacheinander je Zeiteinheit Spektrogramme berechnet. Die Intensitäten dieser Spektrogramme werden als Funktion der Frequenz spaltenweise in Grautonschrift dargestellt. In jede Spalte, die dem jeweiligen Abstand zwischen Hydrophon und Schallquelle zugeordnet ist, wird ein Spektrogramm eingetragen. Es ergibt sich ein Intensitätsmuster, das fächerförmig zum Hydrophonort hinläuft Dieser Grautonschrieb spiegelt das Interferenzfeld wieder, das die Schallwellen des abgestrahlten Geräusches aufgrund der Ausbreitung von Eigenwellen oder Moden hervorrufen.In an article by Weston et al, "Interference of Wide-Band Sound in Shallow Water," Admiralty Research Laboratory, Teddington, Middlesex, 1971, reproduced by National Technical Information Service, becomes a Process described with which the transmission properties of a shallow water canal are investigated. from A stationary hydrophone receives a broadband noise from a sound source. The sound source moves in a straight line first towards the hydrophone and then away from it From Spectrograms are calculated one after the other for each time unit of the noise. The intensities of these spectrograms are displayed as a function of the frequency in columns in gray. In every column that corresponds to the is assigned to the respective distance between the hydrophone and the sound source, a spectrogram is entered. The result is an intensity pattern that runs in a fan shape towards the location of the hydrophone. This gray-tone record reflects the interference field that the sound waves of the emitted noise due to the propagation of eigenwaves or modes.

Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen von Zieldaten eines Fahrzeugs werden aus dem zeitlichen Verlauf der Empfangssignale jedes Wandlers zur Frequenzanalyse Spektrogramme erstellt und spektrale Leistungen der Empfangssignale jedes Spektrogramms, beispielsweise als Intensitätsschrieb über der Frequenz abgespeichert Die einzelnen Intensitätsschriebe werden ihrem Meßzeitpunkt zugeordnet Als Intensitätsschrieb kann ein Grautonbild erzeugt werden. Die abgespeicherten Spektrogramme bilden ein zweidimensionales Intensitätsmuster innerhalb eines Frequenz-Zeit-Koordinatensystems, dessen eine Achse der Frequenz und dessen andere Achse einer Zeitbasis zugeordnet ist und beispielsweise in Zeiteinheiten geteilt ist.In the method according to the invention for determining target data for a vehicle, the Time course of the received signals of each converter for frequency analysis spectrograms and spectral Power of the received signals of each spectrogram, for example as an intensity plot over the Frequency stored The individual intensity records are assigned to their measurement time as an intensity record a gray-tone image can be generated. The stored spectrograms form a two-dimensional one Intensity pattern within a frequency-time coordinate system, one axis of which is the frequency and whose other axis is assigned to a time base and is divided into time units, for example.

Aus diesem Intensitätsmuster wird erfindungsgemäß innerhalb eines vorgebbaren Frequenzbereichs ein Ausschnitt ausgewählt, der sich über ein Zeitintervall von einer vorgebbaren Anzahl von Zeiteinheiten erstreckt. Innerhalb des Ausschnitts werden benachbarte Intensitäten gleicher Stärke aufgesucht, die im Frequenz-Zeit-Koordinatensystem kontinuierliche Interferenzlinien bilden. Diese Interferenzlinien sind bei einem Kurs des Fahrzeugs, der über den Meßort führt, also bei einem Überlauf des Meßorts, nahezu Geraden, die fächerförmig durch den Ausschnitt verlaufen. Der Ursprung des Fächers ist dem Meßort zuzuordnen. Bei einem Vorbeilauf, bei dem der Kurs des Fahrzeugs einen Querabstand zum Meßort aufweist, ist eine hyperbelartige Struktur zu erkennen. Die Scheitelpunkte der Hyperbeln kennzeichnen die größte Annäherung an den Meßort Ruht das Fahrzeug, so empfangen die Wandler je Frequenz einen bestimmten Pegel und es entsteht ein Streifenmuster aus Interferenzlinien längs den einzelnen Frequenzspuren im Ausschnitt des Intensitätsmusters. Die Steigung der Interferenzlinien ist unendlich groß. (Die Steigung wird hier relativ zur Frequenzachse gemessen.) Fährt das Fahrzeug, so verändern sich die je Frequenz empfangenen Pegel über der Zeit Die Interferenzlinien im Intensitätsmuster krümmen sich und ihre Steigung nimmt endliche Werte an. Die Steigung der Interferenzlinien ist abhängig von der Annäherungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs an den Meßort bzw. der radialen Geschwindigkeitskomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit bezüglich des Meßorts. Nähert sich das Fahrzeug dem Meßort mit großer Annäherungsgeschwindigkeit, so sind die Steigungen der Interf erenzlinien geringer, als wenn das Fahrzeug aus gleicher Entfernung mit niedrigerer Annäherungsgeschwindigkeit zum Meßort fahren würde. Die zugehörige tangentiale Geschwindigkeitskomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit trägt zur Ausbildung der Intensitätsmuster nichts bei. Fährt ein Fahrzeug im Kreis mit konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit um einen Wandler herum, so entsteht ein Muster der abgespeicherten Intensitäten, das längs den Frequenzspuren keine Intensitätsunterschiede aufweist. Statt des fächerförmigen Intensitätsmusters entsteht ein Muster aus parallelen Streifen, die entlang den Frequenzspuren verlaufen, wie wenn das Fahrzeug ruhen würde. Allein eine zusätzliche radiale Geschwindigkeitskomponente führt dazu, daß die Strukturierung des Intensitätsmusters fächerförmig ist. Man kann sich das auch so vorstellen, daß das Interferenzfeld durch konzentrische Kreise um das Fahrzeug herum charakterisiert ist, die die Minima bzw. Maxima der Interferenzwellen im Abstand der Interferenzwellenlängen kennzeichnen. Bei einer Kreisfahrt erfaßt der Wandler jeweils ein und dieselbe Intensität des Interferenzfeldes. Nur durch eine radiale Geschwindigkeitskomponente sind abwechselnd Minimum und Maximum der Intensitäten am Wandler feststellbar.According to the invention, this intensity pattern becomes a within a predeterminable frequency range Selected excerpt that extends over a time interval of a predeterminable number of time units. Within the section, neighboring intensities of the same strength are sought, those in the frequency-time coordinate system form continuous lines of interference. These interference lines are at a course of Vehicle that leads over the measuring location, i.e. when the measuring location overflows, almost straight lines, which are fan-shaped run through the neckline. The origin of the fan is to be assigned to the measuring location. When walking by in which the course of the vehicle has a transverse distance to the measurement location, a hyperbolic structure is to recognize. The vertices of the hyperbolas mark the closest approach to the measurement location Vehicle, the transducers receive a certain level for each frequency and a striped pattern is created from interference lines along the individual frequency tracks in the section of the intensity pattern. The slope the interference lines is infinitely large. (The slope is measured here relative to the frequency axis.) That drives Vehicle, the levels received for each frequency change over time Intensity patterns curve and their slope takes on finite values. The slope of the interference lines depends on the approach speed of the vehicle to the measuring location or the radial speed component the vehicle speed with respect to the measurement location. If the vehicle approaches the measuring location at a high speed, the gradients of the interference lines are lower than if they were the vehicle would drive from the same distance with a lower approach speed to the measurement location. The associated tangential speed component of the vehicle speed contributes to the training the intensity pattern does nothing. If a vehicle drives around you in a circle at constant vehicle speed Converter around, this creates a pattern of the stored intensities that do not exist along the frequency tracks Has intensity differences. Instead of the fan-shaped intensity pattern, a pattern of parallel arises Stripes that run along the frequency tracks as if the vehicle were at rest. Just an additional one radial velocity component means that the structuring of the intensity pattern is fan-shaped. You can also imagine that the interference field consists of concentric circles around the vehicle is characterized around that the minima or maxima of the interference waves at the distance of the interference wavelengths mark. When traveling in a circle, the transducer detects one and the same intensity of the interference field. Only through a radial velocity component are the minimum and maximum the alternating Intensities can be determined on the converter.

Man kann sagen, daß das Interferenzfeld mit dem Fahrzeug gekoppelt ist und mit Annäherungsgeschwindigkeit bzw. radialer Geschwindigkeitskomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit über jenen Wandler gezogen wird. Wenn das Fahrzeug auf einem Kurs längs der Verlängerung der Verbindungslinie zwischen den beiden Wandlern fährt, wird jeder Momentanwert des Interferenzfeldes zuerst vom einen Wandler und wenig später vom anderen Wandler empfangen. Die Zeitverschiebung zwischen den abgetasteten Interferenzfeldern ist direkt abhängig von der Annäherungsgeschwindigkeit, sie ist ihr umgekehrt proportional, nämlich um so größer je geringer die Annäherungsgeschwindigkeit bzw. die radiale Geschwindigkeitskomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit Diese Zeitverschiebung wird für das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe der Intensitätsmuster ermittelt Die Intensitätsmuster der beiden Ausschnitte werden dabei so lange in Zeitrichtung gegeneinander verschoben, bis sie sich decken. Die hierzu notwendige Zeitverschiebung stellt die gesuchte Größe dar.The interference field can be said to be coupled to the vehicle and to the approaching speed or radial speed component of the vehicle speed pulled over that converter will. When the vehicle is on a course along the extension of the line connecting the two Converter drives, each instantaneous value of the interference field is first from a converter and a little later received from the other converter. The time difference between the scanned interference fields is directly dependent on the approach speed, it is inversely proportional to it, namely the greater the lower the approach speed or the radial speed component of the vehicle speed This time shift is determined for the method according to the invention with the aid of the intensity pattern The intensity patterns of the two sections are determined against each other in the direction of time postponed until they coincide. The time shift required for this represents the size you are looking for.

Außerdem wird zur Ermittlung der Zieldaten in einem der Ausschnitte die Steigung mindestens einer der Interferenzlinien, vorzugsweise der durch die Mitte des Ausschnitts verlaufenden Interferenzlinie gemessen.In addition, to determine the target data in one of the sections, the slope of at least one of the Interference lines, preferably measured the interference line running through the center of the section.

Aus diesen Meßdaten — der Steigung der Interferenzlinien und der Zeitverschiebung der Intensitätsmuster aus beiden Ausschnitten — werden unter Berücksichtigung des Peilwinkels und seiner zeitlichen Änderung die Zieldaten des Fahrzeugs gemäß Anspruch 1 berechnet. Die radiale Geschwindigkeitskomponente ist gleich demFrom these measurement data - the slope of the interference lines and the time shift of the intensity pattern from both sections - taking into account the bearing angle and its change over time, the Target data of the vehicle according to claim 1 calculated. The radial velocity component is equal to that

Quotienten aus Laufzeitunterschied und Zeitverschiebung multipliziert mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellenenergie im Medium. Die Entfernung zwischen Fahrzeug und Meßort wird dadurch ermittelt, daß die Steigung mit dem Laufzeitunterschied und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellenenergie multipliziert und durch die Zeitverschiebung dividiert wird. Die tangential Geschwindigkeitskomponente erhält man durchThe quotient of the transit time difference and the time shift multiplied by the speed of propagation the wave energy in the medium. The distance between the vehicle and the measurement location is determined by the Incline multiplied by the transit time difference and the propagation speed of the wave energy and divided by the time difference. The tangential speed component is obtained by

MuI tiplikation der Entfernung mit der zeitlichen Änderung des Peilwinkels.Multiplication of the distance with the change in the bearing angle over time.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, daß unmittelbar nach der Detektion der vom Fahrzeug generierten und abgestrahlten Wellenenergie die Zieldaten kontinuierlich bestimmt werden können. Am Intensitätsmuster zeigt sich, ob nur Umgebungsgeräusch von den Wandlern empfangen wird oder ein Fahrzeug in das Meßgebiet gefahren ist, da im letztgenannten Fall dann unmittelbar eine Strukturierung desThe advantages of the method according to the invention are that immediately after the detection of the Vehicle generated and radiated wave energy the target data can be continuously determined. The intensity pattern shows whether only ambient noise is received by the transducers or a Vehicle has driven into the measurement area, since in the latter case then immediately a structuring of the

ίο regellos aussehenden Intensitätsmusters stattfindet und sich Interferenzlinien ausbilden. Sobald Interferenzlinien erkennbar sind, ist es möglich, Steigung und Zeitverschiebung zu messen. Am einfachsten ist die Steigung einer Interferenzlinie durch Approximation einer Geraden und die Zeitverschiebung zwischen den Interferenzmustern der beiden Ausschnitte mit Hilfe der Korrelationstechnik bestimmbar. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß während eines Bewegungsvorgangs des Fahrzeugs die Bestimmung der Zieldaten vom ruhenden Meßort ohne Eigenverrat, nämlich ohne Ausstrahlen eigener Sendeenergie oder eigenes Manövrieren, möglich ist, so daß das Fahrzeug die Überwachung durch an Bord befindliche Meßanlagen nicht wahrnehmen kann. Vermessungsarbeiten zur Installation der Meßanlage werden überflüssig, wenn die Zieldaten des Fahrzeugs bezüglich des Meßorts interessieren. Die Abmessungen der Meßanordnung am Meßort sind vorteilhafterweise wesentlich geringer als das Meßgebiet, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren überwacht werden kann. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Wasserschalltechnik ist die Meßanordnung mit ihren Hydrophonen beispielsweise auf einem ruhenden Schiff oder einem U-Boot als Beobachtungsstation installiert oder an mehreren Bojen bzw. einem Gestänge, das am Meeresgrund ausgelegt istίο random-looking intensity pattern takes place and interference lines form. Once interference lines are recognizable, it is possible to measure the slope and the time difference. The easiest is the incline an interference line by approximating a straight line and the time shift between the interference patterns of the two sections can be determined using the correlation technique. Another benefit is there in that during a movement process of the vehicle the determination of the target data from the resting Measurement location without self-betrayal, namely without emitting own transmission energy or own maneuvering, possible so that the vehicle cannot perceive the monitoring by the measuring systems on board. Surveying work for the installation of the measuring system becomes superfluous if the target data of the vehicle interested in the measurement location. The dimensions of the measuring arrangement at the measuring location are advantageous much smaller than the measurement area that can be monitored with the method according to the invention. at Application of the method according to the invention in water-borne sound technology is the measuring arrangement with its For example, hydrophones installed on a stationary ship or a submarine as an observation station or on several buoys or a rod that is laid out on the seabed

Von ganz besonderem Vorteil ist es, daß die Genauigkeit der Bestimmung von Entfernung und Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängig von der Distanz zwischen Meßof t und Fahrzeug ist und mit der Detektierbarkeit auch die erste Messung vorgenommen werden kann. Außerdem ist die Bestimmung der Zieldaten unabhängig vom Kurs des Fahrzeugs. Sie sind in gleicher Weise bei einem Überlauf, bei dem der Kurs über den Meßort hinwegführt, wie bei einem Vorbeilauf, bei dem der Kurs mit Querabstand am Meßort vorbeiführt, bestimmbar. Weiterhin ist vorteilhaft, daß Manöver des Fahrzeugs die Bestimmung der Zieldaten nicht beeinflussen, wenn die radiale Geschwindigkeitskomponente sich innerhalb des Zeitintervalls nur unwesentlich ändert. Die Bestimmung von Entfernung und Fahrzeuggeschwindigkeit ist außerdem vorteilhafterweise völlig unabhängig vom Bewegungsverhalten des Fahrzeugs in vorangegangenen Zeitintervallen und in darauffolgenden Zeitintervallen, Vorgeschichte oder zukünftiges Fahrverhalten gehen also nicht in die Messung ein. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist man in der Lage, stets die momentanen Zieldaten eines Fahrzeugs festzustellen, auch wenn das Fahrzeug beliebige Kurse mit wechselnden Fahrzeuggeschwindigkeiten durchfährt. Die Fahr-Zeuggeschwindigkeit kann natürlich nur angegeben werden, wenn sie innerhalb des Zeitintervalls nahezu konstant war.It is particularly advantageous that the accuracy of the determination of distance and vehicle speed is independent of the distance between Messof t and vehicle and also with the detectability the first measurement can be taken. In addition, the determination of the target data is independent of the Course of the vehicle. You are in the same way in the event of an overflow, in which the course over the measurement location leads away, as in a pass, in which the course leads past the measuring location with a transverse distance, determinable. It is also advantageous that maneuvers of the vehicle do not affect the determination of the target data when the radial speed component changes only insignificantly within the time interval. The determination distance and vehicle speed is also advantageously completely independent of the Movement behavior of the vehicle in previous time intervals and in subsequent time intervals, Prehistory or future driving behavior are therefore not included in the measurement. When using the invention Procedure one is able to always determine the current target data of a vehicle, even if the vehicle drives through any course with changing vehicle speeds. The driving stuff speed can of course only be specified if they are almost within the time interval was constant.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 2 und 3 wird ein dritter Wandler am Meßort aufgestellt, um eindeutige Peilergebnisse zu erhalten. Die Wandler werden paarweise zum Ermitteln der Laufzeitunterschiede verwendet. Aus den Laufzeitunterschieden werden Winkel gegen die Mittelsenkrechte auf den Abstand jedes Wandlerpaares berechnet und diese Winkel in Winkelwerte gegen eine gemeinsame Bezugsrichtung umgerechnet. Der Peilwinkel wird aus den Laufzeitunterschieden bestimmt, die zu gleich großen Winkelwerten gehören. Damit wird eine sogenannte Spiegelpeilung ausgeschlossen.According to an advantageous development of the method according to the invention according to claim 2 and 3, a Third transducer set up at the measuring location in order to obtain clear bearing results. The converters are in pairs used to determine the runtime differences. The runtime differences become angles against the Center perpendiculars calculated on the distance of each transducer pair and these angles in angular values against a common reference direction converted. The bearing angle is determined from the runtime differences that are too equally large angle values belong. This means that a so-called mirror bearing is excluded.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 4 werden die ermittelten Laufzeitunterschiede miteinander verglichen und das Wandlerpaar herausgesucht, dessen Empfangssignale den größten Laufzeitunterschied aufweisen. Die Empfangssignale dieses Wandlerpaares werden zur Ermittlung der Zeitverschiebung der Frequenzanalyse unterworfen. Die aus den Intensitätsmustern der Empfangssignale dieses Wandlerpaares ermittelte Zeitverschiebung und der Laufzeitunterschied ihrer Empfangssignale werden zur Bestimmung der radialen Geschwindigkeitskomponente und der Entfernung miteinander kombiniert. Aus den Intensitätsmustern dieser Empfangssignale wird entweder die Steigung der Interf erenzlinie in der Mitte eines der beiden Ausschnitte gewonnen oder es wird der arithmetische Mittelwert der Steigungen der in beiden Ausschnitten durch die Mitte des Ausschnitts verlaufenden Interferenzlinien bestimmt. Ebenso ist es möglich, statt der Laufzeitunterschiede der Empfangssignale jedes Wandlerpaares die Zeitverschiebung der Intensitätsmuster zu vergleichen und die Empfangssignale desjenigen Wandlerpaares für die Peilwinkel- und Zeitverschiebungsberechnung auszuwerten, dessen Intensitätsmuster die größte Zeitverschiebung zueinander aufweisen.According to an advantageous development of the method according to the invention according to claim 4, the The determined transit time differences are compared with each other and the transducer pair is selected, its received signals have the greatest difference in runtime. The received signals of this transducer pair are Subject to frequency analysis to determine the time shift. Those from the intensity patterns of the Received signals from this transducer pair determined the time shift and the transit time difference of their received signals are used to determine the radial velocity component and the distance to each other combined. Either the slope of the interference line is derived from the intensity patterns of these received signals in the middle of one of the two sections or the arithmetic mean of the Slopes of the interference lines running through the center of the cutout in both cutouts are determined. It is also possible to use the time shift instead of the transit time differences of the received signals of each transducer pair to compare the intensity pattern and the received signals of that transducer pair for the Evaluate bearing angle and time shift calculation whose intensity pattern has the greatest time shift have to each other.

Durch das Auswahlverfahren nach Anspruch 4 werden Intensitätsmuster der Empfangssignale desjenigen Wandlerpaares ausgewertet, dessen Verbindungslinie mit der Verbindung zwischen Meßort und Fahrzeug am besten übereinstimmt. In die gleiche Richtung vom Fahrzeug zum Meßort weist auch die radiale Geschwindigkeitskomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit, die die Ausbildung der Interferenzlinien und die Zeitverschiebung der Intensitätsmuster in den Ausschnitten hervorruft. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 4 liegt darin, daß die Empfangssignale desjenigen Wandlerpaares ausgewertet werden, die die größte Genauigkeit für die Bestimmung von Entfernung und Fahrzeuggeschwindigkeit gewährleisten, da die zu vermessende Zeitverschiebung zwischen beiden am größten ist. Diese Zeitverschiebung umfaßt bei einer Rasterung der Zeitachse des Frequenz-Zeit-Koordinatensystems in Zeiteinheiten die größte Anzahl von Zeiteinheiten und gewährleistet, daß der relative Fehler am kleinsten ist. Weiterhin ist von Vorteil, daß auch dann eine Bestimmung der Zieldaten möglich ist, wenn das Fahrzeug auf einem Kurs längs einer Mittelsenkrechten der Verbindungslinie eines der Wandlerpaare errichtet wird. Bei diesem Kurs liefern die Empfangssignale dieses Wandlerspaares zwar ein strukturiertes Intensitätsmuster, ein Vergleich der beiden Intensitätsmuster zum Bestimmen derBy the selection method according to claim 4, intensity patterns of the received signals of the person Evaluated transducer pair, whose connection line with the connection between the measuring location and the vehicle on best matches. The radial speed component also points in the same direction from the vehicle to the measurement location the vehicle speed, the formation of the interference lines and the time difference which creates intensity patterns in the sections. The advantage of the method according to the invention Claim 4 is that the received signals of that transducer pair are evaluated, which is the largest Ensure accuracy for the determination of distance and vehicle speed, since the one to be measured Time difference between the two is greatest. This time shift includes in a rasterization the time axis of the frequency-time coordinate system in time units the largest number of time units and ensures that the relative error is the smallest. A further advantage is that there is also a determination the target data is possible when the vehicle is on a course along a perpendicular line of the connecting line one of the transducer pairs is established. At this course, the received signals from this transducer pair deliver a structured intensity pattern, a comparison of the two intensity patterns to determine the

Zeitverschiebung zeigt, daß die Intensitätsmuster identisch ausgebildet sind und keine Zeitverschiebung gegeneinander aufweisen, weil beide Wandler gleichzeitig das gleiche Interferenzfeld abtasten. Durch das Ausbringen von drei Wandlern und die paarweise Auswertung ihrer Empfangssignale ist eine eindeutige Bestimmung sämtlicher Zieldaten stets gewährleistet, da eines der drei Wandlerpaare stets eine solche Ausrichtung aufweist, daß eine eindeutige Bestimmung der Zieldaten gewährleistet ist.Time shift shows that the intensity patterns are identical and no time shift relative to one another because both transducers scan the same interference field at the same time. By spreading of three converters and the pairwise evaluation of their received signals is a clear determination of all target data is always guaranteed, since one of the three transducer pairs always has such an orientation that an unambiguous determination of the target data is guaranteed.

Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 5 wird der Peilwinkel aus den Empfangssignalen desjenigen Wandlerpaares ermittelt, die den geringsten Laufzeitunterschied aufweisen. Dieses Wandlerpaar liefert im Vergleich zu den anderen die größte Meßgenauigkeit.According to a development of the method according to the invention according to claim 5, the bearing angle is from the Received signals of the transducer pair determined that have the smallest transit time difference. This The transducer pair provides the greatest measurement accuracy compared to the others.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorteilhaft möglich, den Kurs des Fahrzeugs zu bestimmen, der einerseits durch den Peilwinkel zwischen Meßort und Fahrzeug und andererseits aus einem Geschwindigkeitswinkel bestimmt wird, wie in Anspruch 6 angegeben wird. Der Geschwindigkeitswinkel liegt zwischen der radialen Geschwindigkeitskomponente, deren Richtung zur Bezugsrichtung den Peilwinkel einschließt, und der Fahrzeuggeschwindigkeit, die in Richtung des Kurses weist. Der Kurs wird aus der Summe von Peilwinkel und Geschwindigkeitswinkel bestimmt. Der Geschwindigkeitswinkel wird entweder aus dem Verhältnis der tangentialen und radialen Geschwindigkeitskomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit errechnet oder nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 7 durch den Arcus Tangens aus dem Produkt von Steigung und zeitlicher Änderung des Peilwinkels unter Berücksichtigung eines Faktors bestimmt Der Vorteil des Verfahrens gemäß Anspruch 7 besteht darin, daß nicht erst die Geschwindigkeitskomponenten selbst bestimmt zu werden brauchen, sondern unmittelbar aus den gemessenen Größen, nämlich der Steigung einer Interferenzlinie im Ausschnitt des Intensitätsmusters und der zeitlichen Änderung des Peilwinkels der Kurs berechnet werden kann.With the method according to the invention, it is advantageously possible to determine the course of the vehicle that on the one hand by the bearing angle between the measurement location and vehicle and on the other hand from a speed angle is determined as stated in claim 6. The speed angle is between the radial velocity component whose direction to the reference direction includes the bearing angle, and the Vehicle speed pointing in the direction of the course. The course is the sum of the bearing angle and Speed angle determined. The speed angle is either from the ratio of the tangential and radial speed component of the vehicle speed or calculated according to a advantageous development of the method according to the invention according to claim 7 by the arc tangent from the product of the slope and the change in the bearing angle over time, taking a factor into account The advantage of the method according to claim 7 is that not only the speed components need to be determined themselves, but directly from the measured quantities, namely the Slope of an interference line in the section of the intensity pattern and the change in the bearing angle over time the rate can be calculated.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 wird für die Frequenzanalyse nur Wellenenergie in einem Frequenzbereich um eine Mittenfrequenz ausgewertet, die sich in Form von Moden ausbreitet und Interferenzen innerhalb der Übertragungsschicht hervorruft Dieser Frequenzbereich wird dadurch ermittelt, daß längs jeder Frequenzspur eine Art Modulation der Intensitäten über der Zeit festgestellt und daraus ein Modulationsmaß ermittelt wird. Dieses Modulationsmaß würde beim Vorliegen sinusförmiger und nicht stochastischer Vorgänge der in der Literatur bekannte Modulationsgrad sein. Das Modulationsmaß gibt an, wie ausgeprägt sich die Eigenwellen in der Übertragungsschicht ausbreiten und ihre Interferenz zu detektieren ist Der Frequenzbereich liegt im unteren Teil des Frequenzspektrums der Empfangssignale, da wegen der Dämpfung in der Übertragungsschicht nur Eigenwellen niedrigerer Frequenz über große Entfernungen meßbar sind und wegen der kleinen Interferenzwellenlänge in diesen Frequenzbereich das Intensitätsmuster fein strukturiert istAccording to an advantageous development of the method according to the invention according to the features of Claim 8 is only wave energy in a frequency range around a center frequency for frequency analysis evaluated, which propagates in the form of modes and causes interference within the transmission layer. This frequency range is determined by adding a type of Modulation of the intensities over time is determined and a modulation measure is determined therefrom. This If sinusoidal and non-stochastic processes are present, the modulation measure would be that in the literature be known degree of modulation. The modulation measure indicates how pronounced the natural waves are in the Spread the transmission layer and detect its interference. The frequency range is in the lower range Part of the frequency spectrum of the received signals, because only because of the attenuation in the transmission layer Eigenwaves of lower frequency can be measured over long distances and because of the small interference wavelength the intensity pattern is finely structured in this frequency range

Das Modulationsmaß wird beispielsweise dadurch bestimmt, daß die Varianz der Intensitäten auf jeder Frequenzspur festgestellt wird und die Varianz auf den quadrierten Mittelwert aller dort abgespeicherten Intensitäten bezogen und um die Zahl Eins vermindert wird. Die radizierte Differenz liefert dann das Modulationsmaß. The modulation measure is determined, for example, in that the variance of the intensities on each Frequency trace is determined and the variance is based on the squared mean value of all stored there Intensities related and reduced by the number one. The rooted difference then provides the modulation measure.

Das Modulationsmaß längs einer Frequenzspur ist nur dann groß, wenn das Empfangssignal, übertragen durch Eigenwellen, über dem Umgebungsgeräuschpegel liegt. Dann ergeben sich auf den Frequenzspuren Intensitätsextrema im Abstand der halben Interferenzwellenlänge auf der Frequenzspur. Durch Störungen bei der Ausbreitung der Eigenwellen kann aber bei einigen Frequenzen das Modulationsmaß stark zurückgehen, so daß keine durchgehende Interferenzlinie bzw. keine gleichstrukturierten Intensitätsmuster der Empfangssignale beider Wandler gefunden werden können. Deshalb wird vorteilhaft ein zusammenhängender Bereich benachbarter Frequenzspuren als Frequenzbereich ausgewählt, für den der ermittelte, vorzugsweise über der Frequenz geglättete Verlauf des Modulationsmaßes über einer vorgebbaren Schwelle liegt, um mit der größtmöglichen Sicherheit die Steigung von Interferenzlinien und die Zeitverschiebung der Intensitätsmuster in den beiden Ausschnitten bestimmen zu können.The degree of modulation along a frequency track is only large when the received signal is transmitted due to natural waves, above the ambient noise level. Then arise on the frequency tracks Intensity extremes at a distance of half the interference wavelength on the frequency track. Due to malfunctions at However, as the natural waves propagate, the degree of modulation can decrease sharply at some frequencies, see above that no continuous interference line or no uniformly structured intensity pattern of the received signals both converters can be found. Therefore, a contiguous area becomes advantageous Frequency traces selected as the frequency range for which the determined, preferably above the frequency The smoothed course of the modulation measure lies above a predeterminable threshold in order to match the greatest possible Security the slope of interference lines and the time shift of the intensity patterns in the two To be able to determine sections.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 werden die Empfangssignale in einem höher gelegenen Frequenzintervall als der Frequenzbereich bezüglich ihres Laufzeitunterschieds ausgewertet, um daraus den Peilwinkel zu bestimmen. Eigenwellen in diesem Frequenzintervall können die Peilung nicht verfälschen, da ihre Phasengeschwindigkeiten näherungsweise gleich der Ausbreitungsgeschwindigkeit sind.According to an advantageous development of the method according to the invention according to the features of Claim 9, the received signals are in a higher frequency interval than the frequency range evaluated with regard to their transit time difference in order to determine the bearing angle from it. Eigenwaves in this frequency interval cannot falsify the bearing, since its phase velocities are approximate are equal to the speed of propagation.

Wie man sieht, wirken die für die Bestimmung der Steigung und Zeitverschiebung gewünschten Übertragungseigenschaften der Übertragungsschicht, die für eine Ausbreitung von Eigenwellen und deren Interferenz sorgen, für die Peilung störend. Durch die erfindungsgemäße Auswahl von Frequenzbereich und Frequenzintervall ist eine optimale Anpassung der Messung an die Übertragungseigenschaften erreicht worden.As you can see, the transmission properties required for determining the slope and time shift are at work the transmission layer, which is responsible for propagation of natural waves and their interference care for the bearing disruptive. Through the selection of the frequency range and frequency interval according to the invention an optimal adaptation of the measurement to the transmission properties has been achieved.

Die Rechenvorschriften, nach denen Entfernung und Fahrzeuggeschwindigkeit aus den Meßgrößen gewonnen werden können, geben die erfindungsgemäßen Weiterbildungen gemäß Anspruch 10 und 11 an, wobei der dort aufgeführte Faktor entweder gemäß Anspruch 12 aus der Interferenzwellenlänge zweier Eigenwellen, die sich aus der abgestrahlten Wellenenergie bei der Mittenfrequenz des Frequenzbereichs einstellt, und ihrer frequenzmäßigen Ableitung berechnet wird oder gemäß den Merkmalen des Anspruchs 13 gleich dem 1,1 fachen Wert der Mittenfrequenz des Frequenzbereichs festgesetzt wird. Dieser Faktor ist typisch für die Ausbreitungseigenschaften der Übertragungsschicht und kann vor Meßbeginn bereits ermittelt oder festgelegt sein. Zahlreiche Versuche haben ergeben, daß die exakte Kenntnis des Mechanismusses der Übertragungsschicht gar nicht notwendig ist, um diesen Faktor zu bestimmen, sondern daß die Näherung durch den l.lfachen Wert der Mittenfrequenz bereits gute Meßergebnisse liefertThe calculation rules according to which distance and vehicle speed are obtained from the measured variables can be, indicate the developments according to the invention according to claim 10 and 11, wherein the Factor listed there either according to claim 12 from the interference wavelength of two natural waves, the is established from the radiated wave energy at the center frequency of the frequency range, and their frequency derivative is calculated or according to the features of claim 13 equal to 1.1 times The value of the center frequency of the frequency range is set. This factor is typical for the propagation properties of the transmission layer and can be determined or established before the start of the measurement. Numerous Tests have shown that the exact knowledge of the mechanism of the transmission layer is not at all is necessary to determine this factor, but that the approximation by the 1.l times the value of Center frequency already delivers good measurement results

Ist eine fächerförmige Struktur des Intensitätsmusters erkennbar geworden, so ist sie ein sicheres Zeichen dafür, daß eine detektierbare Schallquelle in das Meßgebiet hineingefahren ist. Selbstverständlich ist eine umgehende Messung der Zieldaten bis zur Annäherung des Fahrzeugs an den Meßort von Interesse. DieIf a fan-shaped structure of the intensity pattern has become recognizable, it is a sure sign that a detectable sound source has entered the measurement area. Of course there is one Immediate measurement of the target data until the vehicle approaches the measurement location of interest. the

Steigung einer erkennbaren Interferenzlinie in einem Punkt des Frequenz-Zeit-Koordinatensystems des Interferenzmusters ist aber nur bestimmbar, wenn ein Teil der Interferenzlinie deutlich ausgeprägt ist. Der früheste Zeitpunkt zum Bestimmen der Steigung der Interferenzlinie ist dann gegeben, wenn das Zeitintervall gemäß Anspruch 14 so gewählt ist, daß mindestens zwei Intensitätsmaxima auf der Frequenzspur der Mittenfrequenz zu verzeichnen sind. Mit dieser Dimensionierung wird erreicht, daß in einem durch Frequenzbereich und Zeitintervall definierter Ausschnitt ein ausgeprägtes Intensitätsmuster zu verzeichnen ist, das auch für einen Vergleich der Ausschnitte bezüglich ihrer Zeitverschiebung genügend gut strukturiert ist Selbstverständlich können auch mit kleineren oder größeren Zeitintervallen Meßergebnisse erzielt werden. Man läuft aber bei einem zu kleinen Zeitintervall Gefahr, kein genügend fein strukturiertes Intensitätsmuster im oberen BereichSlope of a recognizable interference line at a point in the frequency-time coordinate system of the interference pattern but can only be determined if part of the interference line is clearly defined. The earliest The point in time for determining the slope of the interference line is given if the time interval according to Claim 14 is chosen so that at least two intensity maxima on the frequency track of the center frequency are recorded. With this dimensioning it is achieved that in a frequency range and A pronounced intensity pattern can be seen in a section defined in the time interval, which is also true for you It goes without saying that the comparison of the excerpts with regard to their time shift is sufficiently well structured measurement results can also be achieved with smaller or larger time intervals. But one runs at too small a time interval danger, no sufficiently finely structured intensity pattern in the upper area

ίο des Frequenzbereichs zu erhalten, weil dort kein Intensitätsmaximum und -minimum mehr erfaßt wird. Bei einem zu groß gewählten Zeitintervall kann evtl. nicht mehr davon ausgegangen werden, daß das Fahrzeug während dieser Meßzeit mit nahezu konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit fährt, so daß dann eine Angabe über die momentane Höhe der Fahrzeuggeschwindigkeit nicht mehr gemacht werden kann.ίο of the frequency range, because there no more intensity maximum and minimum are recorded. at If the selected time interval is too large, it may no longer be possible to assume that the vehicle during this measurement time drives at an almost constant vehicle speed, so that an indication of the current level of the vehicle speed can no longer be made.

Der Abstand der Wandler wird genauso wie das Zeitintervall abhängig von den ÜbertragungseigenschaftenThe distance between the transducers, like the time interval, depends on the transmission properties

der Übertragungsschicht gewählt und gemäß den Merkmalen des Anspruchs 15 dem zu erwartenden Interferenzfeld angepaßt. Die dort angegebene Dimentionsierung eines Abstands der Wandler abhängig von der Interferenzwellenlänge zweier interferierender Eigenwellen gewährleistet, daß sich die Intensitätsmuster in den beiden Ausschnitten teilweise überlappen und eine Korrelation der Intensitätsmuster feststellbar ist Bei einer Anwendung in der Wasserschalltechnik ergibt sich beispielsweise in einem Flachwasserkanal mit einer Tiefe von ca. 40 m und einer Mittenfrequenz von 300 Hz ein Abstand von ca. 100 m, um vernünftige Meßergebnisse zu erhalten. Hieraus ist ersichtlich, daß die Wandler am Meßort dicht benachbart bezogen auf das zu überwachende Meßgebiet angeordnet werden können, das mehr als 10 lan Ausdehnung aufweisen kann. Experimente in der Wasserschalltechnik haben gezeigt, daß ein Zeitintervall von weniger als 200 s ausreicht, um die erste Messung einer Steigung einer Interferenzlinie vorzunehmen. Als Frequenzbereich hat sich eine Bandbreite von 200 Hz um die Mittenfrequenz von 300 Hz als vorteilhaft erwiesen. Die ersten Zieldaten eines Fahrzeugs, das sich dem Meßort nähert, können also nach ca. 3 min am Meßort festgestellt werden, in bezug auf Entfernung, Fahrzeuggeschwindigkeit und Kurs, nachdem das Fahrzeug detektiert wurde. Weitere Angaben über das Bewegungsverhalten sind ab dann während der gesamten Annäherungsphase des Fahrzeugs beim Überfahren oder Passieren des Meßorts und bis zum Verlassen des Meßgebiets, bis nämlich das Fahrzeug nicht mehr detektierbar ist, kontinuierlich möglich.selected the transmission layer and according to the features of claim 15 the interference field to be expected customized. The specified there diminution of a distance between the transducers depends on the Interference wavelength of two interfering eigenwaves ensures that the intensity pattern is in the partially overlap the two sections and a correlation of the intensity patterns can be determined Use in water-borne sound technology results, for example, in a shallow water channel with a depth of approx. 40 m and a center frequency of 300 Hz a distance of approx. 100 m in order to obtain reasonable measurement results receive. It can be seen from this that the transducers at the measuring location are closely spaced with respect to the area to be monitored Measurement area can be arranged, which can have more than 10 lan expansion. Experiments in the Water-borne sound technology has shown that a time interval of less than 200 s is sufficient for the first measurement to make a slope of an interference line. The frequency range has a bandwidth of 200 Hz around the center frequency of 300 Hz has proven advantageous. The first target data of a vehicle that adopts the Approaching the measuring location, can thus be determined after approx. 3 min at the measuring location, with regard to distance and vehicle speed and heading after the vehicle is detected. Further information on exercise behavior are from then on during the entire approach phase of the vehicle when driving over or passing the Measuring location and until leaving the measuring area, namely until the vehicle can no longer be detected, continuously possible.

Durch die Dimensionierung des Abstands der Wandler und des Zeitintervalls abhängig von den Übertragungseigenschaften im Meßgebiet, wird das Meßverfahren an den Mechanismus der Entstehung der Intensitätsmuster angepaßt, wodurch eine Optimierung der Meßergebnisse erreicht wird. Besonders vorteilhaft für die Bestimmung der Zieldaten ist es, wenn die Intensitätsmuster möglichst feingliedrig sind, da dann besonders gut die zeitliche Verschiebung der Intensitätsmuster in den beiden Ausschnitten zu detektieren ist. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 16 ist eine Verbesserung dadurch zu erreichen, daß die Wandler innerhalb der Übertragungsschicht in einer solchen Distanz parallel zur Grenzebene ausgelegt werden, bei der die Eigenfunktionen in vertikaler Richtung keine Nullstelle aufweisen und das Interferenzfeld von möglichst vielen Eigenwellen auch höherer Ordnung aufgebautBy dimensioning the distance between the transducers and the time interval depending on the transmission properties In the measuring area, the measuring method is adapted to the mechanism of the creation of the intensity pattern, whereby an optimization of the measuring results is achieved. It is particularly advantageous for the determination of the target data if the intensity pattern is as fine-grained as possible are, because then the time shift of the intensity pattern in the two sections is particularly good detect is. According to an advantageous development of the method according to the invention according to claim 16 an improvement can be achieved by placing the transducers within the transmission layer in such a Distance parallel to the boundary plane, in which the eigenfunctions in the vertical direction are not Have zero and the interference field is built up from as many natural waves as possible, including higher order

wird. Diese Distanz ist dadurch feststellbar, daß ein Wandler innerhalb der Übertragungsschicht verschiedene Positionen unterhalb der Grenzebene in der Übertragungsschicht einnimmt und jedesmal das Interferenzmuster einer Geräuschquelle aufgezeichnet wird. Die optimale Distanz ist dann gefunden, wenn die meisten Interferenzlinien im Ausschnitt liegen. Die Eigenfunktionen der Übertragungsschicht sind auch näherungsweise leicht berechenbar. Daraus läßt sich ebenfalls die Distanz für die Wandleranordnung abschätzen.will. This distance can be determined by the fact that a transducer within the transmission layer has different Takes positions below the boundary plane in the transmission layer and each time the interference pattern a sound source is recorded. The optimal distance is found when most of the interference lines lie in the neckline. The eigenfunctions of the transmission layer are also approximately light predictable. The distance for the transducer arrangement can also be estimated from this.

Zum Ermitteln der Zieldaten wird die vom Fahrzeug abgestrahlte Wellenenergie einer Frequenzanalyse unterworfen und ein Geräuschspektrum daraus abgeleitet, beispielsweise in Form eines Kurzzeit-Leistungsdichte-Spektrums gemäß Anspruch 17. Vorzugsweise wird das Geräuschspektrum des Fahrzeugs derart bewertet, daß es über der Frequenz dann einen konstanten Wert aufweisen würde, wenn keine Eigenwellen sich bei der Ausbreitung der Wellenenergie ausgebildet hätten. Ein solches Rechenverfahren zur entsprechenden Normaliso sierung eines Geräuschspektrums ist beispielsweise in einem Bericht BL 4556, Krupp Atlas-Elektronik, "Detektion von mehreren Grundfrequenzen periodischer Signale in farbigem Rauschen" von G. Hermstrüwer, 1976, beschrieben worden. Wendet man dieses Verfahren beispielsweise auf Schiffsgeräusche an, deren Geräuschspektrum über der Frequenz einen buckeiförmigen Verlauf aufweist, so wird der Buckel geglättet und es stellt sich ein über der Frequenz konstanter Wert des Spektrums ein. Erst in dem Moment, wo die Ausbreitung der Wellenenergie druch Eigenwellen erfolgt, bilden sich über der Frequenz Minima und Maxima im Spektrum aus.To determine the target data, the wave energy emitted by the vehicle is subjected to a frequency analysis and a noise spectrum derived therefrom, for example in the form of a short-term power density spectrum according to claim 17. The noise spectrum of the vehicle is preferably assessed in such a way that that it would have a constant value over the frequency if there were no natural waves at the Propagation of wave energy would have formed. Such a calculation method for the corresponding normal iso A sound spectrum is for example in a report BL 4556, Krupp Atlas-Elektronik, "Detection of several fundamental frequencies of periodic signals in colored noise "by G. Hermstrüwer, 1976, has been described. If this method is used, for example, on ship noises, their noise spectrum has a bucciform curve over the frequency, the hump is smoothed and it represents a constant value of the spectrum is established over the frequency. Only at the moment when the spread of the Wave energy occurs through natural waves, minima and maxima form in the spectrum over the frequency.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 18 wird die Steigung der Interferenzlinie dadurch gewonnen, daß die Interferenzlinie durch eine Gerade approximiert wird und die Steigung der Geraden die Steigung der Interferenzlinie angibt. Die Approximation ist dann erreicht, wenn die Gerade die Interferenzlinie im Ausschnitt nicht mehr schneidet, wenn also keine Intensitätsmaxima bzw. -minima mehr auf der Geraden festgestellt werden und somit die Gerade die Interferenzlinie tangiert, oder Abstände der Geraden von der Interferenzlinie im Frequenz-Zeit-Koordinatensystem ein Minimum sind. Diese Methode läßt sich besonders einfach mit Hilfe eines Computers durch Regressionsrechnung realisieren.According to an advantageous development of the method according to the invention according to claim 18, the slope is the interference line obtained in that the interference line is approximated by a straight line and the slope of the straight line indicates the slope of the interference line. The approximation is achieved when the straight line no longer intersects the interference line in the section, i.e. if there are no intensity maxima or -minima more are determined on the straight line and thus the straight line is tangent to the interference line, or Distances of the straight lines from the interference line in the frequency-time coordinate system are a minimum. This Method can be implemented particularly easily with the help of a computer by means of regression calculation.

Zur Bestimmung der Steigung der Interferenzlinie innerhalb des Frequenz-Zeit-Koordinatensystems des Intensitätsmusters einer der Ausschnitte wird nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßenTo determine the slope of the interference line within the frequency-time coordinate system of the According to an advantageous further development of the invention, the intensity pattern of one of the sections is

Verfahrens gemäß Anspruch 19 eine Gerade beliebig im Ausschnitt angeordnet und längs dieser Geraden werden die Intensitäten gemessen. Zur Approximation wird die Gerade gedreht und so lange in Zeit- oder Frequenzrichtung verschoben, bis die gemessenen Intensitäten alle gleich sind. Dann approximiert die Gerade eine Interferenzlinie. Soll die Gerade eine aus Intensitätsmaxima gebildete Interferenzlinie approximieren, soMethod according to Claim 19, a straight line is arranged in any desired manner in the cutout and along this straight line the intensities are measured. For approximation, the straight line is rotated and for so long in time or Frequency direction shifted until the measured intensities are all the same. Then the straight line approximates an interference line. If the straight line is to approximate an interference line formed from intensity maxima, then

muß sie so lange gedreht und/oder verschoben werden, bis die Intensitäten alle gleich groß sind und beispielsweise benachbarte Maximalwerte innerhalb des Ausschnitts aufweisen. Dadurch ist gewährleistet, daß die längs der Geraden gemessenen Intensitäten auch tatsächlich zu ein und derselben Interferenzlinie gehören, da sie sämtlich benachbart zueinander sind und eine kontinuierliche Linie bilden. Zur Erläuterung dieses Verfahrens stelle man sich ein dreidimensionales Koordinatensystem vor mit einer Frequenzachse, einer Zeitachse und senkrecht zu dieser Ebene einer Intensitätsachse. Die Intensitäten werden dann als Relief über der Frequenz-Zeit-Ebene dargestellt Interferenzlinien sind in diesem Relief Höhenlinien. Durch die Gerade wird ein Schnitt durch das Höhenprofil gelegt. Wenn sämtliche Intensitäten längs der Geraden gleich sind, liegt die Gerade auf einer Höhenlinie und approximiert eine Interferenzlinie. Wenn sämtliche Intensitäten längs der Geraden Maximalwerte sind, liegt die Gerade auf einem Höhenrücken. Die Interferenzlinien sind bei einem Überlauf bis zum Erreichen des Meßorts annähernd Geraden, bei einem Vorbeilauf, bei dem der Kurs des Fahrzeugs einen Querabstand zum Meßort aufweist, Hyperbeln, deren Scheitel die dichteste Annäherung des Fahrzeugs an den Meßort kennzeichnen. Die Interferenzlinien weisen beim anschließenden Ablauf oder Entfernen des Fahrzeugs vom Meßort umgekehrte Steigung und spiegelsymmetrischen Verlauf zur Frequenzachse auf.it must be rotated and / or shifted until the intensities are all the same and, for example have adjacent maximum values within the section. This ensures that the longitudinal of the straight lines measured intensities actually belong to one and the same interference line, since they are all adjacent to each other and form a continuous line. To explain this procedure Imagine a three-dimensional coordinate system with a frequency axis, a time axis and perpendicular to this plane of an intensity axis. The intensities are then shown as a relief over the frequency-time plane Interference lines shown are contour lines in this relief. A cut is made through the straight line laid by the height profile. If all the intensities along the straight line are the same, the straight line lies on top a contour line and approximates an interference line. If all intensities along the straight line have maximum values the straight line is on a ridge. The interference lines are in the event of an overflow up to Reaching the measurement location almost straight, when passing, in which the course of the vehicle is a Having transverse distance to the measurement location, hyperbolas, the apex of which is the closest approach of the vehicle to the Mark the measuring location. The interference lines indicate when the vehicle is subsequently expired or removed from the measuring location reverse slope and mirror-symmetrical course to the frequency axis.

Eine vorteilhafte Möglichkeit zur Berechnung der Approximation gibt eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 20 an. Es werden längs einer beliebig im Frequenz-Zeit-Koordinatensystem angeordneten Geraden die Intensitäten gemessen und ihr Mittelwert gebildet Außerdem werden diese einzelnen Intensitäten quadriert, die Summe der quadrierten Intensitäten gebildet und durch die Anzahl der längs der Geraden im Ausschnitt gemessenen Intensitäten geteilt Es wird die Differenz aus diesem Ergebnis und dem quadrierten Mittelwert ermittelt, radiziert und durch den Mittelwert geteilt Diese Rechenoperation liefert die relative Standardabweichung der Intensitäten längs der Geraden von ihrem Mittelwert Die Gerade approximiert die Interferenzlinie um so genauer je kleiner die relative Standardabweichung ist, sie wird so lange im Frequenz-Zeit-Koordinatensystem gedreht und verschoben, bis die relative Standardabweichung ein Minimum istAn advantageous further development of the provides an advantageous way of calculating the approximation Method according to the invention according to claim 20. It will be along any in the frequency-time coordinate system arranged straight lines the intensities are measured and their mean value is also formed These individual intensities are squared, the sum of the squared intensities is formed and the number divided by the intensities measured along the straight line in the section. The difference is made from this result and the squared mean value is determined, square rooted and divided by the mean value This arithmetic operation provides the relative standard deviation of the intensities along the straight line from their mean value The straight line if the smaller the relative standard deviation, the more precisely the interference line approximates, it becomes longer rotated and shifted in the frequency-time coordinate system until the relative standard deviation is a minimum is

Zur Erhöhung der Meßsicherheit wird nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 21 im Frequenz-Zeit-Koordinatensystem ein Muster aus einem Büschel von Geraden gebildet, die sich sämtlich beim —O.lfachen Wert der Mittenfrequenz schneiden. Diese Geraden weisen auf der Frequenzspur der Mittenfrequenz äquidistante Abstände auf. Das Büschel wird mit seinem Schnittpunkt in Zeitrichtung so lange verschoben, bis es die Interferenzlinien im Ausschnitt am besten approximiert und die Interferenzlinien nicht mehr schneidet, sondern tangiert Anschließend wird eine Verbindung zwischen der Mitte des Ausschnitts und dem Schnittpunkt der Geraden hergestellt und die Steigung dieser Verbindung gemessen, die die Steigung der Interferenzlinie zum Bestimmen der Zieldaten liefert Durch die Anwendung eines Büschels von Geraden wird eine Mittelung der Steigung der Interferenzlinien herbeigeführt, die einen statistisch sichereren Meßwert der gesuchten Steigung der Interferenzlinie liefert.To increase the measurement reliability, according to a further development of the method according to the invention Claim 21 in the frequency-time coordinate system, a pattern formed from a tuft of straight lines that extend all cut at -O.l times the value of the center frequency. These straight lines point to the frequency track of the Center frequency equidistant distances. The tuft becomes so long with its point of intersection in the direction of time shifted until it best approximates the interference lines in the section and not the interference lines cuts more than it touches. Then a connection is made between the center of the cutout and at the intersection of the straight lines and measured the slope of this connection, which is the slope of the Interference line for determining the target data is provided by using a cluster of straight lines an averaging of the slope of the interference lines is brought about, which is a statistically more reliable measured value of the provides the desired slope of the interference line.

Zum Bestimmen der Zeitverschiebung der Intensitätsmuster in den beiden Ausschnitten wird nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 21 der Vergleich der Intensitätsmuster der Empfangssignale beider Wandler mit Mitteln der Korrelationstechnik durchgeführt Der besondere Vorteil besteht darin, daß durch diese Signalverarbeitung eine Automation in einfacher Weise möglich ist.To determine the time shift of the intensity pattern in the two sections, a advantageous development of the method according to the invention according to claim 21 the comparison of the intensity pattern the received signals of both transducers carried out with means of the correlation technique The special The advantage is that this signal processing enables automation in a simple manner.

Wie eingangs erläutert, beruht das erfindungsgemäße Verfahren auf dem Mechanismus der Ausbreitung von Eigenwellen in einer Übertragungsschicht mit Dispersionseigenschaften, beispielsweise einem Flachwasserkanal, und deren Interferenz. Wie bereits ausgeführt, ist die Anzahl der sich ausbildenden Eigenwellen nicht nur abhängig von der abgestrahlten Frequenz, sondern auch von der Tiefe des Flachwasserkanals bzw. der senkrechten Ausdehnung der Übertragungsschicht zu ihren Grenzebenen. Bei einem Gefälle innerhalb des Meßgebiets, d. h. wenn die Tiefe nicht konstant ist, kann es zu Fehlern in der Bestimmung der Zeitverschiebung der Intensitätsmuster und der Steigung der Interferenzlinien kommen, wenn sich das Fahrzeug an einer Stelle' befindet, dessen Tiefe von der Tiefe des Meßorts differiert.As explained at the beginning, the method according to the invention is based on the mechanism of the spread of Natural waves in a transmission layer with dispersion properties, for example a shallow water channel, and their interference. As already stated, the number of natural waves that develop is not only depending on the emitted frequency, but also on the depth of the shallow water channel or the vertical one Expansion of the transmission layer to its boundary planes. If there is a slope within the measuring area, d. H. if the depth is not constant, errors in determining the time difference may occur Intensity patterns and the slope of the interference lines come when the vehicle is in one place ' is located, the depth of which differs from the depth of the measurement site.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 22 wird die ermittelte radiale Geschwindigkeitskomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit um den doppelten Betrag der relativen Tiefenänderung im Meßgebiet korrigiert. Da es sich hier nur um relative Größen handelt, braucht nicht die Tiefe selbst bekannt zu sein. Es braucht nur das Gefälle des Bodens zur Korrektur herangezogen zu werden, das beim Ausmessen der Parameter des Flachwasserkanals leicht ermittelt werden kann.According to an advantageous development of the method according to the invention according to claim 22, the determined radial speed component of the vehicle speed by twice the amount of the relative Corrected change in depth in the measurement area. Since these are only relative sizes, the Depth to be known by yourself. Only the slope of the ground needs to be used for correction, that can easily be determined when measuring the parameters of the shallow water channel.

Folgende Überlegung veranschaulicht den Vorgang: Das vom Interferenzfeld umgebene Wasserfahrzeug legt mit der Fahrzeuggeschwindigkeit in einer Zeit einen Weg zurück, der gerade einer Interferenzwellenlänge entspricht Abhängig von der Tiefe des Flachwasserkanals sind aber die Interferenzwellenlängen verschieden, nämlich je flacher der Flachwasserkanal desto kürzer der Abstand zwischen zwei Interferenzmaxima. Befindet sich das Wasserfahrzeug in einem flacheren Gebiet als am Meßort, so wird in der gleichen Zeit am Meßort das Interferenzmaximum einen größeren Weg zurücklegen als am Schiffsort, da keine Lücken im Aufbau des Interferenzfeldes entstehen können und das Interferenzfeld allein durch die Kanalparameter und nicht durch das Wasserfahrzeug bestimmt wird. Die gemessene Zeitverschiebung ist dadurch kleiner und die daraus ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit zu groß.The following consideration illustrates the process: The watercraft surrounded by the interference field lays down a distance back with the vehicle speed in a time that is just one interference wavelength corresponds depending on the depth of the shallow water channel but the interference wavelengths are different, namely, the flatter the shallow water channel, the shorter the distance between two interference maxima. Located If the watercraft is in a flatter area than at the measuring location, at the same time at the measuring location the Interference maximum travel a longer distance than at the ship's location, as there are no gaps in the structure of the Interference field can arise and the interference field solely through the channel parameters and not through the Watercraft is determined. As a result, the measured time shift and the one determined from it is smaller Vehicle speed too high.

Die Steigung der Interferenzlinie wird in gleicher Weise durch Tiefenänderungen im Meßgebiet beeinflußt. Da in die Entfernungsbestimmung das Verhältnis aus Steigung und Zeitverschiebung eingeht, wird die Entfernung auch bei Tiefenänderung stets richtig ermittelt und muß nicht korrigiert werden. Der Geschwindigkeitswinkel wird mit Hilfe des entsprechend der erfindungsgemäßen Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 24 korrigierten Steigungswertes berechnetThe slope of the interference line is influenced in the same way by changes in depth in the measurement area. Since the ratio of the gradient and the time shift is included in the determination of the distance, the distance is always correctly determined, even if the depth changes, and does not have to be corrected. The speed angle is determined with the aid of the further development of the method according to the invention 24 corrected slope value is calculated

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens ist hier vorzugsweise für die Anwendung in der Wasserschalltechnik beschrieben. In gleicher Weise sind passive Messungen der Zieldaten eines Fahrzeugs bei der Überwachung von Straßen an Land und in der Luft in Gebieten möglich, wo Schallwellen des Fahrtgeräu-The mode of action of the method according to the invention is here preferably for use in the Water-borne technology described. In the same way, passive measurements of the target data of a vehicle are included monitoring of roads on land and in the air in areas where sound waves of the vehicle

sches in Boden- oder Lüftschichten mit Dispersionseigenschaften eindringen und sich Eigenwellen ausbilden.penetrate into soil or air layers with dispersion properties and form natural waves.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing described. Show it:

Fig. 1 eine Meßsituation für das Verfahren zum Bestimmen von Zieldaten von einem Meßort aus,
-i Fig. 2 ein Blockschaltbild, in dem das Verfahren realisiert wird,1 shows a measurement situation for the method for determining target data from a measurement location,
-i Fig. 2 is a block diagram in which the method is implemented,

Fig. 3 eine Skizze zur Erläuterung des Verfahrens bei einem Überlauf und speziellem Vorbeilauf relativ zum Meßort,Fig. 3 is a sketch to explain the method in the event of an overflow and special passage relative to Measuring location,

Fig. 4 ein Ausschnitt aus Fig. 1,FIG. 4 shows a detail from FIG. 1,

Fig. 5 ein Blockschaltbild für eine in Fig. 2 dargestellte Intensitätsmustereinheit,Fig. 5 is a block diagram for an intensity pattern unit shown in Fig. 2,

in Fig. 6.1 und 6.2 Meßsituation und zugehöriges Frequenzzeitdiägramm mit Interferenzlinien bei einem Überlauf des Meßorts durch ein mit konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit fahrendes Fahrzeug,in Fig. 6.1 and 6.2 measurement situation and associated frequency time diagram with interference lines in the event of an overflow the measurement location by a vehicle traveling at constant vehicle speed,

Fig. 7 ein Frequenzzeitdiagramm, bei dem sich das Fahrzeug mit wechselnder Fahrzeuggeschwindigkeit dem Meßort während des Überlaufs nähert,7 shows a frequency-time diagram in which the vehicle changes with the changing vehicle speed Approaching the measuring location during the overflow,

Fig. 8 eine geometrische Übersichtsdarstellung zur Erläuterung des Verfahrens bei einem Kurs des Fahr- ! j zeugs, der querab zum Meßort verläuft,8 shows a geometric overview illustration to explain the method for a course of the driving ! j stuff that runs abeam to the measurement site,

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines in Fig. 2 dargestellten Interferenz-Linienrechners,FIG. 9 is a block diagram of an interference line computer shown in FIG. 2;

Fig. 10 eine Übertragungsschicht mit Tiefenänderung.10 shows a transfer layer with a change in depth.

Fig. 1 dient zur Erläuterung des Verfahrens zum Bestimmen von Zieldaten eines Fahrzeugs 1, das auf einem Kurs 2 an einem Meßort 3 mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit F vorbeifährt Der Kurs verläuft unter einem Kurswinkel γ in bezug auf geographisch Nord, das im folgenden als Bezugsrichtung N bezeichnet wird. Das Fahrzeug 1 befindet sich bezüglich des Meßorts 3 unter einem Peilwinkel φ, der als rechtweisende Peilung in bezug auf Nord eingetragen ist. Die Fahrzeuggeschwindigkeit Fund ihre zwei senkrecht zueinander stehenden Geschwindigkeitskomponenten, nämlich die radiale Geschwindigkeitskomponente V_r und die tangentiale Geschwindigkeitskomponente Vg sind dargestellt. Die radiale Geschwindigkeitskomponente F_r liegt in Richtung i, der Verbindungslinie zwischen dem Fahrzeug 1 und dem Meßort 3. Am Meßort 3 befinden sich drei Wandler 4,5 und 6, die ein gleichseitiges Dreieck mit der Seitenlänge d aufspannen. Zur besseren Erkennbarkeit sind die Größenverhältnisse bezüglich des Abstands c/und der Entfernung zwischen Meßort 3 und Fahrzeug 1 unrealk stisch dargestellt. Die Entfernung zwischen Fahrzeug 1 und Meßort 3 ist in der Regel um mehrere Ordnungen größer als der Abstand c/der Wandler 4,5,6. Die Wandler 4,5,6 empfangen das vom Fahrzeug 1 abgestrahlte it. Fahrtgeräusch und wandeln es in Empfangssignale um. Laufzeitunterschiede η, T2, Τ3 zwischen Empfangssignalen jeweils zweier Wandler 4,5 bzw. 5,6 bzw. 4,6 werden ermittelt. Aus den Laufzeitunterschieden ti, T2, Τ3 werden Winkel^ ε,- (/ = 1, 2, 3) gegen die Mittelsenkrechte auf die Verbindung des jeweiligen Wandlerpaares errechnet. Diese Winkel Si, ε,- sind gleich dem Arcus Sinus des Laufzeitunterschieds η geteilt durch einen maximalen LaufzeitunterschiedFig. 1 is for explaining the method of determining target data of a vehicle 1, which passes on a course 2 at a measuring location 3 at a vehicle speed F The course runs at an course angle γ with respect to true north, which hereinafter referred to as reference direction N will. The vehicle 1 is at a bearing angle φ with respect to the measuring location 3, which is entered as a true bearing with respect to north. The vehicle speed Fund its two speed components which are perpendicular to one another, namely the radial speed component V _r and the tangential speed component Vg, are shown. The radial speed component F _r lies in the direction i, the connecting line between the vehicle 1 and the measuring location 3. At the measuring location 3 there are three transducers 4, 5 and 6 which span an equilateral triangle with the side length d. For better visibility, the size relationships with respect to the distance c / and the distance between measurement location 3 and vehicle 1 are shown unrealk stically. The distance between vehicle 1 and measuring location 3 is usually several orders of magnitude greater than the distance c / the transducers 4, 5, 6. The transducers 4, 5, 6 receive the it emitted from the vehicle 1. Driving noise and convert it into reception signals. Transit time differences η, T2, Τ3 between received signals from two transducers 4, 5, 5, 6, and 4, 6 are determined. From the running time differences ti, T2, Τ3, angles ^ ε, - (/ = 1, 2, 3) relative to the perpendicular to the connection of the respective transducer pair are calculated. These angles Si, ε, - are equal to the arc sine of the transit time difference η divided by a maximum transit time difference

wobei d der Abstand und cdie Ausbreitungsgeschwindigkeit im Medium sind. Für jeden Laufzeitunterschied Ti, Γ2, T₃ ergeben sich zwei Winkel Si und Sj₃ wie in Fig. 1 eingetragen. Der Winkel Si liegt zwischen der Mittelsenkrechten und einer Verbindung zum Fahrzeug 1, gemäß Fig. 1, der Winkel ε/ kennzeichnet die sog. Spiegelpeilung und täuscht eine Zielpeilung vor, bei der das vermeintliche Ziel das an der Verbindungslinie zwischen den Wandlern gespiegelte wahre Ziel ist. Die Winkel Si, ει werden aus Laufzeitunterschieden Tj der Empfangssignale an den Wandlern 4 und 5 berechnet. Winkel Ik, ει aus Laufzeitunterschieden T2 zwischen den Empfangssignalen der Wandler 5 und 6 und die Winkel S3 und es werden aus Laufzeitunterschieden Xz der Empfangssignale an den Wandlern 4 und 6 ermittelt. Um aus den Winkeln Si und ε,· diejenigen Winkel ausscheiden zu können, die in Richtung zu spiegelbildlichen Zielen weisen, werden die Winkel $ und ει in Winkelwerte relativ zur Bezugsrichtung N umgerechnet. Dazu wird jeweils ein Winkel ßi mit entsprechender Indizierung, der zwischen Mittelsenkrechten und Bezugsrichtung N eingezeichnet ist, berücksichtigt. Die ermittelten Winkelwerte (Si— ß,) bzw. (ε,—/?,) werden miteinander verglichen. Aus gleichen Winkelwerten (Si—ßi) «(&—/fc) » (S3—/Jb) wird der Peilwinkel φ gegen die Bezugsrichtung bestimmt, φ = 360° —(Si—βί). Die Winkel S₁-, ε/und /8/sind in mathematisch positivem Sinne eingezeichnet, der Peilwinkel φ und der Kurswinkel /werden üblicherweise als rechtweisend angegeben, d. h. in mathematisch negativem Sinne. Folgende Tabelle veranschaulicht die Ermittlung des Peilwinkels:where d is the distance and c is the velocity of propagation in the medium. For each transit time difference Ti, Γ2, T ₃ , there are two angles Si and Sj ₃ as shown in FIG. 1. The angle Si lies between the center line and a connection to the vehicle 1, according to FIG. 1, the angle ε / characterizes the so-called mirror bearing and simulates a target bearing in which the supposed target is the true target reflected on the connecting line between the transducers . The angles Si, ει are calculated from the transit time differences Tj of the received signals at the transducers 4 and 5. Angle Ik, ει from the transit time differences T2 between the received signals of the transducers 5 and 6 and the angles S3 and Xz are determined from the transit time differences Xz of the received signals at the transducers 4 and 6. In order to be able to separate those angles from the angles Si and ε which point in the direction of mirror-image targets, the angles $ and ει are converted into angle values relative to the reference direction N. For this purpose, an angle ßi with corresponding indexing, which is drawn between the perpendicular perpendicular and the reference direction N , is taken into account. The determined angle values (Si— ß,) or (ε, - / ?,) are compared with one another. The bearing angle φ against the reference direction is determined from the same angle values (Si — ßi) «(& - / fc)» (S3— / Jb), φ = 360 ° - (Si — βί). The angles S ₁ -, ε / and / 8 / are drawn in in a mathematically positive sense, the bearing angle φ and the course angle / are usually given as true, ie in a mathematically negative sense. The following table illustrates the determination of the bearing angle:

Indexindex ßß 12°12 ° 49°49 ° 66th (ϋ-β)(ϋ-β) (e-ffl(e-ffl 11 72°72 ° 109°109 ° 131°131 ° 37°37 ° 119°119 ° 22 312°312 ° 349°349 ° 71°71 ° 37°37 ° 359°359 ° 33 191°191 ° 37°37 ° 121°121 °

φ = 360° -37° =323°. φ = 360 ° -37 ° = 323 °.

t» Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild für eine Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens. Zur Ermittlung des Peilwinkels φ sind den Wandlern 4,5 und 6 Hochpässe 7,8 und 9 nachgeschaltet, über die Empfangssignale der Wandler 4,5 und 6 an Laufzeitrechenstufen 10,11 und 12 durchgeschaltet werden. In den Laufzeitrechenstufen 10,11,12 werden die Laufzeitunterschiede τι, τ%, Τ3 der Empfangssignale jeweils zweier Wandler 4,5 bzw. 5,6FIG. 2 shows a block diagram for an apparatus for carrying out the method. To determine the bearing angle φ , the transducers 4, 5 and 6 high-pass filters 7, 8 and 9 are connected downstream, via which the received signals of the transducers 4, 5 and 6 are switched through to the transit time computing stages 10, 11 and 12. The delay time differences τι, τ%, Τ3 of the received signals of two transducers 4, 5 and 5, 6, respectively, are calculated in the delay time calculation stages 10, 11, 12

bzw.4,6 ermittelt. Aus den Laufzeitunterschieden η, T₂, T3 werden Winkel Siuad ε,-gegen die Mittelsenkrechte auf die Verbindung des entsprechenden Wandlerpaares in nachgeschalteten Winkelrechenstufen 13, 14, 15 ermittelt. In Differenzstufen 16, 17 und 18 werden Winkelwerte (#—#) und (ε,—#) zu jedem Wandlerpaar ermittelt. Die Differenzstufen 16,17,18 sind mit einem Bezugswinkelgeber 19 verbunden, der die drei Winkel ß_u ßi, ßi zwischen der Bezugsrichtung N und der Mittelsenkrechten jedes Wandlerpaares bereitstellt. In einer nachgeschalteten Vergleichsstufe 20 werden die so ermittelten Winkelwerte (Si—ß) und ε,—β!) verglichen und derjenige Winkelwert ausgegeben, der als Differenzwert dreimal in gleicher Größe auftritt. Dieser Winkelwert (Si—ßi) wird zur Berechnung des Peilwinkels φ benötigtand 4.6 determined. From the transit time differences η, T ₂ , T3, angles Siuad ε, - relative to the perpendicular to the connection of the corresponding transducer pair are determined in downstream angle computing stages 13, 14, 15. In differential stages 16, 17 and 18, angle values (# - #) and (ε, - #) are determined for each transducer pair. The differential stages 16, 17, 18 are connected to a reference angle encoder 19, which provides the three angles ß _u ßi, ßi between the reference direction N and the perpendicular of each transducer pair. In a subsequent comparison stage 20, the angle values (Si-ß) and ε, -β!) Determined in this way are compared and that angle value is output which occurs as a differential value three times with the same magnitude. This angle value (Si-ßi) is required to calculate the bearing angle φ

Um eine möglichst genaue Bestimmung des Peilwinkels φ zu gewährleisten, ist den Laufzeitrechenstufen 10, 11 und 12 ein Minimumdetektor 21 nachgeschaltet, in dem festgestellt wird, welcher der drei Laufzeitunterschie- ' de n, T₂, T₃ betragsweise am geringsten ist Wenn sich das Fahrzeug 1 genau auf der Mittelsenkrechten auf die Verbindung eines der Wandlerpaare befindet, würde der Laufzeitunterschied gleich Null sein. Da der Sinus des Peilwinkels φ vom Laufzeitunterschied abhängig ist, ist die Berechnung des Peilwinkels ψ um so genauer, je geringer die Abweichung des Peilwinkels φ von der Mittelsenkrechten ist, da der Sinus im Bereich um seinen Nullpunkt die größten Änderungen seines Funktionswertes aufweist Aus dem minimalen Laufzeitunterschied r₃ '"' werden in einer weiteren Winkelrechenstufe 22 die Winkel S3 und ε₃ ermittelt. In einer nachgeschalteten Differenzstufe 23, die mit dem Bezugswinkelgeber 19 verbunden ist, werden unter Berücksichtigung des Winkels ßi zwischen Bezugsrichtung Λ/" und Mittelsenkrechten die Winkelwerte 0&—/fe) und (£3—#) berechnet und mit dem Ausgangssignal der Vergleichsstufe 20 in einem Vergleicher 24 verglichen. Der Winkelwert (S₃-A) erscheint am Ausgang des Vergleichers 24 und wird in einer nachgeschalteten Subtraktionsstufe 25 von 360 abgezogen, die den Peilwinkel φ = 360° —(&—&) liefertIn order to ensure the most precise possible determination of the bearing angle φ , the transit time calculation stages 10, 11 and 12 are followed by a minimum detector 21 in which it is determined which of the three transit time differences n, T ₂ , T ₃ is the smallest in terms of amount Vehicle 1 is exactly on the center line perpendicular to the connection of one of the transducer pairs, the delay time difference would be zero. Since the sine of the bearing angle φ is dependent on the transit time difference, the calculation of the bearing angle ψ is more accurate, the smaller the deviation of the bearing angle φ from the perpendicular, since the sine shows the greatest changes in its functional value in the area around its zero point Runtime difference r ₃ '"' is determined in a further angle calculation stage 22, the angles S3 and ε _3. In a downstream differential stage 23, which is connected to the reference angle encoder 19, taking into account the angle ßi between the reference direction Λ /" and the perpendiculars, the angle values 0 & - / fe) and (£ 3- #) are calculated and compared with the output signal of the comparison stage 20 in a comparator 24. The angle value (S ₃ - A) appears at the output of the comparator 24 and is subtracted from 360 in a subsequent subtraction stage 25, which supplies the bearing angle φ = 360 ° - (& - &)

Zum Bestimmen des Peilwinkels ^werden die Empfangssignale der Wandler 4,5,6 wie beschrieben zuerst in Hochpässen 7,8,9 gefiltert Um eine möglichst genaue Bestimmung des Peilwinkels φ zu gewährleisten, darf das Empfangssignal nur in einen Frequenzintervall ausgewertet werden, in dem die Phasengeschwindigkeiten der Eigenwellen nahezu gleich sind. Das ist nur bei höheren Frequenzen der Fall. Hier sind die Phasengeschwindig- - ~> keiten außerdem ungefähr gleich der Ausbreitungsgeschwindigkeit c des Mediums. Die Trennung zwischen gewünschtem oberen Frequenzintervall und unerwünschtem unteren Frequenzbereich nehmen die Hochpässe 7,8 und 9 vor.To determine the bearing angle ^ the receiving signals from the transducers are 4,5,6 as described first filtered in high-pass 7,8,9 To φ most accurate determination of the bearing angle to ensure the received signal can be evaluated only in a frequency interval in which the Phase velocities of the natural waves are almost the same. This is only the case at higher frequencies. Here are the Phasengeschwindig- - ~> also speeds approximately equal to the propagation speed c of the medium. The high-pass filters 7, 8 and 9 separate the desired upper frequency interval from the undesired lower frequency range.

Die untere Grenzfrequenz dieser Hochpässe 7,8,9 ist den soeben beschriebenen Erfordernissen angepaßt Statt der Hochpässe 7,8,9 können auch vorteilhaft Bandpässe eingesetzt werden. Durch die obere Bandbegren- ^!l! zung kann das Nutz-/Störverhältnis verbessert werden.The lower limit frequency of these high-pass filters 7, 8, 9 is adapted to the requirements just described. Instead of the high-pass filters 7, 8, 9, band-passes can also advantageously be used. Through the upper band limit ^{! L!} the useful / interference ratio can be improved.

Die Wandler 4,5 und 6 sind jeweils mit einer Intensitätsmustereinheit 30,31,32 verbunden. Die Empfangssignale werden darin einer Frequenzanalyse unterworfen und der zeitliche Verlauf der je Frequenz ermittelten Intensitäten der Empfangssignale in einem Frequenz-Zeit-Koordinatensystem abgespeichert. Es entsteht ein Intensitätsmuster in Abhängigkeit von der Frequenz und der Zeit, das bei Ausbreitung der vom Fahrzeug 1 ^r> abgestrahlten Wellenenergie in Form von Eigenwellen und Bewegung des Fahrzeugs 1 einen fächerförmigen oder hyperbelförmigen Verlauf gleicher Intensitäten aufweist. In jeder Intensitätsmustereinheit 30,31,32 wird gleichzeitig ein Ausschnitt des Intensitätsmusters über einen vorgebbaren Frequenzbereich und ein wählbares Zeitintervall erstellt. Diese Ausschnitte weisen zeitverschoben gleiche Muster auf. Die Zeitverschiebung wird u. a. durch die radiale Geschwindigkeitskomponente V_rder Fahrzeuggeschwindigkeit ^verursacht ^4(l The transducers 4, 5 and 6 are each connected to an intensity pattern unit 30, 31, 32. The received signals are then subjected to a frequency analysis and the time course of the intensities of the received signals determined for each frequency are stored in a frequency-time coordinate system. An intensity pattern is created as a function of frequency and time, which when the ^{wave energy radiated from vehicle 1 r>} propagates in the form of natural waves and movement of vehicle 1 has a fan-shaped or hyperbolic curve of the same intensities. In each intensity pattern unit 30, 31, 32 a section of the intensity pattern is created over a predeterminable frequency range and a selectable time interval. These sections show the same pattern with a time shift. The time shift is caused, among other things, by the radial speed component V _{r of} the vehicle ^{speed ^ 4 (l}

Anhand von Fig. 3 wird die Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit Verläutert, und zwar für die Spezialfälle des Überlaufs oder Passierens des Meßorts 3, bei dem der Kurs parallel zur Verbindungslinie zwischen einem Wandlerpaar weist. Beim Überlauf nähert sich das Fahrzeug 1 dem Meßort 3 längs eines Kurses auf einer Verlängerung der Verbindungslinie zwischen den Wandlern 5 und 6 mit konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit V= V_n nämlich mit der Annäherungsgeschwindigkeit V₃, die gleich der radialen Geschwindigkeitskomponente ⁴' V_r ist. Die tangentiale Geschwindigkeitskomponente V3 ist gleich Null. Das das Fahrzeug 1 umgebende Interferenzfeld wird zuerst vom Wandler 6 und nach einer Zeit, die vom Abstand d und der radialen Geschwindigkeitskomponente Vb= Vr= Fabhängt, vom Wandler 5 empfangen. Diese Zeit ist gleich einer Zeitverschiebung τικ der Intensitätsmuster der Empfangssignale von den Wandlern 5 und 6. Da der Abstand d der Wandler 5 und 6 bekannt ist, sind alle Größen zum Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit Vermittelt: "'The determination of the vehicle speed is explained with reference to FIG. 3, specifically for the special cases of overflowing or passing the measuring location 3, in which the course points parallel to the connecting line between a transducer pair. When overflowing, the vehicle 1 approaches the measuring location 3 along a course on an extension of the connecting line between the transducers 5 and 6 at a constant vehicle speed V = V _n, namely at the approach speed V ₃ , which is equal to the radial speed component ⁴ ' V _r . The tangential speed component V3 is equal to zero. The interference field surrounding the vehicle 1 is first received by the converter 6 and after a time which depends on the distance d and the radial velocity component Vb = Vr = Fab, by the converter 5. This time is equal to a time shift τικ of the intensity pattern of the received signals from the transducers 5 and 6. Since the distance d of the transducers 5 and 6 is known, all variables for determining the vehicle speed are conveyed: "'

V ergibt sich ausV results from

In Fig. 3 ist ein weiteres Fahrzeug Γ auf einem Kurs parallel zur Verbindungslinie zwischen den Wandlern 5 und 6 dargestellt. Hier wird das Interferenzfeld mit der radialen Geschwindigkeitskomponente V-der Fahrzeuggeschwindigkeit Van den Wandlern 5 bzw. 6 "vorbeigeschoben". Es wird eine Zeitverschiebung tjk der Intensitätsmuster festgestellt, als wenn die Wandler 5,6 im Abstand a = d- sin5 auf der Verbindung zwischen Meßort 3 und Fahrzeug 1' liegen würden. Diese Verbindung und die Mittelsenkrechte auf den Abstand d zwischen den «> Wandlern 5,6 schließen einen Winkel S ein. Es ergibt sich die Zeitverschiebung zuIn Fig. 3, a further vehicle Γ is shown on a course parallel to the connecting line between the transducers 5 and 6. Here the interference field with the radial speed component V of the vehicle speed is "pushed past" the transducers 5 or 6. A time shift tjk of the intensity pattern is determined as if the transducers 5, 6 were located at a distance a = d- sin5 on the connection between measuring location 3 and vehicle 1 '. This connection and the perpendicular to the distance d between the «> transducers 5, 6 enclose an angle S. The time difference results to

α _ d ■ sin δ ^t α _ d ■ sin δ ^t

V VV V

Die Fahrzeuggeschwindigkeit Vergibt sich aufgrund der geometrischen Verhältnisse ausThe vehicle speed is given due to the geometric relationships

κ ■ — - κ ■ - -

sin d V_r ist aus der Zeitverschiebungs-Messung alssin d V _r is from the time shift measurement as

d ■ sin d d ■ sin d

bekannt und es läßt sich die Fahrzeuggeschwindigkeit zuknown and it can be the vehicle speed

y = ^d ' ^sm d _ _d_ T₁K ■ sin δ τικ y = ^d ' ^sm d _ _d_ T ₁ K ■ sin δ τικ

ermitteln. Der Abstand c/und die Zeitverschiebung τικ sind gemessene Größen, aus denen somit die Fahrzeugge-detect. The distance c / and the time shift τικ are measured variables from which the vehicle

: ■> schwindigkeit Föhne Kenntnis des Laufzeitunterschieds T2 oder des Winkels S bestimmt werden kann.: ■> speed Föhne knowledge of the transit time difference T2 or the angle S can be determined.

Fig. 4 dient zur Erläuterung der Fahrzeuggeschwindigkeits-Bestimmung unter der Annahme, daß der Kurs 2 einen beliebigen Verlauf bezüglich des Meßorts 3 aufweist. In Fig. 4 ist ein Ausschnitt der Meßsituation gemäß Fig. 1 dargestellt. Der Ausschnitt zeigt die Wandler 5 und 6 und das Fahrzeug 1, das den Kurs 2 verfolgt. Wie bereits in Fig. 1 dargestellt und beschrieben, schließt die Verbindungslinie zwischen dem Fahrzeug 1 und derFig. 4 is used to explain the vehicle speed determination on the assumption that the course 2 has any course with respect to the measuring location 3. In Fig. 4 is a section of the measurement situation according to Fig. 1 shown. The section shows the transducers 5 and 6 and the vehicle 1 which is following the course 2. As already shown and described in Fig. 1, closes the connecting line between the vehicle 1 and the

-¹<> Mitte des Abstands dder Wandler 5,6 einen Winkel -D₂ ein, dessen Ergänzung zu 180° mit # bezeichnet ist. Dieser Winkel 9 ist ebenfalls in einem Dreieck am Meßort 3 eingetragen, dessen Grundlinie der Abstand t/zwischen den Wandlern 5,6 bildet und dessen eine Kathete gleich d-sin^ist. Diese Ausschnittsdarstellung dient zur Erläuterung des Bestimmens der radialen Geschwindigkeitskomponente V_r der Fahrzeuggeschwindigkeit V des Fahrzeugs 1. Die gemessene Zeitverschiebung τικ der Intensitätsmuster wird durch die radiale Geschwindigkeits-ι komponente V_r des Fahrzeug 1 verursacht und könnte von einer fiktiven Meßanordnung gemessen worden sein, deren Verbindungslinie in Richtung der radialen Geschwindigkeitskomponente V_r weist und den Abstand dsmS aufweist. Die radiale Geschwindigkeitskomponente V_r könnte also aus dem Quotienten von Abstand einer fiktiven Meßanordnung 5', 6' und Zeitverschiebung τικ berechnet werden. Die Zeitverschiebung τκ wird gemessen. Der Abstand der fiktiven Meßanordnung 5', 6' wird mit Hilfe des zusätzlich zu messenden Laufzeitunter-- ¹ <> in the middle of the distance between the transducers 5, 6, an angle -D ₂ , the addition of which to 180 ° is denoted by #. This angle 9 is also entered in a triangle at the measuring location 3, the base line of which is the distance t / between the transducers 5, 6 and one of the sides of which is equal to d-sin ^. This detail representation serves to explain the determination of the radial speed component _{V r of} the vehicle speed V of the vehicle 1. The measured time shift τικ of the intensity pattern is caused by the radial speed component V _{r of} the vehicle 1 and could have been measured by a fictitious measuring arrangement, whose The connecting line points in the direction of the radial velocity component V _r and has the distance dsmS . The radial speed component V _r could thus be calculated from the quotient of the distance between a fictitious measuring arrangement 5 ', 6' and the time shift τικ. The time shift τκ is measured. The distance between the fictitious measuring arrangement 5 ', 6' is determined with the aid of the transit time under-

J(I schieds T2 bestimmt. Mit Hilfe dieses Laufzeitunterschieds Γ2 kann der siaS bestimmt werden, und zwar nach der Beziehung:J (I determined T2. With the help of this transit time difference Γ2, the siaS can be determined according to the relationship:

sin d = ^T2 sin d = ^T2

d/cd / c

Damit ergibt sich der Abstand der fiktiven Meßanordnung 5', 6' der aber mit d-sinQangegeben worden ist, zuThis results in the spacing of the fictitious measuring arrangement 5 ', 6' which, however, has been specified as d-sinQ to

d/cd / c

Die Formel für die radiale Geschwindigkeitskomponente V₁-lautet damit:The formula for the radial velocity component V ₁ is thus:

_ _Γ2 . _c _ _Γ2 . _c

v_r . v _r .

Die Zeitverschiebung τ/κ der Intensitätsmuster zweier Empfangssignale wird mit Hilfe einer Korrelatorschaltung 33 gemäß Fig. 2 festgestellt. Über einen steuerbaren Umschalter 34 sind die beiden Eingänge der Korrelatorschaltung 33 mit zwei der drei Intensitätsmustereinheiten 30, 31 bzw. 31, 32 bzw. 30, 32 verbunden. Der Umschalter 34 ist mit seinem Steuereingang mit dem Ausgang eines Maximumdetektors 35 zusammengeschaltet, der den drei Laufzeitrechenstufen 10,11 und 12 nachgeschaltet ist. Im Maximumdetektor 35 wird die größte Laufzeit T2 ermittelt und festgestellt, daß die Laufzeit T2 zwischen den Empfangssignalen der Wandler 5 und 6 liegt. Vom Umschalter 34 werden die Ausschnitte der Intensitätsmuster der Empfangssignale des gleichen Wandlerpaares am Ausgang der Intensitätsmustereinheiten 31 und 32 an die Korrelatorschaltung 33 weitergeschaltet. Es werden die Intensitätsmuster der Empfangssignale dieser beiden Wandler 5 und 6 zur Bestimmung ihrer Zeitverschiebung τικ benutzt, da ihre Zeitverschiebung τικ größer ist als die Zeitverschiebungen der Intensitätsmuster der Empfangssignale der anderen beiden Wandlerpaare. Damit ist gewährleistet, daß die relative Genauigkeit der Bestimmung der Zeitverschiebung τικ am größten ist.The time shift τ / κ of the intensity pattern of two received signals is determined with the aid of a correlator circuit 33 according to FIG. The two inputs of the correlator circuit 33 are connected to two of the three intensity pattern units 30, 31 or 31, 32 or 30, 32 via a controllable changeover switch 34. The changeover switch 34 has its control input connected to the output of a maximum detector 35, which is connected downstream of the three transit time calculation stages 10, 11 and 12. The maximum transit time T2 is determined in the maximum detector 35 and it is established that the transit time T2 lies between the received signals of the transducers 5 and 6. The sections of the intensity patterns of the received signals of the same transducer pair at the output of the intensity pattern units 31 and 32 are switched on by the changeover switch 34 to the correlator circuit 33. The intensity patterns of the received signals from these two transducers 5 and 6 are used to determine their time shift τικ, since their time shift τικ is greater than the time shifts of the intensity patterns of the received signals from the other two pairs of transducers. This ensures that the relative accuracy of the determination of the time shift τικ is greatest.

In der Korrelatorschaltung 33 wird die zeitliche Intensitätsverteilung längs einer Frequenzspur des einen Intensitätsmusters innerhalb des Zeitintervalls Atmit der zeitlichen Intensitätsverteilung der gleichen Frequenzspur im zweiten Intensitätsmuster in einer Korrelationsstufe 36 korreliert, d. h. für jede Zeiteinheit multipliziert und integriert. Diese Signalverarbeitung wird für sämtliche Frequenzspuren im Frequenzbereich Af durchgeführt. Die dadurch gewonnenen Korrelationsfunktionen werden in einem in der Korrelatorschaltung 33 enthaltenen Zwischenspeicher 37 abgelegt. Über alle Korrelationsfunktionen wird in einem nachgeschalteten Mittelwertbildner 38 eine gemittelte Korrelationsfunktion gebildet und aus der Lage ihres Maximums die Zeitverschiebung τικ der Intensitätsmuster ermittelt.In the correlator circuit 33, the temporal intensity distribution along a frequency track of the one intensity pattern within the time interval At is correlated with the temporal intensity distribution of the same frequency track in the second intensity pattern in a correlation stage 36, ie multiplied and integrated for each time unit. This signal processing is carried out for all frequency tracks in the frequency range Af. The correlation functions obtained in this way are stored in a buffer memory 37 contained in the correlator circuit 33. An averaged correlation function is formed over all correlation functions in a downstream averaging unit 38 and the time shift τικ of the intensity pattern is determined from the position of its maximum.

Die Korrelatorschaltung 33 und ein weiterer Ausgang des Maximumdetektors 35 für den maximalen Laufzeitunterschied T2 sind mit einer Rechenschaltung 40 verbunden, in der die radiale GeschwindigkeitskomponenteThe correlator circuit 33 and a further output of the maximum detector 35 for the maximum delay time difference T2 are connected to a computing circuit 40, in which the radial speed component

berechnet wird. Es wird in der Rechenschaltung 40 der Quotient aus Laufzeitverschiebung T2 und Zeitverschiebung τικ der Intensitätsmuster der Empfangssignale des gleichen Wandlerpaares mit der Ausbreitungsgeschwin- > digkeit c multipliziert.is calculated. In the computing circuit 40, the quotient of the transit time shift T2 and the time shift τικ of the intensity pattern of the received signals from the same transducer pair is multiplied by the propagation speed c.

In Fig. 5 ist ein prinzipieller Aufbau der Intensitätsmustereinheit 30 dargestellt Die Intensitätsmustereinheiten 31 und 32 sind genauso realisierbar. Dem Wandler 4 ist über einen Tiefpaß 39 ein Analog-Digital-Wandler mit nachgeschaltetem Speicher 41 nachgeordnet Die Grenzfrequenz des Tiefpasses ist so bemessen, daß sie unterhalb der Grenzfrequenz der Hochpässe 7,8,9 liegt. Jeweils in Zeiteinheiten Twird der zeitliche Verlauf des ι ^!· gefilterten, digitalisierten Empfangssignals eingespeichert. Ein Taktgeber 42 steuert den Analog-Digital-Wandler und den Speicher 41 entsprechend an. In einer nachgeordneten FFT-Rechenschaltung 43 werden aus den abgespeicherten Empfangssignalen nach notwendiger Filterung (Aliasing-Filter) entsprechend dem Algorithmus der Fast-Fourier-Transformation und anschließender Betragsquadrat-Bildung und Normalisierung Spektrogramme erstellt und abgespeichert. Der FFT-Rechenschaltung 43 ist eine Speicherschaltung 44 nachgeschal- ' ~> tet, die mit einer Frequenzsteuerschaltung 45 und Zeitsteuerschaltung 480 zum Bilden des Ausschnitts verbunden ist In der Speicherschaltung 44 werden die Spektrogramme über einer Zeitbasis, die in Zeiteinheiten T gerastert ist, zeilenweise abgespeichert, indem je Zeile die Intensitäten über der Frequenz /abgelegt werden. Die Speicherschaltung 44 ist mit dem Taktgeber 42 verbunden. Es entsteht ein als Grautonschrieb dargestelltes Intensitätsmuster in Zuordnung zu der Zeit t als Ordinate und der Frequenz /als Abszisse. -"A basic structure of the intensity pattern unit 30 is shown in FIG. 5. The intensity pattern units 31 and 32 can be implemented in the same way. The converter 4 is followed by an analog-digital converter with a downstream memory 41 via a low-pass filter 39. The cut-off frequency of the low-pass filter is dimensioned so that it is below the cut-off frequency of the high-pass filters 7, 8, 9. The time course of the ι ^! · Filtered, digitized received signal stored. A clock generator 42 controls the analog-to-digital converter and the memory 41 accordingly. In a downstream FFT computing circuit 43, after the necessary filtering (aliasing filter), spectrograms are created and stored in accordance with the algorithm of the Fast Fourier Transformation and subsequent square magnitude formation and normalization. The FFT arithmetic circuit 43 is a memory circuit 44 connected downstream '~> tet, which is connected to a frequency control circuit 45 and timing circuit 480 for forming the cutout in the memory circuit 44, the spectrograms over a time base which is rasterized in time units T are line-wise stored by storing the intensities over the frequency / for each line. The memory circuit 44 is connected to the clock generator 42. An intensity pattern is produced, shown as a gray-tone plot, assigned to the time t as the ordinate and the frequency / as the abscissa. - "

In der Frequenzsteuerschaltung 45 wird ein Frequenzbereich A/um eine Mittenfrequenz f_o so festgelegt, daß ein Modulationsmaß der Intensitäten längs sämtlicher Frequenzspuren innerhalb des Frequenzbereichs Af oberhalb einer vorgebbaren Schwelle liegt. Die Frequenzsteuerschaltung 45 enthält eine Mittelwertschaltung 46, einen Differenzbildner 47, einen Modulationsrechner 48 und einen Schwellwertrechner 49. Die Frequenzsteuerschaltung 45 ist mit der FFT-Rechenschaltung 43 verbunden. In der Mittelwertschaltung 46 werden die 2> Intensitäten //längs jeder Frequenzspur aufsummiert und durch ihre Anzahl Abgeteilt. Man erhält den Mittelwert /der Intensitäten je Frequenzspur. In dem nachgeschalteten Differenzbildner 47 wird je Frequenzspur die Varianz σ² berechnet, indem die Differenz zwischen den Intensitäten //auf der Frequenzspur und dem Mittelwert /der Intensitäten auf der gleichen Frequenzspur gebildet quadriert und summiert wird. In dem nachgeordneten Modulationsrechner 48 wird das Modulationsmaß der Intensitäten jeder Frequenzspur bestimmt Das Modula- 3< > tionsmaß Mberechnet sich zu:In the frequency control circuit 45, a frequency range A / around a center frequency f _o is established in such a way that a modulation level of the intensities along all frequency tracks within the frequency range Af is above a predeterminable threshold. The frequency control circuit 45 contains an average value circuit 46, a subtractor 47, a modulation computer 48 and a threshold value computer 49. The frequency control circuit 45 is connected to the FFT computing circuit 43. In the mean value circuit 46, the 2> intensities // are added up along each frequency track and divided by their number. The mean value / intensities per frequency track is obtained. In the downstream subdivision generator 47, the variance σ ^{2 is} calculated for each frequency track by forming the difference between the intensities // on the frequency track and the mean value / intensities on the same frequency track, squared and added. In the downstream modulation calculator 48, the modulation figure of the intensities of each frequency track determines the modulation 3 <> tionsmaß Mberechnet to:

σ² = -77—τ Σ ih-lf, σ ² = -77 — τ Σ ih-lf,

Dem Modulationsmaßrechner 48 ist der Schwellwertrechner 49 nachgeordnet, in dem festgestellt wird, für welche benachbarten Frequenzspuren das ggf. geglättete Modulationsmaß über einer vorgebbaren Schwelle 4> liegt Am Ausgang des Schwellwertrechners 49 wird die Mittenfrequenz f_o und der Frequenzbereich 4/angegeben, innerhalb dessen das Modulationsmaß für jede Frequenzspur oberhalb der Schwelle liegt, z. B. ein Frequenzbereich Af = 200 Hz um eine Mittenfrequenz f_o = 300 Hz.The Modulationsmaßrechner 48 of the threshold calculator is arranged downstream of 49, in which it is determined for which adjacent frequency tracks the possibly smoothed modulation figure above a predetermined threshold 4> is located at the output of Schwellwertrechners 49, the center frequency is f _o and the frequency range 4 / specified within which the Modulation measure for each frequency track is above the threshold, e.g. B. a frequency range Af = 200 Hz around a center frequency f _o = 300 Hz.

Die Speicherschaltung 44 wird von der Frequenzsteuerschaltung 45 zum Bilden des Ausschnitts angesteuert. Außerdem ist die Speicherschaltung 44 mit der Zeitsteuerschaltung 480 zusammengeschaltet ■>"The memory circuit 44 is controlled by the frequency control circuit 45 to form the section. In addition, the memory circuit 44 is interconnected with the timing control circuit 480.

In der Zeitsteuerschaltung 480, die vom Taktgeber 42 angesteuert wird, wird ein Zeitintervall At von beispielsweise 200 s vorgegeben. Das Zeitintervall At umfaßt mehrere Zeiteinheiten Tund ist so gewählt, daß mindestens eine Interferenzwellenlänge erfaßt wird und z. B. zwei Intensitätsmaxima auf der Frequenzspur der Mittenfrequenz fo zu verzeichnen sind.In the time control circuit 480, which is controlled by the clock generator 42, a time interval At of, for example, 200 s is specified. The time interval At comprises several time units T and is chosen so that at least one interference wavelength is detected and z. B. two intensity maxima are recorded on the frequency trace of the center frequency fo .

Die Frequenzsteuerschaltung 45 und Zeitsteuerschaltung 480 steuern die Speicherschaltung 44 an und definie- "' > ren den Ausschnitt des Intensitätsmusters. Das Intensitätsmuster in diesem Ausschnitt wird außerdem über den Umschalter 34 in Fig. 2 in einem Interferenzlinienrechner 50 ausgewertet Der Interferenzlinienrechner 50 in Fig. 2 besteht aus einem Approximationsrechner 51, der von der gerade mit dem Umschalter 34 verbundenen Intensitätsmustereinheit 31 gespeist wird, einem Simulationsrechner 52 und einem Steigungsrechner 53. Im Approximationsrechner 51 werden innerhalb des Ausschnitts benachbarte Intensitäten gleicher Stärke aufge- ^w) sucht, die Interferenzlinien bilden. Im Simulationsrechner 52, der mit dem Approximationsrechner 51 zusammengeschaltet ist, wird in einem Frequenz-Zeit-Koordinatensystem eine Gerade simuliert Diese Gerade wird im Approximationsrechner 51 mit der durch die Mitte des Ausschnitts verlaufenden Interferenzlinie verglichen. Die Gerade im Simulationsrechner 52 wird so lange gedreht und in Zeitrichtung verschoben, bis Abweichungen der Interferenzlinie von der Geraden ein Minimum sind. Der Drehpunkt der Geraden wird vorzugsweise auf ""' einer Frequenzspur von —0,1 f₀ in Zeitrichtung verschoben. Diese Abweichungen können Zeit- und Frequenzabweichungen zwischen den Koordinaten der Interferenzlinie und denen der Geraden sein. Diese Gerade stellt die gesuchte Regressionsgerade dar. Es ist aber ebenfalls möglich, im Approximationsrechner 51 nicht durchThe frequency control circuit 45 and timing control circuit 480 control the memory circuit 44 and define "'> ren the cutout of the intensity pattern. The intensity pattern in this section is also evaluated via the changeover switch 34 in Fig. 2 in an interference line calculator 50. The interference line calculator 50 in Fig. 2 consists of a Approximationsrechner 51 which is fed from the currently connected to the changeover switch 34 intensity pattern unit 31, a simulation computer 52 and a pitch calculator 53. In Approximationsrechner 51 are listed ^w) examined, form the interference fringes of the same inside the section adjacent intensities strength. In Simulation computer 52, which is connected to approximation computer 51, simulates a straight line in a frequency-time coordinate system This straight line is compared in approximation computer 51 with the interference line running through the center of the section 52 is rotated and shifted in the time direction until deviations of the interference line from the straight line are a minimum. The point of rotation of the straight line is preferably shifted to ""'on a frequency track of −0.1 f ₀ in the time direction. These deviations can be time and frequency deviations between the coordinates of the interference line and those of the straight lines. This straight line represents the regression straight line sought. However, it is also possible not to go through in the approximation computer 51

Regression zu approximieren, sondern durch Vergleich von Intensitäten, die im Interferenzmuster längs der Geraden auftreten. Die Gerade approximiert die Interferenzlinie, wenn sämtliche längs der Geraden gemessenen Intensitäten gleich groß sind und vorzugsweise Maximal- oder Minimalwerte aufweisen.To approximate regression, but by comparing intensities in the interference pattern along the Straight lines occur. The straight line approximates the interference line if all measured along the straight line Intensities are the same and preferably have maximum or minimum values.

Sind Gerade und Interferenzlinie zur Deckung gebracht, so gibt der Approximationsrechner 51 ein Freigabe- > signal an den Steigungsrechner 53, der mit dem Simulationsrechner 52 verbunden ist. Der Steigungsrechner 53 übernimmt aus dem Simulationsrechner 52 die Gerade im Frequenz-Zeit-Koordinatensystem und bestimmt ihre SteigungIf the straight line and the interference line are brought into congruence, the approximation computer 51 gives a release > signal to the slope computer 53, which is connected to the simulation computer 52. The incline calculator 53 takes over the straight line in the frequency-time coordinate system from the simulation computer 52 and determines its pitch

^- = f
■o Uf ^ - = f
■ o Uf

die die gesuchte Steigung der Interferenzlinie angibt.which indicates the slope of the interference line that is being sought.

Dem Interferenzlinienrechner 50 ist ein Entfernungsrechner 55 nachgeordnet, der die Entfernung τ zwischen Fahrzeug 1 und Meßort 3 aus der Steifung f, der Zeitverschiebung τικ und dem Laufzeitunterschied η bestimmt.The interference line calculator 50 is followed by a distance calculator 55 which determines the distance τ between vehicle 1 and measuring location 3 from the stiffness f, the time shift τικ and the transit time difference η .

ι ■> Der Ausgang der Korrekturschaltung 33 und der zweite Ausgang des Maximumdetektors 35 sind ebenfalls mit Eingängen des Entfernungsrechners 55 verbunden.ι ■> The output of the correction circuit 33 and the second output of the maximum detector 35 are also with Inputs of the distance computer 55 connected.

Im folgenden wird im Zusammenhang mit den Fig. 6.1, 6.2 und Fig. 7 die Entfernungsbestimmung näher erläutert.
Fig. 6.1 zeigt eine Meßsituation für einen Überlauf, bei dem sich das Fahrzeug 1 auf direktem oder radialemThe determination of the distance is explained in more detail below in connection with FIGS. 6.1, 6.2 and 7.
Fig. 6.1 shows a measurement situation for an overflow, in which the vehicle 1 is on a direct or radial

'» Kurs dem Meßort 3 mit konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit V bzw. Annäherungsgeschwindigkeit Va = Vr= Vnähert. Zum Zeitpunkt t_o befindet sich das Fahrzeug 1 in einer Entfernung rzum Meßort 3, wenn es mit konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit V seinen Kurs beibehält. Zum Zeitpunkt tcpA wird es den Meßort 3 erreicht haben.Course of the measurement location 3 with constant vehicle speed V or approach speed Va = Vr = V approaches. At the point in time t _o , the vehicle 1 is at a distance r from the measuring location 3 if it maintains its course at a constant vehicle speed V. At the point in time tcpA it will have reached measuring location 3.

Mit dem Verfahren zum Bestimmen von Zieldaten soll die Entfernung r, die Fahrzeuggeschwindigkeit V, derWith the method for determining target data, the distance r, the vehicle speed V, the

.'■> Peilwinkel φ und der Kurswinkel γ bestimmt werden. Bei diesem Bewegungsfall sind die Interferenzlinien annähernd Geraden, die fächerförmig im Frequenz-Zeit-Koordinatensystem verlaufen. Fig. 62 zeigt in einer Prinzipskizze den Verlauf von solchen Interferenzlinien im Frequenz-Zeit-Koordinatensystem für die Anlaufphase. Die Interferenzlinien sind in Wirklichkeit schwach gekrümmt, hier aber als Geraden Gi, Gl,.., Gn schematisch angegeben. Bewegt man sich auf der Frequenzspur der Mittenfrequenz Z₀, so sind die Abstände. '■> bearing angle φ and the course angle γ can be determined. In this case of motion, the interference lines are approximately straight lines that run in a fan shape in the frequency-time coordinate system. Fig. 62 shows a schematic sketch of the course of such interference fringes in the frequency-time coordinate system for the start-up phase. In reality, the interference lines are slightly curved, but are shown schematically here as straight lines Gi, Gl, .., Gn. If one moves on the frequency track of the center frequency Z ₀ , the distances are

i" zwischen den Geraden Gi, G2,.... Gn durch die Interferenzwellenlänge A(Z₀) bestimmt und abhängig von der Annäherungsgeschwindigkeit V_a = V_r = V. Der Abstandi "between the straight lines Gi, G2, .... Gn determined by the interference wavelength A (Z ₀ ) and dependent on the approach speed V _a = V _r = V. The distance

ist um so kleiner je größer die Annäherungsgeschwindigkeit V_a = V_r ist. Betrachtet man ein Intensitätsmaximum auf einer der Interferenzlinien, z. B. den Punkt auf der Geraden Gi zum Zeitpunkt t₀ bei der Mittenfrequenz Z₀, so kann man sagen, daß in einer Zeitspanne At — t_o— tcpA gerade k Intensitätsmaxima im Abstandis the smaller, the greater the approach speed V _a = V _r . If one considers an intensity maximum on one of the interference lines, e.g. B. the point on the straight line Gi at time t ₀ at the center frequency Z ₀ , it can be said that in a period of time At - t _o - tcpA just k intensity maxima at a distance

auftreten. Auf der Frequenzspur /sind ebenfalls k Intensitätsmaxima bis zu der Geraden Gi zu ermitteln. Das k-te Intensitätsmaximum liegt für die Frequenz /auf der Geraden Gi bei einer Zeit ivor, die Abstände zwischen den Intensitätsmaxima betragen hierappear. On the frequency track /, k intensity maxima up to the straight line Gi are also to be determined. The k-th intensity maximum for the frequency / on the straight line Gi is at a time ivor, the distances between the intensity maxima are here

V) Die Zeitspannen bis zum Erreichen des Meßorts 3 sind:V) The time spans until the point 3 is reached are:

Die Gleichung für t_o— tcpA wird nach k aufgelöst und in die Gleichung für t— tcpA eingesetzt. Es ergibt sich für f: The equation for t _o - tcpA is solved for k and inserted into the equation for t - tcpA. It results for f:

⁺⁺ ¹CPA ■ ¹ CPA ■

x yj)x yj)

Differenziert man diese Gleichung nach der Frequenz /, so erhält man die Steigung der Geraden Gi If one differentiates this equation according to the frequency /, one obtains the slope of the straight line Gi

~v ~'"⁽ⁱ⁰ ^tcpA) TW ~ v ~ '" ⁽ⁱ⁰ ^tcpA) TW

b5 -b5 -

Löst man diese Gleichung nach t_o— tcPA auf, so erhält man für die Mittenfrequenz /_o Solving this equation for t _o - tcPA , one obtains / _{o for the center frequency}

t't '

X i/o)X i / o)

Diese Zeitspanne t₀— tcPA ist gerade aber die Zeit, die vergeht, bis das Fahrzeug 1 den Meßort 3 mit der Annäherungsgeschwindigkeit ^erreicht hat Es gilt also:This time span t ₀ - tcPA is precisely the time that elapses until the vehicle 1 has reached the measuring location 3 with the approach speed ^ The following applies:

r = (fo-tau)· V₁. = f-■§$-■ V_r. (A) r = (fo-tau) · V ₁ . = f- ■ § $ - ■ V _r . (A)

In diesem speziellen Bewegungsfall ist die Annäherungsgeschwindigkeit V_a = V_r gleich der Fahrzeugge- n> schwindigkeit V, die in Richtung der Verbindungslinie zwischen Fahrzeug 1 und Meßort 3 weist, wie sonst bei jedem allgemeinen Bewegungsfall die radiale Geschwindigkeitskomponente Vr. In this special case of movement, the approach speed V _a = V _{r is} equal to the vehicle speed V, which points in the direction of the connecting line between vehicle 1 and measuring location 3, as is the radial speed component Vr in every general case of movement.

Gemäß dem Blockschaltbild in Fig. 2 ist aber die radiale Geschwindigkeitskomponente V_r bereits in der Rechenstufe 40 berechnet worden, die hier gleich der Annäherungsgeschwindigkeit Va = V^ist:According to the block diagram in Fig. 2, however, the radial speed component V _{r has} already been calculated in the computing stage 40, which here is equal to the approach speed Va = V ^:

In diesem Spezialfall der Annäherung istIn this special case the approximation is

d
und damit d
and thus

Die Entfernung rist im Entfernungsrechner 55 aus Gl. (A) und Gl. (B) wie folgt zu berechnen:
. r₂ _ X(fo) d The distance r is in the distance calculator 55 from Eq. (A) and Eq. (B) to be calculated as follows:
. r ₂ _ X (fo) d

Die Interferenzwellenlänge A(Z₀) wird durch Kenntnis der Übertragungsschicht, in der sich der Meßort 3 befindet, vorab bestimmt Ebenso ist die Ableitung der Interferenzwellenlänge Mf) nach der Frequenz /bere- J> chenbar und vorher für die Mittenfrequenz f_o zu ermitteln. Somit weist die Gl. (C) nur meßbare Größen auf. Zahlreiche Versuche haben ergeben, daß der QuotientThe interference wave length A (Z ₀₎ is aware of the transfer layer, the measurement site 3 is located in the determined in advance Also, the derivation of the interference wave length Mf) after the frequency / bere- J> Chenbar and previously for the center frequency f _o to be determined. Thus, Eq. (C) only measurable quantities. Numerous experiments have shown that the quotient

unabhängig von der Tiefe der Übertragungsschicht stets ungefähr gleich 1,1 · f_o ist, obwohl die Interferenzwellenlänge A(/) selbst von der Tiefe sehr stark beeinflußt wird, wobei die Tiefe die Ausdehnung der Übertragungsschicht zwischen ihren Grenzebenen angibt. regardless of the depth of the transfer layer is always approximately equal to 1.1 × f _o is, although the interference wave length A (/) itself is strongly influenced by the depth, wherein the depth indicating the extent of the transfer layer between their boundary planes.

Fig. 7 zeigt ein Frequenz-Zeit-Diagramm, bei dem sich das Fahrzeug 1 mit zwei unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten dem Meßort 3 bei einem Überlauf gemäß Fig. 6.1 nähert. Anhand dieses Prinzipdiagramms soll das Verfahren und seine Funktionstüchtigkeit auch bei sich ändernder Annäherungsgeschwindigkeit V₃ beschrieben werden. Die Interferenzlinien wurden durch Geraden approximiert. Wir sehen im unteren Bereich des Diagramms Geraden, deren Steigung größer ist als im oberen Bereich. Nach einer Zeit von 600 s ab Meßbeginn hat das Fahrzeug 1 seine Fahrzeuggeschwindigkeit V vergrößert, da die Steigung der Geraden abgenommen hat. Der Abstand zwischen den einzelnen Interferenzlinien ist in diesem Bereich nur noch halb so groß wie im unteren Bereich des Diagramms. Daraus kann man schließen, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit V verdoppelt wurde. Die erste Messung wird beispielsweise nach einer Zeit von 100 s begonnen. Es wird ein Frequenzbereich von Af = 200 Hz betrachtet, der um eine Mittenfrequenz von f₀ = 300 Hz angeordnet ist. Das Zeitintervall beträgt At = 200 s, der Ausschnitt des Interferenzmusters im ersten Meßfall ist mit dem Buchstaben ygekennzeichnet Ein solcher Ausschnitt des Intensitätsmusters ist in jeder der Intensitätsmustereinheiten 30,31 oder 32 gebildet worden. Wir nehmen an, daß mit Hilfe der Korrelatorschaltung 33 eine Zeitverschiebung τικ = 20 s zwischen zwei Intensitätsmustern gemessen wird. Der Laufzeitunterschied der Empfangssignale desselben Wandlerpaares, beispielsweise Wandler 4 und 5, sei gemessen zu x\ = 0,067 s, wobei FIG. 7 shows a frequency-time diagram in which the vehicle 1 approaches the measurement location 3 at two different vehicle speeds in the event of an overflow according to FIG. 6.1. This principle diagram is used to describe the method and its functionality even when the approach speed V _{3 changes} . The interference lines were approximated by straight lines. In the lower area of the diagram, we see straight lines with a greater gradient than in the upper area. After a time of 600 s from the start of the measurement, the vehicle 1 has increased its vehicle speed V because the gradient of the straight line has decreased. The distance between the individual interference lines in this area is only half as large as in the lower area of the diagram. From this it can be concluded that the vehicle speed V has been doubled. The first measurement is started after a period of 100 s, for example. A frequency range of Af = 200 Hz is considered, which is arranged around a center frequency of f ₀ = 300 Hz. The time interval is At = 200 s, the section of the interference pattern in the first measurement case is identified with the letter y. Such a section of the intensity pattern has been formed in each of the intensity pattern units 30, 31 or 32. We assume that the correlator circuit 33 measures a time shift τικ = 20 s between two intensity patterns. The difference in transit time of the received signals from the same transducer pair, for example transducers 4 and 5, is measured as x = 0.067 s, where

d 100 m _{n ft},_ d 100 m _{n ft} , _

τ· = — = —— = 0,067 s τ · = - = --— = 0.067 s

c· 1500 m/sc 1500 m / s

wegen des Überlaufs gemäß Fig. 6.1, wobei der Abstand der Wandler d = 100 m, die Schallgeschwindigkeitbecause of the overflow according to FIG. 6.1, the distance between the transducers being d = 100 m, the speed of sound

c = 1500 —
s c = 1500 -
s

beträgt. Im Interferenzlinienrechner 50 wird die Steigung f der Interferenzlinie, die durch die Mitte des Ausschnits Y verläuft, bestimmt. Sie beträgt V <*> 6,36 s/Hz. Der Quotient bestimmt sich zu:amounts to. In the interference line calculator 50, the slope f of the interference line which runs through the center of the cutout Y is determined. It is V <*> 6.36 s / Hz. The quotient is determined as follows:

4Mr -UVo-M -300Hz. 4Mr -UVo-M -300Hz.

Aus diesen Meßgrößen wird die Entfernung rgemäß Gl. (C) wie folgt berechnet:
/■ = 1,1 · 300 · 6,36 · -^- « 10500 m.
Die Annäherungsgeschwindigkeit V^ bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit Fwird gemäß Gl. (B) berechnet:The distance r according to Eq. (C) calculated as follows:
/ ■ = 1.1 x 300 x 6.36 x - ^ - «10500 m.
The approach speed V ^ or vehicle speed F is calculated according to Eq. (B) calculated:

Ii τ,_κ 20sIi τ, _κ 20s

Der Peilwinkel φ ergibt sich aus dem Laufzeitunterschied τι zuThe bearing angle φ results from the transit time difference τι zu

. / r, \ .™l5OÖm7s ·~0,0675 7"_Λ _nno . / r, \. ™ l5OÖm7s · ~ 0.0675 7 " _Λ _nno

φ = arcsm [c · —- ) = arcsm = arcsm Im- 90°. φ = arcsm [c · - -) = arcsm = arcsm Im- 90 °.

-'Ii \ d J 100 m-'Ii \ d J 100 m

Der Kurswinkel γ ist ebenfalls gleich 90°, da eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente nicht vorliegt.
Eine erneute Messung wird nach einer Zeit von 900 s durchgeführt. Es wird in der Intensitätsmustereinheit 30 ein Ausschnitt Zgemäß Fig. 7 gebildet Folgende Meßwerte werden festgestellt:The course angle γ is also equal to 90 °, since there is no tangential speed component.
A new measurement is carried out after a period of 900 s. A section Z according to FIG. 7 is formed in the intensity pattern unit 30. The following measured values are determined:

die Zeitverschiebung r« = 10 s,the time shift r «= 10 s,

der Laufzeitunterschied T₁ = — = 0,067 s.the transit time difference T ₁ = - = 0.067 s.

i» die Steigung der Interferenzlinie t' = 1,36 s/Hz,
der Quotient 1,1 · /_o = 1,1 · 300 Hz.i »the slope of the interference line t ' = 1.36 s / Hz,
the quotient 1.1 / _o = 1.1 300 Hz.

Mit diesen Meßdaten wird die Entfernung zu r » 4500 m
und die Annäherungsgeschwindigkeit zu V_r = 10 m/s = 20 kn
*"> festgestellt. Peilwinkel und Kurswinkel betragen: φ = γ = 90°.With these measurement data, the distance becomes r »4500 m
and the approach speed to V _r = 10 m / s = 20 kn
* "> determined. The bearing angle and course angle are: φ = γ = 90 °.

An diesem Beispiel erkennt man, daß unabhängig vom vorangegangenen und nachfolgenden Bewegungsverhalten des Fahrzeugs die Zieldaten richtig bestimmt werden. This example shows that the target data are correctly determined regardless of the previous and subsequent movement behavior of the vehicle.

Als nächstes stellt sich die Frage, ob das Verfahren zum Bestimmen von Zieldaten auch dann angewendet werden kann, wenn der Kurs des Fahrzeugs 1 nicht über den Meßort 3 verläuft, sondern mit Querabstand am Meßort 3 vorbeiläuft und die Interferenzlinien dadurch einen hyperbelförmigen Verlauf aufweisen. Der Nachweis soll anhand der Prinzipskizze gemäß Fig. 8 geführt werden.The next question is whether the method for determining target data is also then applied can be when the course of the vehicle 1 does not run over the measuring location 3, but with a transverse distance on Measurement location 3 passes and the interference lines thereby have a hyperbolic course. The proof is to be performed on the basis of the schematic diagram according to FIG. 8.

Das Fahrzeug 1 befindet sich zum Zeitpunkt t\ in einer Entfernung r vom Meßort 3 unter einem Peilwinkel φ gegen die Bezugsrichtung N. Der Kurs des Fahrzeugs 1 läuft unter einem Kurswinkel /gegen die Bezugsrichtung N und weist zum Meßort 3 einen Querabstand q auf. Das Fahrzeug 1 fährt mit einer Fahrzeuggeschwindig-■·' keit Vund hat den Querabstand q am Ort Rzum Zeitpunkt tcpA passiert. Zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit Vund der radialen Geschwindigkeitskomponente V_rliegt ein Geschwindigkeitswinkel cc. The vehicle 1 is at the time t \ at a distance r from the measuring location 3 at a bearing angle φ against the reference direction N. The course of the vehicle 1 runs at a course angle / against the reference direction N and has a transverse distance q to the measuring location 3. The vehicle 1 is traveling at a vehicle speed V and has passed the transverse distance q at location R at time tcpA . A speed angle cc lies between the vehicle speed V and the radial speed component V _r.

In der Zeit Δτ = ti — tcpA hat das Fahrzeug 1 mit der Fahrzeuggeschwindigkeit Fden Weg 5 zurückgelegt:In the time Δτ = ti - tcpA , vehicle 1 has covered path 5 at vehicle speed F:

s= V- Δτ.s = V- Δτ.

Es gilt nach dem Satz des Pythagoras folgende geometrische Beziehung:According to the Pythagorean theorem, the following geometric relationship applies:

fi = φ + & = φ + ν fi = φ + & = φ + ν

Es wird (v² · Δτ) ausgeklammert und durch v² ■ /drgeteilt:(V ² · Δτ) is factored out and divided by v ² ■ / dr:

Außerdem gilt für das Geschwindigkeitsdreieck aus V, V_r und Vg:
p In addition, the following applies to the velocity triangle consisting of V, V _r and Vg:
p

cos a = pcos a = p

Für das Dreieck mit Meßort 3, Fahrzeug 1 und Ort R als Eckpunkten gilt:For the triangle with measuring location 3, vehicle 1 and location R as corner points, the following applies:

s ' V-ÄT
cos a = — = s' V-ÄT
cos a = - =

/· r / · R

Damit gilt V-At _ This means that V-At _

r Vr V

und man erhält für die Gleichung I:and we get for equation I:

^{=ÄT +}^ ^{= AT +} ^

αϊ)αϊ)

Der erste Term Δτ auf der rechten Seite der Gleichung II ist gerade die Zeit, die vergeht, wenn das Fahrzeug 1 mit der Fahrzeuggeschwindigkeit Vaea Weg s zurücklegt Der zweite TermThe first term Δτ on the right-hand side of equation II is precisely the time that elapses when vehicle 1 travels distance s at vehicle speed Vaea. The second term

V-. Δ τ V-. Δ τ ι'ι '

ist eine Zeitspanne ΔΤ, die verginge, wenn das Fahrzeug den Weg q vom Meßort 3 bis zum Ort R mit einer fiktiven Geschwindigkeit V* zurücklegen würde, die in Richtung des Querabstands q weist, wie folgende Umrechnung zeigt:
Mitis a time span ΔΤ that would pass if the vehicle were to cover the distance q from measurement location 3 to location R with a fictitious speed V * pointing in the direction of the transverse distance q , as the following conversion shows:
With

s = V- Δτ ergibt sichs = V- Δτ results

^Ai V²-At ~ s-V ^Ai V ² -At ~ sV ^(U)(U)

Außerdem ist nach Fig. 8In addition, according to FIG. 8

soso

— = tan a, - = tan a,

das in Gleichung III eingesetzt wirdwhich is substituted into equation III

AT = -y tan a (IV) AT = -y tan a (IV)

und es gilt nach Fig. 8:and according to Fig. 8:

" — y* " - y *

tan a '
das nach tan α aufgelöst wird und in Gleichung IV eingesetzt wird. Es gilt also: tan a '
which is resolved for tan α and inserted into equation IV. The following applies:

4".4 ".

V²-At ~ ~V*'V ² -At ~ ~ V * '

Man kann sich jetzt vorstellen, daß das Fahrzeug 1 vom Meßort 3 mit der radialen Geschwindigkeitskomponente V_r über den Weg mach einer Zeit "'"One can now imagine that the vehicle 1 from the measuring location 3 with the radial speed component V _r over the path mach a time "'"

seine jetzige Position erreicht hat Andererseits kann es diese Position auch dadurch erreicht haben, daß es vom Meßort 3 den Querabstand q mit der fiktiven Geschwindigkeit V*in der Zeithas reached its current position On the other hand, it can also have reached this position by measuring the transverse distance q from the measurement location 3 with the fictitious speed V * in time

und anschließend den Weg s mit der Fahrzeuggeschwindigkeit Vin der Zeit Δτ= U — tcpA durchfahren hat. Da aber das Fahrzeug ί zur Zeit u unabhängig vom eingeschlagenen Weg die eingezeichnete Position inne hat, istand then has traveled the path s with the vehicle speed Vin for the time Δτ = U - tcpA . However, since the vehicle ί is in the position shown at the time u regardless of the route taken, is

Der Quotient rlV_r ist aber gerade gemäß Gleichung (A) gleich dem Produkt aus der Steigung feiner der Interferenzlinien im Ausschnitt bei der Mittenfrequenz f₀ und dem FaktorAccording to equation (A), the quotient rlV _r is equal to the product of the slope of the finer interference lines in the section at the center frequency f ₀ and the factor

χ¹ σ< >) χ ¹ σ <>)

1,1 ·Λ·1.1 · Λ ·

Es gilt also auch für einen beliebigen Kurs des Fahrzeugs 1, daß aus der Steigung i'der Interferenzlinie und der radialen Geschwindigkeitskomponente V_r die Entfernung r zwischen Meßort 3 und Fahrzeug 1 gemäß Gleichung (A) auf Seite 53 zu jedem Zeitpunkt bestimmbar istIt also applies to any course of vehicle 1 that the distance r between measurement location 3 and vehicle 1 can be determined at any point in time from the gradient i 'of the interference line and the radial speed component V _{r according to equation (A) on page 53}

Im Entfernungsrechner 55 gemäß Fig. 2 wird die Entfernung r berechnet. Am Ausgang der Rechenschaltung 40 steht die radiale Geschwindigkeitskomponente V_r der Fahrzeuggeschwindigkeit V an. Die Fahrzeuggeschwindigkeit Vwird aus der radialen Geschwindigkeitskomponente V_r und der tangentialen Geschwindigkeitskomponente Va gemäß dem Satz des Pythagoras in einem Fahrzeuggeschwindigkeitsrechner 60 berechnet, der eingangsseitig mit der Rechenschaltung 40 und über eine Multiplizierschaltung 61 mit dem Entfernungsrechner 55 verbunden ist:In the distance calculator 55 according to FIG. 2, the distance r is calculated. At the output of the arithmetic circuit 40, the radial velocity component V _r stands at the vehicle speed V. The vehicle speed V is calculated from the radial speed component _{V r} and the tangential speed component Va according to the Pythagorean theorem in a vehicle speed calculator 60, which is connected on the input side to the computing circuit 40 and via a multiplier circuit 61 to the distance calculator 55:

In der Multiplizierschaltung 61 wird das Produkt aus Entfernung r und der zeitlichen Änderung des Winkels 8 berechnet. Diese zeitliche Winkeländerung wird häufig Winkelgeschwindigkeit S genannt Die geometrischen Beziehungen zwischen den Geschwindigkeitskomponenten V_n Vg, der Fahrzeuggeschwindigkeit V bezüglich des Meßorts 3 sind Fig. 4 zu entnehmen. Der Winkel S wird aus dem Laufzeitünterschied T2 in einem dem -'<> Maximumdetektor 35 nachgeschalteten Rechenwerk 62 gemäß der BeziehungThe product of the distance r and the change in the angle θ over time is calculated in the multiplier circuit 61. This angular change over time is often called the angular velocity S. The geometric relationships between the velocity components V _n Vg and the vehicle velocity V with respect to the measuring location 3 can be seen in FIG . The angle S is derived from the transit time difference T2 in an arithmetic unit 62 connected downstream of the maximum detector 35 according to the relationship

d = aresin - d = aresin -

bestimmt. Dem Rechenwerk 62 ist eine Differenzierschaltung 63 nachgeschaltet, in der die zeitliche Änderung des Winkels 5 je Zeiteinheit Tbestimmt wird. Die Multiplizierschaltung 61 ist mit ihrem zweiten Eingang mit der Differenzierschaltung 63 verbunden und berechnet das Produkt aus Entfernung rund zeitlicher Änderung des Winkels S. Dieses Produkt ist gleich der tangentialen Geschwindigkeitskomponente Vg = r · S. definitely. The arithmetic unit 62 is followed by a differentiating circuit 63 in which the change in the angle 5 over time per time unit T is determined. The multiplier circuit 61 has its second input connected to the differentiating circuit 63 and calculates the product of the distance and time change in the angle S. This product is equal to the tangential speed component Vg = r · S.

Zur Berechnung des nordbezogenen Kurswinkels /ist dem Interferenzlinienrechner 50 und der Differenzierschaltung 63 eine Winkelrechenstufe 64 nachgeschaltet, in der ein Geschwindigkeitswinkel cc, wie er in Fig. 4 angegeben ist, berechnet wird. Der Geschwindigkeitswinkel α liegt zwischen der radialen Geschwindigkeitskomponente Vr und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vund lautet: To calculate the north-related course angle /, the interference line calculator 50 and the differentiating circuit 63 are followed by an angle calculation stage 64 in which a speed angle cc, as indicated in FIG. 4, is calculated. The speed angle α lies between the radial speed component Vr and the vehicle speed V and reads:

a = arctan a = arctan

Dieser Ausdruck kann aus der geometrischen Anordnung nach Fig. 4 und unter Verwendung von Gl. (C) auf folgendem Weg hergeleitet werden:This expression can be derived from the geometrical arrangement according to FIG. 4 and using Eq. (C) can be derived in the following way:

KK C-T₂ CT ₂ C-T₂ CT ₂ X'(fo)X '(fo) T/gT / g

Also istSo is

Diese Beziehung nach α aufgelöst ergibt Gleichung (D).Solved for α , this relationship gives equation (D).

Die Fahrzeuggeschwindigkeit Vkann auch aus dem Geschwindigkeitswinkel α und der radialen Geschwindigkeitskomponente F_r nach der BeziehungThe vehicle speed V can also be obtained from the speed angle α and the radial speed component F _r according to the relationship

cos a cos a

berechnet werden.be calculated.

Der Winkelrechenstufe 64 ist eine Summationsschaltung 65 nachgeschaltet, die als zweite Eingangsgröße den nordbezogenen Peilwinkel φ erhält, aus der gemäß Fig. 1 der nordbezogene Kurswinkel γ= φ— α~ 180° berechnet wird.The angle computing stage 64 is followed by a summation circuit 65 which receives the north-related bearing angle φ as a second input variable, from which the north-related course angle γ = φ-α ~ 180 ° is calculated according to FIG. 1.

Fig. 9 zeigt eine Modifikation des Interferenzlinienrechners 50. Der Approximationsrechner 51 enthält hier zur Ermittlung der Approximation einer Interferenzlinie im Ausschnitt des Intensitätsmusters und einer im Simulationsrechner 52 erstellten Geraden eine Auswahlschaltung 69, die die Intensitäten im Ausschnitt, die auf der Geraden liegen, aussucht, und einen Mittelwertbildner 70, in dem die Intensitäten I₁- längs der Geraden aufsummiert und durch ihre Anzahl Λ/geteilt werden:9 shows a modification of the interference line calculator 50. To determine the approximation of an interference line in the section of the intensity pattern and a straight line created in the simulation computer 52, the approximation computer 51 contains a selection circuit 69 which selects the intensities in the section that lie on the straight line. and an averaging unit 70, in which the intensities I ₁ - are added up along the straight line and divided by their number Λ /:

In einem Quadrierer 71 werden die einzelnen Intensitäten I₁- längs der Geraden quadriert und in einem nachgeschalteten Summierer 72 addiert und durch die Anzahl N geteilt Man erhält den Mittelwert der quadriertenIn a squarer 71, the individual intensities I ₁ - are squared along the straight line and added in a downstream summer 72 and divided by the number N. The mean value of the squared is obtained

Intensitäten:Intensities:

Dem Mittelwertbildner 70 und Summierer 72 ist eine Rechnerschaltung 73 nachgeordnet, in der die relative Standardabweichung σ/Zder Intensitäten I₁- längs der Geraden von ihrem Mittelwert /nach der Formel ' <>A computer circuit 73 is arranged downstream of the mean value generator 70 and summer 72, in which the relative standard deviation σ / Z of the intensities I ₁ - along the straight line from their mean value / according to the formula '<>

ausgerechnet wird. Ihr Ausgang ist mit einer Kontrollschaltung 74 für das Freigabesignal des Approximationsrechners 51 verbunden. Die Kontrollschaltung 74 gibt dann ein Freigabesignal ab, wenn die relative Standardabweichung all möglichst klein ist und kleiner als ein vorgebbarer Wert. Dann sind die Intensitäten I,- längs der Geraden nahezu gleich und die Gerade approximiert die Interferenzlinie am besten. Das Freigabesignal wird dem Steigungsrechner 53 zugeführt, in der die im Simulationsrechner 52 simulierte Gerade <(/) nach der Frequenz /differenziert wird. Wenn kein Freigabesignal erzeugt wird, wird die Gerade im Simulationsrechner 52 gedreht und/oder in Zeitrichtung so lange verschoben, bis die relative Standardabweichung σ/Zam kleinsten ist.is calculated. Its output is connected to a control circuit 74 for the release signal of the approximation computer 51. The control circuit 74 then emits a release signal when the relative standard deviation is all as small as possible and less than a predeterminable value. Then the intensities I, - are almost the same along the straight line and the straight line best approximates the interference line. The release signal is fed to the slope computer 53, in which the straight line <(/) simulated in the simulation computer 52 is differentiated according to the frequency /. If no release signal is generated, the straight line is rotated in the simulation computer 52 and / or shifted in the time direction until the relative standard deviation σ / Zam is smallest.

Ebenfalls ist es möglich, im Simulationsrechner 52 statt einer Geraden ein Büschel von Geraden zu simulieren, die sich alle bei der Frequenz —0,1 ·ί_ο schneiden und auf der Frequenzspur der Mittenfrequenz /_o gleiche Abstände aufweisen. Die Auswahlschaltung 69 sucht dann die entsprechenden Intensitäten, die zu den Koordina- 2 ϊ ten der simulierten Geraden gehören, aus dem Ausschnitt des Intensitätsmusters heraus, die im Mittelwertbildner 70 und Quadrierer 71 je Gerade weiterverarbeitet werden. Es wird für alle Geraden die relative Standardabweichung a//berechnet und die Geraden an die Interferenzlinien im Ausschnitt approximiert Die Kontrollschaltung 74 erzeugt ein Freigabesignal, wenn für alle Geraden die relative Standardabweichung cr//am kleinsten ist. Vom Simulationsrechner 52 wird die durch die Mitte des Ausschnitts verlaufende Gerade an Steigungsrechner ia 53 übertragen.It is also possible to simulate the simulation computer 52, instead of a straight line a pencil of lines all intersect at the frequency -0.1 · _ί ο and which have on the frequency of the track center frequency / _o equal distances. The selection circuit 69 then looks for the corresponding intensities belonging to the coordinates of the simulated straight lines from the section of the intensity pattern, which are further processed in the averaging 70 and squaring 71 for each straight line. The relative standard deviation a // is calculated for all straight lines and the straight lines are approximated to the interference lines in the section. The control circuit 74 generates an enable signal when the relative standard deviation cr // is the smallest for all straight lines. The straight line running through the center of the section is transmitted from the simulation computer 52 to the slope computer 53.

Im folgenden soll der Fall einer Tiefenänderung in der Übertragungsschicht beschrieben werden: Befindet sich der Meßort mit den Wandlern beispielsweise in einem Flachwassergebiet, das keine konstante Wassertiefe aufweist, so ist die Bestimmung der radialen Geschwindigkeitskomponente V_r aus der Zeitverschiebung τικ nicht mehr unabhängig vom Schiffsort und der am Schiffsort vorherrschenden Wassertiefe. s >The following describes the case of a change in depth in the transmission layer: If the measuring location with the transducers is, for example, in a shallow water area that does not have a constant water depth, the determination of the radial speed component V _r from the time shift τικ is no longer independent of the ship's location and the water depth prevailing at the ship's location. s >

Rg. 10 zeigt eine Prinzipskizze eines Flachwasserkanals, bei dem der Einfachheit halber eine kontinuierliche Tiefenvariation durch zwei Wassertiefen H\ und H₂ mit einem Sprung dargestellt wird. Anhand dieses Modells soll eine Korrektur der Geschwindigkeitsmessung erläutert werden. In diesem modellhaften Flachwasserkanal interferieren zwei Eigenwellen miteinander, die im Gebiet mit der Wassertiefe Hi eine Interferenzwellenlänge X\ und im Gebiet mit der Wassertiefe H₂ eine Interferenzwellenlänge X₂ aufweisen. Der Meßort 3 befindet sich im Gebiet mit der Wassertiefe Hu Befindet sich das Fahrzeug 1 im Bereich mit der Wassertiefe H_u so wird am Meßort 3 eine Zeitverschiebung τ/jci gemessen, die zusammen mit dem Abstand d der Wandler 4 und 5 gemäß Gleichung (B) auf Seite 54 die Fahrzeuggeschwindigkeit F_r = FliefertFig. 10 shows a basic sketch of a shallow water channel, in which, for the sake of simplicity, a continuous depth variation through two water depths H 1 and H _{2 is shown} with a jump. A correction of the speed measurement is to be explained on the basis of this model. In this model shallow water channel, two natural waves interfere with one another, which have an interference wavelength X \ in the area with the water depth Hi and an interference wavelength X ₂ in the area with the water depth H ₂ . The measurement site 3 is located in the region with the water depth Hu Located at the vehicle 1 _and in the region with the water depth H to a time shift τ / jci measured at the measuring point 3, together with the distance d between the transducers 4 and 5 in accordance with equation (B ) on page 54 the vehicle _{speed F r} = Fl Deliveries

Das Fahrzeug 1 legt beispielsweise mit seiner Fahrzeuggeschwindigkeit Fin einer Zeit t\ einen solchen Weg zurück, der gerade gleich der Interferenzwellenlänge X\ ist. Da das Fahrzeug 1 umgeben ist von seinem ■*> Interferenzfeld, wird ein Intensitätsmaximum im Bereich mit der Wassertiefe H₂ in der Zeit ii einen Weg Si zurücklegen, der kleiner ist als der Weg X\ und gerade gleich der Interferenzwellenlänge X₂ istThe vehicle 1, for example, with its vehicle speed Fin covers a distance t \ which is exactly equal to the interference wavelength X \ . Since the vehicle 1 is surrounded by its interference field, an intensity maximum in the area with the water depth H ₂ will cover a distance Si in time ii which is smaller than the distance X \ and is just equal to the interference wavelength X ₂

Befindet sich das Fahrzeug 1 im Bereich mit der Wassertiefe H₂, so wird mit Fahrzeuggeschwindigkeit Fein Interferenzmaximum in einer Zeit t₂ einen Weg entsprechend der Interferenzwellenlänge X₂ zurücklegen. Gemessen wird am Meßort 3, an dem aber in der gleichen Zeit t₂ ein Interferenzmaximum einen Weg entspre- ™ chend der Interferenzwellenlänge X\ mit einer gemessenen Geschwindigkeit F** zurückgelegt hat: X₁ = F** · h. Die Zeit t₂ bestimmt sich aus der Interferenzwellenlänge X₂ und der Fahrzeuggeschwindigkeit V undistIf the vehicle 1 is in the area with the water depth H ₂ , then at vehicle speed Fein interference maximum will cover a distance corresponding to the interference wavelength X ₂ in a time t _2. Measurements are made at measuring location 3, but at the same time t ₂ an interference maximum has covered a path corresponding to the interference wavelength X \ at a measured speed F **: X ₁ = F ** · h. The time t _{2 is} determined from the interference wavelength X ₂ and the vehicle speed V undist

Setzt man t₂ in die Gleichung für Xi ein, so erhält manSubstituting t ₂ into the equation for Xi , one obtains

yy VV γγ

Löst man diese Gleichung nach der gemessenen Geschwindigkeit F**auf, so erhält manIf this equation is solved for the measured speed F **, one obtains

X2X2

Aus der Zeitverschiebung τικ·; die am Meßort 3 gemessen wird, wenn sich das Fahrzeug 1 im Bereich mit derFrom the time difference τικ ·; which is measured at the measuring location 3 when the vehicle 1 is in the area with the

Wassertiefe Hz befindet, ist die gemessene Geschwindigkeit V** bekannt Diese gemessene Geschwindigkeit V**ist größer als die Fahrzeuggeschwindigkeit V, nämlichWater depth Hz is located, the measured speed V ** is known. This measured speed V ** is greater than the vehicle speed V, namely

^V - X₂ ' ^V - X ₂ '

wobei X\ < Xz ist.where X \ <Xz .

Aus dem o. g. Aufsatz von Weston ist bekannt, daß sich die Interferenzwellenlängen X\, Xz wie die Quadrate der Wassertiefen Hx, Hz verhalten:From the above article by Weston it is known that the interference wavelengths X \, Xz behave like the squares of the water depths Hx, Hz :

h \H₂ Jh \ H ₂ J

Es ergibt sich dann ein Schätzfehler für die Geschwindigkeit VzuAn estimation error for the speed Vzu then results

AVAV γ — γ**γ - γ ** τ AH τ AH (AH(AH γγ - — - - - - V**V ** γ**γ ** " H," H, U,U, ')') mitWith AH =AH = H-H₂.HH ₂ .

In den meisten Anwendungsfällen ist die relative Tiefenänderung ΔΗΙΗχ gering. Deshalb kann der zweite Term dieser Gleichung vernachlässigt werden. Man erhält einen vorzeichenrichtigen Korrekturfaktor, der allein > vom Gefälle des Bodens abhängt und gleich der doppelten relativen Tiefenänderung istIn most applications, the relative change in depth ΔΗΙΗχ is small. Therefore the second term of this equation can be neglected. A correction factor with the correct sign is obtained, which depends solely on the slope of the ground and is equal to twice the relative change in depth

Wegen der Änderung der Interferenzwellenlängen werden sowohl die Interferenzliniensteigung i'als auch die Zeitverschiebung τικ um den gleichen Faktor geändert. Da diese beiden Werte laut Gleichung (C) als Verhältnis in die Formel für die Entfernungsbestimmung eingehen und die übrigen Größen dieser Formel von der Tiefenvariation nicht beeinflußt werden, bedarf die Entfernung keiner Korrektur.Because of the change in the interference wavelengths, both the interference line slope i 'and the time shift τικ are changed by the same factor. Since these two values, according to equation (C), are included as a ratio in the formula for determining the distance and the other variables in this formula are not influenced by the depth variation, the distance does not require any correction.

jo Für die Berechnung des Geschwindigkeitswinkels α muß der Wert der Interferenzliniensteigung korrigiert werden. Es sei f* der gemessene Interferenzliniensteigungswert und t' der korrigierte Interferenzliniensteigungswert. Dann gilt folgende Korrektur:jo For the calculation of the speed angle α the value of the interference line slope must be corrected. Let f * be the measured interference line slope value and t ' the corrected interference line slope value. Then the following correction applies:

H₁ H ₁

Der Geschwindigkeitswinkel α wird dann mit der korrigierten Steigung der Interferenzlinie aus Gleichung (D) wie folgt berechnet:The speed angle α is then calculated with the corrected slope of the interference line from equation (D) calculated as follows:

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Claims

1. Procedure for the passive determination of target data, such as distance, vehicle speed and course, a self-generated wave energy radiating vehicle, in particular a watercraft, from a measuring location, in which the wave energy is received by transducers at the measuring location, into electrical received signals converted and from the received signals their direction of incidence against a reference direction as Bearing angle is determined, characterized in that the measurement location within a measurement area in a Transfer layer with dispersion properties for the wave energy emitted by the vehicle is that at least two transducers are arranged at a distance from each other at the measuring location that received signals of each transducer are continuously subjected to a frequency analysis and intensities in Depending on both the frequency and the time are stored that each from the stored intensities of the received signals of each converter through a predeterminable frequency range and a predeterminable time interval specific section is selected that within one of the Extracts from neighboring intensities of the same strength, frequency-dependent interference lines obtained

and the frequency change or slope of at least one of those in the cutout Interference lines is determined that there is also a mutual time shift of the intensity patterns in the It is determined in both sections that there is still a delay time difference between the received signals in one higher than the frequency range located frequency interval is measured and from this the bearing angle and its change over time is calculated that to determine the distance between the measuring location and Vehicle the values determined from the intensity patterns in the sections - namely the slope of the Interference line and time shift between the intensity patterns - divided and with the time difference be multiplied that to determine the vehicle speed, a radial speed component the vehicle speed from the quotient of the transit time difference and the time shift and a tangential speed component of the vehicle speed the product of the distance and the change in the bearing angle over time.

2. The method according to claim 1, characterized in that a third transducer is set up at the measuring location in such a way it is preferred that the three transducers in the transmission layer are parallel to their boundary plane Spanning an equilateral triangle that to determine the time shift and runtime difference Converters are used in pairs.

3. The method according to claim 2, characterized in that from the running time differences angle against the perpendicular to the distance between each transducer pair can be calculated that this angle is in Angular values are converted against a common reference direction and compared with one another and that the bearing angle is determined from the transit time differences which belong to angle values of the same size will.

4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the determined time differences and / or time shifts are compared with each other that to calculate the distance and the Vehicle speed the greatest difference in transit time with that from received signals of the same Converter pair determined time shift or the maximum time shift with that from received signals of the same transducer pair obtained is combined.

5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the same angle values associated runtime differences are compared with one another and from the smallest runtime difference the bearing angle and the change in the bearing angle over time is determined.

6. The method according to claim 5, characterized in that the course from the bearing angle plus one Velocity angle is determined between the radial velocity component and the Vehicle speed is.

7. The method according to claim 6, characterized in that the speed angle with the help of Arc tangent from the product of the slope, a factor and the change in the bearing angle over time is calculated.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the frequency range with its center frequency is determined in such a way that a modulation measure of the stored intensities is determined along each frequency track within the time interval and a range of adjacent frequency tracks, for which the frequency course of the modulation measure is above a threshold than Frequency range is selected.

9. The method according to claim 8, characterized in that the frequency interval for the bearing in one such a frequency spacing from the frequency range and its center frequency is chosen that phase velocities of waves within this frequency interval depending on the frequency approximately constant and equal to the propagation speed of the wave energy in the medium of the measuring area are.

10. The method according to claim 9, characterized in that the distance by the product of the slope, Runtime difference, propagation speed and factor divided by the time difference of the Intensity pattern of the received signals of the same transducer pair is calculated.

11. The method according to claim 10, characterized in that the radial speed component by the transit time difference multiplied by the propagation speed divided by the associated Time shift is specified and that the vehicle speed is determined by using the Pythagorean theorem from the radial and tangential velocity components by squaring, Summation and root extraction is calculated.

12. The method according to claim 10, characterized in that the interference wavelength of two in the Transmission layer of interfering natural waves depending on the frequency

is correct and its frequency derivative is formed at the center frequency that the factor is off the quotient of the interference wavelength at the center frequency and its derivative is formed.

13. The method according to claim 10, characterized in that the factor is equal to 1.l times the value of Center frequency of the frequency range is selected.

14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the time interval is proportional the interference wavelength of two natural waves interfering with one another in the transmission layer, which develop on the basis of the selected center frequency is selected and at least two interference lines included on the frequency track of the center frequency

15. The method according to claim 14, characterized in that the distance between the transducers is smaller than that half the interference wavelength of two natural waves interfering with one another in the transmission layer, which develop due to the selected center frequency is selected.

16. The method according to claim 15, characterized in that the transducers are arranged within the transmission layer at such a distance parallel to their boundary plane that due to Higher order eigenwaves within the section have more than two interference lines on the frequency track the center frequency are recorded.

17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that from the received signals each converter for frequency analysis of short-term power density spectra in predefinable time units are formed and based on a time base as intensities depending on the frequency be stored that the time base is rasterized in time units and the time interval is a predeterminable one Number of time units included

18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that the slope by approximation a straight line to the interference line is obtained.

19. The method according to claim 18, characterized in that within one by frequency and time units formed frequency-time coordinate system of the intensity pattern intensities along an arbitrary straight lines arranged in the cutout are measured that to approximate the straight lines to the Interference line rotates the straight line and shifts in time and / or frequency direction until the intensities measured along the straight line have the smallest deviation from one another.

20. The method according to claim 19, characterized in that within the frequency-time coordinate system of the intensity pattern intensities along a straight line arbitrarily arranged in the section be measured that to approximate the straight line to the interference line, the mean value of the intensities, which are measured along the straight line is formed by also squaring the individual intensities and are added and this sum is divided by the number of intensities measured that from this the relative standard deviation of the intensities from the mean is formed and that the smallest The deviation of the straight line from the interference line is reached when the relative standard deviation is the least

21. The method according to claim 19 or 20, characterized in that in the frequency-time coordinate system a pattern of a tuft of intersecting at -O.l times the center frequency Straight lines with equidistant intervals on the frequency track of the center frequency is created that coincide with the frequency track of the center frequency of the cutout and the pattern of the tuft along the Time base are shifted against each other until the individual straight lines of the tuft form the interference lines tangent and no longer intersect that the slope of the connecting line between the intersection of the Straight line and the center of the section indicates the slope of the interference line.

22. The method according to any one of claims 1 to 21, characterized in that the temporal intensity distribution in the section of the intensity pattern assigned to one transducer along each frequency track im predetermined frequency range with the temporal intensity distribution of the assigned to the other transducer Intensity pattern is correlated along the same frequency track over the entire time interval, that the correlation functions of all frequency traces are averaged and from the position of the maximum the averaged correlation function is used to determine the time shift.

23. The method according to claim 22, characterized in that in a measurement area with a change in depth between the boundary planes the determined radial speed component depends on the relative Change in depth related to the depth at the measuring location by twice the amount of the relative change in depth is corrected.

24. The method according to claim 23, characterized in that the slope with a squared quotient is multiplied from the depth at the location of the vehicle and the depth at the measurement location.

55 Description