DE3322500C2

DE3322500C2 -

Info

Publication number: DE3322500C2
Application number: DE3322500A
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. 2800 Bremen De Bendig; Gerhard Dipl.-Ing. 2800 Bremen Kracht, (Verstorben), De
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 1983-06-23
Filing date: 1983-06-23
Publication date: 1992-02-20
Also published as: FR2590679B1; BE900000A; DK165526C; NO842465L; NL8401997A; DE3322500A1; GB2186687B; IT1174179B; DK299884A; IT8421364A0; NO166104B; GB2186687A; NO166104C; DK165526B; FR2590679A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum passiven Bestimmen von Zieldaten eines Fahrzeugs von einem Meßort aus nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.The invention is based on a passive method Determining target data of a vehicle from one Measurement site according to the preamble of claim 1 Art.

Überall dort, wo Fahrzeuge beobachtet, überwacht, verfolgt oder bekämpft werden sollen, benötigt man 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 observed, monitored, you need to be persecuted or fought Measuring methods for detecting position, vehicle speed and course that work without treason. For example, in coastal protection passing watercraft monitoring a Coastal region by radar or on board Sonar equipment can not find order in case of an invasion defense measures targeted to initiate. Determining target dates in another measurement area, e.g. B. open sea area, serves in another military application the assessment of a combat situation and assessment 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. 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 Fahrzeuggeschwindigkeit 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 der 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.In waterborne sound engineering, for example the wave energy generated by the vehicle itself, namely the driving noise at the measuring location received is used to determine the target data will. Such a method is known from the German patent 8 87 926 known in which the course of a watercraft from three bearings is determined. Is also z. B. the vehicle speed of the watercraft due to its Estimated screw speed, so is distance and course predictable. On the other hand if the distance is specified, the unknown one Vehicle speed determined. In the early stages the evaluation of listening bearings is one The target track won in this way is still greatly affected by the Accuracy of initial estimates, namely distance or vehicle speed, depending. Only if at least after a self-maneuver three other bearings have been measured the unknown target data regardless of the estimates be calculated. All additionally determined Bearings compensate for the measurement errors and in the case of drawing solution methods on Plot table also compensates for drawing inaccuracies when setting the course by the Evaluator. With an automatic evaluation of the Bearing and calculating the target path using regression methods approaches the calculated one Target track to the real course more and more precisely, however, the result of the calculation can be considered a bearing with measurement errors be more adulterated than if the measurement error-prone Bearing would not be taken into account.

Auch ist aus dieser Patentschrift bekannt, eine Peilwinkelzeitkurve einer vorgegebenen Kurvenschar 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.This patent also discloses a Bearing angle time curve of a given family of curves to overlay the ratio of Vehicle speed and distance of the vehicle too determine. Such an evaluation is special time consuming and highly dependent on the Assessment of the evaluator so that it is slightly inaccurate Target data result. In addition, the number of measurements taken into account by manual evaluation highly limited.

In der deutschen Patentanmeldung P 32 00 820.1 ist ein Verfahren zur passiven Geschwindigkeitsbestimmung eines Ziels vorgeschlagen worden, das die Ausbreitung von Wellen in einem Übertragungsmedium mit Dispersionseigenschaften ausnutzt. In aller Regel besteht ein solches Übertragungsmedium aus einzelnen Schichten mit unterschiedlichen Übertragungseigenschaften für die vom Fahrzeug abgestrahlten Wellen. In einer der Schichten sind als Meßanordnung mindestens zwei Wandler installiert, die die vom Fahrzeug abgestrahlten Wellen in elektrische Empfangssignale umwandelt.In German patent application P 32 00 820.1 there is a Passive speed determination method of a It has been proposed that the spread of Waves in a transmission medium with Exploits dispersion properties. Usually exists such a transmission medium with individual layers different transmission properties for that of Vehicle emitted waves. Are in one of the layers installed at least two transducers as a measuring arrangement the radiated from the vehicle Waves in electrical reception signals converts.

Soll das Verfahren in der Luftfahrt zur passiven Messung der Geschwindigkeit 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 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.The process is intended in aviation for the passive measurement of the speed of aircraft or in the country to measure land vehicles, e.g. B. tanks are used, so are used as transducers in layers of the microphones Atmosphere or geophones used in soil layers, which is emitted due to the driving noise Sound energy in the transmission layer convert into electrical reception signals at the measuring location. The method can also be used be when the vehicle is electromagnetic Waves, e.g. B. light that emits into a transmission layer with dispersion properties, e.g. B. Ice layers, penetrates and spreads there.

Bei einem Einsatz in der Wasserschalltechnik zum passiven Bestimmen der Geschwindigkeit 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 dort beschriebene Verfahren einzusetzen, wenn im Wasser mehrere Schichtungen mit unterschiedlichen Übertragungseigenschaften zu verzeichnen sind. When used in of waterborne sound technology for passive determination of the Speed of watercraft are called converters two hydrophones in a water layer as a transmission layer arranged. In the simplest case is this transfer layer with dispersion properties a flat water sound transmission channel, short flat water channel, in which the water layer through parallel air and soil layers as boundary layers is limited and the properties of the Transmission medium, such as propagation speed, are almost constant. But it is also the same use the procedure described there if in the water several layers with different Transmission properties are recorded.

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 kann 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. 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.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, announced that the sound propagation in an shallow water source at deep Frequencies through an overlay of natural waves or fashions can be described. Descriptive can one look at such a physical model of the Imagine the propagation of sound so that the sound total in the shallow water channel on the water surface and is partially reflected on the ground, so that a zigzag spread of flat wave fronts over the distance. Above one critical cutoff frequency that is equal to the speed of water sound divided by about four times Is high, natural waves or so-called modes are formed out. The number of natural waves depends on the frequency of the radiated sound energy. Each when exceeding an odd multiple Another critical wave comes at the critical cutoff frequency added. The angle at which the wavefront reflected on the water surface or at the bottom grows with the atomic number of the natural waves. The wave fronts then run through you longer way and hit the boundary layers more often and experience a higher damping.

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.The eigen waves or fashions are solutions of one partial wave equation for the shallow water channel More precisely, it is the eigenfunctions of the shallow water channel in the horizontal direction. The Natural waves are cylindrical waves that are concentric move away from the sound source. You point in the direction of propagation, a period around the lower the frequency the higher the frequency is propagating sound wave. The phase velocity the natural wave depends on the frequency of the emitted sound and at higher Frequencies it approaches the speed of propagation in the water. The sound pressure curve in the vertical direction is from the atomic number dependent on the natural wave. On the water surface the sound pressure is zero, pointing at the floor it always has a finite size, the number of intermediate Zeroing is one less than the atomic number.

Durch Überlagerung mehrerer Eigenwellen entsteht im Flachwasserkanal ein Interferenzfeld. Dieses Interferenzfeld 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 größer.By superimposing several natural waves in the Flat water channel an interference field. This interference field builds up around the sound source. In radial The direction of the sound source is spatial fluctuations in amplitude to be recorded. The distance between the same extreme values is called the interference wavelength. This interference wavelength is depending solely on the properties of the shallow water channel and the frequency of the emitted sound, it becomes larger 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. When a watercraft is moving, sound turns into radiated and due to a wide frequency range of the developing natural waves an interference field in the shallow water channel. This interference field is with the watercraft as a sound source connected.

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 ", Admirality Research Laboratory, Teddington, Middlesex, 1971, reproduced by National Technical Information Service, describes a method with which transmission properties of a flat water channel examined will. A fixed hydrophone turns one receive broadband noise from a sound source. The sound source moves in a straight line Course first towards the hydrophone and then away from him. Be from the noise Spectrograms calculated in succession per time unit. The intensities of these spectrograms will be as a function of the frequency in gray tone columns shown. In each column, the respective Distance between hydrophone and sound source is assigned, a spectrogram is entered. The result is an intensity pattern that is fan-shaped runs to the hydrophone location. This shade of gray reflects the interference field that the sound waves of the radiated noise due to the Cause natural waves or modes to propagate.

Auch bei dem in der genannten Patentanmeldung angegebenen Verfahren zum Bestimmen der Geschwindigkeit 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.This also applies to the method for determining specified in the patent application mentioned the speed of a vehicle will be off the time course of the received signals each Converter for frequency analysis spectrograms created and spectral powers of the received signals each Spectrogram, for example as an intensity record stored above the frequency. The single ones Intensity records are their time of measurement assigned. As an intensity record, a Grayscale image can be generated. The saved ones Spectrograms form a two-dimensional intensity pattern within a Frequency-time coordinate system, one axis of which Frequency and its other axis of a time base is assigned and divided into time units, for example is.

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 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.One can say that the interference field with the vehicle is coupled and with approach speed or radial velocity component of the Vehicle speed is pulled over that converter. If the vehicle is on a course along the extension the connection line between the two transducers, each instantaneous value of the interference field is one converter and a little later from the other converter receive. The time difference between the sampled Interference fields are directly dependent on the Approach speed, it is the other way round proportional, namely the greater the lower the Approach speed or the radial Speed component of vehicle speed. This time difference is calculated using the Intensity pattern determined. The intensity pattern of the Both sections are in the time direction shifted against each other until they coincide. The for this the required time difference represents the desired size.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein passives Verfahren zum Bestimmen von weiteren Zieldaten eines selbstgenerierte Wellen abstrahlenden Fahrzeugs der eingangs genannten Art anzugeben, das eine Aufgabe der Entfernung und des Ortes eines Ziels von einem ruhenden Meßort aus, automatisch und ohne Schätzung von Anfangsbedingungen, wie z. B. Entfernung oder Fahrzeuggeschwindigkeit, innerhalb kürzester Zeit gestattet. The invention has for its object a passive Method for determining further target data self-generated waves radiating vehicle the Specify the type mentioned, which is a task of Distance and location of a destination from a resting one Location, automatically and without estimation of Initial conditions such as B. distance or Vehicle speed within a very short time allowed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the im Characteristic part of claim 1 specified features solved.

Aus der Spektralverteilung der abgespeicherten Spektren der Empfangssignale 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 Linien bilden, die im folgenden Interferenzlinien genannt werden. Sie 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 Steigerungen der Interferenzlinien 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.From the spectral distribution of the stored spectra According to the invention, the received signals are within a a section selected for the predeterminable frequency range, which differs from a predefinable one over a time interval Number of time units extends. Within the Neighboring intensities become the same Strength sought in the frequency-time coordinate system form continuous lines as follows Interference lines are called. You are on a course of the vehicle that leads over the measurement location, i.e. at a Overflow of the measuring site, almost straight, the fan-shaped run through the neckline. The origin of the fan is to be assigned to the measuring location. When walking past where the course of the vehicle is a transverse distance from the measurement location has a hyperbolic structure. The vertices of the hyperbolas mark the largest Approach to the measuring location. When the vehicle is at rest, it is received the converter per frequency a certain level and it a stripe pattern is created from longitudinal interference lines the individual frequency tracks in the section of the Intensity pattern. The slope of the interference lines is infinitely large. (The slope becomes relative to the Frequency axis measured). If the vehicle is driving, change it the level received per frequency over time. The Interference lines in the intensity pattern curve and their slope takes on finite values. The slope of the Interference lines depend on the Approach speed of the vehicle to the measuring location or the radial speed component of the Vehicle speed with respect to the measuring location. Approaches the vehicle the measurement site with large Approach speed, so are the increases Interference lines less than when the vehicle is off same distance with lower Approach speed would drive to the measuring location. The associated tangential velocity component of the Vehicle speed contributes to the formation of the Intensity pattern nothing at. Driving a vehicle in a circle at a constant vehicle speed around a converter around, a pattern of the stored is created Intensities that along the frequency tracks none Differences in intensity. Instead of the fan-shaped Intensity pattern creates a pattern of parallel Stripes running along the frequency tracks, such as if the vehicle was at rest. An additional one alone radial velocity component causes the Structuring the intensity pattern is fan-shaped. You can also imagine that Interference field due to concentric circles around the vehicle is characterized around, the the minima or maxima of the Interference waves at the distance of the interference wavelengths mark. The converter detects during a circular drive one and the same intensity of the interference field. Are only by a radial speed component alternating minimum and maximum of the intensities on Detectable converter.

Zur Ermittlung der Zieldaten wird in einem der Ausschnitte die Steigung mindestens einer der Interferenzlinien, vorzugsweise der durch die Mitte des Ausschnitts verlaufenden Interferenzlinie gemessen. Außer der Steigung der Interferenzlinien wird die Zeitverschiebung der Intensitätsmuster aus beiden Ausschnitten der Peilwinkel und seine zeitliche Änderung bestimmt und daraus die Zieldaten des Fahrzeugs gemäß Anspruch 1 berechnet. Die radiale Geschwindigkeitskomponente ist gleich dem 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 tangentiale Geschwindigkeitskomponente erhält man durch Multiplikation der Entfernung mit der zeitlichen Änderung des Peilwinkels.To determine the target data, one of the sections the slope of at least one of the interference lines, preferably that through the middle of the neckline measured interference line. Except for the The slope of the interference lines becomes the time shift the intensity pattern from both sections of the Bearing angle and its change over time determined and therefrom the target data of the vehicle according to claim 1 calculated. The radial velocity component is equal to the quotient of the time difference and Time difference multiplied by the Speed of propagation of wave energy in the medium. The distance between the vehicle and the measuring location is thereby determines that the slope with the transit time difference and the speed of propagation of the wave energy multiplied and by the time difference is divided. The tangential velocity component is obtained by multiplication 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 des 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 ist.The advantages of the method according to the invention lie in that immediately after the detection of the Vehicle generated and radiated wave energy the target data are determined continuously can. The intensity pattern shows whether there is only ambient noise is received by the transducers or a vehicle has entered the measurement area because in in the latter case, a structuring directly of the random looking intensity pattern takes place and lines of interference form. As soon as interference lines can be identified, it is possible to Measure slope and time shift. At the the simplest is the slope of an interference line by approximating a straight line and the time shift between the interference patterns of the two Excerpts can be determined using the correlation technique. Another advantage is that during a movement of the vehicle Determination of the target data from the stationary measuring location without Self-betrayal, namely without broadcasting your own transmission energy or own maneuvering is possible so that the vehicle is monitored by on board measuring systems can not perceive. Surveying work for installing the measuring system become superfluous when the target data of the vehicle interested in the measurement location. The dimensions the measuring arrangement at the measuring location are advantageous much less than the measurement area, the be monitored with the method according to the invention can. When using the method according to the invention in waterborne sound engineering is the measuring arrangement with their hydrophones, for example a stationary ship or a submarine as an observation station installed or on multiple buoys or a rod that is laid out on the seabed is.

Von ganz besonderem Vorteil ist es, daß die Genauigkeit der Bestimmung von Entfernung und Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängig von der Distanz zwischen Meßort 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 Fahrzeuggeschwindigkeit kann natürlich nur angegeben werden, wenn sie innerhalb des Zeitintervalls nahezu konstant war.It is particularly advantageous that the accuracy determining distance and vehicle speed regardless of the distance between Measurement site and vehicle is and with the detectability the first measurement can also be made. In addition, the determination of the target data is independent from the course of the vehicle. They are the same Way in an overflow where the course over the Measurement site leads away, as with a passing which the course passes at a transverse distance from the measuring location, determinable. It is also advantageous that maneuvers of the vehicle does not determine the target data affect if the radial velocity component only insignificantly within the time interval changes. The determination of distance and Vehicle speed is also advantageous completely independent of the movement behavior of the Vehicle in previous time intervals and in subsequent time intervals, prehistory or future driving behavior will not go into it the measurement. When using the invention Procedural one is able to always keep the current one Determine a vehicle's target data, too if the vehicle has any courses with changing Vehicle speeds through. The vehicle speed can of course only 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 invention Method according to claims 2 and 3 a third transducer is set up at the measurement location in order to provide clear Obtain direction finding results. The converters will in pairs to determine the runtime differences used. The runtime differences become Angle against the perpendicular to the distance calculated each pair of transducers and these angles in Angular values against a common reference direction converted. The bearing angle is derived from the runtime differences determines the angle values of the same size belong. This is a so-called mirror bearing locked out.

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 Interferenzlinie 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.According to an advantageous development of the invention The method according to claim 4, the determined transit time differences compared and selected the converter pair, whose Receive signals have the greatest difference in transit time. The received signals from this pair of transducers are used to determine the time shift of the frequency analysis subject. The from the intensity patterns the received signals of this pair of transducers determined time difference and the runtime difference their received signals are used for determination the radial velocity component and the Distance combined. From the intensity patterns of these receive signals is either the slope of the interference line in the middle one of the two clippings won or it will the arithmetic mean of the slopes of the in two cutouts through the middle of the cutout extending interference lines.

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.It is also possible instead of the runtime differences the received signals of each pair of transducers the time shift to compare the intensity pattern and the received signals of that converter pair for evaluate the bearing angle and time shift calculation, whose intensity pattern is the largest time shift 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 Wandlerpaares zwar ein strukturiertes Intensitätsmuster, ein Vergleich der beiden Intensitätsmuster zum Bestimmen der 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.By the selection process according to claim 4 Intensity pattern of the received signals of that Converter pair evaluated, its connecting line with the connection between the measuring location and the vehicle on best matches. In the same direction from Vehicle to the measurement location also has the radial speed component the vehicle speed that the formation of the interference lines and the time difference the intensity pattern in the cutouts evokes. The advantage of the invention The method of claim 4 is that the received signals of the converter pair evaluated be the most accurate for determining of distance and vehicle speed, because the time shift to be measured is greatest between the two. This time difference includes the time axis of the grid Frequency-time coordinate system in time units the largest number of time units and ensures that the relative error is the smallest. Another advantage is that even then a determination the target data is possible when the vehicle on a course along a perpendicular bisector the connecting line of one of the pairs of transducers becomes. In this course, the reception signals deliver this pair of transducers is a structured one Intensity pattern, a comparison of the two intensity patterns to determine the time shift shows that the intensity pattern is identical are and no time difference against each other have because both transducers the same at the same time Scan the interference field. By spreading of three converters and the pairwise evaluation of their Receive signals is a clear determination of all Target data always guaranteed because one of the three pairs of transducers always have such an orientation, that a clear 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.After a further development of the method according to the invention according to claim 5, the bearing angle from the Received signals of the pair of transducers determined, that have the smallest runtime difference. This pair of converters delivers compared to the others the greatest measurement accuracy.

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.It is advantageous with the method according to the invention possible to determine the course of the vehicle the one hand by the bearing angle between the measuring point and vehicle and on the other hand from a speed angle is determined as stated in claim 6 becomes. The speed angle is between the radial velocity component, the Direction to the reference direction includes the bearing angle, and the vehicle speed that points in the direction of the course. The course is out the sum of the bearing angle and the speed angle certainly. The speed angle is either from the ratio of the tangential and radial Speed component of vehicle speed calculated or according to an advantageous Further development of the method according to the invention according to claim 7 by the Arcus Tangens from the product of slope and change over time the bearing angle taking into account a Factor determined. The advantage of the procedure according to claim 7 is that not only Speed components to be determined yourself need, 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 course is calculated can be.

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 ist.According to an advantageous development of the invention Procedure according to the characteristics of the Claim 8 is only frequency energy for frequency analysis in a frequency range around a center frequency evaluated, which is in the form of fashions spreads and interference within the transmission layer evokes. This frequency range is determined by the fact that along each frequency track a kind of modulation of the intensities over the Time determined and a modulation measure from it is determined. This modulation measure would Are more sinusoidal and not stochastic Processes the degree of modulation known in the literature be. The modulation measure indicates how pronounced the natural waves in the transmission layer spread out and detect their interference is. The frequency range is in the lower Part of the frequency spectrum of the received signals since because of the attenuation in the transmission layer only Natural waves of lower frequency over long distances are measurable and because of the small interference wavelength the intensity pattern in this frequency range is finely structured.

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, by that the variance of intensities on everyone Frequency track is found and the variance on the squared mean of all stored there Intensities related and reduced by the number one becomes. 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 modulation measure along a frequency track is only then large when the received signal is transmitted due to natural waves, above the ambient noise level lies. Then arise on the frequency tracks Intensity extremes at a distance of half the interference wavelength on the frequency track. Through interference in the propagation of the natural waves can the modulation measure is strong at some frequencies decrease so that there is no continuous line of interference or no equally structured intensity patterns the received signals of both transducers found can be. Therefore, a coherent is advantageous Area of adjacent frequency tracks selected as the frequency range for which the determined preferably smoothed over frequency Course of the modulation measure over a specifiable Threshold lies in order with the greatest possible security the slope of interference lines and the Time shift of the intensity pattern in the two Being able to determine cutouts.

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 invention Method according to the features of claim 9 the received signals will be higher in one located frequency interval as the frequency range evaluated with regard to their runtime difference, to determine the bearing angle. Eigen waves the bearing cannot in this frequency interval falsify, since their phase velocities approximate equal to the speed of propagation are.

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, they work for determining the Slope and time shift desired transmission properties the transfer layer that for a propagation of natural waves and their interference care for the bearing disruptive. By the invention Selection of frequency range and frequency interval is an optimal adjustment of the measurement to the transmission properties have 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 1,1fachen 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 Mechanismus der Übertragungsschicht gar nicht notwendig ist, um diesen Faktor zu bestimmen, sondern daß die Näherung durch den 1,1fachen Wert der Mittenfrequenz bereits gute Meßergebnisse liefert.The calculation rules, according to which distance and Vehicle speed obtained from the measured variables the further 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, resulting from the emitted wave energy the center frequency of the frequency range, and its frequency derivative is calculated or according to the features of claim 13 the same 1.1 times the center frequency of the frequency range is fixed. This factor is typical for the propagation properties of the transmission layer and can be determined before the start of the measurement or be fixed. Numerous attempts have shown that the exact knowledge of the mechanism the transmission layer is not necessary at all is to determine this factor, but that the approximation is 1.1 times the value of the Center frequency already provides 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. Die 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 Bereich 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.Is a fan-shaped structure of the intensity pattern become recognizable, so it is a sure one Sign that a detectable sound source has entered the measurement area. Of course is an immediate measurement of the target data until the vehicle approaches the measuring point of interest. The slope of a recognizable Line of interference at a point of frequency-time Coordinate system of the interference pattern is however can only be determined if part of the interference line is clearly pronounced. The earliest time to determine the slope of the interference line is given if the time interval according to claim 14 is selected so that at least two intensity maxima on the frequency track of the center frequency are recorded. With this dimensioning is achieved in a frequency range and time interval defined section a pronounced intensity pattern is also for a comparison of the clippings sufficiently good in terms of their time difference is structured. Of course you can too with smaller or larger time intervals measurement results be achieved. But you run at too small a time interval danger, not enough finely structured intensity pattern in the to get upper range of the frequency range because there is no maximum or minimum intensity more is captured. If the time interval selected is too large can possibly no longer assume be that the vehicle during this measurement period drives at almost constant vehicle speed, so that then an indication of the current level of Vehicle speed can no longer be made can.

Der Abstand der Wandler wird genauso wie das Zeitintervall abhängig von den Übertragungseigenschaften der Übertragungsschicht gewählt und gemäß den Merkmalen des Anspruchs 15 dem zu erwartenden Interferenzfeld angepaßt. Die dort angegebene Dimensionierung 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 km 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.The distance between the transducers becomes the same as the time interval depending on the transmission properties selected the transmission layer and according to the Features of claim 15 the expected interference field customized. The dimensioning specified there a distance of the transducers depending on the interference wavelength of two interfering ones Natural waves ensures that the intensity pattern partially in the two sections overlap and correlate the intensity patterns is noticeable. When used in the waterborne sound technology results, for example in a shallow water channel with a depth of approx. 40 m and a center frequency of 300 Hz Distance of approx. 100 m for reasonable measurement results to obtain. It can be seen from this that the Transducers at the measurement site are closely adjacent to each other measuring area to be monitored can be arranged, which can be more than 10 km long. Experiments in waterborne sound engineering have shown that a time interval of less than 200 s is sufficient the first measurement of a slope of a Interference line. As a frequency range has a bandwidth of 200 Hz around the center frequency of 300 Hz proved to be advantageous. The first target data of a vehicle that is the measurement location approaching, so after about 3 minutes at the measuring location be determined in terms of distance, vehicle speed and course after the vehicle was detected. More information about movement behavior are from then on during the entire approximation phase of the vehicle when driving over or passing through the measuring location and until it leaves the measuring area, until the vehicle is no longer detectable is 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.By dimensioning the distance between the transducers and the time interval depending on the transmission properties in the measurement area, the measurement method the mechanism of the formation of the intensity pattern adjusted, which optimizes the measurement results is achieved.

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 aufgebaut 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.Particularly advantageous for the determination of the target data it is when the intensity pattern is as possible are slender, because then the time is particularly good Shift of the intensity patterns in the is to be detected in both sections. After a advantageous development of the invention The method of claim 16 is an improvement to achieve that the converter within the Transmission layer parallel at such a distance be interpreted at the border level at which the Eigenfunctions in the vertical direction no zero have and the interference field of possible many natural waves also of higher order becomes. This distance can be determined that a transducer within the transfer layer different positions below the boundary level in the transfer layer and every time the interference pattern of a noise source is recorded becomes. The optimal distance is then found if most of the lines of interference in the cutout lie. The eigenfunctions of the transmission layer are also approximately easy to calculate. The distance can also be derived from this estimate for the transducer arrangement.

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 Normalisierung 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 buckelförmigen 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.The vehicle uses the target data to determine it radiated wave energy of a frequency analysis subjected and derived a noise spectrum from it, for example in the form of a short-term power density Spectrum according to claim 17. Preferably the noise spectrum of the vehicle is evaluated in such a way that there is then a constant over frequency Would have value if there were no natural waves the spread of wave energy. Such a calculation method for the corresponding normalization of a noise spectrum is, for example in a report BL 4556, Krupp Atlas-Elektronik, "Detection of several fundamental frequencies periodic signals in colored noise "by G. Hermstrüwer, 1976. Turns this method, for example, on ship noises whose noise spectrum is above frequency has a hump-shaped course, so the hump is smoothed and it sets in constant value of the spectrum over the frequency a. Only at the moment when the spread of the Wave energy is generated by natural waves over the frequency minima and maxima in the spectrum out.

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 invention The method of claim 18 Slope of the interference line won by that the interference line approximates by a straight line and the slope of the straight line Indicates the slope of the interference line. The approximation is reached when the straight line is No longer intersects the interference line in the cutout, if there are no intensity maxima or minima more can be found on the straight line and thus the straight line touches the interference line, or distances of the straight line from the interference line a minimum in the frequency-time coordinate system are. This method is particularly easy with the help of a computer through regression calculation realize.

Zur Bestimmung der Steigung der Interferenzlinie innerhalb des Frequenz-Zeit-Koordinatensystems des Intensitätsmusters einer der Ausschnitte wird nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen 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, so 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. To determine the slope of the interference line within the frequency-time coordinate system of the Intensity pattern of one of the cutouts is made after an advantageous development of the invention Method according to claim 19 a straight line Arbitrarily arranged in and along the cutout The intensities are measured straight. For approximation the line is rotated and for so long shifted in time or frequency direction until the measured intensities are all the same. Then the line approximates an interference line. Should the straight line be one formed from intensity maxima Approximate the interference line, so it must be rotated and / or moved until the intensities are all the same size and for example neighboring maximum values within of the detail. This ensures that the intensities measured along the straight line actually on the same interference line belong because they are all adjacent to each other and form a continuous line. To explain this procedure, a three-dimensional coordinate system with a frequency axis, a time axis and perpendicular to this level of an intensity axis. The Intensities are then shown as a relief over the frequency Time level shown. Interference lines are contour lines in this relief. Through the straight line a cut is made through the height profile. If all intensities along the straight line are the same the line lies on a contour line and approximates an interference line. If everyone Intensities along the straight line are maximum values, the line lies on a ridge. The interference lines are in an overflow until reached of the measuring point approximately straight, at one Passing, where the course of the vehicle is one Has transverse distance to the measurement site, hyperbolas, the Part the closest approach of the vehicle mark to the place of measurement. The interference lines point at subsequent expiration or removal slope of the vehicle reversed from the measuring point 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 ist.An advantageous way to calculate the Approximation is an advantageous further development of the inventive method according to claim 20 at. Along any one frequency Straight line system arranged the time coordinate system Intensities measured and their mean value formed. Also, these are individual intensities squared, the sum of the squared intensities formed and by the number along the straight line intensities measured in the section divided. It will be the difference between this result and that squared mean, squared and divided by the mean. This arithmetic operation returns the relative standard deviation of the Intensities along the straight line from their mean. The straight line approximates the interference line the more accurate the smaller the relative standard deviation is she will be in frequency-time for so long Coordinate system rotated and shifted until the relative standard deviation is a minimum.

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 -0,1fachen 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 measuring certainty after 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, which are all at -0.1 times the value of Cut center frequency. These lines show the frequency track of the center frequency equidistant Distances on. The tuft is at its intersection shifted in the time direction until it best approximates the interference lines in the section and the lines of interference no longer cuts, but affects. Then will a connection between the middle the section and the intersection of the straight line established and the slope of this connection measured the slope of the interference line to determine the target data. Through the Applying a tuft of straight lines becomes one Averaging the slope of the interference lines, which is a statistically more reliable measurement the desired slope of the interference line delivers.

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 is after an advantageous development of the invention The method of claim 21, the comparison the intensity pattern of the received signals of both Converters performed using correlation technology. The particular advantage is that automation in this signal processing is possible 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 invention is based Procedure on the mechanism of 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 is developing natural waves not only dependent from the radiated frequency, but also from the depth of the shallow water channel or the vertical Extension of the transfer layer to their Boundary levels. If there is a gradient within the measurement area, d. H. if the depth is not constant, there may be errors in determining the time shift the intensity pattern and the slope of the interference lines come when the vehicle is located at a point the depth of the depth of the measurement site differs.

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 invention The method of claim 22 is the determined radial velocity component of the Vehicle speed by twice the amount corrected the relative change in depth in the measurement area. Since these are only relative sizes, does not need to know the depth itself be. It only takes the slope of the floor Correction to be used when measuring the parameter of the shallow water channel is easily determined can be.

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 travels with the vehicle speed in a time that corresponds to an interference wavelength. Depending on the depth of the shallow water channel, the interference wavelengths differ, namely the flatter the shallow water channel, the shorter the distance between two interference maxima. If the watercraft is in a flatter area than at the measurement location, the interference maximum will travel a greater distance at the measurement location than at the ship location, since no gaps can arise in the structure of the interference field and the interference field solely by the channel parameters and not by the Watercraft is determined. The measured time shift is therefore smaller and the vehicle speed determined from it is 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 berechnet.The slope of the interference line will be the same Affected by changes in depth in the measurement area. Because in the distance determination the ratio from slope and time difference, is the distance is always correct, even if the depth changes determined and need not be corrected. The Velocity angle is adjusted using the the development of the method according to the invention slope value corrected according to claim 24 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 Fahrtgeräusches in Boden- oder Luftschichten mit Dispersionseigenschaften eindringen und sich Eigenwellen ausbilden.The mode of operation of the method according to the invention is preferred here for use in waterborne sound engineering described. Are in the same way passive measurements of the target data of a vehicle monitoring roads on land and in the air possible in areas where sound waves of driving noise in soil or air layers with dispersion properties penetrate and form natural waves.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:The invention is illustrated in the drawing Embodiments in more detail below described. Show it:

Fig. 1 eine Meßsituation für das Verfahren zum Bestimmen von Zieldaten von einem Meßort aus, Fig. 1 is a measurement situation of the method for determining target data of a measurement location of,

Fig. 2 ein Blockschaltbild, in dem das Verfahren realisiert wird, Fig. 2 is a block diagram in which the method is realized,

Fig. 3 eine Skizze zur Erläuterung des Verfahrens bei einem Überlauf und speziellem Vorbeilauf relativ zum Meßort, Fig. 3 is a sketch for explaining the process in case of overflow and a special passage of relative to the measurement 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 of an embodiment shown in Fig. 2 intensity pattern unit,

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

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

Fig. 8 eine geometrische Übersichtsdarstellung zur Erläuterung des Verfahrens bei einem Kurs des Fahrzeugs, der querab zum Meßort verläuft, Fig. 8 is a geometric illustrative view for explaining the process at a rate of the vehicle which extends abeam to the measurement location,

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

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

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 V 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 V und ihre zwei senkrecht zueinander stehenden Geschwindigkeitskomponenten, nämlich die radiale Geschwindigkeitskomponente V_r und die tangentiale Geschwindigkeitskomponente V_ϑ sind dargestellt. Die radiale Geschwindigkeitskomponente V_r liegt in Richtung 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 d und der Entfernung zwischen Meßort 3 und Fahrzeug 1 unrealistisch dargestellt. Die Entfernung zwischen Fahrzeug 1 und Meßort 3 ist in der Regel um mehrere Ordnungen größer als der Abstand d der Wandler 4, 5, 6. Die Wandler 4, 5, 6 empfangen das vom Fahrzeug 1 abgestrahlte Fahrtgeräusch und wandeln es in Empfangssignale um. Laufzeitunterschiede τ₁, τ₂, τ₃ zwischen Empfangssignalen jeweils zweier Wandler 4, 5 bzw. 5, 6 bzw. 4, 6 werden ermittelt. Aus den Laufzeitunterschieden τ₁, τ₂, τ₃ werden Winkel ϑ_i, ε_i (i = 1, 2, 3) gegen die Mittelsenkrechte auf die Verbindung des jeweiligen Wandlerpaares errechnet. Diese Winkel ϑ_i, ε_i sind gleich dem Arcus Sinus des Laufzeitunterschieds τ_i geteilt durch einen maximalen Laufzeitunterschied τ_max = , wobei d der Abstand und c die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Medium sind. Für jeden Laufzeitunterschied τ₁, τ₂, τ₃ ergeben sich zwei Winkel ϑ_i und ε_i, wie in Fig. 1 eingetragen. Der Winkel ϑ_i liegt zwischen der Mittelsenkrechten und einer Verbindung zum Fahrzeug 1, gemäß Fig. 1, der Winkel ε_i 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 ϑ₁, ε₁ werden aus Laufzeitunterschieden τ₁ der Empfangssignale an den Wandlern 4 und 5 berechnet. Winkel ϑ₂, ε₂ aus Laufzeitunterschieden τ₂ zwischen den Empfangssignalen der Wandler 5 und 6 und die Winkel ϑ₃ und ε₃ werden aus Laufzeitunterschieden τ₃ der Empfangssignale an den Wandlern 4 und 6 ermittelt. Um aus den Winkeln ϑ_i und ε_i diejenigen Winkel ausscheiden zu können, die in Richtung zu spiegelbildlichen Zielen weisen, werden die Winkel ϑ_i und ε_i in Winkelwerte relativ zur Bezugsrichtung N umgerechnet. Dazu wird jeweils ein Winkel β_i mit entsprechender Indizierung, der zwischen Mittelsenkrechten und Bezugsrichtung N eingezeichnet ist, berücksichtigt. Die ermittelten Winkelwerte (ϑ_i-β_i) bzw. (ε_i-β_i) werden miteinander verglichen. Aus gleichen Winkelwerten (ϑ₁-β₁) ≈(ϑ₂-β₂) ≈ (ϑ₃-β₃) wird der Peilwinkel ϕ gegen die Bezugsrichtung bestimmt, ϕ = 360°-(ϑ₁-β₁). Die Winkel ϑ_i, ε_i und β_i sind in mathematisch positivem Sinne eingezeichnet, der Peilwinkel ϕ und der Kurswinkel γ werden üblicherweise als rechtweisend angegeben, d. h. in mathematisch negativem Sinne. Folgende Tabelle veranschaulicht die Ermittlung des Peilwinkels: Fig. 1 of the method is used to explain for determination of target data of a vehicle 1, which passes on a course 2 at a measuring location 3 at a vehicle speed V. The course runs at a course angle γ with respect to geographical north, which is referred to below as the reference direction N. The vehicle 1 is located with respect to the measurement location 3 at a bearing angle ϕ, which is entered as a legal bearing with respect to the north. The vehicle speed V and its two mutually perpendicular speed components, namely the radial speed component V _r and the tangential speed component V _ϑ are shown. The radial speed component V _r lies in the direction of the connecting line between the vehicle 1 and the measurement location 3 . At the measuring point 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 d and the distance between the measuring location 3 and the vehicle 1 are shown unrealistically. The distance between vehicle 1 and measuring location 3 is generally several orders greater than the distance d between transducers 4, 5, 6 . The converters 4, 5, 6 receive the driving noise emitted by the vehicle 1 and convert it into received signals. Runtime differences τ ₁ , τ ₂ , τ ₃ between received signals from two converters 4 , 5 and 5, 6 and 4, 6 , respectively , are determined. From the transit time differences τ ₁ , τ ₂ , τ ₃ , angles ϑ _i , ε _i (i = 1, 2, 3) are calculated against the perpendicular bisector on the connection of the respective transducer pair. These angles ϑ _i , ε _i are equal to the arc sine of the transit time difference τ _i divided by a maximum transit time difference τ _max =, where d is the distance and c is the velocity of propagation in the medium. For each transit time difference τ ₁ , τ ₂ , τ _{3 there} are two angles ϑ _i and ε _i , as entered in FIG. 1. The angle ϑ _i lies between the perpendicular and a connection to the vehicle 1 , according to FIG. 1, the angle ε _i characterizes the so-called mirror bearing and simulates a target bearing in which the supposed target is the true target mirrored on the connecting line between the transducers is. The angles ϑ ₁ , ε ₁ are calculated from transit time differences τ _{1 of} the received signals at the converters 4 and 5 . Angle ϑ ₂ , ε ₂ from transit time differences τ ₂ between the received signals of transducers 5 and 6 and angles ϑ ₃ and ε ₃ are determined from transit time differences τ ₃ of received signals at transducers 4 and 6 . In order to be able to separate from the angles ϑ _i and ε _i those angles which point in the direction of mirror-image targets, the angles ϑ _i and ε _{i are converted} into angle values relative to the reference direction N. For this purpose, an angle β _i with corresponding indexing, which is drawn in between the perpendicular and the reference direction N, is taken into account. The determined angle values (ϑ _i -β _i ) and (ε _i -β _i ) are compared with one another. The bearing angle ϕ against the reference direction is determined from the same angle values (ϑ ₁ -β ₁ ) ≈ (ϑ ₂ -β ₂ ) ≈ (ϑ ₃ -β ₃ ), ϕ = 360 ° - (ϑ ₁ -β ₁ ). The angles ϑ _i , ε _i and β _i are drawn in a mathematically positive sense, the bearing angle ϕ and the heading angle γ are usually given as legal, ie in a mathematically negative sense. The following table illustrates the determination of the bearing angle:

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

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 τ₁, τ₂, τ₃ der Empfangssignale jeweils zweier Wandler 4, 5 bzw. 5, 6 bzw. 4, 6 ermittelt. Aus den Laufzeitunterschieden τ₁, τ₂, τ₃ werden Winkel ϑ_i und ε_i gegen die Mittelsenkrechte auf die Verbindung des entsprechenden Wandlerpaares in nachgeschalteten Winkelrechenstufen 13, 14, 15 ermittelt. In Differenzstufen 16, 17 und 18 werden Winkelwerte (ϑ_i-β_i) und (ε_i-β_i) zu jedem Wandlerpaar ermittelt. Die Differenzstufen 16, 17, 18 sind mit einem Bezugswinkelgeber 19 verbunden, der die drei Winkel β₁, β₂, β₃ zwischen der Bezugsrichtung N und der Mittelsenkrechten jedes Wandlerpaares bereitstellt. In einer nachgeschalteten Vergleichsstufe 20 werden die so ermittelten Winkelwerte (ϑ_i-β_i) und (ε_i-β_i) verglichen und derjenige Winkelwert ausgegeben, der als Differenzwert dreimal in gleicher Größe auftritt. Dieser Winkelwert (ϑ_i-β_i) wird zur Berechnung des Peilwinkels ϕ benötigt. Fig. 2 shows a block diagram of an apparatus for practicing the method. To determine the bearing angle ϕ, the transducers 4, 5 and 6 are followed by high-pass filters 7, 8 and 9 , via which the received signals from the transducers 4, 5 and 6 are switched through to transit time computing stages 10, 11 and 12 . The transit time differences τ ₁ , τ ₂ , τ _{3 of} the received signals of two converters 4, 5 and 5, 6 and 4, 6 , respectively , are determined in the transit time arithmetic stages 10, 11, 12 . From the transit time differences τ ₁ , τ ₂ , τ ₃ , angles ϑ _i and ε _{i are determined} against the perpendicular bisector on the connection of the corresponding transducer pair in downstream angle computing stages 13 , 14, 15 . In differential stages 16, 17 and 18 , angle values (ϑ _i -β _i ) and (ε _i -β _i ) for each pair of transducers are determined. The differential stages 16, 17 , 18 are connected to a reference angle transmitter 19 , which provides the three angles β ₁ , β ₂ , β ₃ between the reference direction N and the perpendicular bisector of each transducer pair. In a downstream comparison stage 20 , the angle values (ϑ _i -β _i ) and (ε _i -β _i ) determined in this way are compared and the angle value that occurs three times in the same size as the difference value is output. This angle value (ϑ _i -β _i ) 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 Laufzeitunterschiede τ₁, τ₂, τ₃ 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 ϕ 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 τ₃ werden in einer weiteren Winkelrechenstufe 22 die Winkel ϑ₃ und ε₃ ermittelt. In einer nachgeschalteten Differenzstufe 23, die mit dem Bezugswinkelgeber 19 verbunden ist, werden unter Berücksichtigung des Winkels β₃ zwischen Bezugsrichtung N und Mittelsenkrechten die Winkelwerte (ϑ₃-β₃) und (ε₃-β₃) berechnet und mit dem Ausgangssignal der Vergleichsstufe 20 in einem Vergleicher 24 verglichen. Der Winkelwert (ϑ₃-β₃) erscheint am Ausgang des Vergleichers 24 und wird in einer nachgeschalteten Subtraktionsstufe 25 von 360° abgezogen, die den Peilwinkel ϕ = 360°-(ϑ₃-β₃) liefert.In order to ensure the most accurate determination of the bearing angle ϕ, a minimum detector 21 is connected downstream of the transit time calculation stages 10, 11 and 12 , in which it is determined which of the three transit time differences τ ₁ , τ ₂ , τ ₃ is the smallest in terms of amount. If the vehicle 1 is exactly on the perpendicular to the connection of one of the pairs of transducers, the runtime difference would be zero. Since the sine of the bearing angle ϕ depends on the transit time difference, the calculation of the bearing angle ϕ is the more accurate, the smaller the deviation of the bearing angle ϕ from the perpendicular, since the sine exhibits the greatest changes in its function value in the area around its zero point. The angles ϑ ₃ and ε _{3 are} determined from the minimal transit time difference τ ₃ in a further angle calculation stage 22 . In a downstream differential stage 23 , which is connected to the reference angle transmitter 19 , the angle values (ϑ ₃ -β ₃ ) and (ε ₃ -β ₃ ) are calculated taking into account the angle β ₃ between the reference direction N and the perpendicular bisector and with the output signal of the comparison stage 20 compared in a comparator 24 . The angle value (ϑ ₃ -β ₃ ) appears at the output of the comparator 24 and is subtracted from 360 ° in a subsequent subtraction stage 25 , which provides the bearing angle ϕ = 360 ° - (ϑ ₃ -β ₃ ).

Zum Bestimmen des Peilwinkels ϕ 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 Phasengeschwindigkeiten 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 ϕ, the received signals from the converters 4, 5, 6 are first filtered as described in high-pass filters 7, 8, 9 . In order to ensure the most accurate determination of the bearing angle das, the received signal may only be evaluated 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, the phase velocities are also approximately equal to the propagation velocity 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 Bandbegrenzung kann das Nutz-/Störverhältnis verbessert werden.The lower limit frequency of these high passes 7, 8, 9 is adapted to the requirements just described. Instead of the high passes 7, 8, 9 , band passes can also advantageously be used. The useful / interference ratio can be improved by the upper band limitation.

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 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_r der Fahrzeuggeschwindigkeit V verursacht.The transducers 4, 5 and 6 are each connected to an intensity pattern unit 30, 31, 32 . The received signals are 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. The result is an intensity pattern as a function of the frequency and the time, which, when the wave energy emitted by the vehicle 1 propagates in the form of natural waves and the movement of the vehicle 1, has a fan-shaped or hyperbolic shape of the same intensity. In each intensity pattern unit 30, 31, 32 , a section of the intensity pattern over a predefinable frequency range and a selectable time interval is created at the same time. These sections show the same patterns with a time difference. The time shift is caused, inter alia, by the radial speed component V _{r of} the vehicle speed V.

Anhand von Fig. 3 wird die Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit V erläutert, 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_r, nämlich mit der Annäherungsgeschwindigkeit V_a, die gleich der radialen Geschwindigkeitskomponente V_r ist. Die tangentiale Geschwindigkeitskomponente V_ϑ 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 V_a = V_r = V abhängt, vom Wandler 5 empfangen. Diese Zeit ist gleich einer Zeitverschiebung τ_IK 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 V ermittelt:V ergibt sich aus The determination of the vehicle speed V is explained with reference to FIG. 3, specifically for the special cases of overflow or passing through the measuring location 3 , in which the course points parallel to the connecting line between a pair of transducers. In the event of an overflow, the vehicle 1 approaches the measurement location 3 along a course on an extension of the connecting line between the transducers 5 and 6 with a constant vehicle speed V = V _r , namely with the approach speed V _a , which is equal to the radial speed component V _r . The tangential velocity component V _ϑ is 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 speed component V _a = V _r = V, the converter 5 . This time is equal to a time shift τ _{IK of} the intensity patterns of the received signals from the converters 5 and 6 . Since the distance d between the converters 5 and 6 is known, all variables for determining the vehicle speed V are determined: V results from

In Fig. 3 ist ein weiteres Fahrzeug 1′ auf einem Kurs parallel zur Verbindungslinie zwischen den Wandlern 5 und 6 dargestellt. Hier wird das Interferenzfeld mit der radialen Geschwindigkeitskomponente V_r der Fahrzeuggeschwindigkeit V an den Wandlern 5 bzw. 6 "vorbeigeschoben". Es wird eine Zeitverschiebung τ_IK der Intensitätsmuster festgestellt, als wenn die Wandler 5, 6 im Abstand a = d·sinϑ 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 ϑ ein. Es ergibt sich die Zeitverschiebung zuIn Fig. 3, another vehicle 1 '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 _{r of} the vehicle speed V is "pushed" past the transducers 5 and 6 . A time shift τ _{IK of} the intensity pattern is determined as if the transducers 5, 6 were at a distance a = d · sinϑ on the connection between the measuring point 3 and the vehicle 1 ' . This connection and the perpendicular to the distance d between the transducers 5, 6 enclose an angle ϑ. The time difference results

Die Fahrzeuggeschwindigkeit V ergibt sich aufgrund der geometrischen Verhältnisse aus V=.The vehicle speed V results from the geometric relationships from V =.

V_r ist aus der Zeitverschiebungs-Messung alsV _r is from the time shift measurement as

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

ermitteln. Der Abstand d und die Zeitverschiebung τ_IK sind gemessene Größen, aus denen somit die Fahrzeuggeschwindigkeit V ohne Kenntnis des Laufzeitunterschieds τ₂ oder des Winkels ϑ bestimmt werden kann.determine. The distance d and the time shift τ _IK are measured quantities from which the vehicle speed V can thus be determined without knowing the transit time difference τ ₂ or the angle ϑ.

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 der Mitte des Abstands d der Wandler 5, 6 einen Winkel ϑ₂ ein, dessen Ergänzung zu 180° mit ϑ bezeichnet ist. Dieser Winkel ϑ ist ebenfalls in einem Dreieck am Meßort 3 eingetragen, dessen Grundlinie der Abstand d zwischen den Wandlern 5, 6 bildet und dessen eine Kathete gleich d·sinϑ ist. Diese Ausschnittsdarstellung dient zur Erläuterung des Bestimmens der radialen Geschwindigkeitskomponente V_r der Fahrzeuggeschwindigkeit V des Fahrzeugs 1. Die gemessene Zeitverschiebung τ_IK der Intensitätsmuster wird durch die radiale Geschwindigkeitskomponente 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 d sinϑ aufweist. Die radiale Geschwindigkeitskomponente V_r könnte also aus dem Quotienten von Abstand einer fiktiven Meßanordnung 5′, 6′ und Zeitverschiebung τ_IK berechnet werden. Die Zeitverschiebung τ_IK wird gemessen. Der Abstand der fiktiven Meßanordnung 5′, 6′ wird mit Hilfe des zusätzlich zu messenden Laufzeitunterschieds τ₂ bestimmt. Mit Hilfe dieses Laufzeitunterschieds τ₂ kann der sinϑ bestimmt werden, und zwar nach der Beziehung: FIG. 4 serves to explain the vehicle speed determination on the assumption that the course 2 has an arbitrary course with respect to the measurement location 3 . In Fig. 4 a detail of the measurement situation is shown in FIG. 1. The section shows the converters 5 and 6 and the vehicle 1 , which follows the course 2 . As already shown and described in FIG. 1, the connecting line between the vehicle 1 and the center of the distance d between the transducers 5, 6 encloses an angle ϑ ₂ , the addition of which to 180 ° is designated by ϑ. This angle ϑ is also entered in a triangle at the measuring point 3 , the base line of which forms the distance d between the transducers 5 , 6 and the one catheter of which is equal to d · sinϑ. 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 τ _{IK 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, the connecting line of which points in the direction of the radial speed component V _r and has the distance d sinϑ. The radial speed component V _r could therefore be calculated from the quotient of the distance of a fictitious measuring arrangement 5 ', 6' and time shift τ _IK . The time shift τ _IK is measured. The distance between the fictitious measuring arrangement 5 ', 6' is determined with the aid of the transit time difference τ ₂ to be measured additionally. With the help of this transit time difference τ ₂ , the sinϑ can be determined according to the relationship:

Damit ergibt sich der Abstand der fiktiven Meßanordnung 5′, 6′ der aber mit d·sinϑ angegeben worden ist, zuThis results in the distance of the fictitious measuring arrangement 5 ', 6' which has been specified with d · sinϑ, however

Die Formel für die radiale Geschwindigkeitskomponente V_r lautet damit:The formula for the radial speed component V _r is therefore:

Die Zeitverschiebung τ_IK 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 τ₂ ermittelt und festgestellt, daß die Laufzeit τ₂ 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 τ_IK benutzt, da ihre Zeitverschiebung τ_IK größer ist als die Zeitverschiebungen der Intensitätsmuster der Empfangssignale der anderen beiden Wandlerpaare. Damit ist gewährleistet, daß die relative Genauigkeit der Bestimmung der Zeitverschiebung τ_IK am größten ist.The time shift τ _{IK of} the intensity pattern of two received signals is determined with the aid of a correlator circuit 33 according to FIG. 2. 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 switch 34 . The control input of the changeover switch 34 is 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 τ _{2 is} determined in the maximum detector 35 and it is found that the transit time τ ₂ lies between the received signals of the converters 5 and 6 . The cut-out of the intensity pattern of the received signals of the same converter pair at the output of the intensity pattern units 31 and 32 is forwarded by the switch 34 to the correlator circuit 33 . The intensity patterns of the received signals of these two converters 5 and 6 are used to determine their time shift τ _IK , since their time shift τ _{IK is} greater than the time shifts of the intensity patterns of the received signals of the other two converter pairs. This ensures that the relative accuracy of the determination of the time shift τ _{IK is} greatest.

In der Korrelatorschaltung 33 wird die zeitliche Intensitätsverteilung längs einer Frequenzspur des einen Intensitätsmusters innerhalb des Zeitintervalls Δt mit 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 Δf 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 τ_IK 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 Δt 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 Δf. The correlation functions obtained in this way are stored in a buffer 37 contained in the correlator circuit 33 . An averaged correlation function is formed over all correlation functions in a downstream mean value generator 38 and the time shift τ _{IK 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 τ₂ sind mit einer Rechenschaltung 40 verbunden, in der die radiale Geschwindigkeitskomponente V_r= berechnet wird. Es wird in der Rechenschaltung 40 der Quotient aus Laufzeitverschiebung τ₂ und Zeitverschiebung τ_IK der Intensitätsmuster der Empfangssignale des gleichen Wandlerpaares mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit c multipliziert.The correlator circuit 33 and a further output of the maximum detector 35 for the maximum transit time difference τ ₂ are connected to a computing circuit 40 , in which the radial speed component V _r = is calculated. The quotient of transit time shift τ ₂ and time shift τ _{IK of} the intensity pattern of the received signals of the same pair of transducers is multiplied by the propagation speed c in the computing circuit 40 .

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 T wird der zeitliche Verlauf des 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 nachgeschaltet, 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 f 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 f als Abszisse.In Fig. 5 shows a basic structure of the intensity pattern unit 30 is illustrated. The intensity pattern units 31 and 32 can also be implemented. An analog-digital converter with a downstream memory 41 is arranged downstream of the converter 4 via a low-pass filter 39 . The cut-off frequency of the low-pass filter is dimensioned such that it lies below the cut-off frequency of the high-pass filters 7, 8, 9 . The time profile of the filtered, digitized received signal is stored in time units T. A clock 42 controls the analog-digital converter and the memory 41 accordingly. In a downstream FFT arithmetic circuit 43 , spectrograms are created and stored from the stored received signals after necessary filtering (aliasing filter) in accordance with the fast Fourier transform algorithm and subsequent magnitude square formation and normalization. The FFT arithmetic circuit 43 is followed by a memory circuit 44 , which is connected to a frequency control circuit 45 and timing control circuit 480 for forming the section. In the memory circuit 44 , the spectrograms are stored line by line over a time base, which is rastered in time units T, by storing the intensities above the frequency f for each line. The memory circuit 44 is connected to the clock 42 . An intensity pattern, represented as a gray tone writing, is created in association with the time t as the ordinate and the frequency f as the abscissa.

In der Frequenzsteuerschaltung 45 wird ein Frequenzbereich Δf um eine Mittenfrequenz f₀ so festgelegt, daß ein Modulationsmaß der Intensitäten längs sämtlicher Frequenzspuren innerhalb des Frequenzbereichs Δf 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 Intensitäten I_i längs jeder Frequenzspur aufsummiert und durch ihre Anzahl N geteilt. 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 I_i 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 Modulationsmaß M berechnet sich zu:In the frequency control circuit 45 , a frequency range Δf around a center frequency f ₀ is determined such that a modulation measure of the intensities along all frequency tracks within the frequency range Δf is above a predefinable threshold. The frequency control circuit 45 contains an average value circuit 46 , a difference generator 47 , a modulation calculator 48 and a threshold value calculator 49 . The frequency control circuit 45 is connected to the FFT arithmetic circuit 43 . In the mean value circuit 46 , the intensities I _i are added up along each frequency track and divided by their number N. The mean value of the intensities per frequency track is obtained. In the downstream difference generator 47 , the variance σ ^{2 is} calculated for each frequency track by forming, squaring and summing the difference between the intensities I _i on the frequency track and the mean value of the intensities on the same frequency track. The modulation measure of the intensities of each frequency track is determined in the downstream modulation computer 48 . The modulation measure M is calculated as:

Dem Modulationsmaßrechner 48 ist der Schwellwertrechner 49 nachgeordnet, in dem festgestellt wird, für welche benachbarten Frequenzspuren das ggf. geglättete Modulationsmaß über einer vorgebbaren Schwelle liegt. Am Ausgang des Schwellwertrechners 49 wird die Mittenfrequenz f₀ und der Frequenzbereich Δf angegeben, innerhalb dessen das Modulationsmaß für jede Frequenzspur oberhalb der Schwelle liegt, z. B. ein Frequenzbereich Δf = 200 Hz um eine Mittenfrequenz f₀ = 300 Hz.The modulation measure computer 48 is followed by the threshold value calculator 49 , in which it is determined for which adjacent frequency tracks the possibly smoothed modulation measure lies above a predefinable threshold. At the output of the threshold value calculator 49 , the center frequency f ₀ and the frequency range Δf are specified, within which the modulation measure for each frequency track lies above the threshold, e.g. B. a frequency range Δf = 200 Hz around a center frequency f ₀ = 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 driven by the frequency control circuit 45 to form the section. In addition, the memory circuit 44 is connected to the timing control circuit 480 .

In der Zeitsteuerschaltung 480, die vom Taktgeber 42 angesteuert wird, wird ein Zeitintervall Δt von beispielsweise 200 s vorgegeben. Das Zeitintervall Δt umfaßt mehrere Zeiteinheiten T und ist so gewählt, daß mindestens eine Interferenzwellenlänge erfaßt wird und z. B. zwei Intensitätsmaxima auf der Frequenzspur der Mittenfrequenz f₀ zu verzeichnen sind.A time interval Δt of, for example, 200 s is specified in the time control circuit 480 , which is controlled by the clock generator 42 . The time interval Δt 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 track of the center frequency f ₀ .

Die Frequenzsteuerschaltung 45 und Zeitsteuerschaltung 480 steuern die Speicherschaltung 44 an und definieren 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 aufgesucht, 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 durch 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.The frequency control circuit 45 and time control circuit 480 drive the memory circuit 44 and define the section of the intensity pattern. The intensity pattern in this section is also evaluated in an interference line calculator 50 via the switch 34 in FIG. 2. The interference line calculator 50 in FIG. 2 consists of an approximation calculator 51 , which is fed by the intensity pattern unit 31 just connected to the changeover switch 34 , a simulation calculator 52 and a gradient calculator 53 . In the approximation computer 51 , adjacent intensities of the same strength are found within the section, which form interference lines. A straight line is simulated in a frequency-time coordinate system in the simulation computer 52 , which is connected to the approximation computer 51 . This straight line is compared in the approximation computer 51 with the interference line running through the center of the section. The straight line in the simulation computer 52 is rotated and shifted in the time direction until deviations of the interference line from the straight line are a minimum. The fulcrum of the straight line is preferably shifted in the time direction on a frequency track of -0.1 f ₀ . These deviations can be time and frequency deviations between the coordinates of the interference line and those of the straight line. This straight line represents the regression line sought. However, it is also possible not to approximate in approximation computer 51 by regression, but by comparing intensities that occur in the interference pattern along the straight line. The straight line approximates the interference line if all the intensities measured along the straight line are of the same size and preferably have maximum or minimum values.

Sind Gerade und Interferenzlinie zur Deckung gebracht, so gibt der Approximationsrechner 51 ein Freigabesignal 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 Steigung =t′, die die gesuchte Steigung der Interferenzlinie angibt.If the straight line and the interference line are made to coincide, the approximation computer 51 sends an enable signal to the slope computer 53 , which is connected to the simulation computer 52 . The slope calculator 53 takes the straight line in the frequency-time coordinate system from the simulation calculator 52 and determines its slope = t ', which indicates the slope of the interference line sought.

Dem Interferenzlinienrechner 50 ist ein Entfernungsrechner 55 nachgeordnet, der die Entfernung r zwischen Fahrzeug 1 und Meßort 3 aus der Steifung t′, der Zeitverschiebung τ_IK und dem Laufzeitunterschied τ₂ bestimmt. Der Ausgang der Korrelatorschaltung 33 und der zweite Ausgang des Maximumdetektors 35 sind ebenfalls mit Eingängen des Entfernungsrechners 55 verbunden.The interference line calculator 50 is followed by a distance calculator 55 which determines the distance r between the vehicle 1 and the measurement site 3 from the stiffness t ', the time shift τ _IK and the transit time difference τ ₂ . The output of the correlator circuit 33 and the second output of the maximum detector 35 are also connected to inputs of the distance calculator 55 .

Im folgenden wird im Zusammenhang mit den Fig. 6.1, 6.2 und Fig. 7 die Entfernungsbestimmung näher erläutert.The determination of the distance is explained in more detail below in connection with FIGS. 6.1, 6.2 and FIG. 7.

Fig. 6.1 zeigt eine Meßsituation für einen Überlauf, bei dem sich das Fahrzeug 1 auf direktem oder radialem Kurs dem Meßort 3 mit konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit V bzw. Annäherungsgeschwindigkeit V_a = V_r = V nähert. Zum Zeitpunkt t₀ befindet sich das Fahrzeug 1 in einer Entfernung r zum Meßort 3, wenn es mit konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit V seinen Kurs beibehält. Zum Zeitpunkt t_CPA wird es den Meßort 3 erreicht haben. Fig. 6.1 shows a measurement situation for an overflow, in which the vehicle 1 is in a direct or radial course of the measurement site 3 at a constant vehicle speed V or approach speed V _a = V _r = V approaches. At time t ₀ , the vehicle 1 is at a distance r from the measurement location 3 if it maintains its course at a constant vehicle speed V. By the time t _CPA it will have reached measuring point 3 .

Mit dem Verfahren zum Bestimmen von Zieldaten soll die Entfernung r, die Fahrzeuggeschwindigkeit V, der Peilwinkel ϕ und der Kurswinkel γ bestimmt werden. Bei diesem Bewegungsfall sind die Interferenzlinien annähernd Geraden, die fächerförmig im Frequenz-Zeit-Koordinatensystem verlaufen. Fig. 6.2 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 G1, G2, ..., Gn schematisch angegeben. Bewegt man sich auf der Frequenzspur der Mittenfrequenz f₀, so sind die Abstände zwischen den Geraden G1, G2, ..., Gn durch die Interferenzwellenlänge X(f₀) bestimmt und abhängig von der Annäherungsgeschwindigkeit V_a = V_r = V. Der Abstand 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 G1 zum Zeitpunkt t₀ bei der Mittenfrequenz f₀, so kann man sagen, daß in einer Zeitspanne Δτ = t₀-t_CPA gerade k Intensitätsmaxima im Abstand auftreten. Auf der Frequenzspur f sind ebenfalls k Intensitätsmaxima bis zu der Geraden G1 zu ermitteln. Das k-te Intensitätsmaximum liegt für die Frequenz f auf der Geraden G1 bei einer Zeit t vor, die Abstände zwischen den Intensitätsmaxima betragen hier . Die Zeitspannen bis zum Erreichen des Meßorts 3 sind:With the method for determining target data, the distance r, the vehicle speed V, the bearing angle ϕ and the heading angle γ are to be determined. In this case of movement, the interference lines are approximately straight lines which run in a fan shape in the frequency-time coordinate system. Fig. 6.2 shows a schematic sketch of the course of such interference fringes in the frequency-time coordinate system for the start-up phase. The interference lines are in reality slightly curved, but are shown schematically here as lines G 1 , G 2 , ..., Gn. If one moves on the frequency track of the center frequency f ₀ , the distances between the straight lines G 1 , G 2 , ..., Gn are determined by the interference wavelength X (f ₀ ) and depend on the approach speed V _a = V _r = V The greater the approach speed V _a = V _r , the smaller the distance. If one considers an intensity maximum on one of the interference lines, e.g. B. the point on the straight line G 1 at time t ₀ at the center frequency f ₀ , it can be said that k intensity maxima occur at a distance in a time span Δτ = t ₀ -t _CPA . On the frequency track f, k intensity maxima up to the straight line G 1 are also to be determined. The kth intensity maximum for the frequency f is on the straight line G 1 at a time t, the distances between the intensity maxima are here. The time spans until the measurement site 3 is reached are:

Die Gleichung für t₀-t_CPA wird nach k aufgelöst und in die Gleichung für t-t_CPA eingesetzt. Es ergibt sich für t:The equation for t ₀ -t _CPA is solved for k and inserted in the equation for tt _CPA . For t:

Differenziert man diese Gleichung nach der Frequenz f, so erhält man die Steigung der Geraden G1 If one differentiates this equation according to the frequency f, the slope of the straight line G 1 is obtained

Löst man diese Gleichung nach t₀-t_CPA auf, so erhält man für die Mittenfrequenz f₀ If we solve this equation after t ₀ -t _CPA , we get f ₀ for the center frequency

Diese Zeitspanne t₀-t_CPA ist gerade aber die Zeit, die vergeht, bis das Fahrzeug 1 den Meßort 3 mit der Annäherungsgeschwindigkeit V_r erreicht hat. Es gilt also:This time period t ₀ -t _CPA is just the time that elapses until the vehicle 1 has reached the measuring location 3 with the approach speed V _r . So the following applies:

In diesem speziellen Bewegungsfall ist die Annäherungsgeschwindigkeit V_a = V_r gleich der Fahrzeuggeschwindigkeit V, die in Richtung der Verbindungslinie zwischen Fahrzeug 1 und Meßort 3 weist, wie sonst bei jedem allgemeinen Bewegungsfall die radiale Geschwindigkeitskomponente V_r.In this special movement case, 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 case with the general speed movement component V _r .

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 V_a = V_r 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 V _a = V _r :

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

und damitand thus

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

Die Interferenzwellenlänge X(f₀) wird durch Kenntnis der Übertragungsschicht, in der sich der Meßort 3 befindet, vorab bestimmt. Ebenso ist die Ableitung der Interferenzwellenlänge X(f) nach der Frequenz f berechenbar und vorher für die Mittenfrequenz f₀ zu ermitteln. Somit weist die Gl. (C) nur meßbare Größen auf. Zahlreiche Versuche haben ergeben, daß der Quotient unabhängig von der Tiefe der Übertragungsschicht stets ungefähr gleich 1,1·f₀ ist, obwohl die Interferenzwellenlänge X(f) selbst von der Tiefe sehr stark beeinflußt wird, wobei die Tiefe die Ausdehnung der Übertragungsschicht zwischen ihren Grenzebenen angibt.The interference wavelength X (f ₀ ) is determined in advance by knowing the transmission layer in which the measurement location 3 is located. The derivative of the interference wavelength X (f) can also be calculated according to the frequency f and must be determined beforehand for the center frequency f ₀ . Thus Eq. (C) only measurable sizes. Numerous experiments have shown that the quotient is always approximately equal to 1.1 · f ₀ , regardless of the depth of the transmission layer, although the interference wavelength X (f) itself is very strongly influenced by the depth, the depth being the extent of the transmission layer between them Indicates boundary levels.

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 V_a 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 Δf = 200 Hz betrachtet, der um eine Mittenfrequenz von f₀ = 300 Hz angeordnet ist. Das Zeitintervall beträgt Δt = 200 s, der Ausschnitt des Interferenzmusters im ersten Meßfall ist mit dem Buchstaben Y gekennzeichnet. 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 τ_IK = 20 s zwischen zwei Intensitätsmustern gemessen wird. Der Laufzeitunterschied der Empfangssignale desselben Wandlerpaares, beispielsweise Wandler 4 und 5, sei gemessen zu τ₁ = 0,067 s, wobei FIG. 7 shows a frequency-time diagram in which the vehicle 1 approaches the measuring location 3 with two different vehicle speeds in the event of an overflow according to FIG. 6.1. On the basis of this principle diagram, the method and its functionality should also be described when the approach speed V _{a changes} . The interference lines were approximated by straight lines. We see straight lines in the lower area of the diagram, the gradient of which is greater 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 slope 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, for example, after a time of 100 s. A frequency range of Δf = 200 Hz is considered, which is arranged around a center frequency of f ₀ = 300 Hz. The time interval is Δt = 200 s, the section of the interference pattern in the first measurement case is marked 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 with the aid of the correlator circuit 33 a time shift τ _IK = 20 s is measured between two intensity patterns. The transit time difference of the received signals of the same pair of transducers, for example transducers 4 and 5 , is measured at τ ₁ = 0.067 s, where

wegen des Überlaufs gemäß Fig. 6.1, wobei der Abstand der Wandler d = 100 m, die Schallgeschwindigkeit c=1500 m/s beträgt. Im Interferenzlinienrechner 50 wird die Steigung t′ der Interferenzlinie, die durch die Mitte des Ausschnits Y verläuft, bestimmt. Sie beträgt t′ = 6,36 s/Hz. Der Quotient bestimmt sich zu:because of the overflow according to FIG. 6.1, the distance between the transducers d = 100 m and the speed of sound c = 1500 m / s. In the interference line calculator 50 , the slope t 'of the interference line, which runs through the center of the section Y, is determined. It is t ′ = 6.36 s / Hz. The quotient is determined as follows:

Aus diesen Meßgrößen wird die Entfernung r gemäß Gl. (C) wie folgt berechnet:The distance r is calculated from these measured variables Eq. (C) calculated as follows:

Die Annäherungsgeschwindigkeit V_r bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit V wird gemäß Gl. (B) berechnet:The approach speed V _r or vehicle speed V is calculated according to Eq. (B) calculated:

Der Peilwinkel ϕ ergibt sich aus dem Laufzeitunterschied τ₁ zuThe bearing angle ϕ results from the transit time difference τ ₁

Der Kurswinkel γ ist ebenfalls gleich 90°, da eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente nicht vorliegt.The heading angle γ is also equal to 90 °, since one tangential speed component is not present.

Eine erneute Messung wird nach einer Zeit von 900 s durchgeführt. Es wird in der Intensitätsmustereinheit 30 ein Ausschnitt Z gemäß Fig. 7 gebildet. Folgende Meßwerte werden festgestellt:A new measurement is carried out after a time 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 τ_IK = 10 s,der Laufzeitunterschied τ₁ = = 0,067 s
die Steigung der Interferenzlinie t′ = 1,36 s/Hz,
der Quotient 1,1·f₀ = 1,1·300 Hz.the time shift τ _IK = 10 s, the transit time difference τ₁ = = 0.067 s
the slope of the interference line t ′ = 1.36 s / Hz,
the quotient 1.1 * f ₀ = 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
detected. Bearing angle and heading 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 regardless of previous and subsequent movement behavior the target data of the vehicle are correctly determined.

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.Next, the question arises whether the process can be also applied for determination of target data when the course of the vehicle 1 does not run over the measurement site 3, but passes with transverse distance at the measuring point 3 and the interference fringes thus have a hyperbolic profile. The verification is to be carried out on the basis of the schematic diagram according to FIG. 8.

Das Fahrzeug 1 befindet sich zum Zeitpunkt t₁ in einer Entfernung r vom Meßort 3 unter einem Peilwinkel ϕ gegen die Bezugsrichtung N. Der Kurs des Fahrzeugs 1 läuft unter einem Kurswinkel γ gegen die Bezugsrichtung N und weist zum Meßort 3 einen Querabstand q auf. Das Fahrzeug 1 fährt mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit V und hat den Querabstand q am Ort R zum Zeitpunkt t_CPA passiert. Zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit V und der radialen Geschwindigkeitskomponente V_r liegt ein Geschwindigkeitswinkel α. The vehicle 1 is at a time r ₁ from the measuring location 3 at a bearing angle ϕ against the reference direction N. The course of the vehicle 1 runs at a heading angle γ against the reference direction N and has a transverse distance q from the measuring location 3 . The vehicle 1 runs at a vehicle speed V and has passed the transverse distance q at the location R at the time t _CPA . A speed angle α lies between the vehicle speed V and the radial speed component V _r .

In der Zeit Δτ = t₁-t_CPA hat das Fahrzeug 1 mit der Fahrzeuggeschwindigkeit V den Weg s zurückgelegt:In the time Δτ = t ₁ -t _CPA , the vehicle 1 has covered the path s with the vehicle speed V:

s = V · Δτ.s = V · Δτ.

Es gilt nach dem Satz des Pythagoras folgende geometrische Beziehung:According to the Pythagorean Theorem, the following geometrical applies Relationship:

r² = q² + s² = q² + V² · Δτ².r ² = q ² + s ² = q ² + V ² · Δτ ² .

Es wird (v² · Δτ) ausgeklammert und durch v² · Δτ geteilt:(V ² · Δτ) is excluded and divided by v ² · Δτ:

Außerdem gilt für das Geschwindigkeitsdreieck aus V, V_r und V_ϑ:The following also applies to the speed triangle consisting of V, V _r and V _ϑ :

Für das Dreieck mit Meßort 3, Fahrzeug 1 und Ort R als Eckpunkten gilt:The following applies to the triangle with measurement location 3 , vehicle 1 and location R:

Damit giltSo that applies

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

Der erste Term Δτ auf der rechten Seite der Gleichung II ist gerade die Zeit, die vergeht, wenn das Fahrzeug 1 mit der Fahrzeuggeschwindigkeit V den Weg s zurücklegt. Der zweite Term ist eine Zeitspanne ΔT, 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:
MitThe first term Δτ on the right side of equation II is just the time that passes when the vehicle 1 travels the distance s at the vehicle speed V. The second term is a period of time .DELTA.T that would pass if the vehicle covered the route q from the measuring location 3 to the location R with a fictitious speed V * pointing in the direction of the transverse distance q, as the following conversion shows:
With

s = V · Δτs = V · Δτ

ergibt sichsurrendered

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

das in Gleichung III eingesetzt wirdwhich is used in Equation III

und es gilt nach Fig. 8:and the following applies according to FIG. 8:

das nach tan α aufgelöst wird und in Gleichung IV eingesetzt wird. Es gilt also:which is resolved according to tan α and in equation IV is used. So the following applies:

Man kann sich jetzt vorstellen, daß das Fahrzeug 1 vom Meßort 3 mit der radialen Geschwindigkeitskomponente V_r über den Weg r nach einer Zeit τ_IS 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 Zeit =ΔT und anschließend den Weg s mit der Fahrzeuggeschwindigkeit V in der Zeit Δτ = t₁-t_CPA durchfahren hat. Da aber das Fahrzeug 1 zur Zeit t₁ unabhängig vom eingeschlagenen Weg die eingezeichnete Position inne hat, istIt can now be imagined that the vehicle 1 has reached its current position from the measuring location 3 with the radial speed component V _r via the path r after a time τ _IS . On the other hand, it can also have reached this position by having traveled the transverse distance q from the measuring location 3 with the fictitious speed V * in the time = ΔT and then the path s with the vehicle speed V in the time Δτ = t ₁ -t _CPA . However, since the vehicle 1 has the indicated position at time t ₁ regardless of the path taken,

Der Quotient r/V_r ist aber gerade gemäß Gleichung (A) gleich dem Produkt aus der Steigung t′ einer der Interferenzlinien im Ausschnitt bei der Mittenfrequenz f₀ und dem FaktorHowever, the quotient r / V _r is, according to equation (A), equal to the product of the slope t 'of one of the interference lines in the section at the center frequency f ₀ and the factor

Es gilt also auch für einen beliebigen Kurs des Fahrzeugs 1, daß aus der Steigung t′ 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 ist.It also applies to any course of the vehicle 1 that from the slope t 'of the interference line and the radial speed component V _r, the distance r between the measuring point 3 and vehicle 1 can be determined at any time 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 V wird aus der radialen Geschwindigkeitskomponente V_r und der tangentialen Geschwindigkeitskomponente V_ϑ 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:The distance r is calculated in the distance calculator 55 according to FIG. 2. The radial speed component V _{r of} the vehicle speed V is present at the output of the computing circuit 40 . The vehicle speed V is calculated from the radial speed component V _r and the tangential speed component V _ϑ 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 ϑ berechnet. Diese zeitliche Winkeländerung wird häufig Winkelgeschwindigkeit ϑ genannt. Die geometrischen Beziehungen zwischen den Geschwindigkeitskomponenten V_r, V_ϑ, der Fahrzeuggeschwindigkeit V bezüglich des Meßorts 3 sind Fig. 4 zu entnehmen. Der Winkel ϑ wird aus dem Laufzeitunterschied τ₂ in ei 10521 00070 552 001000280000000200012000285911041000040 0002003322500 00004 10402nem dem Maximumdetektor 35 nachgeschalteten Rechenwerk 62 gemäß der Beziehung ϑ=arc sin bestimmt. Dem Rechenwerk 62 ist eine Differenzierschaltung 63 nachgeschaltet, in der die zeitliche Änderung des Winkels ϑ je Zeiteinheit T bestimmt wird. Die Multiplizierschaltung 61 ist mit ihrem zweiten Eingang mit der Differenzierschaltung 63 verbunden und berechnet das Produkt aus Entfernung r und zeitlicher Änderung des Winkels ϑ. Dieses Produkt ist gleich der tangentialen Geschwindigkeitskomponente V_ϑ = r · ϑ.The product of the distance r and the change in the angle und over time is calculated in the multiplier circuit 61 . This change in angle over time is often called the angular velocity ϑ. The geometrical relationships between the speed components V _r , V _ϑ and the vehicle speed V with respect to the measuring location 3 can be seen in FIG. 4. The angle ϑ is determined from the transit time difference τ ₂ in a 10521 00070 552 001000280000000200012000285911041000040 0002003322500 00004 10402nem arithmetic unit 62 connected downstream of the maximum detector 35 according to the relationship ϑ = arc sin. The arithmetic unit 62 is followed by a differentiating circuit 63 , in which the change over time in the angle ϑ per unit time T is determined. The second input of the multiplier circuit 61 is connected to the differentiator circuit 63 and calculates the product of the distance r and the change in the angle ϑ over time. This product is equal to the tangential velocity component V _ϑ = r · ϑ.

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

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 geometric arrangement according to FIG. 4 and using Eq. (C) can be derived in the following way:

Also istSo is

Diese Beziehung nach α aufgelöst ergibt Gleichung (D).This relationship resolved by α gives equation (D).

Die Fahrzeuggeschwindigkeit V kann auch aus dem Geschwindigkeitswinkel α und der radialen Geschwindigkeitskomponente V_r nach der Beziehung V= berechnet werden.The vehicle speed V can also be calculated from the speed angle α and the radial speed component V _r according to the relationship V =.

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 the second input variable, from which the north-related heading angle γ = ϕ-α-180 ° is calculated according to FIG .

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 I_i längs der Geraden aufsummiert und durch ihre Anzahl N geteilt werden: Fig. 9 shows a modification of the interference line computer 50th In order 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 here contains a selection circuit 69 which selects the intensities in the section which lie on the straight line, and a mean value generator 70 in which the intensities I _i are added up along the straight line and divided by their number N:

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

Dem Mittelwertbildner 70 und Summierer 72 ist eine Rechnerschaltung 73 nachgeordnet, in der die relative Standardabweichung der Intensitäten I_i längs der Geraden von ihrem Mittelwert nach der FormelA computer circuit 73 is arranged after the averager 70 and summer 72 , in which the relative standard deviation of the intensities I _i along the straight line from its 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 möglichst klein ist und kleiner als ein vorgebbarer Wert. Dann sind die Intensitäten I_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 t(f) nach der Frequenz f 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 am 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 an enable signal when the relative standard deviation is as small as possible and less than a predeterminable value. Then the intensities I _i along the straight line are almost the same and the straight line best approximates the interference line. The release signal is fed to the slope calculator 53 , in which the straight line t (f) simulated in the simulation calculator 52 is differentiated according to the frequency f. 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 is the 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·f₀ schneiden und auf der Frequenzspur der Mittenfrequenz f₀ gleiche Abstände aufweisen. Die Auswahlschaltung 69 sucht dann die entsprechenden Intensitäten, die zu den Koordinaten 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 σ/ berechnet und die Geraden an die Interferenzlinien im Ausschnitt approximiert. Die Kontrollschaltung 74 erzeugt ein Freigabesignal, wenn für alle Geraden die relative Standardabweichung am kleinsten ist. Vom Simulationsrechner 52 wird die durch die Mitte des Ausschnitts verlaufende Gerade an Steigungsrechner 53 übertragen.It is also possible, instead of a straight line, to simulate a tuft of straight lines in the simulation computer 52 which all intersect at the frequency -0.1 · f ₀ and have the same spacing on the frequency track of the center frequency f ₀ . The selection circuit 69 then searches for the corresponding intensities, which belong to the coordinates of the simulated straight line, from the section of the intensity pattern, which are further processed in the mean value generator 70 and squarer 71 for each straight line. The relative standard deviation σ / 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 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 τ_IK nicht mehr unabhängig vom Schiffsort und der am Schiffsort vorherrschenden Wassertiefe.The case of a change in depth in the transmission layer will be described below: If the measurement 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 τ _{IK is} no longer independent of the ship's location and the water depth prevailing at the ship's location.

Fig. 10 zeigt eine Prinzipskizze eines Flachwasserkanals, bei dem der Einfachheit halber eine kontinuierliche Tiefenvariation durch zwei Wassertiefen H₁ 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 H₁ eine Interferenzwellenlänge X₁ und im Gebiet mit der Wassertiefe H₂ eine Interferenzwellenlänge X₂ aufweisen. Der Meßort 3 befindet sich im Gebiet mit der Wassertiefe H₁. Befindet sich das Fahrzeug 1 im Bereich mit der Wassertiefe H₁, so wird am Meßort 3 eine Zeitverschiebung τ_IK1 gemessen, die zusammen mit dem Abstand d der Wandler 4 und 5 gemäß Gleichung (B) auf Seite 54 die Fahrzeuggeschwindigkeit V_r = V liefert. Fig. 10 shows a schematic diagram of a shallow channel, in which the simplicity, a continuous variation in depth by two water depth H ₁ and H _{2 is} shown with a dip sake. A correction of the speed measurement is to be explained on the basis of this model. In this model-like shallow water channel two eigen waves interfere with each having an interference wave length X ₁ and in the region with the water depth H ₂ is an interference wave length X ₂ in the region with the water depth H. ₁ The measurement location 3 is located in the area with the water depth H ₁ . If the vehicle 1 is in the area with the water depth H ₁ , a time shift τ _{IK1 is} measured at the measuring location 3 , which together with the distance d between the transducers 4 and 5 according to equation (B) on page 54 provides the vehicle speed V _r = V .

Das Fahrzeug 1 legt beispielsweise mit seiner Fahrzeuggeschwindigkeit V in einer Zeit t₁ einen solchen Weg zurück, der gerade gleich der Interferenzwellenlänge X₁ ist. Da das Fahrzeug 1 umgeben ist von seinem Interferenzfeld, wird ein Intensitätsmaximum im Bereich mit der Wassertiefe H₂ in der Zeit t₁ einen Weg S₂ zurücklegen, der kleiner ist als der Weg X₁ und gerade gleich der Interferenzwellenlänge X₂ ist.The vehicle 1 , for example, travels with its vehicle speed V in a time t ₁ which is just equal to the interference wavelength X ₁ . Since the vehicle 1 is surrounded by its interference field, an intensity maximum in the region with the water depth H ₂ is in the time t _{1 is} a distance S ₂ to travel, which is smaller than the distance X ₁ and just equal to the interference wave length _x2.

Befindet sich das Fahrzeug 1 im Bereich mit der Wassertiefe H₂, so wird mit Fahrzeuggeschwindigkeit V ein 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 entsprechend der Interferenzwellenlänge X₁ mit einer gemessenen Geschwindigkeit V** zurückgelegt hat: X₁ = V** · t₂. Die Zeit t₂ bestimmt sich aus der Interferenzwellenlänge X₂ und der Fahrzeuggeschwindigkeit V und ist t₂=. Setzt man t₂ in die Gleichung für X₁ ein, so erhält man X₁= · X₂. If the vehicle 1 is in the area with the water depth H ₂ , an interference maximum with a vehicle speed V will cover a distance corresponding to the interference wavelength X ₂ in a time t ₂ . Measurements are taken at the measuring location 3 , but at the same time t ₂ an interference maximum has traveled a distance corresponding to the interference wavelength X ₁ at a measured speed V **: X ₁ = V ** · t ₂ . The time t _{2 is} determined from the interference wavelength X ₂ and the vehicle speed V and is t₂ =. If one uses t ₂ in the equation for X ₁ , one obtains X₁ = · X₂.

Löst man diese Gleichung nach der gemessenen Geschwindigkeit V** auf, so erhält man V**=V · . Aus der Zeitverschiebung τ_IK**, die am Meßort 3 gemessen wird, wenn sich das Fahrzeug 1 im Bereich mit der Wassertiefe H₂ befindet, ist die gemessene Geschwindigkeit V** bekannt. Diese gemessene Geschwindigkeit V** ist größer als die Fahrzeuggeschwindigkeit V, nämlich V**=, wobei X₁ ≦ωτ X₂ ist.If you solve this equation according to the measured speed V **, you get V ** = V ·. The measured speed V ** is known from the time shift τ _{IK **} , which is measured at the measurement location 3 when the vehicle 1 is in the area with the water depth H ₂ . This measured speed V ** is greater than the vehicle speed V, namely V ** =, where X ₁ ≦ ωτ X ₂ .

Aus dem o. g. Aufsatz von Weston ist bekannt, daß sich die Interferenzwellenlängen X₁, X₂ wie die Quadrate der Wassertiefen H₁, H₂ verhalten:From the above article by Weston is known that the interference wavelengths of X _1, X ₂ as the square of the water depth H _1, H ₂ behave:

Es ergibt sich dann ein Schätzfehler für die Geschwindigkeit V zuThis then results in an estimation error for the speed V to

mitWith

ΔH = H₁-H₂.ΔH = H ₁ -H ₂ .

In den meisten Anwendungsfällen ist die relative Tiefenänderung 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 ist.In most use cases, the relative Low change in depth. Therefore the second one Term of this equation can be neglected. You get a correcting corrective factor, the depends only on the slope of the ground and the same is double relative depth change.

Wegen der Änderung der Interferenzwellenlängen werden sowohl die Interferenzliniensteigung t′ als auch die Zeitverschiebung τ_IK 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 t ′ and the time shift τ _{IK are changed} by the same factor. Since these two values are included as a ratio in the formula for determining the distance according to equation (C) and the other variables of this formula are not influenced by the depth variation, the distance does not need to be corrected.

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

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

Claims

1. A method for the passive determination of target data, such as distance, vehicle speed and course, of a self-generated vehicle emitting wave energy from a measuring location, the measuring location being within a transmission layer with dispersion properties for the emitted waves, at least two transducers at the measuring location for receiving the emitted signals Waves are arranged, each of which generates a received signal, the spectrum of the received signal is determined for a predetermined period of time at time-spaced times and stored as a spectral distribution two-dimensionally according to time and frequency within a frequency-time coordinate system, a section of one of the two spectral distributions is selected, which is defined by a predetermined time interval comprising a plurality of points in time and a predetermined frequency range, the spectral distribution contained in the section with the same frequency the entire range of the other spectral distribution over the entire predetermined period of time is compared until the spectral distributions contained in the section overlap and thereby their temporal shift is determined and furthermore a transit time difference of the received signals is measured in a frequency interval lying higher than the frequency range and from this the bearing angle and its change over time is calculated, characterized in that lines of the same intensity are generated within the section of the spectral distribution by searching for and connecting the points of the same intensity, that lie on the line of the same intensity in a predetermined manner in the frequency-time coordinate system Evaluation point, the slope of the line is determined, and that to determine the distance between the measurement location and the vehicle, the quantities determined from the spectral distributions in the sections - namely the slope of the line the same intensity and time shift between the same spectral distributions - divided and multiplied by the transit time difference so that to determine the vehicle speed, a radial speed component of the vehicle speed is obtained from the quotient of the transit time difference and time shift and a tangential speed component of the vehicle speed is obtained from the product of the distance and the change in the bearing angle over time becomes.

2. The method according to claim 1, characterized in that that a third transducer at the measuring location is like this is set up that the three converters in the Transfer layer parallel to its boundary level a preferably equilateral triangle span that to determine time shift and transit time difference the converters in pairs be used.

3. The method according to claim 2, characterized in that angle from the transit time differences against the perpendicular to the distance between each pair of transducers can be calculated that these angles in angular values against a common one Reference direction converted and with each other be compared and that the bearing angle from the runtime differences that are of equal size Angle values belong, is determined.

4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that that the determined transit time differences or time shifts with each other be compared to that for calculation the distance and the vehicle speed of the quotient the greatest difference in transit time and that from reception signals of the same pair of transducers Time shift is formed or the maximum Time difference due to the received signals of the same pair of converters obtained runtime difference is divided.

5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized characterized that the same angle values associated runtime differences with each other be compared and from the least Running time difference of the bearing angle and the change in the bearing angle over time is determined becomes.

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

7. The method according to claim 6, characterized in that that using the speed angle of the arc tangent from the product of slope, a factor dependent on the frequency at the evaluation point and the change over time Bearing angle is calculated.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized characterized that the frequency range is determined with its center frequency at the evaluation point in such a way that a modulation measure along each frequency track parallel to the time axis in the frequency-time coordinate system of the stored intensities within of the time interval is determined and an area Adjacent frequency tracks for which the frequency Course of the modulation measure over a threshold is chosen as the frequency range becomes.

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

10. The method according to claim 9, characterized in that the removal by the product Incline, difference in transit time, speed of propagation and the factor dependent on the center frequency divided by the Time shift of the spectral distributions of the received signals calculated from the same pair of converters becomes.

11. The method according to claim 10, characterized in that the radial velocity component through with the speed of propagation multiplied difference in transit time indicated by the associated time shift and that the vehicle speed by Application of the Pythagorean Theorem from the radial and tangential velocity components by squaring, summing and Etching is calculated.

12. The method according to any one of claims 7 to 10, characterized in that the interference wavelength of two in the transmission layer interfering with each other Natural waves depending on the frequency is determined and their frequency derivative is formed at the center frequency that the factor from the quotient of the interference wavelength at the center frequency and its Derivative is formed.

13. The method according to any one of claims 7 to 10, characterized in that that the factor is 1.1 times the value the center frequency of the frequency range becomes.

14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized characterized that the time interval is proportional the interference wavelength of two in the transmission layer interfering with each other Natural waves, which are due to the chosen Form center frequency is selected and at least two lines of the same intensity as interference lines on the Frequency track of the center frequency includes.

15. The method according to claim 14, characterized in that the distance between the transducers is less than half the interference wavelength of two in the Transmission layer interfering with each other Natural waves, which are due to the chosen Form center frequency is selected.

16. The method according to claim 15, characterized in that the transducers within the transfer layer at such a distance parallel to hers Border plane can be arranged based on that of higher order eigen waves within the Cut out more than two lines of the same intensity as interference lines the frequency track of the center frequency are.

17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized characterized in that from the received signals each converter for frequency analysis short-term Power density spectra in definable time units be formed and based on a time base each as an intensity depending be stored by the frequency that the Time base is rastered in time units and that Time interval a specifiable number of time units includes.

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

19. The method according to claim 18, characterized in that within a by frequency and time units formed frequency-time coordinate system of the intensity pattern intensities along one straight lines arranged arbitrarily in the cutout that approximation the straight line to the line of equal intensity the straight line rotated and so long in the time and / or frequency direction is moved until the along the straight line measured intensities the smallest deviation from each other.

20. The method according to claim 19, characterized in that within the frequency-time coordinate system the spectral distribution intensities along one arranged arbitrarily in the cutout Straight lines are measured that for approximation the straight line to the line of equal intensity the mean of the intensities measured along the straight line be formed, that further the individual Intensities are squared and added and this sum by the number of measured Intensities are divided so that the relative Standard deviation of the intensities from Average is formed and that the lowest Deviation of the straight line from the line of the same intensity as an 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 from a tuft of yourself at -0.1 times the center frequency intersecting straight lines with equidistant distances created on the frequency track of the center frequency will that match the frequency track the center frequency of the cutout and the pattern of the tufts against each other along the time base are shifted until the individual straight lines of the Büschels touch the lines of the same intensity and no longer cut that the slope of the connecting line between the intersection of the straight line and the center of the detail Inclination of the line of the same intensity indicates as an 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 one Transducer assigned spectral distribution along each frequency track in the specified frequency range with the temporal intensity distribution the one assigned to the other converter Spectral distribution along the same frequency track is correlated over the entire time interval, that the correlation functions of all frequency tracks be averaged and from the location of the Maximum of the averaged correlation function the time shift is determined.

23. The method according to claim 22, characterized in that that in a measurement area with depth change the determined radial between the boundary planes Speed component depending on the relative Depth change related to the depth at Measurement site by twice the relative Depth change is corrected.

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