DE3345021C2

DE3345021C2 -

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Publication number: DE3345021C2
Application number: DE19833345021
Authority: DE
Inventors: Jochen Dipl.-Phys. Dr. 5308 Rheinbach De Ziegenbein; Manfred Dipl.-Ing. Siegel; Goetz Dipl.-Phys. Dr. 2800 Bremen De Boedecker
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 1982-12-18
Filing date: 1983-12-13
Publication date: 1989-07-20
Also published as: DE3345021A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem passiven Verfahren zur Schätzung von Zustandsgrößen, wie Entfernung, Geschwindigkeit, Kurs und/oder Sendefrequenz, eines sich bewegenden Ziels, z. B. Schiff oder Torpedo mit Aktiv-Sonar, durch einen zielfernen Empfänger aufgrund von vom Ziel ins Wasser ausgesendeten Schallimpulsen. Unter Zustandsgrößen werden hier Zieldaten oder Kenngrößen verstanden, welche den für Ortungsaufgaben interessierenden Zustand der Zielschallquelle beschreiben, so deren Sendefrequenz, Geschwindigkeitsvektor und/oder Entfernung zum Empfänger.The invention is based on a passive method Estimation of state variables, such as distance, Speed, course and / or frequency, one moving target, e.g. B. ship or torpedo with Active sonar, due to a remote receiver due to sound impulses emitted from the target into the water. Under State variables become target data or parameters here understood which the for location tasks describe the state of interest of the target sound source of interest, so their transmission frequency, speed vector and / or Distance to the recipient.

Ein passives Verfahren zur Gewinnung von Zustandsgrößen eines Ziels ist in der DE 32 04 874 A1 beschrieben. Es setzt voraus, daß das Ziel Schall in zwei aneinandergrenzende nichtfeste Medien, z. B. Wasser und Luft, aussendet. Im Empfänger sind dementsprechend zwei Schallaufnehmer vorhanden, von denen der eine als Hydrofon im Wasser und der andere als Mikrofon in Luft angeordnet ist. Aufgrund der unterschiedlichen Schallgeschwindigkeiten in den beiden Medien wird der Schall an den beiden Schallaufnehmern im Empfänger zeitlich versetzt empfangen. Aus der gemessenen Zeitdifferenz werden die Zustandsgrößen, z. B. Entfernung zwischen Ziel und Empfänger, bestimmt.A passive process for obtaining state variables a destination is described in DE 32 04 874 A1. It assumes that the target sound in two contiguous non-solid media, e.g. B. water and Air, emits. Accordingly, there are two in the receiver Sound recorders are available, one of which is a hydrophone arranged in water and the other as a microphone in air is. Because of the different The speed of sound in the two media becomes the Sound at the two sound sensors in the receiver received at different times. From the measured Time difference are the state variables, e.g. B. Distance between destination and recipient.

Ein bekanntes Verfahren der eingangs genannten Art, das zur Gewinnung der Zustandsgrößen des Ziels mit der Schallerfassung in einem einzigen Medium, nämlich Wasser, auskommt, nutzt demgegenüber den Effekt der Mehrwegeausbreitung im Schallkanal aus. Hierbei wird aus den Laufzeitunterschieden zwischen dem direkt, d. h. in Peilrichtung Empfänger zum Sender, empfangenen Schallimpuls und dem oder den über Umwege empfangenen Schallimpulsen zunächst der Ort und durch anschließende, zeitlich integrierende Verarbeitung auch die Geschwindigkeit des Senders in etwa bestimmt. Dieses als "ping steeling technique" bezeichnete Verfahren setzt jedoch gute Kenntnisse über die jeweils herrschenden Schallausbreitungsverhältnisse voraus. In Flachwasserbereichen mit zumeist geringen Kenntnissen der Eigenschaften des Flachwasserkanals läßt sich dieses Verfahren nicht anwenden.A known method of the type mentioned, the to obtain the state variables of the target with the Sound detection in a single medium, namely water, on the other hand, uses the effect of Multipath propagation in the sound channel. This is from the runtime differences between the direct, d. H. in Direction of direction receiver to transmitter, received Sound impulse and the one or more received via detours Sound impulses first the location and then time-integrating processing also the Approximately determined the speed of the transmitter. This as The "ping steeling technique" method however good knowledge of the prevailing Sound propagation ratios ahead. In Shallow water areas with mostly little knowledge of Properties of the shallow water channel can be this Do not use procedure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein passives Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die Zustandsgrößen eines Ziels unabhängig von der Kenntnis über Eigenschaften des Schallkanals mit relativ hoher Genauigkeit bestimmt werden können. Das Verfahren soll sich insbesondere für Flachwassergebiete eignen. Zugleich soll dieses Verfahren empfängerseitig mit gebräuchlichen Antennen oder Basen durchführbar sein, wie sie bekannte Passiv-Sonaranlagen aufweisen, und jeglicher konstruktiver Zusatzaufwand, insbesondere für die Antenne oder Basis, vermieden werden. The invention has for its object a passive To specify procedures of the type mentioned at the beginning with which the state variables of a target regardless of the Knowledge of properties of the sound channel with relative can be determined with high accuracy. The procedure should be particularly suitable for shallow water areas. At the same time, this procedure should also be carried out on the recipient side common antennas or bases to be feasible, such as they have known passive sonar systems, and any additional design effort, especially for the antenna or base, can be avoided.

Die Aufgabe ist bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 oder Anspruchs 10 oder Anspruchs 16 angegebenen Merkmale gelöst.The task is in a procedure in the preamble of Claim 1 specified type by the in Labeling part of claim 1 or claim 10 or Claim 16 specified features solved.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9, 11 bis 15 und 17 bis 29 angegeben.Developments of the invention are in subclaims 2 to 9, 11 to 15 and 17 to 29.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird gerade die Eigenschaft des Flachwasserkanals ausgenutzt, die bisher für die akustische Ortung als störend empfunden wurde, nämlich der verstärkt auftretende Nachhall mit den Effekten der dopplerbedingten Frequenzspreizung im Nachhall eines Ortungssignals und der Richtungs- und Zeitabhängigkeit dieser Frequenzspreizung. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß kein zusätzlicher Konstruktionsaufwand erforderlich ist. Das Verfahren wird ohne jegliche konstruktive Änderung herkömmlicher Passiv-Sonaranlagen mit z. B. einer Zylinderbasis ausschließlich durch Mittel der Signalverarbeitung realisiert. Für das Verfahren erforderliche Teilschritte in der Signalverarbeitung, Beamforming und Frequenzanalyse, sind bei einer Reihe von bekannten Passiv-Sonaranlagen ohnehin schon vorhanden, so daß das Verfahren mit geringstem Zusatzaufwand in vorhandene Sonaranlagen implementiert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet recht genau. Selbst bei ungünstigen Randbedingungen liefert es Schätzwerte für die Entfernung zwischen dem den Sender tragenden Ziel und dem Empfänger mit einem Fehler von kleiner 10%.In the method according to the invention Property of the shallow water channel exploited to date was perceived as disturbing for the acoustic location, namely the increasing reverberation with the Effects of Doppler-related frequency spreading in the Reverberation of a location signal and the directional and Time dependence of this frequency spread. The The inventive method has the advantage that no additional design effort is required. The The process is carried out without any design changes conventional passive sonar systems with z. B. one Cylinder base exclusively by means of the Signal processing implemented. For the procedure required sub-steps in signal processing, Beamforming and frequency analysis are among a number of known passive sonar systems already exist, so that the process with the least additional effort in existing sonar systems can be implemented. The The method according to the invention works very precisely. Self in the case of unfavorable boundary conditions, it provides estimates for the distance between the target carrying the transmitter and the recipient with an error of less than 10%.

Bei dem in den Ansprüchen 1 bis 6 angegebenen Verfahren werden insgesamt die Zustandsgrößen Sendefrequenz, Geschwindigkeit und Kurs des Ziels bestimmt. Ein ruhender oder quasi ruhender Empfänger kann dabei omnidirektional oder richtungsselektiv empfangen. Bei sich bewegendem Empfänger ist richtungsselektiver Empfang erforderlich, da sich nur dann der durch die Eigenbewegung des Empfängers im Empfangssignal auftretende Eigendoppler mit Kenntnis von Geschwindigkeit und Kurs des Empfängers ohne weiteres rechnerisch eliminieren läßt. Unter selektiver Empfangsrichtung werden hier übliche Öffnungswinkel 2ϑ _-3 der Empfangscharakteristik verstanden. Eine Verbesserung der Detektionsgenauigkeit der Dopplernachhallfrequenzen wird mit Verkleinerung des Öffnungswinkels 2ϑ _-3 erzielt. Heute üblicherweise bei Passivsonaren erzeugte Öffnungswinkel 2ϑ _-3 = 2° sind für gute Ergebnisse durchaus ausreichend.In the method specified in claims 1 to 6, the state variables transmission frequency, speed and course of the target are determined overall. A resting or quasi-resting receiver can receive omnidirectional or directionally selective. When the receiver is moving, directionally selective reception is required, since only then can the self-Doppler occurring in the received signal due to the self-movement of the receiver be eliminated by calculation with knowledge of the speed and course of the receiver. The selective reception direction is understood here to mean the usual opening angle 2 ϑ _{-3 of} the reception characteristic. An improvement in the detection accuracy of the Doppler reverberation frequencies is achieved by reducing the opening angle 2 ϑ _-3 . Opening angles of 2 ϑ _-3 = 2 °, which are commonly created today with passive sonars, are quite sufficient for good results.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich auch aus Anspruch 4. In den beiden nicht zielweisenden selektiven Empfangsrichtungen oder Richtungskanälen der Sonaranlage erhält man komplementäre Extrema der Dopplernachhallfrequenzen, d. h. in dem einen Richtungskanal wird eine maximale und in dem anderen eine minimale Dopplernachhallfrequenz detektiert.An advantageous embodiment of the invention The method also results from claim 4. In the two not targeted selective reception directions or Directional channels of the sonar system are complementary Extremes of Doppler reverberation frequencies, i.e. H. in one Directional channel becomes a maximum and in the other one minimal Doppler reverberation frequency detected.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich auch aus Anspruch 5. Durch diese Maßnahmen vermeidet man Meßungenauigkeiten, die bei den Verfahrensschritten gemäß Anspruch 4 dann entstehen können, wenn die beiden nicht zielweisenden selektiven Empfangsrichtungen bezüglich des noch unbekannten Zielkurses ungünstig gewählt werden.An advantageous embodiment of the invention The method also results from claim 5 Measures to avoid measurement inaccuracies in the Process steps according to claim 4 then arise can if the two non-targeting selective Directions of reception regarding the still unknown Target course chosen unfavorably.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus Anspruch 7. Mit den bestimmten Zustandsgrößen Zielkurs, Zielgeschwindigkeit und Sendefrequenz des Zielsenders läßt sich mittels der angegebenen Maßnahme die Entfernung zum Ziel ermitteln und damit der Zielort ausreichend genau bestimmen. An advantageous embodiment of the invention The method results from claim 7. With the certain State variables target course, target speed and The transmission frequency of the target station can be adjusted using the the specified measure determine the distance to the target and so that the destination can be determined with sufficient accuracy.

Für das vorstehend beschriebene Verfahren genügt nach Peilung des Ziels im Prinzip nur ein einziger vom Ziel abgestrahlter Sendeimpuls, um das Ziel mit seinen definierten Zustandsgrößen zu erfassen. Die Auswertung weiterer Sendeimpulse in der gleichen Weise dient lediglich noch der Verbesserung des Schätzergebnisses der Zustandsgrößen.For the method described above is sufficient Bearing the target in principle only one of the Target emitted transmission pulse to the target with its defined status variables. The evaluation serves further transmission pulses in the same way only the improvement of the estimation result of the State variables.

Stehen jedoch eine Serie von Sendeimpulsen zur Verfügung, so läßt sich die Zustandsgröße Zielentfernung zusätzlich noch gemäß der weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 8 schätzen. In Verbindung mit den in Anspruch 7 angegebenen Auswerteverfahren erhält man zwei getrennt ermittelte Ergebnisse der gleichen Zustandsgröße Zielentfernung, mit welchen dann mittels eines Fehlerausgleichsverfahrens das eigentliche Schätzergebnis weiter verbessert werden kann.However, if a series of transmit pulses are available, so the state variable target distance can be additionally still according to the further design of the estimate method according to the invention according to claim 8. In Connection with those specified in claim 7 Evaluation methods are obtained from two separately determined ones Results of the same state variable target distance, with which then by means of an error compensation procedure actual estimation result can be further improved.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 10 werden die Zustandsgrößen Sendefrequenz, Geschwindigkeit und Entfernung des Ziels gleichzeitig und mit einer höheren Zuverlässigkeit geschätzt. Durch die Vielzahl der zur Schätzung verwendeten Stützwerte aus den verschiedensten Empfangsrichtungen können Störungen in der Nachhallstruktur und damit falsche Stützstellen eliminiert werden.In the method according to the invention according to claim 10 the state variables transmission frequency, speed and distance of the target simultaneously and with one appreciated higher reliability. Due to the multitude of base values from the A wide variety of reception directions can cause interference in the Reverberation structure and thus incorrect support points eliminated will.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen 12 bis 15. Die Verwendung der gemäß den in den einzelnen Ansprüchen angegebenen Verfahrensschritten gewonnenen Zustandsgrößen als Startwerte bei der Vorgabe der Fiktivwerte für die Parameter im Verfahren gemäß Anspruch 10 reduziert den Rechenaufwand für dieses Schätzverfahren erheblich. Advantageous refinements of this method result emerge from claims 12 to 15. The use of according to those specified in the individual claims State variables obtained as process steps as Initial values when specifying the fictitious values for the The parameter in the method according to claim 10 reduces the Computational effort for this estimation method significantly.

Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 16 hat den Vorteil, bei hoher Schätzgenauigkeit der Zustandsgrößen mit nur einer selektiven Empfangsrichtung auszukommen. Da während der Empfangsdauer die vollständige Nachhallstruktur zur Bestimmung der Dopplernachhallfrequenzen herangezogen wird - und nicht nur ausgewählte Stützstellen daraus -, können Störungen in der Nachhallstruktur leicht erkannt und bei der Schätzung der Zustandsgrößen ohne weiteres eleminiert werden. Der elektronische Aufwand zur Belegung der selektiven Empfangsrichtung, dem sog. Preformed Beam, ist relativ gering.The inventive method according to claim 16 has the Advantage with high estimation accuracy of the state variables to get by with only one selective reception direction. There complete during the reception period Reverberation structure for determining the Doppler reverberation frequencies are used - and not only selected support points from it -, disturbances in the reverberation structure easily recognized and in the estimation of the state variables are easily eliminated. The electronic effort for the allocation of the selective The receiving direction, the so-called preformed beam, is relative low.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen 17 bis 25. Bei Hinzutreten mindestens eines weiteren, maximal jedoch zwei weiterer selektiver Empfangsrichtungen (Preformed Beams), die im Azimut um einen Winkelbetrag gegeneinander versetzt sind, lassen sich einzelne Zustandsgrößen vorab und zuverlässig berechnen und in die Glättungskurve einsetzen, so daß lediglich die Zielentfernung einen Parameter darstellt. Dadurch kann der Rechenaufwand erheblich reduziert und die Schnelligkeit des Schätzverfahrens wesentlich erhöht werden.Advantageous refinements of this method result emerge from the further claims 17 to 25 At least one more, but no more than two further selective reception directions (preformed beams) which are in the azimuth by one Angular amount are offset from each other, can be Calculate individual state variables in advance and reliably and insert it into the smoothing curve so that only the Target distance represents a parameter. This allows the Computational effort significantly reduced and the speed of the estimation process can be increased significantly.

Durch die Peilung des Senders mittels eines separaten Peilstrahls gemäß Anspruch 17 lassen sich infolge des recht hohen Nutz-/Störverhältnisses sowohl der Zeitpunkt der Nachhallauffassung, also der Empfangsbeginn, als auch ein Höchst- und Niedrigstwert der Dopplerfrequenzen zuverlässig detektieren, wobei der Höchst- und Niedrigstwert symmetrisch zur Mittenfrequenz des Sendeimpulses liegen. Die im Pfeilstrahl auftretende Sprungfunktion im zeitlichen Verlauf der Dopplernachhallfrequenz ermöglicht eine sichere Bestimmung der Mittenfrequenz, also der Sendefrequenz. By bearing the transmitter using a separate one Bearing beam according to claim 17 can be due to the right high usage / interference ratio both the time of Reverberation concept, i.e. the beginning of reception, as well as a Highest and lowest values of the Doppler frequencies detect reliably, the maximum and Lowest value symmetrical to the center frequency of the Transmit pulse. The one appearing in the arrow beam Jump function over time Doppler reverberation frequency enables a reliable determination the center frequency, i.e. the transmission frequency.

Ebenso wie bei dem eingangs beschriebenen Verfahren wird bei der Ausgestaltung dieses Verfahrens gemäß den Ansprüchen 18 bis 20 die Geschwindigkeit und der Kurs des Ziels aus den Extremwerten der Dopplernachhallfrequenz, also der maximalen und/oder minimalen Dopplernachhallfrequenz bestimmt. Da jedoch im Gegensatz zu dem erstbeschriebenen Verfahren hier für jeweils eine Empfangsrichtung der gesamte zeitliche Verlauf der Dopplernachhallfrequenzen, die sog. Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Kurve, über die gesamte Empfangsdauer des Nachhalls bestimmt wird, können Störungen in der Nachhallstruktur leicht erkannt und die tatsächlichen Extremwerte, die dem minimalen und maximalen Doppler entsprechen, sehr viel zuverlässiger bestimmt werden.Just as with the method described above in the design of this method according to the Claims 18 to 20 the speed and course of the Target from the extreme values of the Doppler reverberation frequency, so the maximum and / or minimum Doppler reverberation frequency determined. However, in contrast for the first described procedure here for one Direction of reception the entire time course of the Doppler reverberation frequencies, the so-called Doppler reverberation frequency-time curve, over the entire Reception duration of the reverberation can be determined Disruptions in the reverberation structure easily recognized and the actual extreme values, the minimum and maximum Doppler conform, determined much more reliably will.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ergibt sich dabei aus Anspruch 21. Bei bestimmten räumlichen Verhältnissen von Zielkurs und gewählter nicht zielweisender selektiver Empfangsrichtung läßt sich die minimale oder die maximale Dopplernachhallfrequenz meßtechnisch nicht ermitteln. In diesem Fall kann jedoch aus den Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werten in der zweiten nicht zielweisenden selektiven Empfangsrichtung, die eine andere räumliche Relation zu dem Sender hat, die in der ersten Empfangsrichtung nicht erfaßbare minimale oder maximale Dopplernachhallfrequenz bestimmt werden.A particularly advantageous embodiment of the method results from claim 21. In certain spatial relationships of target course and chosen not targeting selective reception direction can be minimum or maximum Doppler reverberation frequency do not determine by measurement. In this case, however from the Doppler reverberation frequency-time values in the second non-targeting selective reception direction, the one has different spatial relation to the transmitter, which in the minimum or not detectable in the first reception direction maximum Doppler reverberation frequency can be determined.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ergibt sich weiterhin aus Anspruch 22. Durch diese Maßnahmen wird die Zuverlässigkeit der berechneten Zustandsgrößen des Ziels wesentlich erhöht, indem immer diejenige Empfangsrichtung zur Berechnung der Zustandsgrößen herangezogen wird, in welcher der eindeutige Extremwert der Dopplernachhallfrequenz auftritt. An advantageous embodiment of the method results continue from claim 22. Through these measures, the Reliability of the calculated state variables of the target significantly increased by always receiving that direction is used to calculate the state variables in which is the unique extreme value of the Doppler reverberation frequency occurs.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich auch aus Anspruch 23. Durch diese zusätzlichen Verfahrensschritte können die Schätzergebnisse für die unbekannten Zustandsgrößen iterativ wesentlich verbessert werden und so eine überaus genaue Zieldetektion und Zielbestimmung erreicht werden.An advantageous embodiment of the invention The method also results from claim 23. Through these additional process steps you can the estimation results for the unknown state variables be improved iteratively and so an extremely precise target detection and target determination can be achieved.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur dann anwendbar, wenn das Ziel Schallimpulse omnidirektional aussendet. Auch bei anderen in Aktiv-Sonaren häufig verwendeten Sendearten, wie RDT-, CRDT- oder XRDT-Betrieb, bei welchen ein schmaler Sendestrahl über einen horizontalen Winkelbereich geschwenkt wird, liefert das erfindungsgemäße Verfahren gleich gute Ergebnisse für die Zustandsgrößen des sendenden Ziels. Lediglich der Nullpunkt des Zeitrasters muß anders gewählt werden. Während bei omnidirektionalem Sender der Nullpunkt durch den Empfangsbeginn in der zielweisenden Empfangsrichtung festgelegt wird, das ist mit Eintreffen des Direktsignals am Empfänger, kann beim RDT-Betrieb der Sender in einer der nicht zielweisenden Empfangsrichtungen früher aufgefaßt werden als in der zielweisenden Empfangsrichtung.The method according to the invention is not only then applicable when the target sound impulses omnidirectional sends out. Also common with others in active sonars transmission types used, such as RDT, CRDT or XRDT operation, in which a narrow beam over a horizontal angle range is pivoted, that provides inventive method equally good results for State variables of the sending target. Only the The zero point of the time grid must be selected differently. While with omnidirectional transmitter the zero point through the start of reception in the targeted direction of reception is fixed, that is with the arrival of the direct signal on the receiver, the transmitter can be used in a RDT mode the non-targeting directions of reception earlier to be understood as in the goal-setting Direction of reception.

Gemäß der weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 28 wird auf ein Ziel mit im RDT-Betrieb sendenden Aktiv-Sonar dann geschlossen, wenn zwischen der Nachhalldetektion in den beiden nicht zielweisenden Empfangsrichtungen ein zeitlicher Versatz auftritt. Aus diesem zeitlichen Versatz läßt sich dann zusätzlich die Umlaufzeit des Sendestrahls berechnen.According to the further embodiment of the invention The method of claim 28 is based on a target with Active sonar transmitting RDT mode is closed when between the reverberation detection in the two not targeting directions of reception a time offset occurs. This time offset can then be used additionally calculate the round trip time of the broadcast beam.

Die Erfindung wird anhand von durch die Zeichnung verdeutlichten Ausführungsbeispielen eines Verfahrens zur passiven Schätzung von Zustandsgrößen eines Ziels im folgenden näher beschrieben. Es zeigt The invention is based on the drawing illustrated embodiments of a method for passive estimation of state variables of a target in following described in more detail. It shows

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung eines Modells des Nachhallraums im Wasser bei einer willkürlich gewählten momentanen räumlichen Relation zwischen einem fahrenden Sender S und einem ruhenden oder fahrenden Empfänger E, Fig. 1 shows a schematic representation of a model of the reverberation chamber in the water at an arbitrary current spatial relationship between a moving transmitter S and a stationary or moving receiver E,

Fig. 2 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 1 bei einem Empfänger mit insgesamt drei selektiven Empfangsrichtungen, Fig. 2 is a same view as in Fig. 1 selectively at a receiver with a total of three receive directions,

Fig. 3 eine prinzipielle Darstellung der in den einzelnen selektiven Empfangsrichtungen erfaßten Dopplernachhallfrequenz-Zeitkurven bei einem ODT-Sender, Fig. 3 shows a schematic representation of the detected in the individual selective reception directions Doppler reverberation time frequency curves at an ODT transmitter,

Fig. 4 eine gleiche Darstellung von Dopplernachhallfrequenz- Zeitkurven bei einem RDT-Sender, Fig. 4 is a similar view of Dopplernachhallfrequenz- time curves at a RDT transmitter,

Fig. 5 und Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Realisierung des Verfahrens der Zustandsgrößen-Schätzung, Fig. 5 and Fig. 6 is a block diagram of a circuit arrangement for realizing the method of the state variable estimate,

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Datenextraktors in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 und 6, Fig. 7 is a block diagram of a data extractor in the circuit of Fig. 5 and 6,

Fig. 8 ein Blockschaltbild des Verfahrensablaufs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Fig. 8 is a block diagram of the process flow according to a second embodiment.

Das Verfahren zur Schätzung der unbekannten Zustandsgrößen eines bewegten Ziels von einem zielfernen Empfangsort aus wird zunächst anhand der prinzipiellen Darstellung in Fig. 1 erläutert. Dabei ist Voraussetzung, daß das Ziel in Intervallen Schallenergie, z. B. Schallimpulse, aussendet. Das bewegte Ziel ist daher in der bevorzugten Anwendung des Verfahrens ein Überwasserschiff, das für Ortungsaufgaben üblicherweise eine Aktiv-Sonaranlage an Bord hat, deren Schallsender Schallimpulse, z. B. schmalbandige CW-Impulse, aussendet. Das Ziel oder Überwasserschiff mit seinem sog. Intercept-Sender ist in Fig. 1 mit S bezeichnet. Es fährt mit einer für den Empfänger unbekannten Geschwindigkeit v _S auf einen Kurs k _S. Der ruhende oder bewegte Empfänger E ist in der bevorzugten Anwendung des Verfahrens ein ruhendes oder mit der Geschwindigkeit v _E auf dem Kurs k _E fahrendes U-Boot mit einer Passiv-Sonaranlage, mit welcher die Schallimpulse oder Intercept-Signale empfangen werden können. Die Anwendung des Verfahrens setzt voraus, daß der Schallkanal zwischen Sender S und Empfänger E Nachhalleigenschaften besitzt, was insbesondere für Flachwassergebiete, wie die Nordsee, zutrifft. Der Nachhall wird durch Diskontinuitäten im Wasser hervorgerufen, die z. B. bei Meereswasser infolge Temperatur- oder Salinitätsunterschiede, Lufteinschlüsse, Partikel- oder Mikroorganismengehalt auftreten und Impedanzsprünge bewirken. Bei Auftreffen der vom Sender abgestrahlten Schallenergie geben diese Diskontinuitäten zu Reflexionen und Streuungen Anlaß. Gedanklich können daher diese Diskontinuitäten als fiktive Streuzentren SC _i aufgefaßt werden, die von dem bewegten Sender mit der FrequenzThe method for estimating the unknown state variables of a moving target from a receiving location remote from the target is first explained using the basic illustration in FIG. 1. It is a prerequisite that the target at intervals sound energy, for. B. sound pulses. The moving target is therefore in the preferred application of the method a surface ship, which usually has an active sonar system on board for location tasks, the sound transmitter sound impulses, for. B. narrow-band CW pulses. The destination or surface ship with its so-called intercept transmitter is designated by S in FIG. 1. It travels on a course k _S at a speed v _S unknown to the receiver. In the preferred application of the method, the resting or moving receiver E is a resting or moving submarine with the speed v _E on the course k _E with a passive sonar system with which the sound pulses or intercept signals can be received. The application of the method presupposes that the sound channel between transmitter S and receiver E has reverberation properties, which is particularly true for shallow water areas such as the North Sea. The reverberation is caused by discontinuities in the water. B. occur in sea water due to temperature or salinity differences, air pockets, particle or microorganism content and cause impedance jumps. When the sound energy emitted by the transmitter strikes, these discontinuities give rise to reflections and scattering. Conceptually, these discontinuities can therefore be understood as fictitious scattering centers SC _i , that of the moving transmitter with the frequency

durch einen Schallimpuls der Mittenfrequenz f _m beschallt werden. β _i ist dabei der Winkel zwischen der Fahrtrichtung des Senders und der Richtung, in welche das jeweilige Streuzentrum SC _i von dem Sender aus gesehen wird. Ein Teil der Schallenergie wird in die räumlich selektive Empfangsrichtung des Empfängers gestreut, so daß diese Streuzentren SC _i für den Empfänger als längs der Empfangsrichtung oder Empfangsbeamachse benachbarte fiktive Sender mit unterschiedlicher Frequenz f _SCi erscheinen. Bei ruhendem Empfänger können diese unterschiedlichen Frequenzen f _SCi unmittelbar im selektiven Empfangskanal des Empfängers detektiert werden. Bei mit der Geschwindigkeit v _E sich bewegendem Empfänger sind diese Frequenzen um einen weiteren Doppler, dem sog. Eigendoppler, der aus der Relativbewegung des Empfängers zu den Streuzentren SC _i resultiert, verschoben und werden im Empfänger alsbe sonicated by a sound pulse of center frequency f _m . β _i is the angle between the direction of travel of the transmitter and the direction in which the respective scattering center SC _{i is seen} by the transmitter. Part of the sound energy is scattered in the spatially selective direction of reception of the receiver, so that these scattering centers SC _{i appear} to the receiver as fictitious transmitters with different frequencies f _SCi that are adjacent along the direction of reception or reception _{beam axis} . When the receiver is at rest, these different frequencies f _SCi can be detected directly in the selective reception channel of the receiver. In the case of a receiver moving at the speed v _E , these frequencies are shifted by a further Doppler, the so-called self-Doppler, which results from the relative movement of the receiver to the scattering centers SC _i and are in the receiver as

nachgewiesen, wobei R der Winkel zwischen dem Geschwindigkeitsvektor v _E des Empfängers und der Richtung ist, unter welcher die fiktiven Sender vom Empfänger aus gesehen werden, also die selektive Empfangsrichtung des Empfängers. Da der Geschwindigkeitsvektor des Empfängers und die selektive Empfangsrichtung bekannt sind, läßt sich der Eigendoppler im Empfangskanal kompensieren und somit die Sendefrequenz f _SCi der fiktiven Sender SC _i detektieren. detected, where R is the angle between the speed vector v _{E of} the receiver and the direction in which the fictitious transmitter is seen from the receiver, ie the selective reception direction of the receiver. Since the speed vector of the receiver and the selective reception direction are known, the self-doubler in the reception channel can be compensated and thus the transmission frequency f _{SCi of} the fictitious transmitter SC _i can be detected.

Im folgenden werden die eigendopplerkompensierten Frequenzen f _ESCi, die identisch den von den fiktiven Sendern SC _i abgestrahlten Frequenzen f _SCi sind, als Dopplernachhallfrequenzen bezeichnet.In the following, the self-Doppler-compensated frequencies f _ESCi , which are identical to the frequencies f _SCi emitted by the fictitious transmitters SC _i, are referred to as Doppler reverberation frequencies.

Mit dem nachstehend im einzelnen beschriebenen Verfahren werden nunmehr die für den Empfänger E unbekannten Zustandsgrößen des Ziels mit Intercept- Sender S geschätzt. Unter Zustandsgrößen werden der Kurs k _S und die Geschwindigkeit v _S des Ziels S, die Sende- oder Mittenfrequenz f _m des Ziel-Intercept- Senders und die Entfernung R des Ziels S vom Empfänger E verstanden. Mit diesen Zustandsgrößen kann ein unbekanntes Ziel S vom Empfangsort E aus geortet und das Zielverhalten durch Kurs, Geschwindigkeit und Sendefrequenz vollständig beschrieben werden.With the method described in detail below, the state variables of the target unknown to the receiver E are now estimated with the intercept transmitter S. State variables are understood to mean the course k _S and the speed v _{S of} the target S , the transmission or center frequency f _{m of} the target intercept transmitter and the distance R of the target S from the receiver E. With these state variables, an unknown target S can be located from the receiving location E and the target behavior can be completely described by course, speed and transmission frequency.

Der Empfänger E weist mindestens eine selektive Empfangsrichtung I auf, einen sog. Preformed Beam oder gerichteten Empfangskanal. Diese Empfangsrichtung I wird willkürlich gewählt, darf jedoch nicht direkt auf das Ziel S gerichtet sein, was im folgenden mit "nicht zielweisend" bezeichnet ist. Über die selektive Empfangsrichtung I bzw. den gerichteten Empfangskanal wird der aufgrund des eingangs beschriebenen physikalischen Phänomens im Wasser durch die Schallimpulse der Zeitdauer T erzeugte Nachhall erfaßt. Dieser Nachhall ist eine Funktion der Zeit und wird auch als Nachhallsignal bezeichnet. Von dem über die selektive Empfangsrichtung I empfangenen Nachhall werden die Frequenzspektren gebildet, und zwar für eine Vielzahl von Zeitpunkten eines von Nachhallauffassung an, d.h. vom Zeitpunkt der Nachhalldetektion in der Empfangsrichtung I an, laufenden Zeitrasters, die in den Frequenzspektren enthaltenen Dopplernachhallfrequenzen f _SCi bestimmt und dem jeweiligen Zeitpunkt t _i zugeordnet. Die Vielzahl dieser Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werte ergeben eine in Fig. 3 mit I bezeichnete schematisch dargestellte Dopplernachhallfrequenz-Zeitkurve f _SC = g(t). Dabei ist angenommen, daß die Geschwindigkeit v _E des Empfängers Null ist. Fährt der Empfänger E jedoch mit der bekannten Geschwindigkeit v _E auf dem bekannten Kurs k _E, dann muß zur Kompensation des daraus resultierenden zusätzlichen Dopplers, des sog. Eigendopplers, im Empfänger eine richtungsabhängige Geschwindigkeitskompensation durchgeführt werden.The receiver E has at least one selective reception direction I, a so-called preformed beam or directional reception channel. This direction of reception I is chosen arbitrarily, but must not be aimed directly at the target S , which is referred to below as "not targeting". The reverberation generated due to the physical phenomenon in the water described above by the sound pulses of the time period T is detected via the selective reception direction I or the directional reception channel. This reverberation is a function of time and is also called the reverberation signal. The frequency spectra are formed from the reverberation received via the selective reception direction I, specifically for a multiplicity of points in time from the reverberation recording, that is to say from the time of the reverberation detection in the reception direction I, the time pattern that determines the Doppler reverberation frequencies f _SCi contained in the frequency spectra and assigned to the respective time t _i . The multiplicity of these Doppler reverberation frequency-time values result in a schematically represented Doppler reverberation frequency-time curve f _SC = g ( t ) in FIG. 3. It is assumed that the speed v _{E of} the receiver is zero. However, if the receiver E travels at the known speed v _E on the known course k _E , a direction-dependent speed compensation must be carried out in the receiver to compensate for the additional Doppler, the so-called self-Doppler, which results from this.

Unabhängig von der Gewinnung der Dopplernachhallfrequenz- Zeit-Werte aus dem Nachhall in der vorgegebenen, nicht zielweisenden Empfangsrichtung I werden für die gleiche Empfangsrichtung die Dopplernachhallfrequenzen f _i als Funktion der Zeit t berechnet. Für die Dopplernachhallfrequenz f _i zum Zeitpunkt t = t _i giltIrrespective of the acquisition of the Doppler reverberation frequency time values from the reverberation in the predetermined, non-target receiving direction I, the Doppler reverberation frequencies f _{i are} calculated as a function of time t for the same reception direction. The following applies to the Doppler reverberation frequency f _i at time t = t _i

Mit dem aus Fig. 1 ersichtlichen ZusammenhangWith the connection shown in FIG. 1

β _i = Π-k _S-δ _i (2) β _i = Π - k _S - δ _i (2)

und der Beziehungand the relationship

wobeiin which

gesetzt sind, ergibt sichare set, results

f _i = h (t _i, R, v _s, k _S, f _m) (7). f _i = h (t _i , R , v _s , k _S , f _m ) (7).

Aus Gl. (7) ist ersichtlich, daß die zu berechnenden Dopplerfrequenzen f _i eine Funktion der unabhängigen Variablen t sowie der Parameter R, v _S, k _S, f _m sind. Mit Gl. (1) werden nunmehr die Dopplernachhallfrequenzen f _i für eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Zeitpunkten t _i berechnet und zu Glättungskurven f = h(t) zusammengestellt. Die unbekannten Parameter R, v _S, k _S, f _m werden dabei als Schätzwerte vorgegeben. Die willkürlich, aber mit Realitätsbezug angenommenen Schätzwerte werden für jeweils einen Parameter variiert, wobei die Variationsschritte geeignet zu wählen sind, und für jeden Schätzwert wird eine Glättungskurve erstellt. Nunmehr wird die Varianz σ² zwischen den Glättungskurven f = h(t) und den aus den Meßwerten gewonnenen Dopplernachhallfrequenz- Zeit-Werten f _SC = g(t) (Dopplernachhallfrequenz-Zeitkurve, wie sie in Fig. 3 unter I dargestellt ist) berechnet. Unter den berechneten Varianzen wird das Varianzminimum ermittelt (LMS (Least Mean Square)-Estimation). Derjenige Schätzwert des jeweiligen Parametersatzes, dessen zugeordneten Glättungskurven das Varianzminimum ergibt, wird als die Zustandsgröße des Ziels S ausgegeben.From Eq. (7) it can be seen that the Doppler frequencies f _i to be calculated are a function of the independent variables t and the parameters R , v _S , k _S , f _m . With Eq. (1) the Doppler reverberation frequencies f _i are now calculated for a large number of successive times t _i and compiled into smoothing curves f = h ( t ). The unknown parameters R , v _S , k _S , f _m are given as estimated values. The arbitrary but realistic assumptions are varied for each parameter, with the variation steps to be chosen appropriately, and a smoothing curve is created for each estimate. Now the variance σ ² between the smoothing curves f = h ( t ) and the Doppler reverberation frequency-time values obtained from the measured values f _SC = g ( t ) (Doppler reverberation frequency-time curve, as shown in FIG. 3 under I) is calculated . The minimum variance is determined from the calculated variances (LMS (Least Mean Square) stimulation). The estimated value of the respective parameter set, the associated smoothing curves of which yield the minimum variance, is output as the state variable of the target S.

Bei den vorhandenen vier Parametern, die alle nacheinander in geeigneten Schritten variiert werden müssen, ist praktisch der Rechenaufwand sehr groß. Dieser kann jedoch wesentlich dadurch vereinfacht werden, daß man mittels der aus dem Nachhall gewonnenen Dopplernachhallfrequenzen f _SCi die Zustandsgrößen für die Mittenfrequenz f _m, die Zielgeschwindigkeit v _S und dem Zielkurs k _S berechnet, so daß lediglich die Zustandsgröße Zielentfernung R als ein Parameter in den Glättungskurven mit der Zeit als unabhängige Variable verbleibt. Die Variation der Schätzwerte für den einzigen Parameter R und die Varianzberechnung erfordert dann nur noch einen Bruchteil des zuvor notwendigen Rechenaufwands.With the four parameters available, all of which have to be varied in succession in suitable steps, the computational effort is practically very large. However, this can be significantly simplified by calculating the state variables for the center frequency f _m , the target speed v _S and the target course k _S using the Doppler reverberation frequencies f _SCi obtained from the reverberation, so that only the state variable target distance R as a parameter in the Smoothing curves over time remain as an independent variable. The variation of the estimated values for the single parameter R and the calculation of the variance then only require a fraction of the previously required computing effort.

Zur Berechnung der Zustandsgröße f _m, v _S und k _S erhält der Empfänger E, wie in Fig. 2 dargestellt, eine zusätzliche selektive Empfangsrichtung 0, die auf das Ziel S ausgerichtet ist. Der Preformed Beam oder gerichteter Empfangskanal wird daher auch als Peilbeam bezeichnet. Der Nachhall wird nunmehr zusätzlich in der zielweisenden Empfangsrichtung 0 erfaßt. In der beschriebenen Weise werden die Frequenzspektren des erfaßten Nachhalls und daraus die Dopplerfrequenz-Zeit-Werte f _SC = g(t) bestimmt. Das Zeitraster t _i beginnt hier mit Eintreffen des direkten Intercept-Signals, das wegen des Direktempfangs mit der Nachhallerfassung, also mit dem Zeitpunkt der Nachhalldetektion, zusammenfällt. Der Verlauf, der sich aus den Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werten ergebenden Dopplernachhallfrequenz-Zeitkurve für die zielweisende Empfangsrichtung 0 ist in Fig. 3 dargestellt und dort mit 0 bezeichnet. Wie dort ersichtlich, wird der Verlauf der Dopplernachhallfrequenz über der Zeit durch eine Sprungfunktion charakterisiert, die zum Zeitpunkt t _i = 0 von einem kleinsten auf einen größten Wert springt - oder bei entgegengesetztem Zielkurs auch umgekehrt - und dann konstant bleibt. Liegt der Kurs des Ziels S in der Verbindungsgeraden Empfänger/Ziel, so entspricht der kleinste und der größte Wert der minimalen und maximalen Dopplernachhallfrequenz. In allen anderen Fällen sind diese Extremwerte an der Nullstelle, im folgenden mit f _ex(+0) und f _ex(-0) bezeichnet, kleiner als die minimale bzw. maximale Dopplernachhallfrequenz f _min bzw. f _max, liegen jedoch immer symmetrisch zur Sende- oder Mittenfrequenz f _m.To calculate the state variables f _m , v _S and k _S , the receiver E , as shown in FIG. 2, receives an additional selective reception direction 0, which is aimed at the target S. The preformed beam or directional receive channel is therefore also referred to as a direction finder. The reverberation is now additionally detected in the directional reception direction 0. The frequency spectra of the detected reverberation and the Doppler frequency-time values f _SC = g ( t ) are determined in the manner described. The time grid t _i begins here with the arrival of the direct intercept signal, which because of the direct reception coincides with the reverberation detection, that is to say with the time of the reverberation detection. The course of the Doppler reverberation frequency-time curve resulting from the Doppler reverberation frequency-time values for the targeted reception direction 0 is shown in FIG. 3 and is designated there by 0. As can be seen there, the course of the Doppler reverberation frequency over time is characterized by a step function that jumps from a smallest to a greatest value at time t _i = 0 - or vice versa if the target course is opposite - and then remains constant. If the course of the target S lies in the connecting line receiver / target, the smallest and the largest value correspond to the minimum and maximum Doppler reverberation frequency. In all other cases, these extreme values at the zero, hereinafter referred to as f _ex (+0) and f _ex (-0), are smaller than the minimum or maximum Doppler reverberation frequency f _min or f _max , but are always symmetrical to the transmission - or center frequency f _m .

Aus dem oberen und unteren Extremwert an der Stelle t = ±0 wird die Mittenfrequenz f _m bestimmt mitThe center frequency f _{m is} determined from the upper and lower extreme values at the point t = ± 0

und daraus die radiale Geschwindigkeitskomponente des Ziels S zuand from this the radial velocity component of the target S.

v _Srad = (f _ex(-0) - f _m) · c · f _m ^-1 (9). v _Srad = (f _ex (-0) - f _m ) · c · f _m ^-1 (9).

Aus den in der nicht zielweisenden Empfangsrichtung I gewonnenen Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werten wird ein Extremwert f _ex bestimmt, der entweder die maximale oder minimale Dopplernachhallfrequenz f _max bzw. f _min ist. Mit diesem Extremwert f _ex und der errechneten Mittenfrequenz f _m wird die Zielgeschwindigkeit berechnet mitAn extreme value f _{ex is} determined from the Doppler reverberation frequency time values obtained in the non-target receiving direction I, which is either the maximum or minimum Doppler reverberation frequency f _max or f _min . The target speed is calculated with this extreme value f _ex and the calculated center frequency f _m

wobei die Differenzfrequenz Δ f = f _ex-f _m üblicherweise als Dopplerverschiebung oder halbe Dopplerbandbreite bezeichnet wird.the difference frequency Δ f = f _ex - f _{m is} usually referred to as Doppler shift or half the Doppler bandwidth.

Aus der radialen Geschwindigkeitskomponente v _Srad und der Geschwindigkeit v _S läßt sich der Kurs k _S des Ziels S berechnen mitThe course k _{S of} the target S can be calculated from the radial speed component v _Srad and the speed v _S

Bei bestimmten räumlichen Relationen von Ziel S und gewählter nicht zielweisender selektiver Empfangsrichtung I des Empfängers E läßt sich eine minimale oder maximale Dopplernachhallfrequenz f _min bzw. f _max meßtechnisch nicht ermitteln. Besonders für große Zielentfernungen ist für größere Zeiten t _i das S/N-Verhältnis zu klein, so daß die Dopplernachhallfrequenzen stark abfallen. Approximativ festgelegte maximale bzw. minimale Dopplernachhallfrequenzen f _ex (f _max bzw. f _min) wären mit großen Fehlern behaftet, welche die zu schätzenden Zustandsgrößen erheblich verfälschen. Um auch in diesen Fällen eine zuverlässige, wenig fehlerhafte Zustandsgrößenschätzung zu erzielen, erhält der Empfänger E - wie in Fig. 2 gezeigt - eine weitere nicht zielweisende Empfangsrichtung II, über welche ebenfalls der Nachhall erfaßt wird und in gleicher Weise wie in der ersten nicht zielweisenden Empfangsrichtung I die Dopplernachhallfrequenzen f _SCi über ein von Nachhallauffassung an, also vom Zeitpunkt der Nachhalldetektion an, laufendes Zeitraster bestimmt werden. Ein Beispiel der daraus sich ergebenden Dopplernachhallfrequenz- Zeitkurve f _SCi = g(t) in der Empfangsrichtung II ist in Fig. 3 dargestellt und mit II gekennzeichnet. Die zweite nicht zielweisende Empfangsrichtung II ist um einen Winkel gegen die erste nicht zielweisende Empfangsrichtung I geschwenkt und liegt vorzugsweise symmetrisch zu dieser, bezogen auf die zielweisende Empfangsrichtung 0 als Symmetrieachse.With certain spatial relations of target S and selected non-target selective reception direction I of receiver E , a minimum or maximum Doppler reverberation frequency f _min or f _max cannot be determined by measurement. Especially for large target distances, the S / N ratio is too small for larger times t _i , so that the Doppler reverberation frequencies drop sharply. Approximately determined maximum or minimum Doppler reverberation frequencies f _ex ( f _max or f _min ) would be associated with large errors, which significantly distort the state variables to be estimated. In order to achieve a reliable, less erroneous state quantity estimate in these cases as well, the receiver E - as shown in FIG. 2 - receives a further non-targeting reception direction II, via which the reverberation is also recorded and in the same way as in the first non-targeting Direction of reception I, the Doppler reverberation frequencies f _{SCi are determined} via a time grid running from reverberation perception, that is to say from the time of the reverberation detection. An example of the resulting Doppler reverberation frequency-time curve f _SCi = g ( t ) in the receiving direction II is shown in FIG. 3 and identified by II. The second non-directional reception direction II is pivoted by an angle relative to the first non-directional reception direction I and is preferably symmetrical with respect to this, with respect to the directional reception direction 0 as an axis of symmetry.

Aus den in der weiteren nicht zielweisenden selektiven Empfangsrichtung II gewonnenen Dopplernachhallfrequenz- Zeit-Werten f _SCi = g(t) werden in gleicher Weise die extremen Dopplernachhallfrequenzen f _max oder f _min bestimmt. Treten in beiden nicht zielweisenden Empfangsrichtungen I und II jeweils mindestens eine maximale oder minimale Dopplernachhallfrequenz auf, so werden damit die Dopplerverschiebungen Δ f = f _ex-f _m ermittelt. Die größte Dopplerverschiebung wird dann zur Bestimmung von Geschwindigkeit v _S und Kurs k _S des Ziels S gemäß Gl. (10) und (11) benutzt.The extreme Doppler reverberation frequencies f _max or f _{min are} determined in the same way from the Doppler reverberation frequency time values f _SCi = g ( t ) obtained in the further non-targeting selective reception direction II. If at least one maximum or minimum Doppler reverberation frequency occurs in both non-target receiving directions I and II, then the Doppler shifts Δ f = f _ex - f _{m are} determined. The largest Doppler shift is then used to determine the speed v _S and course k _{S of} the target S according to Eq. (10) and (11) are used.

Auch die Erstellung der Glättungskurven f _i = h(t) und die Varianzberechnung erfolgt bezüglich derjenigen der beiden nicht zielweisenden Empfangsrichtungen I und II, in welcher die größte Dopplerverschiebung Δ f _max auftritt. Im Falle, daß in den nicht zielweisenden Empfangsrichtungen I und II insgesamt mindestens zwei gleiche größte Dopplerverschiebungen Δ f _max auftreten, wie dies für das in Fig. 3 gezeigte Beispiel zutrifft, wird diejenige Empfangsrichtung ausgesucht, in welche die größte Dopplerverschiebung zeitlich früher auftritt. In Fig. 3 wäre dies die zweite nicht zielweisende selektive Empfangsrichtung II, in welcher die minimale Dopplernachhallfrequenz f _min zeitlich als erste detektiert wird.The smoothing curves f _i = h ( t ) and the variance calculation are also carried out with respect to that of the two non-target receiving directions I and II in which the largest Doppler shift Δ f _max occurs. In the event that a total of at least two of the same greatest Doppler shifts Δ f _max occur in the non-targeting receiving directions I and II, as is the case for the example shown in FIG. 3, the receiving direction in which the greatest Doppler shift occurs earlier is selected. In FIG. 3, this would be the second non-target-selective reception direction II, in which the minimum Doppler reverberation frequency f _{min is} detected as the first in time.

Bei der Zielgeschwindigkeitsberechnung v _S gemäß Gl. (10) ist der Betrag der Geschwindigkeit v _S vorzeichenbehaftet und weist je nach verwendetem Extremwert f _max oder f _min ein positives oder negatives Vorzeichen auf. Unter Berücksichtigung dieses Vorzeichens und der ausgewählten nicht zielweisenden Empfangsrichtung I oder II läßt sich Gl. (11) für die Zielkursbestimmung k _S allgemeiner schreiben zuWhen calculating the target speed v _S according to Eq. (10) the amount of the speed v _{S is} signed and, depending on the extreme value f _max or f _{min used, has} a positive or negative sign. Taking into account this sign and the selected non-target receiving direction I or II, Eq. (11) write k _S more generally for the determination of the target course

wobei x die ausgewählte nicht zielweisende Empfangsrichtung I oder II ist und mit 1 bzw. 2 einzusetzen wäre.where x is the selected non-target receiving direction I or II and should be used with 1 or 2.

Die durch die Abtastung des Nachhallraums mit Hilfe der drei in Fig. 2 skizzierten selektiven Empfangsrichtungen 0, I, II gewonnenen Zustandsgrößen des Ziels S, wie v _S, k _S, f _m und R, die bereits eine recht gute Genauigkeit aufweisen, lassen sich iterativ noch durch folgende Verfahrensweisen verbessern:By the scanning of the reverberation room using the three in FIG. 2 outlined selective reception directions 0, I, II obtained state variables of the target S, such as v _S, k _S, f _m and R having already a fairly good accuracy, can be Improve iteratively with the following procedures:

Der nach Erstellung der Glättungskurven mittels der Varianzberechnung als fester Schätzwert ermittelte Entfernungswert R wird als Parameter eingesetzt und eine Glättungskurve f _i = h(t) durch Berechnung der Dopplernachhallfrequenzen nach Gl. (1) erstellt. Eine der übrigen Parameter, z. B. die Mittenfrequenz f _m, wird ausgehend von den berechneten Werten, bei f _m nach Gl. (8), in Stufen variiert und hierzu jeweils die Glättungskurven berechnet. Durch Varianzberechnung zu den aus dem Nachhall gewonnenen Dopplernachhallfrequenz- Zeit-Werten f _SCi = g(t) und Bestimmung des Varianzminimums σ wird ein verbesserter Wert für den jeweiligen Parameter, in Beispielen für die Mittenfrequenz f _m, gewonnen. Mit diesem verbesserten Parameterschätzwert erfolgt wiederum die Berechnung der Zielentfernung R wie eingangs beschrieben und man erhält einen wiederum verbesserten Schätzwert für die Zielentfernung. Mit diesem verbesserten Schätzwert für die Zielentfernung werden wiederum Glättungskurven mit entsprechenden Variationen eines weiteren Parameters, z. B. der Zielgeschwindigkeit v _S, gebildet, wonach sich das beschriebene Verfahren wiederholt. Insgesamt werden die vorstehend geschilderten Verfahrensschritte iterativ so lange wiederholt, bis die Änderung der laufend verbesserten Schätzwerte für die Zielentfernung einen vorgegebenen Betrag nicht mehr überschreitet.The distance value R determined as a fixed estimate after the smoothing curves have been calculated using the variance calculation is used as a parameter and a smoothing curve f _i = h ( t ) by calculating the Doppler reverberation frequencies according to Eq. (1) created. One of the other parameters, e.g. B. the center frequency f _m , based on the calculated values, at f _m according to Eq. (8), varied in steps and the smoothing curves calculated for each. By calculating the variance of the Doppler reverberation frequency time values f _SCi = g ( t ) obtained from the reverberation and determining the minimum variance σ , an improved value for the respective parameter, in examples for the center frequency f _m , is obtained. With this improved parameter estimated value, the target distance R is again calculated as described at the beginning, and an again improved estimated value for the target distance is obtained. With this improved estimated value for the target distance, smoothing curves with corresponding variations of a further parameter, e.g. B. the target speed v _S formed, after which the described method is repeated. Overall, the method steps described above are repeated iteratively until the change in the continuously improved estimated values for the target distance no longer exceeds a predetermined amount.

Bei dem mittels der Dopplernachhallfrequenz-Zeitkurve in Fig. 3 erläuterten Verfahren ist vorausgesetzt, daß der Intercept-Sender des Ziels S omnidirektional sendet. In Aktiv-Sonar-Anlagen besteht jedoch häufig die Möglichkeit, die Sendeart zu wechseln. Eine der gebräuchlichsten weiteren Sendearten ist das sog. RDT (Rotational Directional Transmission) mit den Modifikationen CRDT und XRDT. Bei allen diesen Sendearten wird ein gebündelter Sendestrahl ("Sendebeam") über einen mehr oder weniger großen Horizontalwinkel geschwenkt. Bei dem RDT-Sender rotiert ein Sendestrahl über dem vollen Horizontalwinkel 360°. Beim CRDT-Sender werden drei jeweils um 120° gegeneinander versetzte Sendestrahlen gleichsinnig über einen Horizontalwinkel von 120° geschwenkt. Beim XRDT-Sender werden vier jeweils um 90° gegeneinander versetzte Sendestrahlen gegensinnig über einen Winkelbereich von 90° geschwenkt.The method explained by means of the Doppler reverberation frequency-time curve in FIG. 3 presupposes that the intercept transmitter of the target transmits S omnidirectionally. In active sonar systems, however, it is often possible to change the transmission type. One of the most common other types of transmission is the so-called RDT (Rotational Directional Transmission) with the modifications CRDT and XRDT. With all of these types of transmission, a bundled transmission beam (“transmission beam”) is pivoted over a more or less large horizontal angle. With the RDT transmitter, a transmission beam rotates over the full horizontal angle of 360 °. With the CRDT transmitter, three transmission beams, each offset by 120 °, are pivoted in the same direction over a horizontal angle of 120 °. With the XRDT transmitter, four transmission beams, each offset by 90 °, are pivoted in opposite directions over an angular range of 90 °.

Auch bei Zielen S mit solchen Intercept-Sendern lassen sich die genannten Zustandsgrößen in gleicher Weise ermitteln. In Fig. 4 sind die in den selektiven Empfangsrichtungen 0, I, II aus dem Nachhall gewonnenen Dopplernachhallfrequenz-Zeitkurven beispielsweise für ein Ziel S mit einem RDT-Sender dargestellt. Der Nullpunkt des Zeitrasters zur Ermittlung der Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werte f _SCi = g(t) aus dem Nachhall wird dabei durch den Zeitpunkt des Eintreffens des Schallimpulses bzw. des Intercept-Signals aus der zielweisenden Empfangsrichtung 0 im Empfänger festgelegt. Wie Fig. 4 zeigt, fallen Zeitpunkt des Eintreffens des Direktsignals und Nachhallauffassung, d.h. der Zeitpunkt des Beginns des Nachhallempfangs, in der zielweisenden Empfangsrichtung 0 nicht aufeinander, sondern zeigen einen zeitlichen Versatz. Aus diesem zeitlichen Versatz wird auf das Vorhandensein eines RDT-Senders geschlossen. Die Umlaufzeit T _UM des Sendestrahls wird als doppelter zeitlicher Versatz errechnet. Aus der Umlaufzeit T _UM läßt sich die Winkelgeschwindigkeit ω des Sendebeams ohne weiteres bestimmen.For targets S with such intercept transmitters, the state variables mentioned can also be determined in the same way. In FIG. 4, obtained in the selective reception directions 0, I, II of the reverberation echo Doppler frequency-time curves, for example, for a target with an RDT S channel are shown. The zero point of the time grid for determining the Doppler reverberation frequency-time values f _SCi = g ( t ) from the reverberation is determined by the time of arrival of the sound pulse or the intercept signal from the targeted reception direction 0 in the receiver. As shown in FIG. 4, the time of arrival of the direct signal and reverberation perception, ie the time of the start of reverberation reception, do not coincide in the direction of reception 0, but rather show a time offset. The existence of an RDT transmitter is concluded from this time offset. The round trip time T _{UM of} the transmission beam is calculated as a double time offset. The angular velocity ω of the transmission beam can be determined easily from the round trip time T _UM .

Wie aus den Dopplernachhallfrequenz-Zeitkurven der Fig. 4 in den nicht zielweisenden Empfangsrichtungen I und II hervorgeht, fallen auch die Zeitpunkte des Beginns der Nachhallerfassung in den beiden Empfangsrichtungen I und II nicht - wie bei einem ODT-Sender - zusammen, sondern sind ebenfalls zeitlich gegeneinander versetzt. Auch dieser zeitliche Versatz ist charakteristisch für das Vorhandensein eines RDT-Senders im Ziel. Der zeitliche Versatz entspricht exakt der Umlaufzeit T _UM des Sendebeams des RDT-Senders.As can be seen from the Doppler reverberation frequency time curves of FIG. 4 in the non-target reception directions I and II, the times of the start of the reverberation detection in the two reception directions I and II do not coincide - as in the case of an ODT transmitter - but are also temporal offset against each other. This time offset is also characteristic of the presence of an RDT transmitter in the destination. The time offset corresponds exactly to the round trip time T _{UM of} the transmission beam of the RDT transmitter.

Die Berechnung und Schätzung der unbekannten Zustandsgrößen f _m, v _S, k _S, R erfolgen in der gleichen Weise wie vorstehend für die Fallgestaltung eines ODT-Senders beschrieben. Wie die Dopplernachhallfrequenz- Zeitkurven f _SCi = g(t) in Fig. 4 zeigen, treten in einer der nicht zielweisenden Empfangsrichtungen, hier in der Empfangsrichtung II, unter Umständen Mehrdeutigkeiten der Funktion auf. Dies ist im wesentlichen dadurch begründet, daß durch die schrittweise räumlich nicht simultane Beschallung des Nachhallraums zu bestimmten Zeitpunkten gleichzeitig zwei unterschiedliche Frequenzen des Nachhallspektrums auftreten können. Die Varianzberechnung wird zweckmäßigerweise bezüglich der Dopplernachhallfrequenz- Zeit-Werte aus derjenigen der beiden nicht zielweisenden Empfangsrichtungen durchgeführt, in welcher keine Mehrdeutigkeiten auftreten. Dies wäre in Fig. 4 die Empfangsrichtung I. Die Berechnung der Dopplernachhallfrequenzen gemäß Gl. (1) und die Erstellung der Glättungskurven f _i = h(t) muß dann selbstverständlich unter Berücksichtigung dieser ausgewählten Empfangsrichtung durchgeführt werden.The unknown state variables f _m , v _S , k _S , R are calculated and estimated in the same way as described above for the case design of an ODT transmitter. As the Doppler reverberation frequency-time curves f _SCi = g ( t ) in FIG. 4 show, ambiguities of the function may occur in one of the non-target receiving directions, here in the receiving direction II. This is essentially due to the fact that the step-by-step, non-simultaneous acoustic irradiation of the reverberation room can simultaneously occur at different times in the reverberation spectrum at certain times. The calculation of the variance is expediently carried out with respect to the Doppler reverberation frequency-time values from that of the two non-target receiving directions in which no ambiguities occur. This would be the direction of reception I in FIG. 4. The calculation of the Doppler reverberation frequencies according to Eq. (1) and the creation of the smoothing curves f _i = h ( t ) must then of course be carried out taking into account this selected reception direction.

In Fig. 5 und 6 ist ein Blockschaltbild einer möglichen Schaltungsanordnung im Empfänger E zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens der Schätzung der unbekannten Zustandsgröße eines Ziels mit Schallabstrahlung schematisch dargestellt.In FIGS. 5 and 6 is a block diagram of a possible circuit arrangement in the receiver E for implementing the method described is the estimate of the unknown state quantity of a target with sound radiation schematically illustrated.

Der Empfänger E weist einen an sich bekannten Beamformer 10 auf, mittels dessen drei gerichtete Empfangskanäle erzeugt werden, so daß der Empfänger E nur in drei selektiven Empfangsrichtungen 0, I, II sensitiv ist. Die gerichteten Empfangskanäle oder Beams sind in Fig. 5 und im folgenden entsprechend den selektiven Empfangsrichtungen mit 0, I und II bezeichnet. Der mittlere Empfangskanal 0, der sog. Peilbeam, ist auf das Ziel S ausgerichtet (zielweisende Empfangsrichtung 0), die beiden anderen Empfangskanäle I und II (nicht zielweisende Empfangsrichtungen I und II) liegen symmetrisch zum Peilstrahl 0. Die Empfangssignale der einzelnen Empfangskanäle 0, I, II werden getrennt verarbeitet. Hierzu ist jedem Empfangskanal 0, I, II ein FFT-Prozessor 11, ein Datenextraktor 12 und ein Minimum-Maximum- Sucher 13 nachgeschaltet. Die Zuordnung dieser Bauelemente ist durch eine dem Bezugszeichen angehängte Zahl charakterisiert, die entsprechend den Empfangskanälen 0, I, II gewählt ist, so daß z. B. von den Bauelementen, die dem mittleren Empfangskanal 0 nachgeschaltet sind, der Datenextraktor 12 mit dem Bezugszeichen 120 und der Minimum-Maximum- Sucher 13 mit dem Bezugszeichen 130 gekennzeichnet sind. Die FFT-Prozessoren 11 schätzen jeweils das Betragsspektrum |S _n(f) | der Empfangssignale s(t). Die Spektrogramme werden jeweils dem Datenextraktor 12 zugeführt. Dieser entscheidet, ob ein Schallimpuls detektiert wird und extrahiert in diesem Fall Anfang und Ende des von diesem erzeugten Nachhalls, sowie dessen Verlauf über der Zeit. Als Ergebnis erhält man alle Dopplerfrequenz-Zeit-Werte f _n = g(n), wie sie in Fig. 3 und 4 als Dopplernachhallfrequenzen f _SC über der Zeit t, beginnend mit Nachhallerfassung zum Zeitpunkt t = 0, dargestellt sind.The receiver E has a beamformer 10 known per se, by means of which three directional reception channels are generated, so that the receiver E is only sensitive in three selective reception directions 0, I, II. The directional reception channels or beams are designated in FIG. 5 and in the following according to the selective reception directions with 0, I and II. The middle reception channel 0, the so-called direction finder, is aligned with the target S (directional reception direction 0), the other two reception channels I and II (directional reception directions I and II) are symmetrical to the direction finding beam 0. The reception signals of the individual reception channels 0, I, II are processed separately. For this purpose, an FFT processor 11 , a data extractor 12 and a minimum-maximum searcher 13 are connected downstream of each reception channel 0, I, II. The assignment of these components is characterized by a number appended to the reference number, which is selected in accordance with the reception channels 0, I, II, so that, for. B. of the components that are connected downstream of the middle reception channel 0, the data extractor 12 with the reference symbol 120 and the minimum-maximum searcher 13 with the reference symbol 130 . The FFT processors 11 each estimate the amount spectrum | S _n ( f ) | the received signals s ( t ). The spectrograms are each fed to the data extractor 12 . This decides whether a sound pulse is detected and in this case extracts the beginning and end of the reverberation generated by it, as well as its course over time. As a result, all Doppler frequency-time values f _n = g ( n ) are obtained, as shown in FIGS. 3 and 4 as Doppler reverberation frequencies f _SC over time t , starting with reverberation detection at time t = 0.

Eine mögliche Ausführungsform eines Datenextraktors 12 ist in Fig. 7 dargestellt. Aus den zu den Zeitpunkten n gelieferten Spektrogrammen |S _n(f) | extrahiert ein Maximum-Sucher 14 die Frequenz mit der größten Amplitude, die Dopplernachhallfrequenz f _n. Die Dopplernachhallfrequenzen f _n werden mittels eines Torgliedes 15 dem jeweiligen Minimum-Maximum-Sucher 13 zugeführt, wenn die Streuung σ einen vorgegebenen Betrag σ nicht überschreitet. Hierzu werden alle zu den verschiedenen Zeitpunkten n detektierten Dopplernachhallfrequenzen f _n in ein Schieberegister 16 mit serieller Eingabe und paralleler Ausgabe eingeschrieben. Aus dem jeweiligen Inhalt des Schieberegisters 16 wird zu jedem Zeitpunkt n von einem Mittelwertbildner 17 der arithmetische Mittelwert _n gebildet. Aus diesem Mittelwert und jeder Dopplernachhallfrequenz f _n wird in einer Rechenstufe 18 die StreuungA possible embodiment of a data extractor12th is inFig. 7 shown. From the at the times n supplied spectrograms |S _n(f) | extracted a maximum seeker14 the frequency with the largest Amplitude, the Doppler reverberation frequencyf _n. The Doppler reverberation frequencies f _n are by means of a gate link 15 the respective minimum-maximum finder13 fed when the scatterσ a given one amountσ does not exceed. To do this, everyone at different timesn detected Doppler reverberation frequenciesf _n into a shift register16 registered with serial input and parallel output. From the respective content of the shift register 16 will at any timen of a Averager17th the arithmetic mean _n educated. From this mean and every Doppler reverberation frequency f _n is in a calculation stage18th the scatter

berechnet. Die Rechenstufe 18 ist hierzu eingangsseitig mit dem Ausgang des Mittelwertbildners 17 und mit jedem der parallelen Ausgänge der Schieberegister 16 verbunden. Der Ausgang der Rechenstufe 18 ist mit einem Eingang eines Komparators 19 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Betrag der vorgegebenen zulässigen maximalen Streuung σ belegt ist. Der Komparator 19 gibt an den Steuereingang des Torglieds 15 einen Durchlaßbefehl, wenn σ k detektiert wird. Der Extraktionsprozeß liefert für jeden Richtungskanal 0, I, II einen Satz von Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werten f _n = g(n), wie sie als Kurven in Fig. 3 und 4 dargestellt und dort mit 0, I und II bezeichnet sind.calculated. For this purpose, the computing stage 18 is connected on the input side to the output of the averager 17 and to each of the parallel outputs of the shift register 16 . The output of the arithmetic stage 18 is connected to an input of a comparator 19 , the other input of which is occupied by the amount of the predetermined permissible maximum scatter σ . The comparator 19 issues a pass command to the control input of the gate member 15 when σ k is detected. The extraction process provides a set of Doppler reverberation frequency-time values f _n = g ( n ) for each directional channel 0, I, II, as shown as curves in FIGS. 3 and 4 and labeled 0, I and II there.

Die extrahierten Dopplernachhallfrequenzen f _n werden jeweils dem Minimum-Maximum-Sucher 13 zugeführt, der die niedrigste und höchste Dopplernachhallfrequenz f _min und f _max ausgibt. Dem Minimum-Maximum- Sucher 130, der dem mittleren Richtungskanal 0 zugeordnet ist, ist ein Addierer/Dividierer 20 nachgeschaltet, der die Mittenfrequenz f _m nach Gl. (8) berechnet. An dem Ausgang des Addierers/Dividierers 20 ist ein Eingang und an einem der Ausgänge des Minimum- Maximum-Suchers 130 der andere Eingang eines Subtrahierers 21 angeschlossen. Der Subtrahierer 21 berechnet die Differenzfrequenz zwischen einer der größten oder kleinsten Dopplernachhallfrequenz, den sog. Eckfrequenzen zum Zeitpunkt n = 0, und der Mittenfrequenz f _m. Dem Subtrahierer 21 ist ein Multiplizierer/ Dividierer 22 nachgeschaltet, der eingangsseitig wiederum mit dem Ausgang des Addierers/Dividierers 20 verbunden ist und mit der eingegebenen Schallgeschwindigkeit c im Wasser die radiale Geschwindigkeitskomponente v _Srad der Zielgeschwindigkeit v _S gemäß Gl. (9) berechnet.The extracted Doppler reverberation frequencies f _n are each fed to the minimum-maximum searcher 13 , which outputs the lowest and highest Doppler reverberation frequencies f _min and f _max . The minimum-maximum searcher 130 , which is assigned to the central directional channel 0, is followed by an adder / divider 20 which adjusts the center frequency f _m according to Eq. (8) calculated. An input is connected to the output of the adder / divider 20 and the other input of a subtractor 21 is connected to one of the outputs of the minimum-maximum searcher 130 . The subtractor 21 calculates the difference frequency between one of the largest or smallest Doppler reverberation frequency, the so-called corner frequencies at the time n = 0, and the center frequency f _m . The subtractor 21 is followed by a multiplier / divider 22 , which in turn is connected on the input side to the output of the adder / divider 20 and, with the sound speed c entered in the water, the radial speed component v _{Srad of} the target speed v _S according to Eq. (9) calculated.

Jedem Minimum-Maximum-Sucher 131 bzw. 132 ist ein Subtrahierer 23 bzw. 24 nachgeschaltet, der weiterhin mit dem Ausgang des Addierers/Dividierers 20 verbunden ist. Die Subtrahierer 23 und 24 berechnen aus jedem der Extremwerte der Dopplernachhallfrequenzen f _ex (f _max bzw. f _min) die Dopplerverschiebung Δ f durch Differenzbildung Δ f = f _max-f _m bzw. Δ f = f _min-f _m. Die Dopplerverschiebungen Δ f in jedem Richtungskanal werden in einem Vergleicher 25 bzw. 26 miteinander verglichen und die jeweils größte Dopplerverschiebung am Ausgang ausgegeben. Die Ausgänge der beiden Vergleicher 25 und 26 sind mit den beiden Eingängen eines weiteren Vergleichers 27 verbunden, der die größte Dopplerverschiebung Δ f _max der beiden ausgegebenen Dopplerverschiebungen ermittelt und gleichzeitig die Kennungszahl x für denjenigen Empfangskanal I bzw. II, in welchem diese größte Dopplerverschiebung Δ f _max auftritt, ausgibt. Diese Kennungszahl x, die entsprechend dem Richtungskanal "1" oder "2" annehmen kann, bildet eine Steuergröße für einen Elektor 28, z. B. Multiplexer, dem die an den Ausgängen der beiden Datenextraktoren 121 oder 122 anstehenden Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werte zugeführt werden. Diejenigen Dopplernachhallfrequenzen f _n und Zeitwerte n, die aus demjenigen Richtungskanal gewonnen worden sind, dessen Kennungszahl x an dem Steuereingang des Elektors 28 anstehen, werden einem Entfernungs-Schätzprozessor 29 (Fig. 6) zugeführt.Subsequent to each minimum-maximum searcher 131 and 132 is a subtractor 23 and 24 , which is also connected to the output of the adder / divider 20 . The subtractors 23 and 24 calculate the Doppler shift Δ f from each of the extreme values of the Doppler reverberation frequencies f _ex ( f _max and f _min ) by forming the difference Δ f = f _max - f _m and Δ f = f _min - f _m . The Doppler shifts Δ f in each directional channel are compared with one another in a comparator 25 or 26 , and the largest Doppler shift in each case is output at the output. The outputs of the two comparators 25 and 26 are connected to the two inputs of a further comparator 27 , which determines the largest Doppler shift Δ f _{max of} the two Doppler shifts output and at the same time the identification number x for the receiving channel I or II in which this largest Doppler shift Δ f _max occurs, outputs. This identification number x , which can assume "1" or "2" according to the directional channel, forms a control variable for an elector 28 , e.g. B. multiplexer to which the Doppler reverberation frequency time values present at the outputs of the two data extractors 121 or 122 are supplied. Those Doppler reverberation frequencies f _n and time values n , which have been obtained from the directional channel whose identification number x are present at the control input of the electrode 28 , are fed to a distance estimation processor 29 ( FIG. 6).

Der Ausgang des Vergleichers 27, an welchem die maximale Dopplerverschiebung Δ f _max ansteht, ist mit einem von drei Eingängen eines Multiplizierers/Dividierers 30 verbunden, dessen weitere Eingänge einerseits mit der Schallgeschwindigkeit c und andererseits durch Anschluß an den Addierer/Dividierer 20 mit der berechneten Mittenfrequenz f _m belegt sind. Der Multiplizierer/Dividierer 30 berechnet nach Gl. (10) die Zielgeschwindigkeit v _S. Der Ausgang des Multiplizierers/Dividierers 30 und der Ausgang des Multiplizierers/Dividierers 22 sind mit einem Dividierer 31 verbunden, dem ein arc cos-Netzwerk 32 nachgeschaltet ist. Am Ausgang des arc cos-Netzwerkes 32 ist der nach Gl. (11) berechnete Zielkurs k _S abnehmbar. Zur Berücksichtigung der vorzeichenbehafteten Größe der Zielgeschwindigkeit v _S und des ausgewählten Empfangskanals ist dem arc cos- Netzwerk 32 noch ein Addierer 33 nachgeschaltet, der andererseits mit dem Ausgang eines Rechengliedes 34 verbunden ist. Dem Rechenglied 34 wird die von dem Vergleicher 27 ermittelte Kennzahl x und von dem Ausgang des Multiplizierers/Dividierers 30 das Vorzeichen der maximalen Dopplerverschiebung Δ f _max eingegeben. Das Rechenglied 34 berechnet den zweiten Summanden der Gl. (12), der in dem Addierer 33 zu der Ausgangsgröße des arc cos-Netzwerkes 32 hinzu addiert wird. Am Ausgang des Addierers 33 kann der absolute, auf die Verbindungslinie zwischen Empfänger E und Ziel S bezogene Kurs k _S gemäß Gl. (12) abgenommen werden.The output of the comparator 27 , at which the maximum Doppler shift Δ f _max is present, is connected to one of three inputs of a multiplier / divider 30 , the other inputs of which, on the one hand, at the speed of sound c and, on the other hand, by connection to the adder / divider 20 with the calculated one Center frequency f _{m are} occupied. The multiplier / divider 30 calculates according to Eq. (10) the target speed v _S. The output of the multiplier / divider 30 and the output of the multiplier / divider 22 are connected to a divider 31 which is followed by an arc cos network 32 . At the output of the arc cos network 32 , the one according to Eq. (11) calculated target course k _S removable. In order to take into account the signed size of the target speed v _S and the selected receiving channel, the arc cos network 32 is followed by an adder 33 , which on the other hand is connected to the output of a computing element 34 . The arithmetic element 34 is entered the characteristic number x determined by the comparator 27 and by the output of the multiplier / divider 30 the sign of the maximum Doppler shift Δ f _max . The computing element 34 calculates the second summand of Eq. (12) which is added in the adder 33 to the output of the arc cos network 32 . At the output of the adder 33, the absolute, related to the connecting line between the receiver and target E S course can k _S according to Eq. (12) can be removed.

Der Entfernungs-Schätzprozessor 29 weist einen Glättungskurvenrechner 35, einen Varianzrechner 36, einen Speicher 37 in Form eines Schieberegisters mit serieller Eingabe und paralleler Ausgabe und einen Minimumdetektor 38 auf. Dem Glättungskurvenrechner 35 werden alle ermittelten Zustandsgrößen, wie die Mittenfrequenz f _m, die Zielgeschwindigkeit v _S, der Zielkurs k _S sowie der Winkel α zwischen der zielweisenden und nicht zielweisenden Empfangsrichtung O und I bzw. II und die Schallgeschwindigkeit c im Wasser eingegeben. Außerdem erhält der Glättungskurvenrechner 35 willkürlich, aber mit Realitätsbezug gewählte Schätzwerte _j der Zielentfernung, die in Stufen j = 1 bis k variiert werden. Zusätzlich werden dem Glättungsrechner 35 die Zeitwerte n der ausgewählten nicht zielweisenden Empfangsrichtung I bzw. II zugeführt, was über den Elektor 28 erfolgt. Der Glättungskurvenrechner 35 berechnet nunmehr für das Zeitraster n und für jeden Schätzwert _j den Verlauf der Dopplernachhallfrequenzen f _j nach Gl. (1). Das Ergebnis wird dem Varianzrechner 36 zugeführt, der außerdem die aus dem Nachhall gewonnenen Dopplernachhallfrequenzen f _n im ausgewählten, nicht zielweisenden Empfangskanal I bzw. II zugeführt erhält. Der Varianzrechner 36 berechnet die Varianz aller Glättungskurven f _j = h(n, _j) bezüglich der Dopplernachhallfrequenzen f _n nach:The range estimation processor29 has a smoothing curve calculator 35, a variance calculator36, a memory37 in the form of a shift register with serial input and parallel output and a minimum detector38 on. The smoothing curve calculator 35 all determined state variables, like the center frequencyf _m, the target speedv _S, the target coursek _S as well as the angleα between the goal-setting and non-directional reception directionO and I or II and the speed of soundc in the Water entered. The smoothing curve calculator also receives 35 arbitrary, but related to reality selected estimates _j the target distance, the in stagesj = 1 tok can be varied. In addition are the smoothing calculator35 the current valuesn the selected directional reception direction I or II supplied what about the Elektor28 he follows. The smoothing curve calculator35 now calculates for the time gridn and for each estimate _j the Course of the Doppler reverberation frequenciesf _j according to Eq. (1). The result is the variance calculator36 fed, which also the Doppler reverberation frequencies obtained from the reverberation f _n in the selected, non-targeting Received channel I or II receives. The variance calculator36 calculates the variance of all Smoothing curvesf _j =H(n, _j) regarding the Doppler reverberation frequencies f _n to:

Die Varianzen σ ²( _j) für die verschiedenen Schätzwerte _j werden im Speicher 37 zwischengespeichert. Aus dem Speicherinhalt ermittelt der Minimumdetektor 38 das Varianzminimum und gibt den zugehörigen Schätzwert _min als ermittelte Zielentfernung aus. Die in den Gleichungen in Fig. 6 exponentiell vorangestellte Kennzahl x dient lediglich der Kennzeichnung desjenigen der beiden nicht weisenden Empfangskanäle I bzw. II, in welchem die größte Dopplerverschiebung Δ f _max auftritt und bezüglich dessen Dopplernachhallfrequenz- Zeit-Werte f _n = g(n) die Varianzberechnung erfolgt.The variancesσ ^2nd( _j) for the different estimates _j are in memory37 cached. The minimum detector determines from the memory content 38 the minimum of variance and gives the corresponding one Estimate _min as the determined target distance out. The in the equations inFig. 6 exponentially preceding identification numberx is only used for identification of the two non-pointing reception channels I or II, in which the largest Doppler shift Δ f _Max occurs and regarding its Doppler reverberation frequency Time valuesf _n =G(n) the variance calculation he follows.

In Fig. 8 ist im Blockschaltbild ein gleiches Verfahren zur Schätzung der Zielzustandsgrößen skizziert, das dahingehend abgewandelt ist, daß mittels Signalverarbeitung der Nachhall nicht nur in drei, sondern in einer Vielzahl von im Azimut gegeneinander jeweils um einen gleichen Winkelbetrag versetzten selektiven Empfangsrichtungen, einem sog. Beamfächer 40, erfaßt wird. Von den Empfangsrichtungen ist eine, der sog. Peilstrahl 41, auf das Ziel ausgerichtet. Der Peilstrahl 41 befindet sich dabei vorzugsweise in der Mitte des Beamfächers 40. Die eigentliche Strahlformung erfolgt in dem Block 42 "Signal-Aufbereitung" durch entsprechende Verarbeitung der Ausgangssignale einzelner Antennenelemente einer mit dem Block 42 verbundenen Empfangsantenne 43. In dem Block 42 wird weiter eine Frequenzanalyse der in den einzelnen Beams empfangenen Nachhallsignale und bei bewegtem Empfänger E die Eigendopplerkompensation durchgeführt. Die Datensätze der aus den einzelnen Strahlkeulen gewonnenen eigendopplerkompensierten Dopplernachhallfrequenzen f _SCi werden in Zuordnung zur Empfangsrichtung α _i und Zeit t _i einem Rechner 44 zugeführt.In Fig. 8, the same method for estimating the target state variables is outlined in the block diagram, which has been modified such that the reverberation not only in three but in a plurality of selective reception directions offset in azimuth from one another by an equal angular amount, a so-called Beam subjects 40 is detected. One of the receiving directions, the so-called sighting beam 41 , is aimed at the target. The bearing beam 41 is preferably located in the middle of the beam fan 40 . The actual beam shaping takes place in block 42 "signal processing" by corresponding processing of the output signals of individual antenna elements of a receiving antenna 43 connected to block 42 . In block 42 , a frequency analysis of the reverberation signals received in the individual beams and, when the receiver E is moved, the self-Doppler compensation is carried out. The data sets of the self-Doppler reverberation frequencies f _SCi obtained from the individual beam lobes are fed to a computer 44 in association with the reception direction α _i and time t _i .

Der Rechner 44 berechnet einerseits Dopplernachhallfrequenzen f _i als Funktion der Empfangsrichtung α _i und der Zeit t _i gemäßOn the one hand, the computer 44 calculates Doppler reverberation frequencies f _i as a function of the reception direction α _i and the time t _i

undand

mitWith

und bildet andererseits nach dem Least-Mean-Square- Schätzverfahren die mittlere quadratische Differenz zwischen den zugeführten Dopplernachhallfrequenzen f _SCi und den durch Empfangsrichtung und Zeit zugeordneten, berechneten Dopplernachhallfrequenzen f _i. Die bei der ersten Berechnung der Dopplernachhallfrequenzen f _i als fiktive Werte vorgegebenen Parameter der Zustandsgrößen f _m, v _S, k _S und R werden dabei iterativ so lange verändert, bis die genannte Differenz ein Minimum ist. Die für das Maximum gefundenen Parameter werden als die gesuchten Zustandsgrößen ausgegeben.and, on the other hand, uses the least mean square estimation method to form the mean square difference between the supplied Doppler reverberation frequencies f _SCi and the calculated Doppler reverberation frequencies f _i assigned by the direction of reception and time. In the first calculation of the Doppler reverberation frequencies f _i as fictitious values, the parameters of the state variables f _m , v _S , k _S and R are changed iteratively until the difference mentioned is a minimum. The parameters found for the maximum are output as the sought state variables.

Dabei ist es von Vorteil, die Startwerte für die Parameter bei dem Schätzverfahren möglichst genau vorzugeben. Hierzu wird in einem ebenfalls mit dem Block 42 verbundenen weiteren Rechner 45 der Geschwindigkeitsvektor des Ziels aus den zur Verfügung stehenden Datensätzen der eigendopplerkompensierten Dopplernachhallfrequenzen f _SCi bestimmt. Hierzu werden zu einem bestimmten Zeitpunkt t ₁ aus den Datensätzen aller Beams oder Empfangsrichtungen die Dopplernachhallfrequenzen f _SCi ausgelesen. Daraus werden die größte und die kleinste Dopplernachhallfrequenz f _max und f _min eliminiert. Der Rechner 45 berechnet damit nunmehr die Zustandsgröße Sendefrequenz f _m gemäß It is advantageous to specify the starting values for the parameters as precisely as possible in the estimation process. For this purpose, the speed vector of the target is determined in a further computer 45, which is also connected to block 42 , from the available data sets of the self-Doppler-compensated Doppler reverberation frequencies f _SCi . For this purpose, the Doppler reverberation frequencies f _{SCi are} read out from the data records of all beams or reception directions at a specific time t ₁ . This eliminates the largest and smallest Doppler reverberation frequencies f _max and f _min . The computer 45 thus now calculates the state variable transmission frequency f _{m in} accordance with

und die Zustandsgröße Zielgeschwindigkeit v _S gemäßand the state variable target speed v _S according to

Außerdem wird im Rechner 45 die Dopplerfrequenz f _D des im Peilbeam 41 einfallenden Schallimpulses, also die Dopplerfrequenz des Direktsignals des Schallimpulses, ausgelesen und die Zustandsgröße Zielkurs k _S gemäßIn addition, the Doppler frequency f _D of the sound pulse incident in the direction finder 41 , ie the Doppler frequency of the direct signal of the sound pulse, is read out in the computer 45 and the state variable target course k _{S in} accordance with

berechnet. Der durch Zielkurs k _S und Zielgeschwindigkeit v _S vorgegebene Geschwindigkeitsvektor des Ziels sowie dessen Sendefrequenz f _m werden dem Rechner 44 als Startwerte für das Schätzverfahren zugeführt.calculated. The speed vector of the target predetermined by the target course k _S and target speed v _S and its transmission frequency f _m are fed to the computer 44 as starting values for the estimation method.

Im Rechner 45 kann weiterhin auch ein Startwert für den Parameter Zielentfernung R berechnet werden. Hierzu liest der Rechner 45 aus den zur Verfügung stehenden Datensätzen in einer Empfangsrichtung α ₁ eine Dopplernachhallfrequenz f _SCi und den Zeitpunkt t ₁ ihres Eintreffens, gerechnet von dem Eintreffen des Direktsignals im Peilstrahl 41, aus und berechnet aus den Gl. (15) und (17) unter Verwendung der gemäß Gl. (18) bis (20) ermittelten Zustandsgrößen v _S, k _S, f _m die Zielentfernung R, die dann als Startwert an den Rechner 44 gegeben wird.A starting value for the target distance R parameter can also be calculated in the computer 45 . For this purpose, the computer 45 reads a Doppler reverberation frequency f _SCi and the time t _{1 of} their arrival, calculated from the arrival of the direct signal in the direction finding beam 41 , from the available data sets in a reception direction α ₁ and calculates them from Eq. (15) and (17) using the method described in Eq. (18) to (20) determined state variables v _S , k _S , f _m the target distance R , which is then given to the computer 44 as a starting value.

Stehen mehr als ein Schallimpuls des Zielsenders zur Auswertung zur Verfügung, so kann die Zustandsgröße Zielentfernung noch auf eine weitere Art geschätzt werden. Mittels des Peilstrahls 41 wird fortlaufend die Peilung zum Ziel S hinsichtlich einer Bezugsrichtung, z. B. Norden, genommen und als Funktion der Zeit festgehalten. Die Peilwinkelwerte ϑ _i als Funktion der Zeit t werden einem Rechner 46 zugeführt. Dieser eliminiert aus den Meßwerten die Eigenbewegung des Empfängers E und bestimmt aus den kompensierten Meßwerten die zeitlichen Peilwinkeländerungen Δϑ/Δ t. Außerdem berechnet der Rechner 46 gemäßAre more than a sound impulse from the target transmitter available for evaluation, so the state variable Target distance in yet another way to be appreciated. By means of the beam41 becomes continuously bearing to the targetS regarding a reference direction, e.g. B. North, taken and recorded as a function of time. The bearing angle values ϑ _i as a function of timet become one computer46 fed. This eliminates from the Measured values the own movement of the receiverE and determines the temporal from the compensated measured values Bearing angle changesΔϑ/Δ t. Also charged the computer46 according to

oderor

die zeitliche Peilwinkeländerung im Bogen- oder Gradmaß. Die Werte v _S und k _S werden dem Rechner 46 vom Rechner 45 zugeführt. Während die unbekannte Zustandsgröße R als Fiktivwert vorgegeben wird. In einem Least-Mean-Square-Schätzverfahren wird der vorgegebene Parameterwert so lange iterativ verändert, bis die mittlere quadratische Differenz der berechneten und gemessenen Peilwinkeländerung ein Minimum ist. Der dazugehörige Parameterwert der Entfernung R wird als Zustandsgröße Zielentfernung ausgegeben. Die Zielentfernung ist bei bekanntem Standort des Empfängers und bekannter Peilrichtung 41 ein unmittelbares Maß für den Ort des Ziels.the temporal bearing angle change in the arc or Degree. The valuesv _S andk _S be the calculator46 from the computer45 fed. While the unknown state variableR is specified as a fictitious value. In A least mean square estimation method is used predefined parameter value changed iteratively as long as until the mean square difference of calculated and measured bearing angle change Minimum is. The associated parameter value of the distance R is used as the state variable target distance spent. The target distance is known Location of the recipient and known bearing direction41 an immediate measure of the location of the destination.

Bei dem vorstehenden Schätzverfahren kann auch der von dem Rechner 45 wie vorstehend beschrieben ermittelte Wert des Parameters R als Startwert eingegeben werden, so daß sich der erforderliche Rechenaufwand erheblich reduziert. Da nunmehr auf zwei getrennten Wegen die Zustandsgröße Zielentfernung R bestimmt worden ist, kann zur Verbesserung des Schätzergebnisses zwischen den beiden Ergebnissen noch eine Fehlerausgleichsrechnung durchgeführt werden.In the above estimation method, the value of the parameter R determined by the computer 45 as described above can also be entered as the starting value, so that the computation effort required is considerably reduced. Since the state variable target distance R has now been determined in two separate ways, an error compensation calculation can be carried out between the two results to improve the estimation result.

Anstelle der hier angesprochenen Least-Mean-Square- Estimation können auch andere geeignete Schätzverfahren verwendet werden, z. B. das Maximum-Liklihood- Schätzverfahren. Jeweils die Parameterwerte, die die Bedingungen des Schätzkriteriums erfüllen, werden als die gesuchten Zustandsgrößen des Ziels S ausgegeben. Das Schätzverfahren kann sowohl eindimensional als auch zweidimensional durchgeführt werden. Im ersten Fall werden die Dopplernachhallfrequenzen f _i als Funktion der Empfangsrichtung α _i für einen vorgegebenen Zeitpunkt t ₁ berechnet und mit den zugeordneten, zum Zeitpunkt t ₁ gemessenen Dopplernachhallfrequenzen f _SCi als Funktion der Empfangsrichtung α _i verglichen. Im zweiten Fall werden die Dopplernachhallfrequenzen f _i als Funktion von Zeit t _i und Empfangsrichtung α _i berechnet und mit den entsprechenden gemessenen Dopplernachhallfrequenzen f _SCi verglichen.Instead of the least mean square estimation mentioned here, other suitable estimation methods can also be used, e.g. B. the maximum likelihood estimation method. In each case the parameter values that meet the conditions of the estimation criterion are output as the sought state variables of the target S. The estimation method can be carried out both one-dimensionally and two-dimensionally. In the first case, the Doppler reverberation frequencies f _{i are} calculated as a function of the reception direction α _i for a predetermined time t ₁ and compared with the assigned Doppler reverberation frequencies f _SCi as a function of the reception direction α _i at time t ₁ . In the second case, the Doppler reverberation frequencies f _{i are} calculated as a function of time t _i and reception direction α _i and compared with the corresponding measured Doppler reverberation frequencies f _SCi .

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele des Verfahrens beschränkt. Begnügt man sich mit der Schätzung der Zustandsgrößen Zielgeschwindigkeit, Zielkurs und Senderfrequenz des Zielsenders und beschränkt sich auf die Vermessung des Ziels von einem stationären oder quasistationären Empfänger aus, so kann auf den elektrischen Aufwand des Beamformings zur Erzeugung von möglichst schmalen Empfangsbeams bzw. einer im Azimut hochauflösenden Empfangscharakteristik des Empfängers verzichtet werden. Selbstverständlich entfällt dann auch die Notwendigkeit der Eigendopplerkompensation des Empfängers, da die vom ruhenden Empfänger detektierten Dopplernachhallfrequenzen unmittelbar den von den Streuzentren SC _i abgestrahlten Frequenzen f _SCi entsprechen. In diesem Fall des ungerichteten Empfangs des Nachhalls können ebenfalls im Nachhallsignal die extremen Dopplernachhallfrequenzen f _max und f _min und die Dopplerfrequenz des Sendeimpulses f _D ermittelt und daraus - wie vorstehend beschrieben - die Zustandsgrößen Zielgeschwindigkeit v _S, Zielkurs k _S und Sendefrequenz f _m ermittelt werden. Die Zustandsgröße Zielentfernung R läßt sich dann allerdings nur ermitteln, wenn mehrere Sendeimpulse des Zielsenders zur Verfügung stehen. Wie vorstehend beschrieben, wird diese dann iterativ mittels eines geeigneten Schätzverfahrens aus berechneten und gemessenen zeitlichen Peilwinkeländerungen bestimmt, wobei die zuvor berechneten Zustandsgrößen Zielgeschwindigkeit v _S und Zielkurs k _S als Startwerte eingesetzt werden.The invention is not restricted to the exemplary embodiments of the method described. If one is satisfied with the estimation of the state variables target speed, target course and transmitter frequency of the target transmitter and is limited to measuring the target from a stationary or quasi-stationary receiver, then the electrical expenditure of beamforming to produce the narrowest possible reception beam or one in azimuth can be used high-resolution reception characteristics of the receiver can be dispensed with. Of course, the need for self-Doppler compensation of the receiver is then also eliminated, since the Doppler reverberation frequencies detected by the stationary receiver correspond directly to the frequencies f _SCi emitted by the scattering centers SC _i . In this case of non-directional reception of the reverberation, the extreme Doppler reverberation frequencies f _max and f _min and the Doppler frequency of the transmission pulse f _D can also be determined in the reverberation signal and - as described above - the state variables target speed v _S , target course k _S and transmission frequency f _m can be determined from this . The state variable target distance R can, however, only be determined if several transmission pulses from the target transmitter are available. As described above, this is then determined iteratively by means of a suitable estimation method from calculated and measured temporal bearing angle changes, the previously calculated state variables target speed v _S and target course k _{S being used} as starting values.

Claims

1. Passive method for estimating state variables, such as transmission frequency, speed, course and / or distance, of a moving target, e.g. B. ship or torpedo with active sonar, by a receiver remote from the target due to sound pulses emitted into the water, characterized in that the disadvantage generated by at least one sound pulse in the water is received by means of the receiver (E) and the received signal is subjected to a spectral analysis that the smallest and largest frequency in the spectrum of the received signal are detected as the minimum and maximum Doppler reverberation frequency ( _max , f _min ) and that the state variable transmission frequency (f _m ) is determined as the arithmetic mean of the minimum and maximum Doppler reverberation frequency (f _max , f _min ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the state variable target speed (v _s) as the speed of sound (c) multiplied in water quotient of the difference between the maximum and minimum Doppler reverberation frequency (f _max, f _min) and twice the transmit frequency (f _m ) is determined.

3. The method according to claim 2, characterized in that the reception of the reverberation is carried out omnidirectionally in the case of a stationary or quasi-stationary receiver (E) and that the spectral line contained in the spectrum of the received signal is determined with the greatest received level and its frequency as the Doppler frequency (f _D ) of the Transmit pulse is output.

4. The method according to claim 2, characterized in that the reception of the reverberation is carried out in a directionally selective manner in a directional reception direction and in two on both sides of this, preferably symmetrically, lying, non-directional reception directions, that the maximum and minimum Doppler reverberation frequency (f _max , f _min ) are taken from the spectra of the received signals of the two non-directional reception directions and that the spectral line contained in the spectrum of the reception signal of the directional reception direction is determined with the greatest reception level and its frequency is output as the Doppler frequency (f _D ) of the transmission pulse.

5. The method according to claim 2, characterized in that the reception of the reverberation directionally selective in a plurality of azimuths each offset by an angular amount from each other selective reception directions, one of which is targeting, is carried out that contains the target signal in the spectrum of the received signal spectral line determined with the largest receiving level and the transmit pulse is output whose frequency and Doppler frequency (f _D) and that the maximum and minimum Doppler reverberation frequency (f _max, f _min) are taken from said plurality of spectra of the reception signals to the plurality of reception directions be received from the beginning of reception in the target receiving direction at a predeterminable time (t _i ).

6. The method according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the state variable target course (k _S ) as the arc cosine of the quotient from the difference between Doppler frequency (f _D ) and transmission frequency (f _m ) on the one hand and half the difference from the maximum and minimum Doppler reverberation frequency (f _max , f _min ) on the other hand.

7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that with the state variables transmission frequency (f _m ), target speed (v _S ) and target course (k _S ) of the target (S ) according to a selected Doppler reverberation frequency (f ₁) is calculated, with δ being assumed arbitrarily, and that the time period (t ₁) from the start of reception in the target direction of reception until the occurrence of the selected Doppler reverberation frequency (f ₁) in the reception signal of a non-target reception direction ( α ₁) is measured and the state variable distance (R ) from the measured time period (t ₁) according to With is calculated.

8. The method according to claim 6, characterized in that the transmitter (S) from the receiver (E) is continuously passively bearing and after compensation for a possible self-movement of the receiver (E) the temporal changes in the bearing ( ϑ ) is measured that a bearing change over time ( Aϑ / Δ t) according to is calculated using the determined state variables target speed (v _S ) and target course (k _S ), the unknown state variable target distance (R) being specified as a fictitious parameter value, that by means of the likelihood method or the least mean square estimation the parameter value is iteratively changed until the estimation criterion is fulfilled, i.e. the likelihood function (probability function) is a maximum or the sum of all mean error squares is a minimum, and that the parameter value fulfilling the estimation criterion is output as the state variable target distance (R) .

9. The method according to claim 7 and 8, characterized in that when the fictitious parameter value for the state variable target distance (R), the calculated state variable target distance (R) is used as the starting value.

10. The method according to the preamble of claim 1, characterized in that the reverberation generated by at least one sound pulse in the water by means of the receiver (E) is directionally selective in a plurality of reception directions ( α _i ) offset from one another in azimuth by an angular amount one is targeted, it is received that the frequencies contained at least one predeterminable point in time (t ₁) after the start of reception in the target receiving direction in the received signals of the non-target receiving _{directions are} detected as Doppler reverberation frequencies (f _SCi ) that for this point in time (t ₁) for the non-target receiving directions the Doppler reverberation frequencies (f _i ) according to and With are calculated, the unknown state variables forming parameters (R , v _S , k _S , f _m ) being specified as fictitious values, so that the parameter values are changed iteratively so long using the maximum likelihood method or the least mean square estimation, until the estimation criterion is fulfilled, ie the likelihood function (probability function) is a maximum or the sum of all mean error squares is a minimum, and that the parameter values that meet the estimation criterion are output as sought state variables (R , v _S , k _S , f _m ) will.

11. The method according to claim 10, characterized in that the detection of the Doppler reverberation frequencies (f _SCi ) in the receiving directions and the calculation of the Doppler reverberation frequencies (f _i ) for a plurality of times (t _i ), each calculated from the start of reception in the target receiving direction , and the estimation process is carried out as a two-dimensional estimation process for the calculated Doppler reverberation frequencies (f _i = g (t _i , α _i )).

12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that from the detected Doppler reverberation frequencies (f _SCi ) the smallest and the largest frequency as the minimum and maximum Doppler reverberation frequency (f _max , f _min ) is read out and that the state variable transmission frequency (f _m ) is determined as the arithmetic mean of the minimum and maximum Doppler reverberation frequency (f _max , f _min ) and is used as the starting value when specifying the fictitious values for the parameters.

13. The method according to claim 12, characterized in that the state variable target speed (v _S) when the speed of sound (c) from the difference of the maximum in water multiplied quotient and minimum Doppler reverberation frequency (f _max, f _min) and twice the transmit frequency (f _m ) determined and used as a starting value when specifying the fictitious values for the parameters.

14. The method according to claim 13, characterized in that the received signal of the target receiving direction subjected to a spectral analysis and the frequency of the spectral line with the largest reception level is detected as the Doppler frequency (f _D ) of the transmission pulse and that the state variable target course (k _S ) as an arc cosine of the quotient from the difference between Doppler frequency (f _D ) and transmission frequency (f _m ) on the one hand and half the difference from the maximum and minimum Doppler reverberation frequency ( f _max , f _min ) on the other hand and used as the starting value when specifying the fictitious values for the parameters .

15. The method according to claim 14, characterized in that with the state variables transmission frequency (f _m ), target speed (v _S ) and target course (k _S ) of the target (S ) according to a selected reverberation frequency (f ₁) is calculated, with δ being assumed arbitrarily, and that the time period (t ₁) from the start of reception in the target direction of reception until the occurrence of the selected Doppler reverberation frequency (f ₁) in the reception signal of a non-target direction of reception ( α ₁) is measured and the characteristic distance (R) is measured the measured period of time (t ₁) according to With calculated and used as the starting value when specifying the fictitious values for the parameters.

16. The method according to the preamble of claim 1, characterized in that the reverberation generated by at least one sound pulse in the water is received by means of the receiver (E) in a directionally selective manner in at least one non-target receiving direction, that for a plurality of times (t _i ) one from the start of reception on the current time grid using frequency analysis, spectra of the received signal are formed so that the frequency of the spectral line with the greatest reception level is detected as the Doppler reverberation frequency (f _SCi ) from each spectrum and the time (t _i ) for obtaining a Doppler reverberation frequency time value ( f _SCi = g ( t )) is assigned that regardless of this reception direction (I or II) the Doppler reverberation frequencies (f _i ) for the same time pattern (t _i ) as a smoothing curve (f _i = h (t _i , R , v _S , k _S , f _m ) are calculated, the unknown state variables (R , v _S , k _S , f _m ) of the target (S) forming parameters which are given as estimated values e that the estimates are varied for at least one parameter and a smoothing curve is created for each estimate, that the variance ( σ ²) between each of the smoothing curves and the Doppler reverberation frequency-time values ( f _SCi = g (t)) is calculated and that those estimates of the parameters of a smoothing curve for which the variance ( σ ²) is a minimum are output as state variables of the target (S) .

17. The method according to claim 16, characterized in that the reception is carried out simultaneously in a target receiving direction that spectra of the received signal are formed for a plurality of times (t _i ) one from the start of reception by frequency analysis spectra that the from each spectrum Frequency of the spectral lines with the highest reception level is detected as Doppler reverberation frequency ( f _SCi ), and that the largest and smallest Doppler reverberation frequency (f _ex (+0), f _ex (-0)) are detected and their half sum as the transmission frequency (f _m ) of the destination (S) is output.

18. The method according to claim 17, characterized in that the radial speed component (v _Srad ) of the target (S) as a product of the difference between the largest or smallest Doppler _{reverberation frequency} (f _ex (+0 or f _ex (-0)) and the transmission frequency (f _m ) and the quotient of the speed of sound (c ) in water and the transmission frequency (f _m ) is calculated.

19. The method according to claim 17 or 18, characterized in that from the Doppler reverberation frequency time values (f _SCi = g (t)) in the non-target receiving direction (I or II) the maximum and / or minimum Doppler reverberation frequency (f _max , f _min ) is determined and from this and from the transmission frequency (f _m ) the speed (v _S ) of the target (S) as the product of the maximum Doppler shift (f _max ) and the quotient of the speed of sound (c) in the water and the transmission frequency ( f _m ) is calculated.

20. The method according to claim 18 and 19, characterized in that the course (k _S ) of the target (S) related to the target receiving direction (0 ) as the arc cosine of the quotient of the radial target speed _component (v _Srad ) and target speed (v _S ) is calculated.

21. The method according to any one of claims 16 to 20, characterized in that the reception of the reverberation and the acquisition of the Doppler reverberation frequency time values (f _SCi = g (t)) in a further, non-target-selective direction of reception (II and I ) are carried out, which is pivoted by a fixed predetermined direction angle with respect to the first receiving direction (I or II), preferably in such a way that the two non-target receiving directions (I, II) are symmetrical to the target receiving direction (0).

22. The method according to claim 21, characterized in that the maximum and / or minimum Doppler reverberation frequency (f _max , f _min ) is determined in the further non-target receiving direction (II or I) that with the maximum and / or minimum Doppler reverberation frequencies ( f _max , f _min ) in each of the two non-target receiving directions (I, II) on the one hand and the transmission frequency (f _m ) on the other hand Doppler shifts ( Δ f) are determined as their difference and that the calculation with the maximum Doppler shift ( Δ f _max ) of speed (v _S ) and course (k _S ) of the target (S) is carried out.

23. The method according to claim 22, characterized in that the variance calculation with respect to the Doppler reverberation frequency-time values (f _SCi = g (t)) is carried out for that of the two non-target receiving directions (I or II) in which the maximum Doppler shift ( Δ f _max ) is determined.

24. The method according to claim 23, characterized in that when the same maximum Doppler shifts ( Δ f _max ) occur in the receiving directions (I, II) that receiving direction (I or II) is selected in which the maximum Doppler shift ( Δ f _max ) the smallest time value (t _i ) is associated.

25. The method according to any one of claims 16 to 24, characterized in that the calculated values for transmission frequency (f _m ), course (k _S ) and speed (v _S ) of the target (S) in the calculation of the smoothing curves (f _i = h (t _i , R, v _S , k _S , f _m )) are used as estimates and only the distance (R) forms a parameter.

26. The method according to claim 25, characterized in that the calculation of the smoothing curves with the obtained state variable target distance () as an estimate and with at least one of the other state variables (k _S , v _S , f _m ) is repeated as a parameter with a varied estimate that in the same way the calculation of variance and the determination of the minimum of variance is carried out and that with the value of the state variable (k _S , v _S , f _m ) of the target (S) calculated in this way, the above method steps with at least one further state variable (k _S , v _S , f _m ) are repeated as parameters until the change in the state variable output (k _S , v _S , f _m ) does not exceed a predetermined value.

27. The method according to any one of claims 17 to 26, characterized characterized in that the zero point of the time grid in the non-target receiving directions (I, II) by the time of arrival in the targeting direction of reception (0) incident Direct signal of the sound pulse is set.

28. The method according to any one of claims 21 to 27, characterized in that when a time offset occurs between the start of reception in the two non-target reception directions to a target (S) with a circulating transmission beam and the time offset as a round trip time ( T _UM ) Transmitting beam is determined.

29. The method according to claim 28, characterized in that the variance calculation with respect to the Doppler reverberation frequency-time values ( f _SCi = g ( t )) is carried out from that of the two non-target receiving directions (I or II) in which no ambiguous Doppler reverberation frequencies ( f _SCi ) occur.