DE3423569C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Peilwertbestimmung aus einer Mehrzahl von durch jeweils zwei Koordinatenwerte festgelegten Meßproben, bei welchem Verfahren die Meßproben einem mit Häufigkeitsverteilungsfunktionen arbeitenden Analyseverfahren unterworfen werden, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Verfahren ist bereits aus der DE 26 53 969 A1 bekannt.

Die automatische Peilwertbestimmung mit Hilfe von Rechenschaltungen ermöglicht den Peilbetrieb auch ohne Beobachtungspersonal, was insbesondere für abgesetzte Peiler von Vorteil ist. Eine einzelne Meßprobe kann im allgemeinen aber nicht mit hinreichender Sicherheit als der wahre Peilwert angesehen werden, da verschiedene Einflüsse wie Rauschen oder veränderliche Eigenschaften des Ausbreitungsmediums statistische Fehler im Ergebnis verursachen. Zeitlich nacheinander genommene Meßproben sind daher statistisch um den wahren Peilwert verteilt. Durch Mittelung über sehr viele Meßproben kann mit guter Genauigkeit der wahre Peilwert ermittelt werden. Eine reine arithmetische Mittelwertbildung berücksichtigt aber nicht die Verteilung der Werte der einzelnen Meßproben und liefert daher kein zufriedenstellendes, im Falle mehrerer gleichzeitig einfallender Sender sogar völlig falsches Ergebnis.

Bei dem aus der eingangs genannten DE 26 53 969 A1 bekannten Verfahren zur automatischen Peilwertbestimmung, das insbesondere zur Bestimmung von Peilwinkeln beim 2-Wellen-Einfall vorgesehen ist, wird aus n Peilkomponenten-Meßproben der Mittelwert

ermittelt, wobei n eine natürliche Zahl und α_ν ein zur ν-ten Peilkomponenten-Meßprobe gehörender Momentan-Peilwinkel ist. Ferner ist aus der DE 26 53 969 A1 bekannt, daß bei einer Anwendung des bekannten Verfahrens bei einem Panoramapeiler aus den während eines vorgegebenen oder vorwählbaren Zeitintervalls innerhalb des beobachteten Peilwinkelbereichs ermittelten Peilwinkels α eine Häufigkeitsverteilungsfunktion H=f(α) der ermittelten Peilwinkel (bzw. Peilwinkelmittelwerte) gebildet werden kann, wie sie beispielsweise auch aus der DE 27 38 540 A1 bereits bekannt ist.

In der DE 27 38 540 A1 ist ferner ein Verfahren zur automatischen Peilwertbestimmung beschrieben, bei dem die über einen gewissen Zeitraum Δt gemittelten Peilergebnisse in zeitlicher Reihenfolge als Momentanwinkelwerte im Speicher eines Bewertungsrechner abgespeichert werden, der aus der zeitlichen Abfolge der einzelnen Speicherwerte eine Zuordnung der Peilergebnisse zu den entsprechenden gepeilten Sendern vornimmt, um z. B. Funkstellenwechsel erkennen zu können.

Aus der DE 31 18 767 C2 ist ein Verfahren zu fehlerarmen Peilwertbestimmung bekannt, bei der die Abweichung der im Zeitpunkt einer Einzelpeilung vorhandenen Signalamplitude vom (statistisch gebildeten) Mittelwert der zu einer größeren Anzahl aufeinanderfolgender Einzelpeilungen gehörenden Signalamplituden ermittelt wird. Weicht ein solcher Einzelwert um mehr als einen vorgegebenen Höchstbetrag vom Mittelwert ab, so wird der zugehörige (gespeicherte) Peilwert für die weitere Auswertung gesperrt. Aus den nicht gesperrten (gespeicherten) Peilwerten wird anschließend ebenfalls der Mittelwert gebildet, der dann das endgültige Peilergebnis darstellt.

Aus der DE-OS 30 39 413 ist schließlich ein Peiler bekannt, bei dem Azimut und Elevation in feine Koordinatenschritte unterteilt sind und für jede durch einen Azimut- und einen Elevationsschritt charakterisierte Richtungsauflösungszelle ein Speicherplatz reserviert ist. Bei Auftreten eines Peilereignisses wird der Speicherinhalt des entsprechenden Speicherplatzes um ein Inkrement erhöht. Mit dieser Anordnung ist zwar eine sehr übersichtliche und eindeutige Darstellung einer beliebigen Anzahl von Sendern möglich, der Speicherplatzbedarf ist jedoch erheblich und nur ein geringer Teil der Speicherkapazität wird tatsächlich belegt. Eine automatische Bestimmung der Peilwerte ist bei diesem Peiler nicht vorgesehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das zuverlässig und vor allem auch bei mehreren gleichzeitig einfallenden Sendern eine automatische Peilwertbestimmung ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gegeben. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Clusteranalyseverfahren sind an sich beispielsweise aus dem Buch "Automatische Klassifikation" von H. H. Bock, 1974, in verschiedenen Variationen bekannt. Diese an sich bekannten Verfahren werden erfindungsgemäß zur Peilwertbestimmung aus einer Mehrzahl statistisch verteilter Meßproben eingesetzt.

Die Meßproben bilden in ihrem Koordinatensystem (z. B. Azimut und Elevation) eine Punktverteilung, von der die Koordinatenwerte der einzelnen Punkte bekannt sind. Ein Cluster entspricht einer Punktgruppe in einem zusammenhängenden Gebiet der Koordinatenebene, in dem die Meßpunkte überdurchschnittlich dicht liegen, und umfaßt alle Punkte, die nicht durch eine Region niedriger Punktdichte abgetrennt sind.

Die Anzahl der gleichzeitig einfallenden Sender und damit die Anzahl solcher Punktgruppen ist von vornherein unbekannt. Clusteranalyseverfahren ermöglichen die Bestimmung der Anzahl der Punktgruppen und innerhalb einer Gruppe die Bestimmung der Stelle der höchsten Punktdichte, das Zentrum des Clusters. Die Koordinatenwerte der bestimmten Clusterzentren werden als Peilergebnis ausgegeben, wobei davon ausgegangen wird, daß die Wahrscheinlichkeit dafür, daß die Einfallsrichtung eines einem Cluster zuzuordnenden Senders durch einen Clusterpunkt beschrieben wird, im Zentrum des Clusters maximal wird.

Im Prinzip kann jedes der an sich bekannten Clusterverfahren eingesetzt werden. Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird aus den Koordinatenwerten der Meßproben für jede der beiden Koordinaten eine Häufigkeitsverteilung aufgestellt. Deren Maxima werden kombiniert und ergeben den gesuchten Peilwert.

Die Aufstellung einer Häufigkeitsverteilung ist für den Azimutwinkel aus der DE-PS 25 00 698 bereits bekannt. Die Maxima der aufgestellten Verteilung werden als Azimutwinkel einfallender Wellen angenommen. Die Elevationswinkel können bei Azimutpeilungen als weitere Prioritätsinformation ermittelt und der Häufigkeitsverteilung zugeordnet werden.

Bei zwei oder mehr gleichzeitig einfallenden Sendern ergeben sich entsprechend mehrere Maxima für jede Häufigkeitsverteilung, so daß die Kombination keine eindeutigen Ergebnisse liefert. Für diesen Fall ist vorgesehen, den Wertebereich einer der Koordinaten in mehrere Teilbereiche zu unterteilen, die jeweils nur eines der Maxima enthalten, und für jeden Teilbereich eine neue Häufigkeitsverteilung für die andere Koordinate aufzustellen, deren Maximum zu ermitteln und mit dem Maximum der einen Koordinaten zu einem eindeutigen Peilwert zu kombinieren.

Die Ermittlung der Häufigkeitsverteilungen sowie deren Maxima für die einzelnen Koordinaten ist an sich bekannt. Die Feststellung, ob innerhalb einer Verteilung mehrere jeweils einen Sender anzeigende Maxima auftreten, ist dem Fachmann geläufig, ebenso die Gewinnung der einzelnen Meßproben.

Der für die Praxis besonders bedeutsame Fall der Trennung zweier Sender ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einfach gegenüber anderen Verfahren bearbeitbar.

Die Erfindung ist nachfolgend an einigen Beispielen anhand der Abbildungen noch veranschaulicht. Dabei zeigt

Fig. 1 die Entstehung zweier Häufigkeitsverteilungen aus den Meßproben bei Einfall eines Senders,

Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung der beiden Häufigkeitsverteilungen nach Fig. 1,

Fig. 3A, 3B Verteilungen der Meßproben bei Zweiwelleneinfall,

Fig. 4A, 4B erfindungsgemäße Aufteilung einer Häufigkeitsverteilung in zwei neue Häufigkeitsverteilungen.

Als Beispiel seien Meßproben von einem Interferometerpeiler mit einer in Nord-Süd-Richtung und einer in Ost-West-Richtung orientierten Basis angeführt. Die Nord-Süd-Basis liefert eine Ausbreitungskomponente y, die Ost-West-Basis eine Ausbreitungskomponente x. Eine einzelne Meßprobe P stellt damit einen Vektor mit den Koordinatenwerten x_p, y_p im in Fig. 1 skizzierten xy-Koordinatensystem dar. Die Abweichung des Vektors von der Nordrichtung gibt den Azimutwinkel α an. Die Länge des Vektors entspricht dem Cosinus des Elevationswinkels ε. Jede Meßprobe ergibt einen Punkt im Koordinatensystem mit jeweils bekanntem Koordinatenwertepaar (x, y). Alle Punkte liegen innerhalb eines Kreises mit Radius cos 0°. Die Häufigkeitsverteilungen für die beiden Koordinaten werden in an sich bekannter Weise gebildet, indem der Wertebereich von -1 bis +1 in eine Mehrzahl kleiner, vorzugsweise gleicher Abschnitte unterteilt ist und für jeden Abschnitt die Anzahl der davon erfaßten Meßproben-Koordinatenwerte gezählt wird. Hierzu ist jedem Abschnitt der x-Achse und jedem Abschnitt der y-Achse ein eigener Speicherplatz eines Speichers zugewiesen. Auf diese Weise entsteht für jede der beiden Koordinaten ein Histogramm H_x bzw. H_y als Häufigkeitsverteilung. Aus diesen Verteilungen wird in an sich bekannter Weise jeweils das als Peilwertkoordinate zu interpretierende Maximum M_x bzw. M_y ermittelt. In Fig. 2 sind die Häufigkeitsverteilungen vereinfacht skizziert und deren Maximakoordinaten gestrichelt eingetragen. Die Linien schneiden sich im Gebiet der höchsten Punktdichte. Der Schnittpunkt wird als der wahre Peilwert angenommen.

Bei zwei gleichzeitig einfallenden Sendern ergeben sich in entsprechender Weise zwei Punkthaufen und je zwei Maxima für jede der beiden Häufigkeitsverteilungen. Die beiden Maxima einer Verteilung sind mehr oder weniger deutlich getrennt (Fig. 3A) und können auch zu scheinbar nur einem Maximum verschmelzen (x in Fig. 3B). Aus der Kombination der jeweils zwei Maxima jeder Häufigkeitsverteilungen in Fig. 3A ergeben sich aus den vier Schnittpunkten der gestrichelten Linien vier Peilwerte, die ein richtiges Peilwertpaar und ein falsches Peilwertpaar bilden.

Die durch ein Koordinatenwertepaar (x, y) charakterisierten Meßproben werden zwischengespeichert. Beim Auftreten zweier Maxima in einer Häufigkeitsverteilung, z. B. bei H_x in Fig. 3A, 4A, wird der Wertebereich dieser Koordinate in zwei Teilbereiche I und II (Fig. 4A) getrennt, deren Grenzlinie bevorzugt in die Mitte zwischen die beiden Maxima gelegt wird. Aus den zwischengespeicherten Meßproben werden getrennt nach den beiden Teilbereichen neue Häufigkeitsverteilungen H_y′, H_y′′ der anderen Koordinate y ermittelt, die nurmehr je ein Maximum aufweisen. Die Festlegung der Maxima M_y′ und M_y′′ der neuen Häufigkeitsverteilungen H_y′, H_y′′ erfolgt wiederum in bekannter Weise.

In jedem Teilbereich tritt nur jeweils ein Maximum in den Häufigkeitsverteilungen auf, so daß nach Teilbereichen getrennt durchgeführte Kombinationen von Maximum-Koordinatenwerten in jedem Teilbereich einen einzigen und damit eindeutigen Schnittpunkt als wahren Peilwert ergeben.

Das Verfahren erweist sich nicht nur zur Auflösung einer mehrdeutigen Situation geeignet, sondern verbessert in einer Situation mit zwei nicht auflösbaren Maxima einer Koordinate (x in Fig. 3B) die Peilgenauigkeit. Durch Trennung des y-Wertebereichs in zwei Teilbereiche und Bildung neuer Häufigkeitsverteilungen für die x-Koordinate in jedem Teilbereich kann ein gegenseitiger Versatz der x-Werte der beiden Maxima erkannt werden (Fig. 4B).

Aus den Beispielen wird deutlich, daß nur bei einer Koordinate der Wertebereich in zwei Teilbereiche aufzuteilen ist. Wenn in den Häufigkeitsverteilungen beider Koordinaten zwei Maxima auftreten, wird vorteilhafterweise der Wertebereich derjenigen Koordinate in zwei Teilbereiche aufgeteilt, deren Maxima deutlicher getrennt sind. Wie leicht ersichtlich ist, ist das Verfahren auch bei mehr als zwei gleichzeitig gepeilten Sendern anwendbar durch Aufteilung in mehr als zwei Teilbereiche oder weitere Anwendung auf in einem ersten Schritt neu gebildete Häufigkeitsverteilungen.

Claims (3)

1. Verfahren zur automatischen Peilwertbestimmung aus einer Mehrzahl von durch jeweils zwei Koordinatenwerte festgelegten Meßproben, bei welchem Verfahren die Meßproben einem mit Häufigkeitsverteilungsfunktionen arbeitendem Analyseverfahren unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßproben zur Bestimmung der relativen Maxima der Punktdichte der Meßproben einem Clusteranalyseverfahren unterworfen werden und die Clusterzentren als Peilergebnis ausgegeben werden, indem zu jeder der beiden Koordinaten eine Häufigkeitsverteilung der zugehörigen Koordinatenwerte der Meßproben ermittelt und durch Kombination der Maxima der ermittelten Verteilungen das Peilergebnis bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßproben zwischengespeichert werden, daß bei mehreren Maxima innerhalb der Häufigkeitsverteilung einer Koordinate (x) der Wertebereich dieser Koordinate in mehrere Teilbereiche (I, II), die jeweils nur eines der Maxima enthalten, aufgeteilt wird, daß zu jedem Teilbereich dieser Koordinate aus den zwischengespeicherten Meßproben, die in diesem jeweiligen Teilbereich liegen, eine neue Häufigkeitsverteilung (H_y′, H_y′′) für die jeweils andere Koordinate (y) sowie deren Maximum (M_y′ bzw. M_y′′) ermittelt wird, und daß für jeden Teilbereich getrennt das Maximum der Verteilung für die eine Koordinate mit dem Maximum der neuen Häufigkeitsverteilung der anderen Koordinate zu einem Peilwert kombiniert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenze zweier benachbarter Teilbereiche in die Mitte zwischen zwei Maxima der einen Koordinate gelegt wird.