DE3510469C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur akustischen passiven Erfassung von Fluggeräten nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah­ rens, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.

Die Erfassung von Helikoptern wird dadurch erschwert, daß diese in geringer Höhe fliegen und die Erfassung daher stark von den topographischen Bedingungen abhängt. Die passive akusti­ sche Erfassung kann eine Radar-Erfassung zweckmäßig ergänzen.

Es ist bereits aus der DE-PS 28 29 239, aus der die Merkmale des jeweiligen Oberbegriffs der Patentansprüche 1 und 3 hervorgehen, bekannt, die durch ein Richtmikrophon aufgenommene Infraschallenergie, die im Schall­ spektrum des von einem Helikopter erzeugten Geräuschs enthal­ ten ist, einer Spektralanalyse zu unterziehen. Dabei können die Infraschall-Frequenzlinien im Grundbereich herausgelöst werden, welche durch die periodische Drehbewegung der Flügel des Hauptrotors erzeugt werden.

Bei dieser Technik ist von Vorteil, daß im Infraschallbereich große Wellenlängen auftreten. Auf diese Weise wird auch die Erfassung von Fluggeräten hinter Bergen ermöglicht, während unter gleichen topographischen Bedingungen eine Radarerfassung nicht möglich ist.

Der größte Teil der Schallenergie, die von der natürlichen Um­ gebung und von Störquellen ausgeht (Straßenfahrzeuge, Panzer­ fahrzeuge, Wind . . .), ist jedoch in einer Spektralzone ver­ teilt, die einige hundert Hertz kaum überschreitet. Durch die­ se Geräusche werden die Infraschallkomponenten überdeckt und das Signal/Rausch-Verhältnis im ausgewerteten Bereich be­ trächtlich vermindert.

Es ist praktisch unmöglich, diese Verminderung des Signal/ Störgeräusch-Verhältnisses durch Anwendung von Richtmikro­ phonen zu kompensieren. Bei Infraschallfrequenzen kann nämlich die Richtwirkung nur mit groben Strukturen erreicht werden, deren Abmessungen mit einer raumsparenden Ausführung, die auf einem Fahrzeug mitgeführt werden kann, unverträglich wären.

Aus der US-PS 41 89 701 ist es bereits bekannt, die von einem Unterwassermikrophon aufgenommenen Schallwellen über einen Bandpaß einem Demodulator zuzuführen, der eine Amplitu­ dendemodulation durchführt. Anschließend wird das demodulierte Signal aber über ein Tiefpaßfilter geführt, das nur Frequenzen bis etwa 30 Hertz durchläßt. Die bei Anwendung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens nach der Demodulation festgestellten signi­ fikanten Frequenzlinien liegen aber überwiegend in einem höhe­ ren Frequenzbereich.

Auch aus der DE-PS 16 16 217 ist ein Ver­ fahren zum Verarbeiten von akustischen Signalen bekannt, bei dem eine Amplitudendemodulation des erfaßten Signals erfolgt. Diese Demodulation kann mittels eines Gleichrichters durchge­ führt werden, auf den ein Tiefpaß folgt. Durch Anwendung dieses bekannten Verfahrens soll zwischen Schiffsgeräuschen und Hintergrundgeräuschen im Wasser unter­ schieden werden. Ähnliche Signalanalyseverfahren, bei denen eine Amplitudendemodulation durch Gleichrichtung vorgenommen wird, sind auch aus der US-PS 38 24 532 sowie aus der US-PS 37 14 620 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur akustischen passiven Erfassung von Flug­ geräten, insbesondere Helikoptern, der eingangs genannten Art anzugeben, durch welche die Verwendung von Richtmikrophonen geringer Abmessung zur Mitfüh­ rung auf Fahrzeugen ermöglicht wird und dennoch eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Umgebungs- und Störgeräuschen er­ zielt wird, die beispielsweise durch in der Erfassungszone be­ findliche Fahrzeuge verursacht werden.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfin­ dungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentan­ spruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Patentanspruch 3 angegeben. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.

In überraschender Weise wird durch die Erfindung die Amplitu­ denmodulation ausgenutzt, welche durch bestimmte rotierende Elemente eines Fluggerätes, insbesondere durch die Drehbewe­ gung der Flügel bei einem Helikopter, auf das "breitbandige Rauschen" ausgeübt wird, das in höheren Frequenzgebieten er­ zeugt wird. Die so modulierte Spektralzone erstreckt sich von etwa 300 bis etwa 3500 Hz. Gegenüber der bekannten Technik ist es von Vorteil, dieses höherfrequente Spektrum, das von den Helikoptern erzeugt wird, auszuwerten, da in diesem Frequenz­ gebiet eine Richtwirkung der Antenne leichter erhalten werden kann. Auf diese Weise wird das schwierige Problem vermieden, welche durch das Fehlen von isolierten periodischen Komponen­ ten aufgeworfen wird, die ausreichend signifikant in diesem höheren Frequenzband des typischen Schallspektrums eines Heli­ kopters sind.

Einzelheiten einer Ausführungsform der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Diagramm des Amplitudenverlaufs des von einem He­ likopter erzeugten Schallsignals in Abhängigkeit von seiner Frequenz,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrich­ tung zur akustischen Erfassung und

Fig. 3 das Spektrum des von einem Helikopter erzeugten Schallsignals nach Amplitudendemodulation.

Fig. 1 zeigt das von einem Helikopter erzeugte Schallspektrum, worin eine Zone 1 zu unterscheiden ist, in der periodische Ge­ räusche auftreten, zu denen insbesondere Infraschallinien 2 von beispielsweise 17 Hz gehören, die der Drehbewegung des Hauptrotors und ihren Harmonischen entsprechen; ferner ist eine Zone 3 gezeigt, in der ein breitbandiges Geräusch auf­ tritt, das etwa zwischen 300 und 5000 Hz liegt. Die Spektral­ analyse der Infraschallzone ist aus den eingangs angegebenen Gründen nicht möglich, während die Spektralanalyse in der breitbandigen Zone 3 die charakteristischen Frequenzlinien für die Anwesenheit eines Helikopters nicht in Erscheinung treten läßt. Durch Amplitudenmodulation des in Fig. 1 gezeigten Si­ gnals im Frequenzband von etwa 300 bis 3500 Hz und Spektral­ analyse dieses demodulierten, in Fig. 3 gezeigten Signals kön­ nen aber die charakteristischen Komponenten der Drehbewegung der Flügel des Hauptrotors herausgelöst werden, beispielsweise die periodische Komponente bei 17 Hz, die klar erkennbar ist.

Die Fig. 2 zeigt eine passive akustische Erfassungsvorrichtung mit einem Richtmikrophon 4, das bei einer besonderen Ausfüh­ rungsform aus mehreren Einzelmikrophonen gebildet ist, die auf einem Träger ausgerichtet sind, oder aus einem Trichter, wo­ durch somit ein elektroakustischer Wandler gebildet ist, der ein amplitudenmoduliertes Signal liefert, das die von einem Helikopter und die von der Umgebung ausgehenden Geräuschen dar­ stellt. Das vom Mikrofon 4 erhaltene Signal wird in einem von 300 bis 3500 Hz reichenden Bandbaßfilter 5 gefiltert. Das gefilterte Signal wird dann an einen Amplitudendemodulator 6 bekannter Art angelegt. Dieser kann beispielsweise durch einen Gleichrichter ohne Schwellwert gebildet sein, welcher einem Integrator mit Bandpaßverhalten von 100 Hz oder einigen hun­ dert Hertz zugeordnet ist, um einen Hüllkurvendetektor für das modulierte Signal zu erhalten. Das demodulierte Signal wird an einen Spektralanalysator 7 angelegt, beispielsweise an einen Fourier-Transformierer, der die periodischen Modulationskompo­ nenten hervorhebt, die auf der Drehbewegung der Rotoren beru­ hen. Die Spektralanalyse kann auf dem Bildschirm einer Katho­ denstrahlröhre oder graphisch wie in Fig. 3 dargestellt wer­ den. Die Bandpaß-Filterfunktion hat einen Einfluß auf das mehr oder weniger deutliche Erscheinen der den periodischen Kompo­ nenten entsprechenden Freuqenzlinien. Das Auffinden dieser Frequenzlinien hängt natürlich von der Entfernung zwischen Helikopter und Detektor ab; diese Entfernung kann von 2000 bis 5000 m variieren. Das in Fig. 3 gezeigte Spektrum wurde mit einem omnidirektionalen Signalaufnehmer erhalten. Ein Richt­ mikrophon, beispielsweise mit Gruppenantennenstruktur, ermög­ licht ein noch deutlicheres Hervortreten der charakteristischen Frequenzlinien.

Gemäß einer Weiterbildung wird die Wirksamkeit der Signalver­ arbeitung noch durch Vorfilterung gesteigert; insbesondere durch eine räumliche Filterung mittels eines Richtmikrophons vom Gruppenantennentyp und/oder eine elektronische Filterung, durch welche das Signal/Störgeräusch-Verhältnis gesteigert wird.

Bevorzugte Anwendungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind die Erfassung von Helikoptern und die entsprechende Warnung mit Sektorbezeichnung und Identifikation, gegebenenfalls ver­ vollständigt durch weitere Arten der Signalverarbeitung, bei­ spielsweise autoadaptive Filterung und/oder Korrelation, wobei auch eine Integration in Systeme erfolgen kann, die mit kom­ plementären Untersystemen wie Radaranlagen, optische Vorrich­ tungen oder Infrarotgeräte ausgerüstet sind. Allgemein können breitbandige Geräuschquellen erfaßt werden, bei denen eine Amplitudenmodulation durch Infraschallkomponenten auftritt.

Claims (5)

1. Verfahren zur akustischen passiven Erfassung von Fluggeräten, insbesondere Helikoptern, bei welchem das von dem Flugge­ rät und der Umgebung ausgehende Geräusch mittels eines Richt­ mikrophons aufgefangen und eine Spektralanalyse des Signals vorgenommen wird, um die charakteristischen Frequenzlinien herauszufinden, welche periodischen relativen Modulationskom­ ponenten, insbesondere rotierenden Elementen des Fluggerätes, entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtwirkung des Richtmikrophons in ein Frequenzbereich von etwa 300 Hz bis etwa 3500 Hz gelegt, daß das von dem Richtmikrophon abgegebene Signal in diesem Frequenzband amplitudendemoduliert wird und daß die Spektralanalyse anhand des amplitudendemodulierten Si­ gnals ausgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erfaßte Signal im Freuquenzband von etwa 300 bis 3500 Hz ge­ filtert wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 3, mit einem Richtmikrophon und einem Spektralanalysator, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtwirkung des Mikrophons (4) in einen Freuqenzbereich von etwa 300 Hz bis etwa 3500 Hz besteht, daß auf das Mikrophon (4) ein Bandpaßfilter (5) für den Bereich von etwa 300 bis 3500 Hz folgt und daß auf dieses Bandpaßfilter (5) ein schwellenloser Gleichrichter, ein Inte­ grator mit Bandpaßwirkung von 100 Hz oder einigen hundert Hertz und der Spektralanalysator (7) folgen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Mikrophone nach Art einer Richtantenne, insbesondere Gruppenantenne, einander zugeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spektralanalysator ein Fourier-Transformiergerät ist.