DE3537759A1 - Method for eliminating the directional ambiguity of linear antennas - Google Patents
Method for eliminating the directional ambiguity of linear antennasInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eliminieren der Richtungszweideutigkeit von mittels einer geschleppten Linearantenne aus aneinandergereihten omnidirektionalen Hydrophonen gewonnenen Peilungen.The invention relates to a method for eliminating the ambiguity of direction by means of a trailed linear antenna made of lined up Bearings obtained from omnidirectional hydrophones.
Geschleppte Linearantennen bestehen üblicherweise aus einer Vielzahl äquidistant angeordneter Hydrophone ohne Richtcharakteristik, sog. omnidirektionale Hydrophone, welche Signale aus allen Richtungen empfangen. Durch sog. Beamforming, d. h. durch Zusammenschalten aller Empfangssignale der Hydrophone mit unterschiedlichen Zeitverzögerungen, wird ein Fächer von Richtcharakteristiken der Linearantenne erzeugt, deren Richtungen größter Empfindlichkeit (Hauptkeule) unterschiedliche Winkel zur Antennenachse einschließen. Diejenige Richtung größter Empfindlichkeit, in welcher ein Amplitudenmaximum der aufsummierten Empfangssignale auftritt, wird als Peilung eines Ziels bezeichnet. Jede Richtcharakteristik hat dabei zwei Hauptkeulen oder Beams, die spiegelsymmetrisch zu der Antennenlängsachse liegen und den gleichen Winkel mit dieser einschließen. Aus diesem Grund kann mit der Linearantenne nicht unterschieden werden, ob eine die Empfangssignale erzeugende Wellenfront von backbord oder steuerbord die Linearantenne erreicht. Zu jeder Peilung existiert daher eine sog. Spiegelpeilung, unter welcher im Gegensatz zu der wahren Peilung in realiter kein Ziel vorhanden ist.Trailed linear antennas usually exist from a variety of equidistant hydrophones without directional characteristic, so-called omnidirectional Hydrophones, which signals from all directions receive. Through so-called beamforming, i.e. H. by interconnecting all received signals from the hydrophones with different time delays a fan of directional characteristics of the linear antenna generates whose directions are most sensitive (Main lobe) different angles to the Include antenna axis. That direction greatest sensitivity, in which an amplitude maximum the summed up reception signals occur, is called bearing a target. Each polar pattern has two main lobes or beams that are mirror-symmetrical to the longitudinal axis of the antenna lie and with the same angle include this. For this reason, with the Linear antenna can not be distinguished whether a the wavefront from port which generates the received signals or starboard the linear antenna. To every bearing therefore has a so-called mirror bearing, under which in contrast to the true bearing in realiter there is no goal.
Zur Beseitigung dieser Richtungszweideutigkeit der Linearantenne ist aus der US-PS 41 87 490 bereits bekannt, in jeder Antennensektion der Schleppantenne neben dem omnidirektionalen Hydrophon mindestens ein bilddirektionales Hydrophon vorzusehen und dieses rechtwinklig zu der Längsachse der Schleppantenne anzuordnen. Bidirektionale Hydrophone zeichnen sich durch eine Achse minimaler Empfindlichkeit und eine dazu rechtwinklige Achse maximaler Empfindlichkeit (Achtercharakteristik) aus. Zur Unterdrückung des sog. Spiegelbeams werden die Signale aller bidirektionalen Hydrophone und aller omnidirektionalen Hydrophone getrennt einem Beamforming unterzogen. Dabei zeigt sich, daß der omnidirektionale Beam und der direktionale Beam, die einander zugeordnet sind, d. h. in die gleiche Richtung weisen, auf der einen Antennenseite phasengleich und auf der anderen Antennenseite phasengleich sind. Durch Addition der Beams auf jeder Antennenseite läßt sich somit der sog. Spielgelbeam unterdrücken.To eliminate this ambiguity of direction Linear antenna is already from US-PS 41 87 490 known, in every antenna section of the trailing antenna in addition to the omnidirectional hydrophone at least to provide an image directional hydrophone and this perpendicular to the longitudinal axis of the trailing antenna to arrange. Bi-directional hydrophones stand out through an axis of minimal sensitivity and a plus right-angled axis of maximum sensitivity (Figure eight characteristic). To suppress the So-called mirror beams become the signals of all bidirectional ones Hydrophones and all omnidirectional hydrophones Beamformed separately. Here shows that the omnidirectional beam and the directional beam that are associated with each other d. H. point in the same direction as one Antenna side in phase and on the other side of the antenna are in phase. By adding the Beams on each side of the antenna can thus be suppress so-called Spielgelbeam.
Das bekannte Verfahren erfordert eine speziell aufgebaute Schleppantenne, in welcher neben den - wie bei herkömmlichen Schleppantennen - omnidirektionalen Hydrophonen noch eine gleiche Anzahl von bidirektionalen Hydrophonen vorhanden sein muß. Eine solche Schleppantenne ist fertigungstechnisch sehr aufwendig und allein schon wegen der zusätzlichen Hydrophone und Signalleitungen für diese voluminös und in der Herstellung teuer.The known method requires a specially designed one Tow antenna, in which next to the - how with conventional trailing antennas - omnidirectional Hydrophones still an equal number of bidirectional Hydrophones must be available. Such Towing antenna is very complex to manufacture and just because of the additional hydrophones and signal lines for this bulky and expensive to manufacture.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem bei Verwendung einer üblichen geschleppten Linearantenne mit ausschließlich omnidirektionalen Hydrophonen die Richtungszweideutigkeit der mit dieser Linearantenne gewonnenen Peilungen beseitigt wird.The invention has for its object a method of the type mentioned at the beginning, with which when using a conventional towed Linear antenna with only omnidirectional Hydrophones the directional ambiguity of using this Bearings obtained from the linear antenna have been eliminated becomes.
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst.The task is in a procedure in the preamble of claim 1 specified type according to the invention by the features in the characterizing part of the claim 1 solved.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die nordbezogene Peilung unabhängig von der Lage der Linearantenne im Raum ist, dagegen die nordbezogene Spiegelpeilung sich mit der Veränderung der Lage der Linearantenne ändert. Unter nordbezogener Peilung wird hier der Winkel der Peilung gegen die Nordrichtung verstanden. Da die Spiegelpeilung immer den gleichen Winkel zur Antennenachse wie die Peilung einnimmt, ändert sich die nordbezogene Spiegelpeilung bei einer Kursänderung der Antenne, d. h. einer im Raum veränderlichen Lage der gestreckten Linearantenne, um die doppelte Kurswinkeländerung. Unter Kurswinkel wird hier der Winkel der gestreckten Linearantenne zu der Nordrichtung verstanden. Bei diesen Überlegungen wird die Linearantenne als relativ gestreckt und geradlinig angenommen. Abweichungen der Positionen der Einzelhydrophone von dieser geraden Linie werden hier vernachlässigt. Im übrigen können diese Abweichungen nach bekannten Verfahren kompensiert werden.The knowledge lies in the method according to the invention based on the fact that the north-related bearing is independent against the position of the linear antenna in space the north-related mirror bearing with the Changing the position of the linear antenna changes. Under North bearing is the bearing angle understood against the north direction. Because the mirror bearing always the same angle to the antenna axis As the bearing takes, the north-related changes Mirror bearing when the course changes Antenna, d. H. a variable position in space stretched linear antenna to double the course angle change. The angle is here under course angle the straight linear antenna to the north direction Roger that. With these considerations, the linear antenna assumed to be relatively straight and straight. Deviations in the positions of the individual hydrophones from this straight line are neglected here. Otherwise, these deviations can follow known methods can be compensated.
Durch die erfindungsgemäße Korrelation des den momentanen Kurs der Linearantenne, im folgenden Eigenkurs genannt, liefernden Kompaßsignals mit der nordbezogenen Steuerbord-Peilung einerseits und der nordbezogenen Backbord-Peilung andererseits kann anhand der Korrelationsergebnisse erkannt werden, welche der beiden Peilungen die Spielgelpeilung und welche die wahre Peilung ist. Da aufgrund des vorstehend Gesagten Eigenkurs und Peilung voneinander unabhängig, Eigenkurs und Spiegelpeilung dagegen voneinander abhängig sind, geht der Korrelationskoeffizient von Eigenkurs und Peilung im Idealfall, d. h. bei unendlich entferntem Ziel und rauschfreiem Kompaß, gegen Null. Bei nicht idealen Verhältnissen, d. h. verrauschtem Kompaßsignal und nicht unendlich weitem Ziel, erhält man in beiden Fällen einen Korrelationskoeffizienten, der von Null abweicht. Ist der aus der Backbord-Peilung gewonnene Korrelationskoeffizient signifikant kleiner als der aus der Steuerbord-Peilung gewonnene Korrelationskoeffizient, so wird die Backbord-Peilung als wahre Peilung ausgegeben und umgekehrt. Ist der Unterschied beider Korrelationsergebnisse kleiner als die Signifikanzzahl, so wird eine Entscheidung über die wahre Peilung nicht getroffen.Through the correlation according to the present invention Course of the linear antenna, in the following own course called, delivering compass signal with the northbound starboard bearing on the one hand and the Northbound bearing on the other hand can of the correlation results are recognized, which ones of the two bearings the Spielgelpeilung and which the true bearing is. Because of the above Independent of the said own course and bearing, In contrast, own course and mirror bearing from each other are dependent, the correlation coefficient goes of own course and bearing ideally, d. H. with an infinitely distant target and noiseless compass, towards zero. If the conditions are not ideal, d. H. noisy compass signal and not infinite wide goal, you get a correlation coefficient in both cases, that deviates from zero. Is the correlation coefficient obtained from port bearing significantly smaller than that from the Starboard bearing obtained correlation coefficient, so the port bearing becomes true bearing spent and vice versa. Is the difference both correlation results are less than the significance number, so will make a decision about that true bearing not hit.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß es ohne zusätzlichen Aufwand bei allen zur Peilung benutzten herkömmlichen Schleppantennen mit omnidirektionalen Hydrophonen angewendet werden kann. Erforderlich ist neben einer geringen zusätzlichen Rechnerkapazität in der Signalverarbeitung lediglich ein zusätzlicher Kompaß, der zweckmäßigerweise an der Antenne in Nähe des ersten Hydrophons angeordnet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert ohne spezielle Eigenmanöver des die Linearantenne schleppenden Wasserfahrzeugs nur aufgrund kleiner zufälliger Bewegungen der Linearantenne.The method has the advantage that Bearing it to everyone with no extra effort used conventional tow antennas with omnidirectional Hydrophones can be applied. In addition to a small additional is required Computer capacity in signal processing only an additional compass that is convenient arranged on the antenna in the vicinity of the first hydrophone becomes. The method according to the invention works without special maneuvers of the linear antenna towing watercraft only due to small random movements of the linear antenna.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 4.Advantageous further developments of the invention Process result from claims 2 to 4.
Üblicherweise liefern herkömmliche Peilverfahren mit geschleppten Linearantennen auf die Antennenachse bezogene Peilungen. In diesem Fall wird gemäß der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 2 durch Addition des Eigenkurses zu der Peilung die nordbezogene Backbord-Peilung und zu der invertierten, d. h. mit -1 multiplizierten, Peilung die nordbezogene Steuerbord-Peilung oder umgekehrt generiert, von welcher die eine die Original- und die andere die Spiegelpeilung ist.Conventional direction finding procedures are usually included trailed linear antennas on the antenna axis related bearings. In this case, according to the Embodiment of the method according to claim 2 Add the own course to the bearing the north-related Port bearing and to the inverted, i.e. H. multiplied by -1, bearing the north related Starboard bearing or vice versa, from which one the original and the other the mirror bearing is.
Liefert das Peilverfahren mit einer herkömmlichen Linearantenne bereits nordbezogene Peilungen, so wird gemäß der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 3 der Eigenkurs von der nordbezogenen Peilung subtrahiert und die nordbezogene Steuerbord- Peilung durch Hinzuaddieren des Eigenkurses zu der Differenz und die nordbezogene Backbord-Peilung durch Hinzuaddieren des Eigenkurses zu der invertierten Differenz oder umgekehrt ermittelt.Delivers the bearing process with a conventional one Linear antenna already north related bearings, so according to the design of the procedure Claim 3 the own course from the north-related bearing subtracted and the north related starboard Bearing by adding the own course to the Difference and the northbound port bearing by adding the own course to the inverted one Difference or vice versa.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 4 wird die Korrelation der Peilungen und des Eigenkurses durch Berechnung des Korrelationskoeffizienten aus einer Vielzahl N von vorangegangenen Peilungen und aus einer gleichen Vielzahl N von vorangegangenen Eigenkurswerten, die jeweils zu den einzelnen Peilungen aufgenommen worden sind, berechnet. In bestimmten Anwendungsfällen genügt es jedoch bereits, anstelle des Korrelationskoeffizienten die Kovarianz der Vielzahl N Peilungen und Eigenkurswerte zu bestimmen. Ist die Kovarianz der Backbord-Peilung signifikant kleiner als die der Steuerbord-Peilung, so ist die Backbord-Peilung die wahre Peilung und umgekehrt. Die Vielzahl N der zu verwendenden Peilungen und Eigenkurswerte ist abhängig von der Güte der Nordreferenz.In an expedient embodiment of the method according to the invention according to claim 4, the correlation of the bearings and the own course is calculated by calculating the correlation coefficient from a plurality N of previous bearings and from an equal plurality N of previous own course values, which have in each case been recorded for the individual bearings . In certain applications, however, it is sufficient to determine the covariance of the large number of N bearings and own course values instead of the correlation coefficient. If the port bearing covariance is significantly smaller than that of the starboard bearing, the port bearing is the true bearing and vice versa. The number N of bearings and own rate values to be used depends on the quality of the north reference.
Eine zweckmäßige Ausführungsform einer Peilanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Anspruch 5 angegeben.An expedient embodiment of a DF arrangement to carry out the method according to the invention is specified in claim 5.
Die Erfindung ist anhand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Peilanlage im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:The invention is schematic with reference to one in the drawing DF system shown below in more detail described. Show it:
Fig. 1 eine Draufsicht eines Wasserfahrzeugs mit Schleppantenne als Sensorteil einer Peilanlage, Fig. 1 is a plan view of a watercraft with trailing antenna as a sensor part of a direction-finding system,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Signalverarbeitungselektronik als weiterer Teil der Peilanlage. Fig. 2 is a block diagram of signal processing electronics as another part of the direction finder.
In Fig. 1 ist mit 10 eine an sich bekannte geschleppte Linearantenne, auch Schleppantenne genannt, bezeichnet, die von einem Wasserfahrzeug 11, z. B. einem Oberflächenschiff oder einem U-Boot, im Wasser gezogen wird. Die Linearantenne 10 weist eine Vielzahl von omnidirektionalen Hydrophonen 12 auf, die in einem schlauchförmigen Hüllkörper äquidistant angeordnet sind. Der an sich bekannte Aufbau einer solchen Linear- oder Schleppantenne 10 ist z. B. ausführlich in der US-PS 41 60 229 beschrieben. Die Schleppantenne 10 trägt endseitig einen Stabilisierungssack 13 und ist am Anfang über ein Schleppkabel 14 mit dem Wasserfahrzeug 11 verbunden. Im Schleppkabel 14 sind auch die Signalleitungen zur Übertragung der Empfangssignale der Hydrophone 12 an eine im Wasserfahrzeug 11 angeordnete Signalverarbeitungselektronik 15 untergebracht. Am Anfang der Linearantenne 10, also am Verbindungspunkt von Linearantenne 10 und Schleppkabel 14 ist ein Kompaß 16 angeordnet, der laufend den momentanen Kurs der Linearantenne 10, im folgenden Eigenkurs genannt, als elektrische Ausgangsgröße liefert. Unter Antennenkurs wird hier der Ablagewinkel K der Antennenlängsachse von der Nordrichtung bezeichnet. Der Kompaß 16 gibt den momentanen Eigenkurs der Antenne mit einer Winkelgenauigkeit von 0,3° aus.In Fig. 1, 10 denotes a known towed linear antenna, also called a tow antenna, which is used by a watercraft 11 , e.g. B. a surface ship or a submarine is pulled in the water. The linear antenna 10 has a multiplicity of omnidirectional hydrophones 12 which are arranged equidistantly in a tubular enveloping body. The known structure of such a linear or trailing antenna 10 is such. B. described in detail in US Pat. No. 4,160,229. The towing antenna 10 carries a stabilizing sack 13 at the end and is initially connected to the watercraft 11 via a trailing cable 14 . The signal cables for transmitting the received signals of the hydrophones 12 to signal processing electronics 15 arranged in the watercraft 11 are also accommodated in the trailing cable 14 . At the beginning of the linear antenna 10 , that is to say at the connection point between the linear antenna 10 and the trailing cable 14 , a compass 16 is arranged, which continuously supplies the current course of the linear antenna 10 , hereinafter referred to as its own course, as an electrical output variable. Antenna heading here is the angle of repose K of the longitudinal axis of the antenna from the north direction. The compass 16 outputs the current own course of the antenna with an angular accuracy of 0.3 °.
Die Signalverarbeitungselektronik 15 weist einen bekannten Beamformer 17, an welchem alle Hydrophone 12 angeschlossen sind, und einen den Beamformer 17 nachgeschalteten Peilrechner 18 auf. Der Beamformer 17 besteht in bekannter Weise aus einer Vielzahl von einstellbaren Zeitverzögerungsgliedern, von denen jeweils eines einem Hydrophon 12 nachgeschaltet ist (vgl. US-PS 43 01 523). In dem Beamformer 17 werden die Amplituden der Empfangssignale der einzelnen Hydrophone 12 nach entsprechender Zeitverzögerung durch die Zeitverzögerungsglieder aufsummiert. Bei entsprechender Wahl der Verzögerungszeiten entsteht somit ein Fächer von einzelnen Richtcharakteristiken, deren Richtung maximaler Empfindlichkeit (Hauptkeule) in verschiedene vorgewählte Richtungen weisen. Die Hauptkeulen können dabei so gestaffelt sein, daß ein Bereich von ±90° beiderseits der Linearantenne 10 abgedeckt werden kann.The signal processing electronics 15 has a known beam former 17 , to which all hydrophones 12 are connected, and a direction finder 18 downstream of the beam former 17 . The beamformer 17 consists in a known manner of a large number of adjustable time delay elements, one of which is connected downstream of a hydrophone 12 (cf. US Pat. No. 4,301,523). In the beamformer 17 , the amplitudes of the received signals of the individual hydrophones 12 are summed up by the time delay elements after a corresponding time delay. If the delay times are selected accordingly, a fan of individual directional characteristics is created, the direction of which shows maximum sensitivity (main lobe) in different preselected directions. The main lobes can be staggered so that a range of ± 90 ° on both sides of the linear antenna 10 can be covered.
Auch der Peilrechner 18 ist an sich bekannt. Er enthält einen Maximumsucher, der das Maximum der Signalamplituden in den einzelnen Beams ermittelt. Die Richtung desjenigen Beams, der das Maximum der Signalamplitude aufweist, wird als Peilung P am Ausgang des Peilrechners 18 angegeben. Zur Erzielung einer hohen Peilungsauflösung bei vorgegebener Länge der Linearantenne 10 enthält der Peilrechner 18 meist noch einen Interpolator. Ein mögliches Ausführungsbeispiel eines Peilrechners 18 ist in der US-PS 35 68 141 (DE-PS 15 66 847) in Verbindung mit einer Zylinderbasis beschrieben. Es kann in gleicher Weise auch für eine Linearantenne verwendet werden.The direction finder 18 is also known per se. It contains a maximum finder, which determines the maximum of the signal amplitudes in the individual beams. The direction of that beam which has the maximum of the signal amplitude is indicated as bearing P at the output of the bearing computer 18 . To achieve a high bearing resolution for a given length of the linear antenna 10 , the direction finder 18 usually also contains an interpolator. A possible embodiment of a direction finding computer 18 is described in US Pat. No. 3,568,141 (DE-PS 15 66 847) in connection with a cylinder base. It can also be used for a linear antenna in the same way.
In Fig. 1 ist beispielhaft eine Peilung P zu einem Ziel Z angegeben. Die Peilung P ist auf die Antennenlängsachse bezogen. Wegen der Rundumcharakteristik der Hydrophone 12 ist - wie eingangs ausführlich dargelegt - die Peilung P nicht eindeutig, so daß die am Ausgang des Peilrechners 18 ausgegebene Peilung P nur ein Winkelbetrag, bezogen auf die Antennenlängsachse darstellt. Das Ziel Z kann links oder rechts von der Linearantenne 10 liegen, so daß einmal die Peilung P und einmal -P sein kann. Da zunächst keine Aussage getroffen werden kann, welche Peilung die richtige ist, werden die beiden möglichen Peilungen mit dem Wert P als Backbord-Peilung PB und als Steuerbord-Peilung PS bezeichnet. Die jeweils nordbezogenen Peilungen werden mit BB und BS bezeichnet. Der Zusammenhang zwischen antennenbezogener Peilung P, norbezogener Peilung B und Eigenkurs K ist aus Fig. 1 ohne weiteres zu erkennen.A bearing P to a target Z is given by way of example in FIG. 1. The bearing P is related to the longitudinal axis of the antenna. Because of the all-round characteristic of the hydrophones 12 , the bearing P is - as explained in detail at the beginning - not clear, so that the bearing P output at the output of the direction finder computer 18 only represents an angular amount with respect to the longitudinal axis of the antenna. The target Z can be to the left or right of the linear antenna 10 , so that the bearing can be P and P can be once. Since no statement can initially be made as to which bearing is the correct one, the two possible bearings with the value P are referred to as port bearing PB and as starboard bearing PS . The respective north-related bearings are designated BB and BS . The relationship between antenna-related bearing P , nor-related bearing B and own course K can be seen easily from FIG. 1.
Nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren wird nunmehr aus dem am Peilrechner 18 anstehenden richtungszweideutigen Betrag der auf die Antennenlängsachse bezogenen Peilung P eine nordbezogene Steuerbord- Peilung BS und eine nordbezogene Backbord-Peilung BB abgeleitet, indem die Peilung P einmal direkt und einmal nach Multiplikation mit dem Faktor -1 (Invertierung oder Negierung) mit dem Eigenkurs K, also dem Momentankurs der Linearantenne 10, addiert wird. Die nordbezogenen Peilungen BS und BB werden dann mit dem Eigenkurs K korreliert. Ist das mit der Backbord-Peilung BB erzielte Korrelationsergebnis signifikant kleiner als das mit der Steuerbord- Peilung BS erzielte Korrelationsergebnis, so wird die Backbord-Peilung BB als die richtige Peilung ausgegeben und die Steuerbord-Peilung BS als die zugehörige Spiegelpeilung unterdrückt. Ist das mit der Steuerbord-Peilung BS erzielte Korrelationssignal hingegen signifikant kleiner als das mit der Backbord- Peilung BB erzielte Korrelationsergebnis, so wird die Steuerbord-Peilung BS als die richtige Peilung ausgegeben und die Backbord-Peilung BB als die zugehörige Spiegelpeilung unterdrückt. In allen anderen Fällen wird keine Entscheidung getroffen. Zur Korrelation der beiden nordbezogenen Peilungen BS, BB mit dem Eigenkurs K wird hier der Korrelationskoeffizient einer Vielzahl N vorangegangener Peilungen und den Peilungen jeweils zugeordneter momentaner Eigenkurswerte berechnet. According to the method proposed here, a north-related starboard bearing BS and a north-port port bearing BB are now derived from the amount of directional ambiguity P at the direction finder computer 18 that is ambiguous in direction finding, by bearing the bearing P once directly and once after multiplication by the factor -1 (inversion or negation) is added to the own course K , that is, the current course of the linear antenna 10 . The north-related bearings BS and BB are then correlated with the own course K. If the correlation result achieved with the port bearing BB is significantly smaller than the correlation result achieved with the starboard bearing BS , the port bearing BB is output as the correct bearing and the starboard bearing BS as the associated mirror bearing is suppressed. If, on the other hand, the correlation signal obtained with the starboard bearing BS is significantly smaller than the correlation result obtained with the port bearing BB , the starboard bearing BS is output as the correct bearing and the port bearing BB as the associated mirror bearing is suppressed. In all other cases, no decision is made. In order to correlate the two north-related bearings BS , BB with the own course K , the correlation coefficient of a plurality N of previous bearings and the respective current own course values assigned to the bearings are calculated here.
Zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens weist die Signalverarbeitungselektronik 15 einen Inverter, Negierer oder Multiplizierer 19, zwei Summierer 20, 21, zwei Korrelatoren 22, 23, einen Komparator 24, einen elektronischen Umschalter 25 und eine Anzeigevorrichtung 26 auf. Der Summierer 20 ist unmittelbar und der Summierer 21 über den Multiplizierer 19 mit dem Ausgang des Peilrechners 18 verbunden. Der Multiplizierer 19 führt eine Multiplikation seiner Eingangsgröße mit dem Faktor -1 aus. Jeder Summierer 20, 21 ist außerdem noch mit dem Ausgang des Kompasses 16 verbunden, an dem weiterhin jeweils ein Eingang der beiden Korrelatoren 22, 23 angeschlossen ist. Der Ausgang des Summierers 20 ist mit dem anderen Eingang des Korrelators 22 und der Ausgang des Summierers 21 mit dem anderen Eingang des Korrelators 23 verbunden. Die beiden Ausgänge der Korrelatoren 22, 23 sind mit den beiden Eingängen des Komparators 24 verbunden, dem noch eine Signifikanzzahl SF zugeführt ist. Der eine Ausgang 241 des Komparators 24 ist mit dem Steuereingang des elektronischen Umschalters 25 verbunden, dessen Ausgang 253 an einer Peilanzeige 27 der Anzeigevorrichtung 26 angeschlossen ist. Von den beiden Eingängen 251, 252 des elektronischen Umschalters 25 ist der eine Eingang 251 mit dem Ausgang des Summierers 20 und der andere Eingang 252 mit dem Ausgang des Summierers 21 verbunden, so daß je nach Stellung des Umschalters 25 die Backbord-Peilung BB oder die Steuerbord-Peilung BS an die Peilanzeige 27 gelangt. Der andere Ausgang 242 des Komparators 24 ist mit einer Unsicherheitsanzeige 28 der Anzeigevorrichtung 26 verbunden. Die Unsicherheitsanzeige 28, die z. B. als einfache Warnleuchte ausgebildet sein kann, wird immer dann angesteuert, wenn die beiden Eingangsgrößen des Komparators 24 sich nicht um mindestens die Signifikanzzahl SF unterscheiden oder wenn der Ausgang 241 des Komparators 24 nach N Takten sein Vorzeichen ändert.To carry out the described method, the signal processing electronics 15 have an inverter, negator or multiplier 19 , two summers 20 , 21 , two correlators 22, 23 , a comparator 24 , an electronic switch 25 and a display device 26 . The summer 20 is connected directly and the summer 21 via the multiplier 19 to the output of the direction finding computer 18 . The multiplier 19 carries out a multiplication of its input variable by the factor -1. Each summer 20, 21 is also connected to the output of the compass 16 , to which an input of the two correlators 22, 23 is also connected. The output of summer 20 is connected to the other input of correlator 22 and the output of summer 21 is connected to the other input of correlator 23 . The two outputs of the correlators 22, 23 are connected to the two inputs of the comparator 24 , to which a significance number SF is also fed. One output 241 of the comparator 24 is connected to the control input of the electronic switch 25 , the output 253 of which is connected to a direction indicator 27 of the display device 26 . Of the two inputs 251, 252 of the electronic switch 25 , one input 251 is connected to the output of the summer 20 and the other input 252 to the output of the summer 21 , so that depending on the position of the switch 25 the port bearing BB or the Starboard bearing BS reaches the bearing indicator 27 . The other output 242 of the comparator 24 is connected to an uncertainty display 28 of the display device 26 . The uncertainty indicator 28 , the z. B. can be designed as a simple warning light, is always activated when the two input variables of the comparator 24 do not differ by at least the significance number SF or when the output 241 of the comparator 24 changes its sign after N clocks.
Die Korrelatoren 22 und 23 sind als Rechenwerke ausgebildet, die aus einer Vielzahl N sukzessive an ihren Eingängen anliegenden Einzelpeilungen BB i , BS i , K i die Korrelationskoeffizienten ρ B und ρ S für die Backbord- und Steuerbord-Peilung nach folgenden mathematischen Zusammenhängen berechnen: BB i , BS i sind dabei aufeinanderfolgende Einzelpeilungen, K i sind dabei den aufeinanderfolgenden Einzelpeilungen zugeordnete Eigenkurswerte und BB, BS, K sind die Mittelwerte davon. σ, σ, σ sind deren Varianzen, während σ KBB die Kovarianz der Vielzahl N von Backbord-Peilungen BB i und Eigenkurswerten K i und σ KBS die Kovarianz der Vielzahl N von Steuerbord-Peilungen BS i und Eigenkurswerten K i ist.The correlators 22 and 23 are designed as arithmetic units which calculate the correlation coefficients ρ B and ρ S for the port and starboard bearing based on the following mathematical relationships from a large number N of individual bearings BB i , BS i , K i applied to their inputs. BB i , BS i are successive single bearings, K i are the own rate values assigned to the successive single bearings and BB , BS , K are the mean values thereof. σ , σ , σ are their variances, while σ KBB is the covariance of the plurality N of port bearings BB i and own heading values K i and σ KBS is the covariance of the plurality N of starboard bearings BS i and heading value K i .
Der Komparator 24 vergleicht die an seinem Eingang liegenden Korrelationskoeffizienten ρ B und ρ S unter Berücksichtigung der Signifikanzzahl SF und legt an seinen Ausgang 241 ein positives Steuersignal, wenn die Bedingung erfüllt istThe comparator 24 compares the correlation coefficients ρ B and ρ S at its input, taking into account the significance number SF, and applies a positive control signal to its output 241 if the condition is met
ρ B ≦λτSF · ρ S , ρ B ≦ λτ SF · ρ S ,
und ein negatives Steuersignal, wenn die Bedingung erfüllt istand a negative control signal if the condition is satisfied
ρ S ≦λτSF · ρ B . ρ S ≦ λτ SF · ρ B.
Bei einem positiven Steuersignal wird der elektronische Umschalter 25 in die in Fig. 2 dargestellte Schaltstellung gesteuert, in welcher sein Ausgang 253 mit dem Eingang 251 verbunden ist. In diesem Fall wird die Steuerbord-Peilung BS in der Peilanzeige 27 als die richtige Peilung zur Anzeige gebracht. Bei einem negativen Steuersignal wird der elektronische Umschalter 25 in die andere Stellung umgesteuert, in welcher der Ausgang 253 auf den Eingang 252 geschaltet ist. In dieser Schaltstellung wird die Backbord- Peilung BB als die richtige Peilung der Peilanzeige 27 zugeführt und in dieser angezeigt. Tritt kein Steuersignal am Ausgang 241 des Komparators 24 auf oder ändert sich das Vorzeichen des Steuersignals nach N Takten, so erscheint am Ausgang 242 des Komparators 24 ein Steuersignal, was die Unsicherheitsanzeige 28 einschaltet.If the control signal is positive, the electronic changeover switch 25 is controlled into the switch position shown in FIG. 2, in which its output 253 is connected to the input 251 . In this case, the starboard bearing BS is displayed in the bearing indicator 27 as the correct bearing. If the control signal is negative, the electronic switch 25 is switched to the other position in which the output 253 is connected to the input 252 . In this switch position, the port bearing BB is fed to the bearing indicator 27 as the correct bearing and is displayed there. If no control signal occurs at the output 241 of the comparator 24 or the sign of the control signal changes after N clocks, a control signal appears at the output 242 of the comparator 24 , which switches on the uncertainty display 28 .
In einigen Fällen wird von dem Peilrechner 18 bereits eine nordbezogene Peilung B geliefert. In diesen Fällen wird zwischen dem Ausgang des Peilrechners 18 und dem Eingang des Summierers 20 bzw. dem Eingang des Multiplizierers 19 ein Subtrahierer 29 eingeschaltet, der weiterhin mit dem Ausgang des Kompasses 16 verbunden ist. Dies ist in Fig. 2 strichliniert eingezeichnet. Der Subtrahierer 29 subtrahiert von der nordbezogenen Peilung B den Eigenkurs K, so daß am Ausgang des Subtrahierers 29 wiederum die auf die Längsachse der Linearantenne 10 bezogene Peilung P zur Verfügung steht, die dann in gleicher Weise, wie vorstehend beschrieben, verarbeitet wird.In some cases, the bearing computer 18 already delivers a north-related bearing B. In these cases, a subtractor 29 is connected between the output of the direction finder 18 and the input of the summer 20 or the input of the multiplier 19 , which is still connected to the output of the compass 16 . This is shown in dashed lines in FIG. 2. The subtractor 29 subtracts the own course K from the north-related bearing B , so that the bearing P relating to the longitudinal axis of the linear antenna 10 is again available at the output of the subtractor 29 , which is then processed in the same manner as described above.
Claims (7)
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