DE4223652A1

DE4223652A1 - Verfahren und Anordnung für eine Signaldetektion

Info

Publication number: DE4223652A1
Application number: DE19924223652
Authority: DE
Inventors: Lothar Deecke
Original assignee: C Plath GmbH Nautisch Elektronische Technik
Current assignee: Plath 20097 Hamburg De GmbH
Priority date: 1992-07-17
Filing date: 1992-07-17
Publication date: 1994-01-20
Anticipated expiration: 2012-07-18
Also published as: DE4223652C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung für eine Signaldetektion, insbesondere in der Navigation, die ein Entscheidungskriterium für eine gesicherte, automatische Bestimmung von Peilwinkeln liefert.

Bei einem solchen Verfahren werden im allgemeinen aus den Peilkomponenten U_x = A · sin α und U_y = A · cos α zweier Peilkanäle x und y (α = Peilwinkel) nach der Umsetzung aus der hochfrequenten in die zwischenfrequente Lage n Meßproben U_xi = A_i · sin α_i und U_yi = A_i · cos_α _i (i = 1 bis n; α_i = Momentanpeilwinkel) entnommen und digitalisiert. Dazu werden die Meßproben von n-Peilkomponenten zunächst von ihren Amplituden befreit, d. h. normiert (x_i, y_i), und darauf wird ein Mittelwert nach folgenden Gleichungen berechnet:

Mittelwert der normierten x_i-Komponenten:

Mittelwert der normierten y_i-Komponenten:

Der Mittelwert des Peilwinkels ergibt sich daraus zu:

Der aus dieser Mittelwertbildung abgeleitete Peilwinkel ist bei einer gleichmäßigen Verteilung der Momentanpeilwin kel, z. B. bei nichtkorrelierten Signalen wie Empfängerrau schen, vollkommen unbestimmt, d. h. es ergeben sich in diesem Fall Peilwinkel, die gleichmäßig zwischen 0° und 360° ver teilt sind.

Zur eindeutigen automatischen Auswertung eines Peilsignals ist es daher erforderlich, daß zunächst festgestellt wird, ob es sich bei dem empfangenen Signal, das im allgemeinen ein Signalgemisch aus Nachrichten- und Störsignal bzw. Rauschsignal ist, um ein "peilwürdiges" Signal oder ledig lich um ein Störsignal handelt.

Es ist ein Verfahren (Squelch-Verfahren) bekannt, das ledig lich die Amplitude eines demodulierten Empfangssignals mit einer unteren Grenze, beispielsweise mit dem Eigenrauschen des Empfängers, vergleicht. Dieses Verfahren ist jedoch un zuverlässig, da als Nachrichten- oder Peilsignal jedes Signal ausgewiesen wird, dessen Amplitude die oben genannte Grenze überschreitet. Irrelevante Signale können somit die automatische Auswerteprozedur für die Peilwinkelermittlung verfälschen und unbrauchbare Peilergebnisse liefern.

Bekannt sind auch Verfahren zur Detektion von Signalen, die auf der Korrelationsanalyse beruhen (DE-A-32 11 104, DE-B-22 33 976). Diese Verfahren analysieren, wie prinzi piell auch das oben genannte Squelch-Verfahren, das vom Empfänger demodulierte NF-Signal. Sie untersuchen ein empfangenes Signal nach dem Vorhandensein einer Information. Dabei wird weißes Rauschen oder auf das Empfangsband ein geengtes Rauschen, aber auch ein periodisches Signal, bei spielsweise ein Dauerton oder ein Gemisch solcher Dauertöne, als nicht vorhandene Information ausgewiesen. Damit würden Signale, die mit einem Dauerton moduliert sind und durchaus "peilwürdig" sein können, unterdrückt werden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung für eine Signaldetektion zur Verfügung zu stellen, die ein Entscheidungskriterium für eine gesicherte, automatische Bestimmung von Peilwinkeln liefern und verhindern, daß irrelevante Signale eine Peil winkelbestimmung verfälschen.

Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von folgen den Grundgedanken aus.

Bei der Signaldetektion werden die normierten Peilkomponen ten x_i, y_i herangezogen, um daraus ein Entscheidungskrite rium für die Peilwinkelbestimmung abzuleiten. Mit den nor mierten Peilkomponenten läßt sich ein Summenvektor wie folgt bilden:

oder der Betrag

Bei der Darstellung der normierten Peilkomponenten x_i, y_i in einem kartesischen Koordinatensystem erscheint der Summen vektor als momentane Peilung des empfangenen Signals und entspricht, angezeigt auf einer Braun′schen Röhre, dem mo mentanen Peilbild. In einem weiteren Schritt wird der Sum menvektor auf die maximal mögliche Länge L_max (im allge meinen der Radius der Anzeige) normiert. Der normierte Be trag des Summenvektors Q = L_Σ/L_max liefert dabei eine Aus sage über die Qualität der Peilung und kann Werte zwischen 0 und 1 annehmen (Qualitätszahl). Als Entscheidungskriterium für die Bestimmung des Peilwinkels kann nunmehr diese Quali tätszahl herangezogen werden, indem eine untere Schwelle Q_min festgelegt wird. Wird diese untere Schwelle über schritten, so ist ein "peilwürdiges" Signal vorhanden, und die oben beschriebene Bestimmung des Mittelwertes des Peil winkels kann als unverfälschte Mittelwertberechnung betrach tet und gegebenenfalls einer Ortungsberechnung zugeführt werden.

Der Vorteil dieser Signaldetektion liegt darin, daß die Peilwinkelbestimmung von der Modulation eines empfangenen Signals unabhängig ist, da das Peilsignal selbst und nicht das durch Demodulation gewonnenen NF-Signal ausgewertet wird. Ein weiterer Vorteil gegenüber bekannten Signaldetek tionen besteht darin, daß durch die Bildung eines normierten Summenvektors eine Qualitätsaussage über das empfangene Signal gemacht werden kann, die dem bekannten Gütekriterium für Peilsignale entspricht. So kann die Peilgüte in Form einer Qualitätszahl oder Anzeige beispielsweise linear oder logarithmisch angegeben werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung des Summenvektors eines ungestört empfangenen Signals,

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Summenvektors unter halb der Grenzempfindlichkeit des Empfängers,

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Summenvektors empfangenen Signals mit einem Rauschanteil und

Fig. 4 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsge mäßen Verfahrens.

Zunächst werden zwei Extremfälle dargestellt, nämlich das Peilergebnis eines ungestört empfangenen Signals, dessen Amplitude weit über dem Empfängerrauschen (Grenzempfindlich keit) liegt (Fig. 1) und das Peilergebnis, das sich ergibt, wenn kein Nutzsignal vorhanden ist bzw. das Nutzsignal unter der Grenzempfindlichkeit des Empfängers liegt (Fig. 2). Bei diesem Beispiel ist die Anzahl der Meßproben n = 7 und die Aufteilung des Koordinatensystems linear. Die Bestimmung des Quadranten und damit die seitenrichtige Peilanzeige erfolgt in bekannter Weise unabhängig von diesem Verfahren und braucht deshalb nicht weiter berücksichtigt zu werden.

Für jede Meßprobe i werden die Komponenten x_i und y_i ermit telt und daraus wie oben angegeben, der Summenvektor ge bildet.

Für den ungestörten idealen Fall nach Fig. 1 ergibt die Auf summierung der sieben, in gleiche Richtung weisenden Vekto ren einen Summenvektor mit maximaler Länge. Die Güte der Peilung wird durch die Qualitätszahl

Q = 7/7 = 1

bestimmt.

Der Summenvektor in Fig. 2 wird wie bei Fig. 1 ermittelt. Da die einzelnen Vektoren entsprechend den momentanen Peilungen keine Vorzugsrichtung besitzen, kann der berechnete Summen vektor nicht größer als der Radius des kleinsten Kreises werden. Die Qualitätszahl nimmt in diesem Fall höchstens den Wert

Q = 1/7 = 0,14

an.

Als untere Schwelle Q_min könnte beispielsweise dieser Wert (oder etwas darüber) festgelegt werden.

Fig. 3 zeigt eine verrauschte Peilung oberhalb der Grenz empfindlichkeit. Die Aufsummierung der Komponenten x_i, y_i bzw. der Einzelvektoren zum Summenvektor ergibt, je nach dem Signal-/Rauschverhältnis, eine Qualitätszahl zwischen 0,14 und 1. Im gewählten Beispiel ist die Qualitätszahl 0,74. Der Summenvektor hat einen Betrag von 5,15, der aus den Kompo nenten Σ y_i = 2,5 und Σ x_i = 4,5 gemäß Gleichungen (4) oder (5) gebildet wird. Daraus ergibt sich

Q = 5,15/7 = 0,74.

Fig. 4 stellt eine mögliche Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Die Peilkomponenten U_x und U_y zweier Peilkanäle 1 und 2 werden in ihre normierten Kom ponenten x_i und y_i umgesetzt. Liegen die Peilkomponenten nicht in kartesischer Form vor, so lassen sich die normier ten Peilkomponenten auch durch Koordinatentransformation in der Koordinatentransformationseinrichtung 3 aus der polaren Form gewinnen. In einem Summierer 4 wird aus den normierten Peilkomponenten ein Summenvektor gebildet, der auf eine bestimmte Länge L_max in einem Normierer 5 normiert wird. Der sich daraus ergebende normierte Wert stellt die Qualitäts zahl Q dar. Diese wird in einem Komparator 6 mit einem vor gegebenen Wert Q_min verglichen. Das Resultat des Vergleichs liefert eine Aussage, ob die gleichzeitig durchgeführte automatische Peilwinkelbestimmung als gesichert und unver fälscht angesehen werden kann oder ob sie unbrauchbar ist.

Durch eine geeignete Anzeige, z. B. mittels einer Braun′schen Röhre, wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt, können der gemittelte Peilwinkel und die Qualitätszahl gleichzeitig op tisch wahrgenommen werden, nämlich der gemittelte Peilwinkel als Richtung des Zeigers und die Qualitätszahl als Länge des Zeigers.

Claims

1. Verfahren für eine Signaldetektion, insbesondere für die Auswertung von Peilsignalen in der Navigation, und zur Ableitung eines Entscheidungskriteriums für eine gesi cherte, automatische Peilwinkelbestimmung, mit den Schritten:

a) Ermitteln und Normieren der Peilkomponenten hin sichtlich ihrer Amplitude als normierte Peilkompo nenten (x_i und y_i),
b) Bilden eines Summenvektors () aus den normierten Peilkomponenten (x_i, y_i),
c) Normieren des Summenvektors () mit Bezug auf einen Maximalwert zu einer Qualitätszahl (Q), und
d) Vergleichen der Qualitätszahl (Q) mit einer vorgege benen Zahl (Q_min), die die untere Grenze der gesi cherten, automatischen Peilwinkelbestimmung dar stellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die normierten Peilkomponenten (x_i und y_i) in Peilkanä len (1 und 2) aus in kartesischer Form vorliegenden Peilkomponenten (U_x und U_y) gewonnen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die normierten Peilkomponenten (x_i und y_i) durch Koordi natentransformation aus in polarer Form vorliegenden Peilkomponenten gewonnen werden.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit Peilkanälen (1, 2), gegebenenfalls einer Koordinatentransformationseinrichtung (3) einem Summierer (4), einem Normierer (5) und einem Komparator (6).

5. Anordnung nach Anspruch 4 mit einer Anzeigeeinrichtung zur graphischen Darstellung des Summenvektors.