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Das
Gebiet der Erfindung ist jenes der Verfahren zur Bearbeitung der
Sonarsignale. Die Erfindung betrifft insbesondere die Sonarechos,
die von Objekten kommen, die Sonaremissionen ausgesetzt waren, die
ein so genanntes Spektrum „mit
Linienkämmen", das von Linien
gebildet ist, aufweisen.
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Eine
Technik zur Auswertung der Sonarsignale, die im Stand der Technik
bekannt ist, besteht darin, in das Medium ein bekanntes Signal zu
entsenden und die empfangenen Signale durch Korrelation mit Signalen zu
bearbeiten, die Repliken des entsandten Signals darstellen, wenn
es von einem beweglichen Ziel reflektiert und vom Sonar empfangen
wird. Diese Repliken oder Doppler-Kopien werden mit dem tatsächlich empfangenen
Signal korreliert, um das vom Ziel des Umgebungsgeräusches und
vom Nachhall kommende Signal zu unterscheiden.
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Die
Signalemission, die ein Linienspektrum, d.h. ein aus unterschiedlichen
Linien gebildetes Spektrum, aufweist, ist überdies von großem Interesse
für die
Entdeckung von mobilen oder kaum mobilen Unterwasserzielen in einer
durch den Nachhall begrenzten Umgebung. Sie ermöglicht es nämlich, sofern die Doppler-Abweichung
der Ziele größer als
die Breite der Elementarlinien des Spektrums ist, das Nachhallgeräusch durch
Doppler-Filterung zu verringern. Ein solches Doppler-Filterverfahren
ist insbesondere in dem europäischen
Patent
EP 1078280 beschreiben,
welches ein Verfahren zur Erfassung mobiler Objekte mit Hilfe eines aktiven
Sonars betrifft.
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Dieser
Doppler-Filterungstyp besteht darin, eine Mehrkopienkorrelation
des empfangenen Signals durchzuführen.
Die Mehrkopienkorrelation besteht darin, auf bekannte Weise Korrelationsschritte
des empfangenen Signals mit verschiedenen Repliken oder Doppler-Kopien
des entsandten Signals durchzuführen.
Jede Doppler-Kopie
weist dasselbe Spektrum wie das von einem Objekt mit einer bestimmten
Geschwindigkeit reflektierte Signal auf. Deshalb ist von Doppler-Kopien
des entsandten Signals die Rede.
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Die
Korrelationsschritte erfolgen gleichzeitig oder auch während eines
selben Zeitraums, so dass die Auswertung von Signalemissionen mit
Linienspektrum im aktiven Sonar dazu führt, ebenso viele gleichzeitige Korrelationsschritte
durchzuführen,
wie Doppler-Filter ausgewertet werden. Wenn daher die Anzahl von
eingesetzten Doppler-Kopien groß ist,
kann der Bearbeitungsmodus durch Mehrkopienkorrelation eine große Rechenkapazität erfordern.
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Es
ist überdies
bekannt, dass für
Signale, deren Produkt BT groß ist,
beispielsweise über
50, der Doppler-Filterschritt durch Korrelation vorzugsweise im
Spektralbereich durchgeführt
werden kann. Die Buchstaben B und T des Produktes BT bezeichnen
B das Band des entsandten Signals bzw. T seine Dauer. Der Übergang
in den Spektralbereich, der mit Hilfe einer raschen Fourier-Transformation
(FFT) beispielsweise durchgeführt
wird, stellt sich als vorteilhafter heraus, was die Rechenleistung
betrifft, als eine direkte Korrelation im Zeitbereich.
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Wenn
dennoch die Korrelation mit mehreren Doppler-Kopien durchgeführt wird,
führt diese
Ausführungsart
der Doppler-Filterung zu einer noch deutlich zu hohen Rechenbelastung.
In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass die Erhöhung der
Rechenbelastung, die eine Mehrkopienbearbeitung voraussetzt, im Wesentlichen
proportional zur Anzahl von eingesetzten Kopien ist. In der Praxis
beträgt
die Anzahl von Kopien ungefähr
einige Dutzend, wenn nicht einige Hundert. Die
französische
Patentanmeldung 03 04042 , die im April 2003 von der Anmelderin
angemeldet und unter
FR 285 34
17 veröffentlicht
wurde, erwähnt
in diesem Zusammenhang eine Anzahl von Doppler-Kopien, die für die Doppler-Filterung
notwendig sind, von über
200.
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Die
vorliegende Erfindung besteht in einem Verfahren, das es ermöglicht,
die durch die Mehrkopienkorrelation verursachte Rechenbelastung
zu verringern. Zu diesem Zweck führt
das erfindungsgemäße Verfahren
einen Mehrkopienkorrelationsvorgang durch, der mindestens die folgenden
Schritte umfasst:
- – einen Schritt der Zeit-Frequenz-Umformung
des empfangenen Signals,
- – einen
Schritt der Bildung von synthetischen Spektren, wobei jedes synthetische
Spektrum durch die Wahl von Hunderten von Spektralkomponenten des
Spektrums des empfangenen Signals und Aneinanderreihung dieser Spektralkomponenten
gebildet ist,
- – einen
Schritt der Berechnung des Interspektralproduktes, d.h. des Produktes
jedes synthetischen Spektrums mal das zugehörige aneinander gereihte Spektrum
der entsprechenden Doppler-Kopie,
- – einen
Schritt der Durchführung
des Mehrkopienkorrelationsschrittes, der das Produkt des zugehörigen aneinander
gereihten Spektrums jeder Doppler-Kopie mal das synthetische Spektrum
des entsprechenden empfangenen Signals herstellt,
- – einen
Schritt der Frequenz-Zeit-Umformung der erhaltenen Interspektralprodukte,
der es ermöglicht,
in den Zeitbereich zurückzukehren.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
hat den Vorteil, dass es die Mehrkopienkorrelation nur an nützlichen Abschnitten
des Spektrums durchführt.
Durch Weglassen der unnötigen
Berechnungen ermöglicht
es somit, die Menge an durchgeführten
Rechnungen wesentlich zu verringern, insbesondere während der
Schritte der Berechnung der Interspektren und der Frequenz-Zeit-Umformung. Es ermöglicht es
somit, die durchgeführte Gesamtrechnungsmenge
zu verringern, oder auch bei einer selben Rechnungsmenge einen Doppler-Filtervorgang
von besserer Auflösung
durchzuführen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
hat ferner den Vorteil, dass es einfach im Einsatz ist. Es ist auch besonders
gut an die Systeme angepasst, die Wellen entsenden, deren Spektrum
von periodischen Linien gebildet ist, wobei jede Linie selbst ein
elementares Spektrum aufweist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile gehen aus der Beschreibung hervor, die durch
die zugehörigen
Figuren dargestellt ist, wobei:
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1 die
zeitliche Darstellung eines Beispiels eines Signals, das ein Linienspektrum
aufweist, zeigt,
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2 die
schematische spektrale Darstellung des in 1 dargestellten
Signals zeigt,
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3 eine
Darstellung der Hauptschritte eines herkömmlichen Mehrkopienkorrelationsverfahrens zeigt,
wobei die Korrelation im Spektralbereich durchgeführt wird,
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4 ebenfalls
eine Teilansicht des Spektrums aus 2 und der
Gesamtheit der Doppler-Kanäle, die
durch den Schritt der am Signal durchgeführten Frequenzanalyse definiert
werden, zeigt,
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5 die
aneinander gereihte spektrale Darstellung des in 1 dargestellten
Signals zeigt,
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6 das
Organigramm der Hauptschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
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Wie
vorher erwähnt
wurde, wird das erfindungsgemäße Verfahren
insbesondere für
die aktiven Sonarsystems angewandt, die Wellen entsenden, deren
Spektrum als eine regelmäßige Aufeinanderfolge
von elementaren Spektren oder Linien entlang der Frequenzachse vorhanden
ist. Zur klareren Darstellung ist die Erfindung in dem Dokument
durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
beschrieben, bei dem die entsandte Welle in Form von Impulsen vorhanden
ist, die von der gewichteten Summe von N aufeinander folgenden elementaren
Impulsen, die nach einem selben Gesetz, linear oder hyperbolisch
beispielsweise, frequenzmoduliert sind, gebildet sind. Eine Darstellung
eines Impulses dieses Typs im Zeitbereich ist in
1 dargestellt.
In dieser Figur sind die N elementaren Impulse
11 zu sehen,
deren Amplitude durch das angewandte Gewichtungsgesetz bestimmt
wird. Diese Gewichtung bestimmt eine Hülle a(t)
12 und bedingt
die Form des so hergestellten Impulsspektrums. Das gebildete Signal
mit einer Dauer T besteht somit aus N Impulsen der Dauer T/N. Die
an die Gesamtheit des Signals angelegte Gewichtung hat die Kontrolle
der Breite des Spektrums des entsandten Signals und insbesondere
die Verringerung des Niveaus der Nebenlinien zum Gegenstand. Folglich
kann das entsandte Signal durch das folgende Verhältnis ausgedrückt werden:
wobei p(t) der Ausdruck eines
elementaren Impulses ist, wobei p(t) gleich 0 ist, wenn sich t außerhalb
des Intervalls [0 T/N] befindet. Das Signal a(t) stellt die angelegte
Gewichtung dar. Es ist von der Hülle
des Signals die Rede.
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Das
Spektrum des entsandten Signals kann seinerseits durch folgendes
Verhältnis
ausgedrückt
werden:
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In
dem Verhältnis
[2] stellt P(f) das Spektrum des elementaren Impulses dar, der folgendermaßen ausgedrückt werden
kann: P(f) = ∫p(t)·exp(– 2iπft)dt [3].
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Ebenso
kann das Spektrum der Hülle
a(t) des entsandten Signals ausgedrückt werden durch: A(f) = ∫a(t)·exp(– 2iπft)dt [4]
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Das
Spektrum E(f) ist schematisch in 2 dargestellt.
Es hat als Erweiterung das Band B des elementaren Impulses. Es ist
von Linien 21 gebildet, die alle n·N/T auf der Frequenzachse
positioniert sind. Die Amplitudengewichtung a(t) bewirkt die Begrenzung
der Breite des Spektrums jeder Linie in einem Intervall von β/T um die
zentrale Frequenz. Der Faktor β stellt
einen Koeffizienten dar, der vom gewählten Amplitudengewichtungsgesetz
a(t) abhängt.
Wenn beispielsweise nach einer bevorzugten Ausführungsart a(t) = sin2(πt/T) genommen
wird, hat der Koeffizient β den
Wert β =
4.
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Die
Darstellung der 2 ermöglicht es festzustellen, dass
das Spektrum des entsandten Signals BT/N Frequenzbereiche der Breite β/T entsprechend
den Linien 21 umfasst, für die die Amplitude des Spektrums
erheblich ist, und die durch Frequenzbereiche 22 mit einer
Breite im Wesentlichen gleich N/T getrennt sind, in denen die Amplitude
der Spektralkomponenten sehr gering ist. Es kann auch festgestellt
werden, dass dieser Bereich mit sehr geringer Amplitude einen großen Bruchteil
des Bandes des entsandten Signals darstellen. Diese besondere Verteilung
der Amplitude des Spektrums wird vorzugsweise von dem erfindungsgemäßen Verfahren
genutzt.
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Ganz
allgemein besteht ein bekanntes Mittel zur Durchführung der
Doppler-Analyse des empfangenen Signals im Bereich der Bearbeitung
von Sonarechos darin, die Korrelation des empfangenen Signals mit
Signalen durchzuführen,
die Kopien des entsandten Signals darstellen, die eine Frequenzabweichung
oder eine Phasenabweichung entsprechend der Abweichung, die das
entsandte Signal bei seiner Reflexion an einem beweglichen Ziel
erfahren hätte,
aufweisen. Bei diesem Bearbeitungstyp durch Mehrkopienkorrelation
hängt die
Anzahl von verwendeten Doppler-Kopien vom Frequenzbereich, der analysiert
werden soll, und von der Auflösung
des Codes ab. Diese Anzahl hängt
auch von den Rechenkapazitäten
der Maschine ab, die die entsprechenden arithmetischen Operationen
durchführen
soll. Diese doppelte Abhängigkeit
führt in
der Praxis zum Eingehen eines schwierigen Kompromisses zwischen
der gewünschten
Qualität
der Doppler-Analyse und der erforderlichen Berechnungszeit für den Erhalt
des Ergebnisses.
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3 stellt
das Prinziporganigramm eines herkömmlichen Bearbeitungsverfahrens
durch Mehrkopienkorrelation dar. Um die Anzahl von durchzuführenden
Berechnungen zu begrenzen, erfolgt dieser Schritt im Frequenzbereich.
Zu diesem Zweck wird das empfangene und digitalisierte Signal 31 beispielsweise
einer Zeit-Frequenz-Umformung 32 unterzogen. Bei einer
bevorzugten Ausführungsart
erfolgt die Zeit-Frequenz-Umformung mit Hilfe einer Fourier-Transformation
(FTT), die gleitend an einer Anzahl N1 von
Punkten durchgeführt
wird, die in Abhängigkeit
von der gewünschten
Anzahl von Doppler-Kanälen bestimmt
wird. Der FFT-Schritt kann beispielsweise gleitend an einer Anzahl
N1 = 2·Fe·T von
Mustern durchgeführt
werden, mit einem Gleiten gleich Fe·T Muster
von einem FFT-Schritt zum nächsten.
Fe stellt in diesem Fall die Bemusterungsfrequenz
und T die Dauer des empfangenen Signals dar.
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Das
so erhaltene Frequenzsignal 33 ist dann Gegenstand von
mehreren gleichzeitigen Korrelationsschritten 34. Jeder
Schritt besteht darin, auf bekannte Weise das Interspektrum zu berechnen,
das sich aus dem Produkt des Spektrums des empfangenen Signals mal
das Spektrum eines gespeicherten Signals 35, Doppler-Kopie
genannt, ergibt. Das Spektrum jeder Doppler-Kopie entspricht jenem
des entsandten Signals, dem eine Frequenzhomothetie zugeordnet wurde.
Die Frequenzhomothetie entspricht einem der Kanäle des analysierten Doppler-Bandes.
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Jede
Doppler-Kopie kann durch den Doppler-Parameter δ gekennzeichnet sein, die als
Ausdruck δ = 1 ± 2V/c
hat, in dem V die Radialgeschwindigkeit des Ziels in Bezug zum Tragwerk
und c die Schallgeschwindigkeit im Medium darstellen. Folglich kann
geschrieben werden:
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Und
ihr Spektrum hat als Ausdruck:
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Der
Ausdruck C(f) ist analog zu jenem von E(f), mit der Ausnahme, dass
die Linien, aus denen er besteht, auf den Frequenzen δ·n·N/T zentriert
sind. Es ist eine einfache Spektrenhomothetie festzustellen.
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Das
Ergebnis 36 jedes Korrelationsschrittes wird dann in den
Zeitbereich transponiert, um ausgewertet zu werden. Die Transposition
erfolgt vorzugsweise durch inverse Transformation 37 zu
jener, die für
den Übergang
in den Frequenzbereich verwendet wurde, durch eine Frequenz-Zeit-Transformation
des Typs inverse DFT oder inverse FFT oder dergleichen, die an N1 Mustern oder Punkten durchgeführt wird.
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Wie
im Falle des entsandten Signals ist festzustellen, dass die Spektren
der Doppler-Kopien ungleich Null auf BT/N Frequenzbereichen, entsprechend
den Linien des Spektrums des entsandten Signals und in Frequenz
umgeformt, sind. Wie für
das entsandte Signal ist die Breite jeder Linie gleich β/T, wobei
die Linien in einem Abstand von N/T auf der Frequenzachse angeordnet
sind.
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Die
Berechnung der Mehrkopienkorrelation durchzuführen, bedeutet, Nd gleichzeitige
Korrelationsschritte durchzuführen,
d.h. im Spektralbereich Nd Interspektralmultiplikationsschritte.
Der Übergang
in den Spektralbereich ermöglicht
es vorzugsweise, die Schritte der zeitlichen Korrelation, die sich
auf bekannte Weise durch Produktsummen ausdrücken, durch einfache weniger
komplexe und somit hinsichtlich der Rechenbelastung weniger kostspielige
zeitliche Korrelationsschritte zu ersetzen. Dennoch, wenn es sich
um Nd gleichzeitige Schritte handelt, bleibt
die Belastung groß.
Es ist in diesem Zusammenhang zu erwähnen, dass die Rechenbelastung
durch die Anzahl von Nd zu bearbeitenden
Doppler-Kanälen
sowie das Produkt BT dimensioniert wird, wobei B das Durchlassband
des elementaren Impulses 11 und T die Dauer der N elementaren
Impulse, die das entsandte Signal bilden, darstellen.
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Das
Organigramm der 3 ermöglicht es, das relative Gewicht
jedes Schrittes des Verfahrens in der sich ergebenden Gesamtrechenbelastung
aufzuzeigen. Es ist somit festzustellen, dass die den Vorgängen 34 und 37 entsprechenden
Schritte ein sehr großes
Gewicht in der Rechenbelastung haben, sowohl auf Grund der Rechenmenge,
die für
jeden Vorgang notwendig ist, als auch auf Grund ihrer gleichzeitigen
Ausführung
für jeden
der Nd Doppler-Kanäle. Zum Vergleich hat der Schritt,
der dem Vorgang 32 der Frequenzanalyse durch FFT des empfangenen
Signals entspricht, nur ein relativ geringes Gewicht.
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Falls
es die zulässige
Rechenbelastung nicht ermöglicht,
den Schritt der Mehrkopienkorrelation, wie beschrieben, durchzuführen, bietet
die herkömmliche
Bearbeitungsmethode, die in 3 dargestellt
ist, auf den ersten Blick nur zwei Lösungstypen. Eine erste Lösung besteht
somit darin, die Anzahl von gleichzeitig ausgewerteten Doppler-Kanälen zu verringern,
wodurch es möglich
ist, die Anzahl Nd von gleichzeitig durchgeführten Korrelationsvorgängen zu
verringern. Die andere Lösung
besteht darin, das von dem elementaren Impuls eingenommene Durchlassband
zu begrenzen, was mit den Anforderungen in Verbindung mit den überdies
eingesetzten Signalbearbeitungsfunktionen nicht vereinbar ist.
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Angesichts
dieser Anforderungen schlägt
das erfindungsgemäße Verfahren
eine Alternativlösung
zu den vorher erwähnten
Lösungen
vor. Zu diesem Zweck besteht das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens
hauptsächlich
darin, das Spektrum des entsandten Signals als eine Gesamtheit von
elementaren Spektren zu betrachten, das von den Linien
21 gebildet
ist, aus denen sich das Gesamtspektrum zusammensetzt. Diese elementaren
Spektren sind durch Frequenzbereiche getrennt, die bei der Doppler-Bearbeitung
keinen Nutzen haben, und für
die das Signalniveau sehr gering ist. Da ebenso das empfangene Signal
mit versetzten Doppler-Kopien
des entsandten Signals korreliert ist, umfasst das erhaltene Interspektrum
auch Frequenzbereiche, für
die Frequenzkomponenten sehr gering sind. Diese Betrachtung ermöglicht es,
den Begriff des wirksamen Durchlassbandes einzuführen, das durch folgendes Verhältnis definiert
werden kann:
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In
dem vorhergehenden Verhältnis
ist das wirksame Band Beff als das Produkt
BT/N der Anzahl von Linien, aus denen das Spektrum des Signals besteht,
mal die Breite des Spektrums βB/N
einer Linie definiert. Der Begriff des wirksamen Durchlassbandes,
wie hier definiert, ermöglicht
es, die Tatsache zu berücksichtigen, dass
die Gesamtheit der nützlichen
Muster für
die Durchführung
einer Doppler-Analyse des empfangenen Signals durch digitale Korrelation
auf dem Spektralgebiet nicht in B, sondern in Beff enthalten
ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
nutzt vorzugsweise diese Feststellung, um die erforderliche Rechenleistung
für die
Durchführung
des Vorgangs der Mehrkopienkorrelation zu verringern. Zu diesem
Zwei setzt das erfindungsgemäße Verfahren
einen Schritt des Aneinanderreihens eines Spektrums ein. Dieser Schritt
ersetzt das empfangene Signal und jede Doppler-Kopie durch ein synthetisches
Signal, dessen Spektrum in einem Band, das mit dem vorher definierten
Band Beff gleichwertig ist. Für jede Kopie
umfasst das synthetisierte Spektrum die Gesamtheit der Frequenzkomponenten
eines Niveaus ungleich Null des Ausgangssignals. Die Darstellung
der 4 ermöglicht
es, auf einfache Weise die Rolle des Schrittes der Aneinanderreihung
der Spektren der Doppler-Kopien zu erklären.
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4 schlägt eine
vergrößerte Teilansicht
des realen Spektrums des Signals vor, das in 2 dargestellt
ist. In dieser Figur sind nur drei Spektrallinien 41 dargestellt,
die beliebige Linien sind, die unter den Linien ausgewählt wurden,
aus denen sich das Spektrum eines Signals zusammensetzt, wie beispielsweise
das vom Sonar entsandte Signal oder auch eine seiner Doppler-Kopien. 4 stellt
auch eine Teilansicht der Gesamtheit der Frequenzkanäle 42 dar,
die durch den Schritt der Frequenzanalyse, der am Signal durchgeführt wird, definiert
werden. Diese Frequenzanalyse kann beispielsweise durch einen Vorgang
des Typs FFT durchgeführt
werden.
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Der
Schritt der Aneinanderreihung erfolgt gleichzeitig für jede Doppler-Kopie,
wobei jede ein unterschiedliches Linienspektrum aufweist. Er kann
in ein eine gewisse Anzahl von Vorgängen aufgegliedert werden.
Ein erster Vorgang besteht darin, die Frequenzkanäle 42 zu
bestimmen, die mit den Linien 41 mit bekannter Position
zusammenfallen, aus denen sich das Spektrum der Kopie zusammensetzt.
Das von jeder der Linien eingenommene Spektralband ist somit von
einer Gesamtheit 43 von aneinander grenzenden Frequenzkanälen bedeckt,
deren Anzahl insbesondere für
der Auflösung
der vorher durchgeführten
Frequenzanalyse abhängt.
Diese Gruppe von Doppler-Kanälen 43 umfasst
die Mindestanzahl von notwendigen Kanälen, und ihre Spektralbreite
ist in der Praxis im Wesentlichen gleich jener der betreffenden
Linie 41.
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Ganz
allgemein ist, wie in 4 dargestellt, das von einer
Linie 41 des Spektrums des analysierten Signals eingenommene
Spektralband nicht notwendigerweise auf die zentrale Frequenz eines
Frequenzkanals zentriert. Ferner ist die spektrale Breite einer
Linie größer als
die Breite eines Doppler-Kanals.
Deshalb ist es, um das von einer Linie eingenommene Band abzudecken,
notwendig, mehrere aneinander grenzende Frequenzkanäle zu betrachten.
Die Mindestanzahl von notwendigen Kanälen wird durch die Breite der
betreffenden Linie und durch die Größe der Doppler-Kanäle bestimmt.
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Wenn
die Gruppen von aneinander grenzenden Doppler-Kanälen 43,
die jeder der Linien entsprechen, somit bestimmt sind, besteht der
eigentliche Vorgang des Aneinanderreihens darin, aus der Spektraldarstellung
des Signals die Komponenten zu streichen, die sich in Zwischenfrequenzkanälen befinden,
die nicht Teil einer gebildeten Gruppe sind, und eine Spektraldarstellung
des Signals neu zu bilden, wobei die übrigen Komponenten nebeneinander
angeordnet werden. Diese Darstellung kann als jene des wirksamen
Spektrums der betreffenden Kopie angesehen werden.
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Wie 5 zeigt,
ist diese Spektraldarstellung als eine Gesamtheit von Linien der
Breite β/T
vorhanden, die voneinander um ein Frequenzintervall b/T im Wesentlichen
gleich β/T
beabstandet sind. Dieses Intervall ist in Wirklichkeit durch die
Anzahl von Frequenzkanälen,
die um jede Linie bewahrt werden, definiert. Die Gesamtheit des
so neu gebildeten Spektrums weist eine Spektrenbreite im Wesentlichen
gleich βB / N auf.
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Der
Schritt des Aneinanderreihens, wie beschrieben, ermöglicht es
somit vorzugsweise, das Spektrum des oder der zu bearbeitenden Signale
zu verringern. Das erfindungsgemäße Verfahren
verwendet das Aneinanderreihen eines Spektrums auf die in 6 dargestellte
Weise, die ein Organigramm der Schritte, die dieses Verfahren umfasst,
darstellt.
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Erfindungsgemäß unterliegt
das empfangene Signal einer spektralen Zerlegung 32 des
Typs FFT beispielsweise. Die spektrale Zerlegung des empfangenen
Signals ist vorzugsweise identisch mit jener, die zur Erstellung
der Spektren der Kopien des empfangenen Signals gedient hat. Überdies
sind in Form von gespeicherten Daten der aneinander gereihten Spektren 63 Frequenzrepliken
des entsandten Signals verfügbar,
wobei jedes aneinander gereihte Spektrum eine Gesamtheit von bestimmten
Frequenzkanälen
umfasst. Diese Kanäle
sind beispielsweise mit einer Nummer bezeichnet, die die Nummer
ihrer Reihenfolge in der Abfolge der Kanäle 42, die das Band
B des Signals abdeckt, darstellt.
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Das
Spektrum 33 des empfangenen Signals 32 wird dann
einem Schritt der Bildung von aneinander gereihten Spektren 62 unterzogen,
wobei jedes aneinander gereihte Spektrum 62 die Frequenzkomponenten, die
sich in denselben Frequenzkanälen
befinden, sowie jene, die zurückgehalten
wurden, um das aneinander gereihte Spektrum der Doppler-Kopie 63,
mit der es zu korrelieren ist, enthält.
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Das
Verfahren umfasst dann einen Schritt der Berechnung der Interspektren 64,
der auf herkömmliche Weise
durchgeführt
wird und wie vorher darin besteht, auf bekannte Weise das Interspektrum
zu berechnen, das sich aus jedem Produkt eines synthetischen Spektrums
des empfangenen Signals mal dem zugehörigen Spektrum entsprechend
der gespeicherten Doppler-Kopie 35 des entsandten Signals
ergibt. Das erfindungsgemäße Verfahren
verwirklicht somit vorzugsweise jedes Produkt von Spektren auf den
aneinander gereihten Spektren und nicht auf den Originalspektren.
Da die aneinander gereihten Spektren eine Anzahl N2 von Spektralkomponenten
umfassen, die geringer als die Anzahl N1 der Originalspektren ist,
führt der
Vorgang der Mehrkopienkorrelation zu einer geringeren Rechenbelastung
als im Falle eines herkömmlichen
Verfahrens.
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Die
erhaltenen Interspektren 65 durchlaufen dann einen Schritt 66 der
Frequenz-Zeit-Umformung des Typs inverse FFT beispielsweise, um
die Zeitsignale wieder herzustellen, die die Korrelationsprodukte
darstellen. Dieser Schritt erfolgt gleichzeitig für alle Interspektren,
die aus den aneinander gereihten Spektren des empfangenen Signals
und der Doppler-Kopien berechnet wurden. Diese inverse Transformation
ist in ihrem Prinzip ähnlich
jenen, die bei den bekannten Verfahren des Standes der Technik eingesetzt
werden. Allerdings ist anzumerken, dass im Falle einer Transformation
durch inverse FFT der Schritt an Interspektren durchgeführt wird,
die weniger Komponenten umfassen, was die Größe der durchzuführenden
FFT und somit die Menge an notwendigen Berechnungen verringert.
Diese FFT-Schritte erfolgen an der Anzahl N2 von
Frequenzmustern, die ein Interspektrum umfasst, oder in der Praxis
an einer Anzahl 2P von Mustern, die dem
Vielfachen von 2, das am nächsten
zu Null ist, entsprechen. Die Anzahl von verfügbaren Mustern wird in diesem
letztgenannten Fall durch Hinzufügung
von Mustern gleich Null ergänzt.
So zeigt sich, wie bei dem Schritt der Korrelation der Interspektren,
die Wirkung des Aneinanderreihens durch eine wesentliche Verringerung
der Anzahl von durchzuführenden
Schritten, wobei die Größenordnung
der Verringerung durch das Verhältnis
N/β gegeben ist.
Die Spektralanalyse kann ganz allgemein durch eine diskrete Fourier-Transformierte
(DFT) durchgeführt werden,
die nicht notwendigerweise eine Punktzahl gleich einer Leistung
2 betrifft.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren,
wie im Vorhergehenden beschrieben, ermöglicht es somit, die Anzahl
von notwendigen arithmetischen Schritten, um die Doppler-Analyse
des empfangenen Signals durchzuführen,
wesentlich zu verringern, in dem Maße, als das entsandte Signal
ein Linienspektrum aufweist oder als es einer Gewichtung zugeordnet
ist, die es ermöglicht,
die Spektralbreite jeder Linie zu begrenzen. Die Verringerung betrifft
vorzugsweise die Schritte der Korrelation und der Frequenz-Zeit-Umformung,
die die aufwändigen
Schritte des Verfahrens im Hinblick auf die Rechenbelastung sind.
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Dieses
Verfahren hat den Vorteil, dass es besonders gut für die Signale
geeignet ist, die von Emissionen stammen, die in zeitlicher Form
als eine Menge von N aufeinander folgenden Impulsen vorhanden sind, wobei
jeder Impuls auf einem Band B um eine Frequenz f0 frequenzmoduliert
ist.
