DE69705136T2

DE69705136T2 - Lineare akustische Antenne mit Vorrichtung zur Zweideutigkeitsauflösung

Info

Publication number: DE69705136T2
Application number: DE1997605136
Authority: DE
Inventors: Jean Marc Cortambert
Original assignee: Direction General pour lArmement DGA
Current assignee: Direction General pour lArmement DGA
Priority date: 1996-02-15
Filing date: 1997-01-30
Publication date: 2002-03-07
Anticipated expiration: 2017-01-31
Also published as: CA2197703A1; NO970678D0; AU1472897A; DE69705136D1; EP0790506B1; ES2158456T3; NO970678L; EP0790506A1; FR2745145B1; FR2745145A1

Description

Die Erfindung betrifft akustische Antennen und insbesondere lineare Antennen, die aus Hydrophonen oder Aufnehmern gebildet sind, die von Unterseebooten oder von Überwasserschiffen geschleppt werden, um akustische Signale im umgebenden Medium aufzunehmen und um das Vorhandensein von Quellen derartiger akustischer Signale zu erfassen.
Es ist bekannt, eine aus N in einer Reihe angeordneten Hydrophonen oder Aufnehmern gebildete lineare Antenne zu verwenden, wobei ein Hydrophon in der horizontalen Ebene beiderseits der Antennenachse ein herzförmiges Strahlungsdiagramm besitzt, wie die Diagramme 14 und 16 in Fig. 1 zeigen.
Damit jedes Hydrophon ein solches Strahlungsdiagramm besitzt, ist es notwendig, daß es aus wenigstens zwei elementaren Aufnehmern gebildet ist, die relativ zueinander geeignet angeordnet sind. Tatsächlich ist wegen Orientierungsproblemen der linearen Antenne in bezug auf die sie enthaltende horizontale Ebene jedes Hydrophon aus drei oder vier elementaren Aufnehmern gebildet.
Aufgrund der Anzahl der elementaren Aufnehmer, die für die Bildung jedes Hydrophons verwendet werden, sind die Kosten einer linearen Antenne, die aus N Hydrophonen gebildet ist, wobei N die Zahl 100 erreichen kann, verhältnismäßig hoch.
Das Dokument US 4.187.490 offenbart ein System zur Unterscheidung zwischen Torpedos mit kurzem und mit langem Aktionsradius. Hierzu sieht das System eine Kette von in einer Linie angeordneten Elementen vor, wovon jedes einen Allrichtungsmeßwandler und einen bidirektionalen Meßwandler umfaßt. Dieses System ermöglicht, die Mehrdeutigkeit der Richtung, aus denen die Torpedos kommen, sowie der Art der Torpedos aufzulösen. Dieses System ist indessen wirksam, wenn die bidirektionalen Meßwandler geeignet orientiert sind. Die Verwendung einer großen Anzahl dieser letzteren macht die Verwendung des Systems schwierig und daher seinen Betrieb teuer.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine aus N Hydrophonen gebildete lineare Antenne zu schaffen, deren Gesamtkosten weniger hoch sind als jene einer Antenne mit herzförmiger Strahlung.
Um dieses Ziel zu erreichen, schlägt die Erfindung vor, eine lineare Allrichtungsantenne zu schaffen, die aus N Hydrophonen mit Allrichtungsstrahlung und aus einer Hilfsantenne mit herzförmigem Strahlungsdiagramm gebildet ist, und die Korrelation der Signale der beiden Antennen für die Auflösung der Rechts-Links-Mehrdeutigkeit zu korrelieren.
Die Erfindung betrifft eine lineare akustische Allrichtungsantenne mit einer Vorrichtung zur Auflösung der Mehrdeutigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:
- eine lineare Hauptantenne (P), die aus N Allrichtungsaufnehmern gebildet ist, die in gleichem Abstand längs dieser Antenne verteilt sind und jeweils ein Signal Si(t) (mit i von 1 bis N) liefern,
- eine Hilfsantenne mit einem herzförmigen Strahlungsdiagramm längs der Rechts-Links-Achse der linearen Antenne, die zwei Signale, eines, D(t), für die rechte Seite der Antenne und eines, G(t), für die linke Seite, liefert,
- eine Wegbildungsvorrichtung, die die Signale Si(t) empfängt, um n ausgerichtete Wege Vj(t) (mit j von 1 bis n) zu erhalten, die jeweils eine Linearkombination aus den Signalen Si(t) sind,
- eine Vorrichtung zur Berechnung der Kohärenz zwischen den Signalen der ausgerichteten Wege Vj(t) und einerseits dem Signal D(t) und andererseits dem Signal G(t), um zwei Kohärenzwerte, einen rechten, COHER[Vj(t), D(t)], und einen linken, COHER[Vj(t), G(t)], zu berechnen,
- einer Vorrichtung zum Vergleichen der beiden Kohärenzwerte, um die Seite zu bestimmen, von der das Signal Vj(t) stammt.
Die Hilfsantenne ist an einem der Enden der linearen; Antenne angeordnet, sie kann jedoch in der linearen Antenne angeordnet sein. Vorzugsweise bildet in diesem letzteren Fall einer der Aufnehmer der Hilfsantenne das Allrichtungselement.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels, wobei die Beschreibung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung gegeben wird, worin:
- Fig. 1 schematisch eine lineare Antenne gemäß der Erfindung sowie die Strahlungsdiagramm-Formen zeigt und
- Fig. 2 ein funktionales Schema ist, das die Verarbeitung der Signale für die Aufhebung der Rechts-Links-Mehrdeutigkeit gemäß den Merkmalen der Erfindung zeigt.
Eine lineare Antenne 10 gemäß der Erfindung umfaßt eine Hauptantenne P und eine Hilfsantenne A, die beispielsweise an einem der zwei Enden der Hauptantenne P angeordnet ist. Die Hauptantenne P ist aus N Hydrophonen oder Aufnehmern H&sub1; bis HN mit Allrichtungsstrahlung gebildet, die längs einer Achse 12 gleichmäßig verteilt sind. Die Hilfsantenne A ist aus einer Gesamtheit von zwei Aufnehmern gebildet, die in bekannter Weise angeordnet sind, um ein Strahlungsdiagramm in Form zweier Herzen, wovon eines rechts von der Achse 12 mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist und das andere links von der Achse 12 mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet ist, zu schaffen. Diese Aufnehmer der Hilfsantenne A sind mit AG und AD bezeichnet.
Die von den Hydrophonen H&sub1; bis HN (Fig. 2) erfaßten akustischen Signale werden beispielsweise durch piezoelektrische Meßwandler in entsprechende elektrische Signale S&sub1; bis SN und allgemeiner Si(t) mit i von 1 bis N umgesetzt. Die Hydrophone H&sub1; bis HN sind an eine Wegbildungsvorrichtung 30 elektrisch angeschlossen, die Linearkombinationen aus den Signalen Si(t) in der Weise bildet, daß das Strahlungsdiagramm der Hauptantenne in der Ebene von Fig. 1 in verschiedene Richtungen orientiert wird, wobei jede Richtung einem sogenannten ausgerichteten Weg entspricht.
Das Signal Vj(t) eines Weges der Ordnung j ist gegeben durch den Ausdruck:
Vj(t) = Si(t - τji)
wobei τ der Neigungswinkel des Weges beispielsweise in bezug auf die Achse 12 ist.
In dem Fall, in dem die Richtung des Weges zur Achse 12 senkrecht ist, ist die Hauptkeule der Hauptantenne P in der Ebene von Fig. 1 durch die Diagramme 18 und 20 dargestellt.
Bei einer solchen Keule der Allrichtungsantenne kann nicht festgestellt werden, ob sich eine Quelle wie etwa 22 rechts oder links von der Achse 12 befindet. Diese Quelle 22 wird durch eine Erfassungsschaltung 32 des herkömmlichen Typs erfaßt, die einen integralen Bestandteil der Wegbildungsvorrichtung 30 sein kann.
Um diese Rechts-Links-Mehrdeutigkeit aufzulösen, nutzt die Erfindung die Signale, die von der Hilfsantenne A geliefert werden, d. h. ein elektrisches Signal D(t), das vom rechten herzförmigen Weg geliefert wird, und ein elektrisches Signal G(t), das vom linken herzförmigen Weg geliefert wird. Diese elektrischen Signale D(t) und G(t) werden in einer Vorrichtung 40 zur Bildung herzförmiger Wege 40 gebildet, die die von den Aufnehmern AG und AD gelieferten elektrischen Signale empfängt.
Diese Nutzung besteht darin, die Kohärenz des Signals Vj(t) mit jedem der Signale D(t) und G(t) zu berechnen, um einen rechten Kohärenzwert und einen linken Kohärenzwert zu erhalten, was ermöglicht, die Mehrdeutigkeit aufzulösen, indem diejenige Seite beibehalten wird, auf der der Kohärenzwert am höchsten ist.
Die Kohärenzberechnungen können in der Zeitdomäne oder in der Frequenzdomäne in einer Rechenvorrichtung 34 ausgeführt werden.
Die Kohärenz zwischen zwei Signalen X und Y ist definiert durch:
COHER(X,Y) = PROD(X,Y)/[PROD(X,X)·PROD(Y,Y)]1/2
wobei in dieser Formel gilt:
PROD(X,Y) = 1/p X(k)·Y*
Diese Kohärenzberechnungen in der Zeitdomäne ergeben zwei Kohärenzwerte, einen rechten, COHER[Vj(t), D(t)], und einen linken, COHER[Vj(t), G(t)], die in einer Schaltung 38 verglichen werden, um den größten der beiden Werte zu bestimmen und somit die Rechts-Links-Mehrdeutigkeit aufzulösen.
Um die Mehrdeutigkeit mit einem minimalen Fehler aufzulösen, schlägt die Erfindung vor, eine Integration der Kohärenzsignale in einer Integrationsschaltung 36 vorzunehmen, bevor sie verglichen werden.
Die Erfindung ist für den Fall beschrieben worden, in dem die Hilfsantenne A an einem Ende der linearen Antenne P angeordnet ist, sie ist jedoch auch auf eine Hilfsantenne anwendbar, die am anderen Ende angeordnet ist.
In einer weiteren Variante könnte die Hilfsantenne an einer beliebigen Stelle in der Reihe der N Allrichtungsaufnehmer angeordnet sein, sofern sie die Schrittweite der Aufnehmer nicht stört.
In einer nochmals weiteren Variante kann die Hilfsantenne am Ort eines der N Allrichtungsaufnehmer angeordnet sein, in diesem Fall würde jedoch einer der Aufnehmer der Hilfsantenne als Allrichtungselement verwendet werden.

Claims

1. Lineare akustische Allrichtungsantenne mit einer Vorrichtung zur Auflösung der Mehrdeutigkeit, mit

- einer linearen Hauptantenne (P), die aus N Allrichtungsaufnehmern gebildet ist, die in gleichem Abstand längs dieser Antenne verteilt sind und jeweils ein Signal Si(t) (mit i von 1 bis N) liefern,

- einer Hilfsantenne (A, 40) mit einem herzförmigen Strahlungsdiagramm längs der Rechts-Links-Achse der linearen Antenne, die zwei Signale, eines, D(t), für die rechte-Seite der Antenne und eines, G(t), für die linke Seite, liefert,

- einer Wegbildungsvorrichtung (30, 32), die die Signale Si(t) empfängt, um n ausgerichtete Wege Vj(t) (mit j von 1 bis n) zu erhalten, die jeweils eine Linearkombination aus den Signalen Si(t) sind,

- einer Vorrichtung (34) zur Berechnung der Kohärenz zwischen den Signalen der ausgerichteten Wege Vj(t) und einerseits dem Signal D(t) und andererseits dem Signal G(t), um zwei Kohärenzwerte, einen rechten, COHER[Vj(t), D(t)], und einen linken, COHER[Vj(t), G(t)], zu berechnen,

- einer Vorrichtung (38) zum Vergleichen der beiden Kohärenzwerte, um die Seite zu bestimmen, von der das Signal Vj(t) stammt.

2. Antenne nach Anspruch 1, mit einer Integrationsvorrichtung (36) zum Integrieren der rechten Kohärenzsignale COHER[Vj(t), D(t)] und der linken Kohärenzsignale COHER[Vj(t), G(t)], bevor sie in die Vergleichseinrichtung (38) eingegeben werden.

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, in der die Hilfsantenne (A) zwei Aufnehmer (AG, AD) umfaßt, deren elektrische Signale in einer Vorrichtung (40) zur Bildung herzförmiger Wege kombiniert werden, um Signale D(t) und G(t) zu erhalten.

4. Antenne nach Anspruch 1, 2 oder 3, in der die Hilfsantenne (A) an einem der zwei Enden der Hauptantenne angeordnet ist.

5. Antenne nach Anspruch 1, 2 oder 3, in der die Hilfsantenne (A) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Aufnehmern der Hauptantenne angeordnet ist.

6. Antenne nach Anspruch 1, 2 oder 3, in der die Hilfsantenne (A) am Ort eines Allrichtungsaufnehmers der Hauptantenne angeordnet ist und einen Allrichtungsaufnehmer umfaßt.

7. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, in der die Wegbildungsvorrichtung eine Vorrichtung (32) zur Erfassung einer Strahlerquelle (22) enthält.