DE69805533T2 - Verfahren zur korrektur von durch antennenschwankungen hervorgerufenen störeffekten für ein sonargerät mit synthetischer antenne - Google Patents

Verfahren zur korrektur von durch antennenschwankungen hervorgerufenen störeffekten für ein sonargerät mit synthetischer antenne

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren, die ermöglichen, die Wirkungen von Störbewegungen der Antenne in einem Sonar-Gerät mit synthetischer Antenne zu korrigieren., wenn die Bahn der körperlichen Antenne dieses Sonar-Geräts keine ideale Gerade bildet
  • Es ist bekannt, daß in einem Sonar die Auflösung von den Abmessungen der Antenne im Verhältnis zur verwendeten Wellenlänge abhängt. Dies ermöglicht im Fall eines Echolots, das dazu vorgesehen ist, eine Abbildung des Meeresbodens vorzunehmen, und in welchem sich die Antenne, die sich an den Seitenwänden des Trägerschiffs befindet, im wesentlichen entlang einer Geraden parallel zur Bahn des Schiffs und senkrecht zur Beobachtungsrichtung des Sonars fortbewegt, ein System mit einer sogenannten synthetischen Antenne zu verwenden, bei dem die Signale verwendet werden, die von der Antenne zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten und folglich an aufeinanderfolgenden Standorten empfangen werden, um eine Auflösung zu erzielen, die im wesentlichen derjenigen einer entsprechenden virtuellen Antenne mit der Länge, die von der physischen Antenne während dieser verschiedenen aufeinanderfolgenden Zeitpunkte durchlaufen wird, entspricht.
  • Um die verschiedenen Kanäle eines derartigen Sonars zu bilden, werden die empfangenen Signale addiert, wobei die Verzögerungen verarbeitet werden, die der Richtung des gebildeten Kanals und den verschiedenen Standorten der Aufnehmer der Antenne in Abhängigkeit von ihrer Position auf der körperlichen Antenne und von der Bewegung dieser entsprechen.
  • In dem einfachen Fall, in dem diese Bewegung vollkommen linear und gleichförmig ist, sind diese Verzögerungen bekannt. Tatsächlich führt das Trägerschiff starke Bewegungen in einer sehr zufälligen Weise aus. Folglich ist die Position der Aufnehmer während der Messungen nicht genau bekannt.
  • Die Auflösung δy herkömmlicher (nicht synthetischer) Echolote zur Abbildung des Meeresbodens über die Längsachse parallel zur Fahrtrichtung ist durch die Länge L ihrer körperlichen Empfangsantenne bestimmt. Sie ist durch folgende Formel gegebenen:
  • wobei δ die Wellenlänge und R die Reichweite des Sonars ist.
  • Die entsprechende Auflösung eines synthetischen Sonars, dessen synthetische Antenne aus N aufeinanderfolgenden Wiederholungen gebildet ist, ist durch die folgende Formel gegeben:
  • wobei V die mittlere Geschwindigkeit in Längsrichtung während der N Wiederholungen und Tr die Dauer einer Wiederholung ist.
  • Die Hauptschwierigkeit der Anwendung des Prinzips der synthetischen Antenne auf das Sonar besteht in der Bestimmung der Verzögerungen der Bildung der Kanäle. Während für eine herkömmliche Antenne diese Verzögerungen nur vom Abstand und von der Richtung des anvisierten Punktes abhängen, sind diejenigen einer synthetischen Antenne von der Bewegung des Trägers während ihrer Ausbildungszeit abhängig. Die Bestimmung der Verzögerungen ist um so schwieriger, als diese Ausbildungszeit, d. h. die Anzahl der Wiederholungen N, groß ist, was mit der Suche nach einer besseren Auflösung einhergeht.
  • Um diese Verzögerungen der Ausbildung der Kanäle der synthetischen Antenne zu bestimmen, kann versucht werden, die Bewegung der körperlichen Antenne zu messen. Die größte Genauigkeit einer solchen Messung wird mit Hilfe einer Trägheitsplattform erreicht. Aus einem Artikel von L. J. Cutrona mit dem Titel "Comparison of sonar system performance achievable using synthetic-aperture sonar techniques with the performance achievable by more conventional means", Journal of Acoustical Society of America, Bd. 58, Nr. 2, August 1975, ist jedoch bekannt, daß ein Problem in der Genauigkeit der Beschleunigungsmessung besteht.
  • Die Verfälschung εγ über die Visierachse sollte der folgenden Relation genügen:
  • Es sollte demnach beispielsweise &epsi;&gamma; < 2·10&supmin;&sup4; m/s² sein, um eine Auflösung von 5 cm bei einer Reichweite von 350 m und einer Geschwindigkeit von 8 Knoten mit einem Sonar zu erzielen, dessen Frequenz in der Nähe von 100 kHz liegt. Ein derartiger Wert ist mit der intrinsischen Genauigkeit der besten Beschleunigungsmesser vereinbar, jedoch nicht mit einer Messung auf einem sich in Bewegung befindenden Körper, dessen Orientierung im Gravitationsfeld der Erde unbekannt ist. Um in diesem Fall eine solche Auflösung zu erzielen, müßte die Richtung der Vertikalen genauer als 2·10&supmin;&sup5; rd gemessen werden können, wobei dies eine Genauigkeit darstellt, die für ein derartiges bordgestütztes Sonar nicht realistisch ist.
  • Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, die Autofokussierungsverfahren genannt werden, weil die Bestimmung der Koeffizienten anhand der Messungen des Signals erfolgt. Unter diesen sind insbesondere Verfahren bekannt, die die Interkorrelation des Schallfeldes über der Antenne über zwei aufeinanderfolgende Wiederholungen auswerten. Wenn zwischen zwei Wiederholungen die Lageveränderung in Längsrichtung die Hälfte der Länge der Empfangsantenne nicht erreicht, ist das Feld am vorderen Ende der ersten Wiederholung mit dem Feld am hinteren Ende stark korreliert. Die Länge Lc der beiden korrelierten Enden des Feldes der Antenne ist demnach durch die folgende Formel gegeben:
  • Lc = L - 2·V·Tr (4)
  • Diese Korrelation wird ausgewertet, um die Lageveränderung in der Längsrichtung 1, die Abweichung der Ausbreitungszeit &tau; für den Hin- und Rückweg des Schallimpulses für denselben Reflexionspunkt auf dem Boden und die Drehung &beta; der Beobachtungsrichtung zwischen den beiden Wiederholungen zu ermitteln. Ein Beispiel für ein derartiges Verfahren ist in dem amerikanischen Patent US-A-4 244 036 (Raven) beschrieben.
  • Fig. 1 ermöglicht, die Bezeichnungen der verwendeten Parameter zu definieren. Es sind zwei aufeinanderfolgende Positionen 101 und 102 der körperlichen Antenne dargestellt, die zwei Wiederholungen n-1 und n entsprechen. Die Achse 103 ist die mittlere Längsrichtung, d. h. die zur Antenne parallele Richtung für die beiden Wiederholungen. Sie ist im allgemeinen aufgrund der Drift nicht mit der Bewegungsrichtung des Schiffs identisch.
  • Da die Abweichung der Ausbreitungszeiten &tau; auf zwei Empfangspunkte bezogen ist, die sich in der Mitte zwischen den beiden korrelierten Enden 104 und 105 befinden, sind die Schätzfehler der drei Parameter voneinander unabhängig. Da die drei Parameter In, &tau;n und &beta;n anhand der Wiederholungen n-1 und n geschätzt werden und da &theta;n die Beobachtungsrichtung in der Mitte der Empfangsantenne der körperlichen Antenne bei der Wiederholung n (Position 102) für einen festgelegten Punkt mit dem Abstand R ist, ergibt sich die Kanalausbildungsverzögerung &tau;S,n(&xi;) der synthetischen Antenne für das bei der Wiederholung n in einem Abszissenpunkt &xi; im Bezugspunkt der körperlichen Antenne empfangene Signal mit Hilfe der Rekursions-Relationen:
  • &theta;n = &theta;n-1 - &beta;n - 1n/R (5)
  • &tau;S,n(&xi;) = &tau;S,n-1(&xi;&sbplus;) + &tau;n - &tau;P,n(&xi;&submin;) + &tau;P,n(&xi;) (6)
  • wobei &tau;P,n(&xi;) die Kanalausbildungsverzögerung der körperlichen Antenne im Abszissenpunkt &xi; ist und wobei &xi;&submin; und &xi;&sbplus; von n abhängen können, denn, da die Geschwindigkeit im allgemeinen nicht gleichförmig ist, kann die Länge der beiden korrelierten Enden schwanken.
  • Die Einstellrichtung eines Kanals ist definiert durch den Bezugspunkt der körperlichen Antenne bei einer gegebenen Wiederholung, beispielsweise der in der Mitte gelegenen Wiederholung der synthetischen Antenne. Für diese Wiederholung mit Referenzcharakter sind die Kanalausbildungsverzögerungen der synthetischen Antenne diejenigen der körperlichen Antenne. Mit Hilfe der vorangehenden Rekursions-Relationen werden dann nach und nach die Kanalausbildungsverzögerungen aller übrigen Schallimpulswiederholungen ermittelt, die für die Bildung der synthetischen Antenne verwendet werden. Der Einfluß des Schätzfehlers von 1 ist im allgemeinen im Vergleich zu demjenigen der Schätzfehler der beiden übrigen Parameter unerheblich. Jedes erneute Einfügen der Rekursions-Relationen zur Schätzung ruft einen Fehler der Kanalausbildungsverzögerung hervor, der zu demjenigen der vorhergehenden Iterationen hinzukommt. Folglich ist der Schätzfehler der Kanalausbildungsverzögerung im Abszissenpunkt &xi; am Ende einer vorgegebenen Anzahl von Iterationen die Summe ebensovieler voneinander unabhängiger Fehler, wovon jeder die Summe aus zwei voneinander unabhängigen Komponenten ist:
  • - dem Schätzfehler von &tau;n,
  • - dem Schätzfehler von &tau;P,n(&xi;&submin;) - &tau;P,n(&xi;&sbplus;), der durch den Fehler von &beta;n hervorgerufen wird
  • Die mit &phi;&tau; und &phi;&beta; bezeichneten Standardabweichungen der Fehler der entsprechenden Phasen werden mit Hilfe der folgenden Näherungsformeln erhalten:
  • wobei K die Anzahl der unabhängigen Abtastungen der Antennensignale ein und derselben in der Autofokussierung auftretenden Impulswiederholung und &rho; gleich u/(1 - u) ist, wobei u der Interkorrelationskoefflzient ist.
  • Da in der Praxis eine möglichst große Fortbewegungsgeschwindigkeit des Trägers angestrebt wird, muß zudem die Länge der korrelierten Enden Lc so klein wie möglich und die Fortbewegung zwischen aufeinanderfolgenden Wiederholungen VTr etwas geringer als der obere Grenzwert von L/2 sein, der durch die räumliche Abtastbedingung der synthetischen Antenne geboten ist. Unter diesen Bedingungen folgt aus den Ausdrücken für &phi;&tau; und &phi;&beta;, daß der Schätzfehler für die Drehung bei weitem kritischer ist.
  • Der Einfluß dieses Fehlers auf den Richtfaktor g des mit diesen geschätzten Verzögerungen gebildeten Kanals ist durch die folgende Relation gegeben:
  • wobei &phi;² = &phi;&tau;² + &phi;&beta;².
  • Wenn sich auf das weiter obenbeschriebene praktische Beispiel bezogen wird, muß die Länge der körperlichen Antenne ungefähr 4 m betragen und die Anzahl der Wiederholungen, die die synthetische Antenne bilden, muß in der Nähe von 30 sein. Damit die Abnahme des Richtfaktors kleiner als der üblicherweise angestrebte Wert von 1 dB ist, muß &phi; unter 0,2 rd sein. Bei Vernachlässigung von &phi;&tau; ist die Relation zwischen &phi; und dem Meßfehler &sigma; der Drehung durch folgende Formel gegeben:
  • Für eine Reichweite von 350 m beträgt die Dauer Tr der Impulswiederholung in etwa 470 ms. Die Gleichung (4) ergibt dann lc = 0,3 m für L = 4 m und V = 8 Knoten. Folglich muß in dem beschriebenen Beispiel die Standardabweichung für die Schätzung der Drehung, die anhand der Antennensignale an den beiden Enden der Länge Lc vorgenommen wird, kleiner als 10&supmin;&sup4; rd sein.
  • Die Winkelauflösung &lambda;/Lc jedes Endes beträgt 5·10&supmin;² rd, d. h. das Fünfhundertfache der für die Schätzung der Drehung geforderten Genauigkeit. Es ist folglich unrealistisch zu hoffen, daß eine derartige Genauigkeit durch Schätzung anhand der Antennensignale erreicht werden kann.
  • Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Korrektur der Wirkungen der Störbewegungen der Antenne in einem Sonar- Gerät mit künstlicher Antenne vor, bei dem eine künstliche Antenne über N Wiederholungen des Sonar-Geräts gebildet wird und die Bewegungsänderungen der körperlichen Antenne korrigiert werden, indem eine Autofokussierung durch Interkorrelation der aufeinanderfolgenden Wiederholungen durchgeführt wird, im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß zum Korrigieren dieser Änderungen außerdem der mit Hilfe eines Gyrometers erhaltene Meßwert der Drehungen der Antenne benutzt wird und daß der Azimutwinkel des Empfangssignals mit einer Hilfsantenne senkrecht zur körperlichen Antenne gemessen wird, um die Genauigkeit des Meßwertes der Drehung mittels der Meßwerte des Gyrometers zu erhöhen.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal wird die körperliche Antenne von einem Unterwasserfahrzeug getragen, dessen Rumpf einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat, wobei die Hilfsantenne zur Anpassung an diesen Rumpf gekrümmt ist.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal ist die Hilfsantenne auf zwei Endwandler und einen Zwischenwandler reduziert.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal ist der Zwischenwandler einer der Wandler der körperlichen Antenne.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal ist das Sonar-Gerät vom Typ mit synthetischer interferometrischer Antenne, bei dem von zwei übereinander angeordneten körperlichen Antennen Gebrauch gemacht wird und zum Messen des Azimutwinkels die von diesen zwei körperlichen Antennen empfangenen Signale benutzt werden.
  • Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen deutlich aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung gegeben ist, worin
  • - Fig. 1 eine schematische Ansicht einer körperlichen Antenne in zwei Positionen, die zwei aufeinanderfolgenden Wiederholungen entsprechen, zeigt;
  • - Fig. 2 eine Perspektivansicht eines mit einem Sonar gemäß der Erfindung ausgerüsteten Unterwasserfahrzeugs zeigt;
  • - Fig. 3 eine schematische Ansicht der Antennen eines derartigen Sonars gemäß einer Ausführungsvariante zeigt.
  • Die Erfindung schlägt folglich vor, die Drehungen der Antenne mit Hilfe von Gyrometern zu messen. Die angestrebte Größenordnung der Genauigkeit der Messung der Rotationsgeschwindigkeit ist näherungsweise durch das Verhältnis zwischen dem für &sigma; angestrebten Wert und der Dauer der Wiederholung gegeben. In dem beschriebenen Beispiel beträgt dieses Verhältnis 2·10&supmin;&sup4; rd/s. Dieser Wert überschreitet offensichtlich die Genauigkeit existierender Gyrometer, die in auf dem Markt erhältlichen und aufgrund ihres Preises und ihres Raumbedarfs für eine derartige Anwendung geeigneten Trägheitsplattformen integriert sind, um mehrere Größenordnungen.
  • Jedoch wird die Messung im Vergleich zu einem auf der Plattform liegenden Bezugspunkt ausgeführt, so daß dann nur der Wert der Drehung in der Beobachtungsebene, die durch die mittlere Position der Antenne zu zwei Empfangszeitpunkten und den anvisierten Punkt bestimmt ist, benötigt wird.
  • Die Erfindung schlägt folglich vor, um die gewünschte Genauigkeit zu erzielen, der Hauptantenne eine senkrechte Hilfsnetzantenne zuzuordnen, die vorzugsweise nur zum Empfangen bei einer gemeinsamen Abstrahlung der beiden Antennen verwendet wird, um den Azimutwinkel der Beobachtungsebene zu messen und auf diese Ebene den mittels der Gyrometer erhaltenen Meßwert für die Drehung zu projizieren, wobei die Parameter 1 und &tau; wie zuvor durch Autofokussierung bestimmt werden.
  • Wenn mit &alpha; die Komponente des Vektors der Drehung senkrecht zur Antenne und parallel zur Beobachtungsebene, die im wesentlichen dem Stampfen bei größter Reichweite, wenn der Strahl den Meeresboden überstreicht, entspricht, mit der Meßfehler des Azimutwinkels und mit &epsi;&theta; der Fehler der Drehung der Antenne in der Beobachtungsebene, der durch den Fehler in der Azimutmessung hervorgerufen wird, bezeichnet wird, ergibt sich folgende Gleichung:
  • &epsi;&theta; = &alpha;·&epsi;&psi; (12)
  • Beispielsweise für einen Wert von &alpha; = 1º erfordert die in dem beschriebenen Beispiel angestrebte Genauigkeit von &theta; eine Genauigkeit des Wertes von &psi; in der Größenordnung von 6 mrd. Es ist bekannt, daß leicht eine Genauigkeit des Empfangswinkels erzielt werden kann, die wenigstens zehnmal größer als die von der Antenne gelieferte Winkelauflösung ist, indem aus der elektronischen Abstandsmessung bekannte Verarbeitungen verwendet werden.
  • Um in dem beschriebenen Beispiel die geforderte Genauigkeit zu erreichen, wird folglich eine Hilfsantenne verwendet, deren vertikale Ausdehnung in der Größenordnung von 20 Wellenlängen liegt, d. h. daß sie in diesem Beispiel etwa 30 cm beträgt. Diese Abmessungen stellen auf den Plattformen, die üblicherweise verwendet werden, um diesen Typ von Sonar tragen, kein größeres Installationsproblem dar.
  • In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Sonars gemäß der Erfindung gezeigt, das von einem Unterwasserfahrzeug getragen wird, das entweder ferngesteuert oder von einem Zielsucher gelenkt sein kann. Es enthält im Inneren wenigstens ein Gyrometer, das die Messung seiner Drehung in der horizontalen Ebene erlaubt. Vorzugsweise sollte dieses Gyrometer Bestandteil einer Trägheitsplattform sein.
  • Dieses Fahrzeug umfaßt über seinem Körper 201 seitliche Antennen in Längsrichtung, wovon in der Figur nur die Backbord-Antenne 202 zu sehen ist, während sich die Steuerbord-Antenne auf der nicht sichtbaren Seite der Figur befindet. Diese seitlichen Antennen sind vom üblichen Typ für Sonar-Geräte mit synthetischer Antenne. Gemäß der Erfindung sind auf der Backbord- und der Steuerbordseite des Körpers 201 zwei vertikale Hilfsantennen 203 und 204 hinzugefügt worden, die ermöglichen, den Azimutwinkel des vom Grund reflektierten Signals zu messen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Antennen linear, sie könnten jedoch zur Anpassung an den zylindrischen Rumpf 201 gekrümmt sein. Diese vertikalen Antennen sind aus einem Stapel von Aufnehmern gebildet, deren Breite, die die Öffnung des Richtungswinkels der Empfangskeule der Antenne bestimmt, vorzugsweise derart ist, daß diese Öffnung im wesentlichen der Öffnung des Richtungswinkels beim Senden des seitlichen Sonars gleich ist.
  • In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist diese Öffnung in der Größenordnung von 10º, was bei einer Sendefrequenz von 100 kHz einer Breite der Wandler in der Größenordnung von 8 cm entspricht.
  • Da die Gesamthöhe der vertikalen Antenne dann deutlich größer als die Höhe der einzelnen Aufnehmer der horizontalen Antenne 202 ist, ist das Signal-Rausch- Verhältnis am Kanalausgang bei dieser vertikalen Antenne (aufgrund des Antennengewinns) deutlich höher als dasjenige, das über die horizontale Antenne erhalten wird.
  • In der Praxis werden für diese horizontale Antenne Aufnehmer verwendet, deren Höhe im wesentlichen gleich der benutzten Wellenlänge ist, um einen hinreichend großen Azimutwinkel abdecken zu können.
  • Unter diesen Bedingungen ist die Höhe der Aufnehmer der vertikalen Antenne im wesentlichen gleich derjenigen der Aufnehmer der horizontalen Antenne, da es erforderlich ist, den gleichen Sektor abzudecken. Um diese vertikale Antenne zu bilden, werden dann etwa zwanzig Aufnehmer verwendet. Deshalb ist das Signal- Rausch-Verhältnis der vertikalen Antenne am Kanalausgang größer als ungefähr 13 Dezibel bei gleichem Signal-Rausch-Verhältnis der horizontalen Antenne.
  • Dieses Ergebnis kann in der Tat als überdimensioniert angesehen werden. Die Erfindung schlägt deshalb eine zweite Ausführungsform vor, die in Fig. 3 schematisch dargestellt ist und in der die verwendete Einrichtung auf drastische Art vereinfacht wird, wobei jedoch vollkommen zufriedenstellende Leistungsparameter beibehalten werden.
  • Dazu wird die vertikale Hilfsantenne unter Verwendung von nur drei Aufnehmern 212, 213 und 223 verwirklicht. Die Aufnehmer 213 und 223 sind in Wirklichkeit die äußersten Aufnehmer, die in einer Antenne des Typs der Antenne 203 von Fig. 2 verwendet worden wären, und der Aufnehmer 212 ist der mittige Aufnehmer der Antenne 202, der sowohl in der Antenne 202 als auch in der vertikalen Hilfsantenne verwendet wird. Die für die Erfindung erforderliche zusätzliche Einrichtung reduziert sich folglich auf die beiden Aufnehmer 213 und 223.
  • Die so erhaltene Antenne ist lückenhaft und ähnelt eher einem einfachen Goniometer. Es ist jedoch bekannt, daß in einer derartigen Antenne Mehrdeutigkeiten der Winkel erhalten werden, die aufgehoben werden müssen.
  • Dazu werden die beiden Aufnehmer 213 und 223 vorteilhaft mit voneinander geringfügig verschiedenen Abständen in bezug auf den mittigen Aufnehmer plaziert, was ermöglicht, diese Aufhebung der Mehrdeutigkeit in bekannter Weise zu erzielen. Eine derartig vereinfachte Hilfsantenne bewahrt dennoch einen Gewinn im Signal-Rausch-Verhältnis, verglichen mit demjenigen der horizontalen Antenne, von 5 Dezibel, was noch völlig zufriedenstellend ist.
  • Die Erfindung erstreckt sich außerdem auf den Fall von synthetischen interferometrischen Antennen, wie sie beispielsweise in dem Patent US-A-4 400 803, erteilt am 23. August 1983 auf den Namen Fred N. SPIESS, beschrieben sind. In der in diesem Patent beschriebenen Ausführung wird eine synthetische Doppelantenne verwendet, die aus zwei übereinander angeordneten körperlichen Antennen gebildet ist. In einem solchen Fall wird der Azimutwinkel der Beobachtungsebene anhand der Signale der beiden übereinander angeordneten, völlig gleichen Antennen gemessen, wobei der so gemessene Azimutwinkel verwendet wird, um die hybride Autofokussierung gemäß der Erfindung, wie sie weiter oben beschrieben ist, auszuführen.
  • Folglich verwirklicht das Sonar zur Abbildung des Meeresbodens gemäß der Erfindung, das in der vorliegenden Patentanmeldung beschrieben ist, die Verbindung einer synthetischen Antenne mit einer Vorrichtung zur Autofokussierung durch Interkorrelation von Impulswiederholungen, eine Messung der Drehung der Antenne zwischen den verschiedenen aufeinanderfolgenden Wiederholungen, die für die Synthese der Antenne mit Hilfe einer Trägheitsplattform verwendet werden, und eine Messung des Azimutwinkels des vom Boden reflektierten Signals mittels einer Hilfsnetzantenne, die eine vertikale Richtwirkung besitzt. Diese letztere Messung ermöglicht, eine ausreichende Präzision der Messungen der Drehungen zu erhalten, so daß die Autofokussierung mit einer Auflösung erfolgen kann, die weit besser als diejenige ist, die bisher in existierenden Sonar-Geräten erzielt worden ist.

Claims (5)

1. Verfahren zur Korrektur von Störbewegungen der Antenne in einem Sonar-Gerät mit künstlicher Antenne, bei dem eine künstliche Antenne über N Wiederholungen des Sonar-Geräts gebildet wird und die Bewegungsänderungen der körperlichen Antenne (202) korrigiert werden, indem eine Autofokusierung durch Interkorrelation der aufeinanderfolgenden Wiederholungen durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Korrigieren dieser Änderungen außerdem der mit Hilfe eines Gyrometers erhaltene Meßwert der Drehungen der Antenne benutzt wird und daß der Azimutwinkel des Empfangssignals mit einer Hilfsantenne (203) senkrecht zur körperlichen Antenne gemessen wird, um die Genauigkeit des Meßwerts der Drehung mittels der Meßwerte des Gyrometers zu erhöhen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die körperliche Antenne (202) von einem Unterwasserfahrzeug getragen wird, dessen Rumpf (201) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat, und daß die Hilfsantenne (203) zur Anpassung an diesen Rumpf gekrümmt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsantenne auf zwei Endwandler (213, 223) und einen Zwischenwandler (212) reduziert ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenwandler (212) einer der Wandler der körperlichen Antenne (202) ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonar-Gerät vom Typ mit interferometrischer künstlicher Antenne ist, bei dem von zwei übereinander angeordneten körperlichen Antennen Gebrauch gemacht wird, und daß die von diesen zwei körperlichen Antennen empfangenen Signale zum Messen des Azimutwinkels benutzt werden.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001136762A (ja) * 1999-11-01 2001-05-18 Seiko Instruments Inc 超音波モータ付駆動機構および超音波モータ付電子機器
FR2818486B1 (fr) * 2000-12-19 2004-07-23 Thomson Marconi Sonar Sas Antenne sonar synthetique interferometrique
FR2821163B1 (fr) * 2001-02-16 2003-05-09 Thomson Marconi Sonar Sas Procede de detection d'objets mobiles au moyen de bouees sous-marines passives
FR2843461B1 (fr) * 2002-08-06 2004-09-10 Thales Sa Antenne sonar synthetique
FR2853417B1 (fr) 2003-04-01 2006-07-14 Thales Sa Procede de traitement de signaux, et sonar actif le mettant en oeuvre
US7242638B2 (en) * 2004-11-24 2007-07-10 Raytheon Company Method and system for synthetic aperture sonar
US7133326B2 (en) * 2004-11-24 2006-11-07 Raytheon Company Method and system for synthetic aperture sonar
EP1887383B1 (de) * 2004-11-24 2009-11-25 Raython Company Verfahren und System für einen Sonar mit synthetischer Apertur
US7046582B1 (en) 2004-11-24 2006-05-16 Raytheon Company Method and system for synthetic aperture sonar
FR2885225B1 (fr) * 2005-04-29 2007-06-22 Thales Sa Detecteur sequentiel markovien
FR2901364B1 (fr) * 2006-05-16 2008-08-22 Ixsea Soc Par Actions Simplifi Systeme d'imagerie sonar a ouverture synthetique
FR2905766B1 (fr) * 2006-09-08 2011-09-30 Ixsea Sonar a antenne deformable et procede associe de traitement du signal pour former une antenne synthetique
US8437979B2 (en) * 2007-01-20 2013-05-07 Kcf Technologies, Inc. Smart tether system for underwater navigation and cable shape measurement
US9663200B2 (en) * 2012-10-19 2017-05-30 Ixblue System and method for the navigation of a movable vehicle, suitable for determining and displaying a safe navigation zone
FR3018611B1 (fr) * 2014-03-14 2016-02-26 Thales Sa Sonar a antenne synthetique et procede de formation de voies d'antenne synthetique
DE102019212636A1 (de) * 2019-08-23 2021-02-25 Atlas Elektronik Gmbh Ortungssignalempfänger zur Bestimmung einer Schallpulsabbildung
WO2023132752A1 (en) 2022-01-05 2023-07-13 Norwegian Defence Research Establishment Navigation aiding method and apparatus

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1568291A (en) * 1977-02-16 1980-05-29 Marconi Co Ltd Sidelooking radar systems
US4244036A (en) * 1978-12-21 1981-01-06 Westinghouse Electric Corp. Electronic stabilization for displaced phase center systems
US4400803A (en) * 1981-05-26 1983-08-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Wide swath precision echo sounder
GB2202329A (en) * 1987-03-05 1988-09-21 British Aerospace Imaging systems for marine use
US4939700A (en) * 1988-02-22 1990-07-03 Breton J Raymond Bathymetry using computational algorithm field and background of the invention
EP0772787B1 (de) * 1994-07-22 1999-10-06 Maridan A/S System für unterwaservermessungsoperationen
FR2738918B1 (fr) 1995-09-19 1997-12-05 Thomson Csf Procede d'autofocalisation pour sonar a antenne synthetique

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CA2304845A1 (fr) 1999-04-15

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