NL8900985A

NL8900985A - Akoestische detektie-inrichting.

Info

Publication number: NL8900985A
Application number: NL8900985A
Authority: NL
Original assignee: Hollandse Signaalapparaten Bv
Priority date: 1989-04-20
Filing date: 1989-04-20
Publication date: 1990-11-16
Also published as: EP0393741B1; JPH02296171A; US5014250A; CA2014484C; DE69011566D1; AU624934B2; NO901731D0; CA2014484A1; NO901731L; EP0393741A1; DE69011566T2; AU5298990A

Description

Akoestische detektie-inrichting

De uitvinding heeft betrekking óp een akoestische detektieinrichting voor het ontvangen en verwerken van akoestische signalen waarbij de inrichting is voorzien van - k akoestische detektoren voor het detekteren en omzetten van de akoestische signalen in elektrische signalen s(k); - bundelvormende middelen en een frequentieanalyse-eenheid voor het aan de hand van de signalen s(k) genereren van signalen s(ip^,fj) welke, uit m bundelontvangstrichtingen (i=l...m) ontvangen akoestische signalen met n frequenties fj (j=l...n) representeren; - een gegevensverwerkende eenheid geschikt voor het verwerken van de signalen s(<p^, fj).

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een gegevensverwerkende eenheid, een achtergrondnormalisatie-eenheid, een richtingschatter-eenheid en een automatische sterkteregelingseenheid geschikt voor toepassing in een dergelijke akoestische detektie-inrichting.

Een inrichting van de bovengenoemde soort is bekend uit US-A 4,207,624. Hierin wordt een sonarapparaat beschreven welke geschikt is voor detektie van sonarsignalen. Het apparaat is daartoe voorzien van verschillende als hydrofoons uitgevoerde akoestische detektoren, een hierop aangesloten bundelvormer en een op de bundelvormer aangesloten, volgens het FFT-principe werkende, frequentieanalyse-eenheid. De per bundelrichting door de frequentieanalyse-eenheid in een frequentiedomein verkregen gedigitaliseerde signalen worden vervolgens aan de gegevensverwerkende eenheid toegevoerd.

De gegevensverwerkende eenheid omvat per bundelrichting en per frequentiecomponent een filter welke de achtereenvolgens aan het filter toegevoerde signalen in de tijd filtert. Hierbij worden signalen welke in tijd stationair zijn, versterkt doorgegeven ten opzichte van in tijd niet-stationaire signalen. Dit vindt plaats door ieder gedigitaliseerde signaal te vermenigvuldigen met een complex getal welke adaptief in een terugkoppellus wordt bepaald. Hiermee wordt een verbetering van een signaal-ruisverhouding verkregen doordat in tijd niet stationaire ruis wordt verzwakt.

Een nadeel van dit filterproces is dat in tijd stationaire achtergrond- en stoorsignalen niet en de niet in tijd stationaire delen van een doelsignaal wel worden verzwakt.

Verder is in de genoemde inrichting niet aangegeven op welke wijze een nauwkeurige schatting van een richting van een ontvangen doelsecho kan worden bepaald en een doel kan worden gevolgd.

Het is algemeen bekend om, door middel van interpolatie, op basis van in verschillende en naast elkaar liggende bundelrichtingen ontvangen signalen, een richting te schatten met een nauwkeurigheid welke vele malen groter is dan een bundelbreedte. Hierbij kan het per bundelrichting verkregen signaal of een breed frequentiegebied of een smal frequentiegebied representeren. In het eerste geval kan dan worden gesproken van "breedband"-schatten en in het tweede geval van "smalband"-schatten van de richting.

Een nadeel verbonden aan het breedband-schatten is dat bij het optreden van een hoog achtergrondniveau bij lage frequenties en het optreden van doelssignalen bij hogere frequenties, het doelssignaal relatief weinig bijdraagt aan het gesommeerde signaal.

Het name bij de lagere frequenties zullen, vanwege de betere propagatie-eigenschappen van sonarsignalen bij lage frequenties, hoge achtergrondniveau's voorkomen.

Een bekende oplossing hiervoor is weliswaar het toepassen van een zogenaamd vast "pre-whitening" filter, welke het frequentiespectrum "wit" maakt. Dit werkt echter niet optimaal bij achtergrondniveaus waarvan de frequentieafhankelijkheid over de tijd varieert. Een ander nadeel van het breedband-schatten ten gevolge van de grote bandbreedte, is de gevoeligheid voor stoorsignalen.

Het smalband-schatten werkt echter alleen optimaal als het doelsignaal markante vaste frequentiecomponenten bezit waarop gevolgd kan worden. Indien deze ontbreken of van frequentie veranderen, werkt het smalbandschatten niet meer optimaal. Tevens kunnen in de gebruikte frequentieband aanwezige stoorsignalen de meting alsnog verstoren, zeker als de storing breedbandig is.

De uitvinding beoogt een inrichting te verschaffen welke de genoemde bezwaren niet heeft. De inrichting heeft daartoe het kenmerk dat de gegevensverwerkende eenheid is voorzien van een richtingschattereenheid welke voor elk van de n frequenties fj (j=l,.,.,n), waarbij aan een door de richtingschattereenheid te bepalen detectievoorwaarde is voldaan, op basis van althans een deel van de, bij elke frequentie fj uit de bundelontvangstrichtingen behorende, signalen s(^£, fj) (i=l...m), een smalbandschatting Ojjg(fj) van een richting Ω van een de akoestische signalen genererende bron genereert, en waarbij de richtingschattereenheid vervolgens op basis van de, voor althans een deel van de frequenties fj gegenereerde, smalbandschattingen Ω^(ί^), een breedbandschatting fijjjj van de richting Ω genereert.

In plaats van, op basis van signalen van één enkele brede of smalle frequentieband, één smalbandschatting te maken, worden op basis van signalen van een groot aantal frequenties, een gelijk aantal smalbandschattingen gemaakt. Door vervolgens, op basis van het verkregen aantal smalbandschattingen, een uiteindelijke schatting te maken, wordt bereikt dat de signalen in richting in plaats van in tijd gefilterd worden. Daardoor worden de, in tijd niet stationaire doelsignalen niet en de in tijd stationaire achtergrondsignalen wel onderdrukt. Doelsignalen zijn namelijk altijd in richting gecorreleerd. De gevoeligheid voor storing is sterk verminderd doordat deze op basis van richtingsinformatie kan vorden onderdrukt. Er wordt een optimaal gebruik gemaakt van aanwezige en eventueel van frequentie variërende doelsignalen doordat per frequentie elk signaal wat aan de detektievoorwaarde voldoet, mee wordt genomen.

Een uitvoeringsvorm van de inrichting overeenkomstig de uitvinding wordt gekenmerkt doordat ΩβΒ wordt verkregen op basis van een mediane waarde van een frequentieverdeling van in grootte gerangschikte waarden van de signalen

Het voordeel van een mediaanschatting is dat stoorsignalen, welke als uitschieters in de frequentieverdeling voorkomen, weinig invloed hebben op de mediane waarde. Dit in tegenstelling tot een gemiddelde vaarde.

Een betrouwbaarheidsmaat van Qgg kan worden verkregen op basis van een spreiding van de waarden van j) rond de mediane waarde in de frequentieverdeling van OjjB(f j).

Indien de nauwkeurigheid van de schattingen gering is door een lage signaal-ruisverhouding of door het interfereren met stoorsignalen of andere doelsignalen, wordt aldus een maat verkregen voor de betrouwbaarheid van een schatting ΩβΒ van de doelsrichting Ω.

De gegevensverwerkende eenheid is bij voorkeur voorzien van een achtergrondnormalisatie-eenheid welke voor elk van de n frequenties fj (j-l...n) op basis van de bij elke frequentie fj behorende m signalen s,fj) uit m bundelontvangstrichtingen (i=l...m) een achtergrondsignaal s^(fgenereert, en de signalen sN(fj) in mindering brengt op de signalen s(<p^,fj) volgens - sOp^fj) - sN(fj) (i-l...m, j-l...n).

Door voor alle frequenties, per frequentie een correctie aan te brengen op de signalen voor de betreffende frequentie, waarbij de grootte van de correctie wordt bepaald door de grootte van de signalen over alle richtingen voor deze frequentie, wordt een "wit" frequentiespectrum verkregen en is een "pre-whitening" filter overbodig. De correctie representeert het in hoek gecorreleerde achtergrondsignaal en bevat dus zowel in tijd stationaire als in tijd niet stationaire achtergrondsignalen.

Hierbij is het mogelijk de richtingschattereenheid te voorzien van een detektie-eenheid welke aan de hand van de aan de detektie-eenheid toegevoerdè signalen s'(<p^,fj), met behulp van een ingesteld signaaldetektieniveau s^, signalen met frequenties fj' selecteert waarvoor geldt dat het corresponderend signaal s'(<p^,f.') het detektieniveau s^ overschrijdt.

Dit heeft als voordeel dat de richtingschattereenheid zich kan beperken tot het genereren van schattingen voor die signalen welke de detektiedrempel overschrijden en wordt de rekencapaciteit niet onnodig belast. Slechte metingen worden hiermee eveneens uitgesloten.

Een andere uitvoeringsvorm van de inrichting wordt gekenmerkt doordat de schatting van j) wordt verkregen aan de hand van naar frequentie f^" geselecteerde signalen s^.fj") waarbij een maximaal voorkomende waarde van de frequentie fj" in toenemende mate kleiner wordt naarmate de bundelrichting in toenemende mate verschilt van een meest met Ω overeenkomende bundelrichting <pis=e.

De bundelbreedte is namelijk omgekeerd evenredig met de frequentie fj waarvoor de bundelbreedte is gedefinieerd. Bij hoge frequenties zijn de bundelbreedtes klein en daardoor de richtingsinformatie nauwkeurig. Daarnaast zijn bij hoge frequenties de signalen in het algemeen zwakker dan bij lage frequenties. Daarom zullen dan van een doelsignaal in de bundelrichting φ& de hoge frequenties alleen in de meest naburige bundelrichtingen voorkomen. De lagere frequenties zullen echter ook nog in verder gelegen bundelrichtingen voorkomen.

Door mi voor de naburige bundelrichtingen alleen die frequenties mee te nemen waarvoor verwacht mag worden dat deze nog doelsignalen in de bundelrichting geven, wordt optimaal gebruik gemaakt van de betere richtingsnauwkeurigheid bij hoge frequenties.

Indien φ^, door middel van een transformatiefunktie, een met de bundelontvangstrichting samenhangende hoek representeert, waarbij een in uitgedrukte bundelbreedte nagenoeg onafhankelijk is van een grootte van de hoek en een bundelvorm, bepaald door een bundel-gevoeligheid als funktie van φ^, nagenoeg symmetrisch van vorm is, heeft dit als voordeel dat de bundelbreedte en -vorm onafhankelijk is van de grootte van φ^. Hierdoor kan de procedure voor het richtingschatten betrekkelijk eenvoudig worden gehouden.

Een voordelige uitvoeringsvorm van de inrichting wordt verder gekenmerkt doordat de inrichting is voorzien van een automatische sterkteregelingseenheid welke een automatisch sterkteregelings-signaal AGC genereert op basis van de per frequentie fj (j-1...n) gegenereerde achtergrondsignalen SN(fj) en waarbij het AGC signaal wordt toegevoerd aan en met de akoestische detektoren verbonden signaalversterkingsmiddelen. Door de signaalversterking te baseren op de grootte van het achtergrondsignaal, kan het dynamische bereik van de signaalversterkingsketen beperkt worden gehouden.

Een eveneens gunstige uitvoeringsvorm wordt gekenmerkt doordat de signalen s'($e>£,fworden toegevoerd aan een weergave-eenheid geschikt voor weergave van s' (<p^, f^) als functie van één of meer van de grootheden φ^, fj en een verstreken tijd. Daardat voor het achtergrondniveau is gecorrigeerd, kan er optimaal gebruik worden gemaakt van een dynamisch bereik van de weergave-eenheid.

De uitvinding zal nu worden verduidelijkt aan de hand van de volgende figuren, waarvan

Fig, 1 een uitvoering weergeeft van een akoestische detektie- inrichting met een gegevensverwerkende eenheid voorzien van een richtingschattereenheid en een achtergrondnormalisatie-eenheid;

Fig. 2 een uitvoering weergeeft van de richtingschattereenheid van fig. 1;

Fig. 3 een illustratie weergeeft van frequentieselectie door de richtingschattereenheid van fig. 2;

Fig. 4 een smalbandschatting door de richtingschatter eenheid van fig. 2 op basis van een symmetriemethode illustreert;

Fig. 5 een smalbandschatting ftjjgCfj) door de richtingschattereenheid van fig. 2 op basis van een polynoomfit illustreert;

Fig. 6 een karakteristiek voorbeeld geeft van de waarden van s(<p^,fj) en de hierbij mogelijke smalbandschattingen °NB<fj);'

Fig. 7 de smalbandschattingen fljjg(fj) van fig· 6 weergeeft;

Fig. 8 een histogramverdeling van de smalbandschattingen %g(fj) van fig. 7 ten behoeve van de breedbandschatting Qgg weergeeft;

Fig. 9 een uitvoering weergeeft van een achtergrondnormalisatie-eenheid van fig. 2;

Fig. 10 een uitvoering weergeeft van een automatische sterkteregel-eenheid van fig. 1.

De in fig. 1 weergegeven uitvoering van een akoestische detektie- inrichting heeft betrekking op een passieve sonarinrichting.

Deze is voorzien van een array 1 met als hydrofoons uitgevoerde akoestische sensoren welke geschikt zijn om akoestische signalen in elektrische signalen om te zetten. De hydrofoons zijn gerangschikt in een cilindervormig array van 96 met de cilinderas evenwijdige rijen met vier hydrofoons per rij. De hydrofoons zijn optimaal gevoelig voor akoestische signalen met frequenties van 0,9 kHz tot 10 kHz.

Vanzelfsprekend is ook een andere configuratie mogelijk, zoals bijvoorbeeld rangschikking in een lijnvormig array en een frequentiebereik van 90 - 1000 Hz.

De hydrofoons zijn verbonden met een signaalversterkingseenheid 2 welke iedere rij hydrofoons met een praktisch gekozen aftastfrequen-tie f - 30 kHz aftast. De keuze van de aftastfrequentie f hangt onder meer samen met de gekozen bandbreedte (theorema van Nyquist). De afgetaste signalen ondergaan in de signaalversterkingseenheid 2 bewerkingen zoals versterking, filtering, digitalisatie en multiplexing. De eenheid 2 bevat daartoe, niet in de figuur weergegeven, gebruikelijke componenten zoals voorversterkers, bandfliters, analoge AGC-regelingen, bemonsteringsschakelingen, analoog-digitaal-omzetters, digitale AGC-regelingen en multiplexers. De signaalversterkingseenheid levert dan gedigitaliseerde signalen s(k) (k“l...96), welke de sterkte van de per rij ontvangen akoestische signalen representeren.

De signalen s(k) worden toegevoerd aan een volgens het bekende "true time delay"-principe werkende bundelvormende eenheid 3.

De bundelvormende eenheid 3 vertraagt signalen s(k) zodanig dat signalen ε(φ^) (1-1...96) worden gevormd welke de sterkte van de, in richtingen ontvangen akoestische signalen representeren.

?>£ komt hierbij dan Overeen met een hoek in een vlak loodrecht op de cilinderas van het akoestisch array.

De bundelvormende eenheid 3 kan ook uicgevoerd worden als een digitale bundelvormer of door zelfs alleen de hydrofoons te voorzien van richtinggevoelige akoestische eigenschappen.

De signalen s(<pp (1=1...96) worden toegevoerd aan een frequentieanalyse-eenheid 4 welke van elk signaal s(<p^) de frequentiecomponenten fj (j...n) bepaalt. De frequentieanalyse-eenheid 4 is daartoe voorzien van een 2048-punts FFT eenheid, zodat bij een praktische bandbreedte van 10 kHz, een frequentieresolutie van ongeveer 4,88 Hz (10.000/2048) wordt verkregen. De aldus bepaalde signalen s(<p^,fj) (i=l...m, j=l..,n) worden met een herhalingsfrequentie van 0,2 en 1,2 Hz toegevoerd aan de gegevensverwerkende eenheid 5.

De gegeven volgorde van de frequentieanalyse-eenheid 4 na de bundelvormende eenheid 3 is niet de enig .mogelijke. De eenheden kunnen ook van plaats verwisseld voorkomen.

De gegevensverwerkende eenheid 5 omvat een richtingschattereenheid 6, een achtergrondnormalisatie-eenheid 7 en een detektie-eenheid 8.

De signalen s(<p^,fj) met een herhalingsfrequentie van 1,2 Hz, worden toegevoerd aan de richtingschattereenheid 6, welke geschikt is om aan de hand van deze signalen een breedbandschatting ΩβΒ van een richting Ω van een akoestische bron te genereren. Deze schatting ΩβΒ wordt samen met een tracknummer TNR en een betrouwbaarheidsfaktor CF toegevoerd aan een algemene rekenaar 9, welke geschikt is om, mede op basis van eerdere schattingen, een toekomstige te verwachten richting <p£„e van de akoestische bron te voorspellen. Met deze voorspelling <Pi=.e kan de richtingschattereenheid 6 op een volgend meettijdstip de signalen van de meest in aanmerking komende richtingen φ^ selecteren.

De signalen s(<p^,f met een herhalingsfrequentie van 0,2 Hz worden toegevoerd aan de achtergrondnormalisatie-eenheid 7 welke per frequentie f j, op basis van de signalen (i—1.. .m) een achtergrondsignaal j) genereert. Dit achtergrondsignaal wordt in mindering gebracht op de signalen s(<p^,fvolgens

De aldus verkregen gecorrigeerde signalen s'worden toegevoerd aan de detektie-eenheid 8, welke aan de hand van een ingesteld detektieniveau Sp, frequenties fj' selecteert waarvan de signalen s' (<p^,f j) deze detektiedrempel overschrijden. Deze informatie wordt toegevoerd aan de richtingschattereenheid 6 ten behoeve van selectie van in aanmerking komende signalen.

De achtergrondsignalen zelf worden toegevoerd aan een .automatische sterkteregelingseenheid 21. Deze bepaalt aan de hand van de toegevoerde signalen sjj(fj) een automatische sterkte-regelingssignaal A6G waarmee de versterking in de signaalverster-kingsmiddelen 2 wordt geregeld.

De gecorrigeerde signalen s'(ςο^,ίj) worden eveneens toegevoerd aan bekende weergavemiddelen 10. Deze weergavemiddelen zijn voorzien van, niet in de figuur weergegeven geheugeneenheden, integratoren, middelen voor beeldbewerking zoals histogramegalisatie en beeldschermen geschikt om door middel van kleur of intensiteit, bijvoorbeeld de groote van s',fj) als functie van en f j weer te geven. Andere weergavemogelijkheden zijn s' als functie van de frequentie f^ en de een verstreken tijd s'(φ^,f.) als functie van de frequenties f^ en als functie van de verstreken tijd. De weergavemiddelen 10 worden door de algemene rekenaar 9 ook voorzien van doelsbaangegevens, welke op basis van de schattingen Qgg tot stand komen.

In fig. 2 is een nadere uitvoering gegeven van de richtingschatter-eenheid 6. De van de frequentieanalyse-eenheid 4 afkomstige signalen s(<p^,fj) worden per meettijdstip achtereenvolgens aan een eerste geheugeneenheid 11 toegevoerd en hierin opgeslagen. De in deze geheugeneenheid 11 opgeslagen gegevens kunnen onder DMA-besturing in willekeurige volgorde door een selectie-eenheid 12 worden geselecteerd en opgehaald. De geheugeneenheid 11 is geschikt om signaalwaarden van s(«p^,fj) op te slaan voor 96 bundelrichtingen en per bundelrichting 1535 frequenties. Deze waarden worden met een herhalingsfrequentie van 0,2 Hz door nieuwe vervangen.

De selectie van gegevens door de selectie-eenheid 12 wordt bepaald door van de algemene rekenaar 9 afkomstige signalen. Deze signalen omvatten informatie over een verwachte bundelrichting <p^_e en een bijbehorend doelsbaannummer TNR. Op basis van de verwachte bundelrichting <P^=e worden alleen signalen geselecteerd van naburige bundelrichtingen φ6+·± > · · <Pe+g · Omdat een bundelbreedte afneemt bij een toenemende frequentie waarvoor de bundelbreedte gedefinieerd is, worden van de meer naar buiten liggende bundelrichtingen bovendien alleen voor de lagere frequenties signalen geselecteerd. Voor de bundelrichtingen <Pe_2 < < <Pe+2 worden voor alle frequenties f j lopend van een minimale waarde ^min tot een maximale waarde f'max, de overeenkomstige signalen s(<p^,fj) geselecteerd. Voor de bundelrichtingen <Pe+s met s lopend van 3 tot 8, worden alleen voor die frequenties fj welke lopen van fmin tot f^^/t (s-2)./2), de overeenkomstige signalen geselecteerd. In fig, 3 is deze bundelbreedte-afhankelijke frequentieselectie geïllustreerd.

De bundelbreedte en de bundelvorm is in het algemeen niet alleen afhankelijk van de frequentie, maar ook van de plaatsing van de hydrofoons en de bundelrichting zelf. Bij plaatsing van de hydro-foons in een cilindrisch vlak, zal de bundelvorm onafhankelijk zijn van de bundelrichting. Echter bij plaatsing van de hydrofoons in bijvoorbeeld een niet gekromd vlak, zal de bundelvorm vel afhankelijk zijn van de bundelrichting. Om dan het bovengenoemde selectieproces op de beschreven wijze te kannen toepassen, moet in plaats van de bundelrichting zelf, een via een bepaalde functie getransformeerde vaarde van gehanteerd worden. Hierbij moet deze functie zodanig gekozen worden dat de bundelbreedte onafhankelijk is van de functievaarde en de bundelvorm symmetrisch is ten opzichte van de functievaarde. In het geval van plaatsing van de hydrofoons in een plat vlak zoals bij een lijn array, is de functie de sinus van de hoek die de bundelrichting maakt ten opzichte van het plat vlak. In het geval van plaatsing van de hydrofoons in een minder eenvoudig gedefinieerd vlak zoals bijvoorbeeld de gekromde romp van een onderzeeboot, zal de functie complexer van vorm zijn.

De selectie-eenheid 12 selecteert eveneens signalen s(<p£,fj) waarvan de frequenties f j corresponderen met de door de detektie-eenheid 8 geselecteerde frequenties f^'.

De geselecteerde signalen s(<p^,fj) worden opgeslagen in een, in fig. 2 weergegeven tweede geheugeneenheid 13. Voor iedere, in deze eenheid 12 opgeslagen frequentie fj, wordt getracht een smalband-schatting iïjgg(fj) (blok 14) te maken van de richting Ω van een de akoestische signalen genererende bron. Daartoe wordt eerst onderzocht of in de bij een bepaalde frequentie f^ behorende bundel-richtingen een voldoende scherp maximum in de betreffende signaalvaarden s(<p^,fj) voorkomt. Daartoe wordt bij de frequentie f^ eerst het maximaal voorkomende signaal j) vastgesteld.

Vervolgens wordt nagegaan of, bij dezelfde frequentie f^, bij de signaalvaarden die aan weerszijden van de bundelrichting liggen, een waarde voorkomt die een, van de frequentie f^ afhankelijke factor a(fj) lager ligt dan de signaalwaarde voor Zie hierbij ook fig. 4 vaar ook een methode is aangegeven om een schatting te maken van Door een lineaire interpolatie wordt voor het in fig. 4 weergegeven niveau MAX-a(fj), de linker en rechter waarden en <pR van de bijbehorende richtingen vastgesteld. wordt vervolgens gelijkgesteld aan het rekenkundig gemiddelde van en (pR.

Een andere methode om een schatting te maken van iJjjB(f.j) is weergegeven in fig. 5. Hierin wordt een met de bundelvorm overeenkomende functie zoals bijvoorbeeld een parabool, zo optimaal mogelijk over de signaalwaarden gelegd. De top van de parabool-functie levert dan op.

In fig. 6 is een voorbeeld gegeven van mogelijke signaalwaarden s(<p£,fj) als functie van φ^ en fj zoals deze opgeslagen kunnen zijn in de tweede geheugeneenheid 13. In de figuur is een algemene toename van de signaalwaarden bij afnemende frequenties weergegeven ten gevolge van een achtergrondniveau. Daarnaast is bij een verwachte bundelrichting <P^=e» voor een aantal frequenties een toename van het signaalniveau tengevolge van een akoestisch doel te onderscheiden, evenals een storingspiek bij de bundelrichting ^i=e-5' freQu®nties f j waarvoor een smalbandschatting iïjjR(fj) te maken is, zijn schematisch in de figuur weergegeven. Of een smalbandschatting kan worden gemaakt, wordt, behalve door het voorkomen van het eerder genoemde scherp maximum, ook bepaald door de in fig. 1 weergegeven detektie-eenheid 8 gegenereerde frequenties f^'.

De schattingen öjjgCfj) worden geselecteerd (blok 14, fig. 2) in klassen b^ gerangschikt naar toenemende grootte van Het aantal schattingen per klasse b^ wordt met de bijbehorende klasse toegevoerd aan de in fig. 2 weergegeven geheugeneenheid 15. De schattingen OjjR(f j) worden met de bijbehorende frequentie f j toegevoerd naar de weergavemiddelen 10.

In fig. 7 is een voorbeeld gegeven van de weergave van de schattingen op een display en in fig. 8 is een voorbeeld gegeven van een verdeling van het aantal schattingen per klasse b^ op basis van de smalbandschattingen van fig. 7.

Vervolgens wordt op basis van de, in de geheugeneenheid 15 (fig. 2) opgeslagen verdeling versus b^ een mediane waarde Ogg bepaald (blok 16). Bij een totaal aantal van FS smalbandschattingen wordt de mediaan gegeven door:

Hierin is b^ de klasse k van de verdeling van versus b^.

Een maat voor de betrouwbaarheid van de mediaanbepaling wordt gegeven door: σ - σ - σ waarin Ω (ia Od

of

Hierbij is FR een arbitrair gekozen fractie van het totaal aantal waarden FS. De mediaan Ω^β wordt nu beschouwd als een breedbandschatting van Ω en wordt met de bijbehorende betrouwbaarheidsmaat σΩ en doelspoomummer TNR aan de algemene rekenaar 9 toegevoerd.

Voor een volgend doelspoomummer TNR wordt de inhoud van de geheugeneenheden 13 en 15 gewist en vervolgens door de gegevens select ie-eenheid 12 van nieuwe gegevens voorzien op de eerder beschreven wijze.

In fig. 9 is een uitvoering weergegeven van de achtergrondnormali-satie-eeriheid 7 van fig. 1. De door de frequentieanalyse-eenheid 4 gegenereerde signalen met herhalingsfrequentie 1,2 Hz worden aan een voor iedere frequentie fj aanwezig telfilter 18 toegevoerd. Ieder telfilter 18 bepaalt per frequentie fj uit de m achtereenvolgens toegevoerde signalen (i-1,.. ,h,.. ,m) het achtergrondniveau s^(fj) voor de frequentie fj door de mediane waarde van de m toegevoerde signalen te berekenen. Het uitgangssignaal van het telfilter 18 komt overeen met sC^.fj), waarbij de waarde van h voor iedere nieuwe aan het telfilter toegevoegd signaal s(<)?£,fj) met één stap wordt opgehoogd, gelijk blijft of met één stap wordt verlaagd, als het signaal s(p^,fj) respectievelijk groter, gelijk of kleiner is dan het signaal sC^.f j). Na inlopen komt overeen met de mediaan van s(<p£,fj) (i => l...m). Deze waarde wordt als het genormaliseerde achtergrondsignaal Sjj(fj) beschouwd en alle signalen sN(fj) (j=l...n) als het genormeerde achtergrondspectrum. Nadat de signalen voor alle n bundelrichtingen zijn verwerkt, worden de resulterende signalen Sjj<fj) opgeslagen in een correctietabel 19. Het behulp van deze opgeslagen waarden wordt het achtergrondniveau op de eerder beschreven wijze in mindering gebracht op de signalen s(<p^,fj). De voor het achtergrondniveau gecorrigeerde signalen s'(p£,fj) worden toegevoerd aan de weergavemiddelen 10 en de detektie-eenheid 8.

De signalen Sy(f(j*l«..n) worden eveneens toegevoerd aan een in £ig. 10 weergegeven automatische sterkteregelingseenheid 21.

Van deze signalen wordt d.m.v. een histogramegalisatie (blok 22) een niveau s^ bepaald waarvoor geldt dat 30% van de signalen een lagere waarde heeft. Door bij s^ een constante waarde S2 op te tellen (blok 23) wordt het zogenaamde momentele signaalniveau sM verkregen. Deze waarde wordt tesamen met een gewenst signaalniveau Sy gebruikt om een sterktregelingssignaal A6C te bepalen (blok 24).

Hierbij wordt het AGC signaal op tijdstip t gegeven door:

AGC(t) - AGC(t-At) + STEP

met At de tijdsduur waarover een nieuw achtergrondspectrum SN<fj> wordt gegenereerd en STEP een functie van het verschil tussen en Sy. De aldus verkregen AGC signalen worden toegevoerd aan de in fig. 1 weergegeven signaalversterkingseenheid 2.

De hier beschreven uitvoering van de gegevensverwerkende eenheid 5 kan gerealiseerd worden in firmware met gebruikmaking van commercieel verkrijgbare micro-processoren en geheugenelementen.

Claims

1. Akoestische detektieinrichting voor het ontvangen en verwerken van akoestische signalen waarbij de inrichting is voorzien van - k akoestische detektoren voor het detekteren en omzetten van de akoestische signalen in elektrische signalen s(k); - bundelvormende middelen en een frequentieanalyse-eenheid voor het aan de hand van de signalen s(k) genereren van signalen s(<P£,fj) welke, uit m bundelontvangstrichtingen (i-l...m) ontvangen akoestische signalen met n frequenties fj (j*>l...n) representeren; - een gegevensverwerkende eenheid geschikt voor het verwerken van de signalen fj); met het kenmerk, dat de gegevensverwerkende eenheid is voorzien van een richtingschattereenheid welke voor elk van de n frequenties fj (j-1,...,n), waarbij aan een door de richtingschattereenheid te bepalen detectievoorwaarde is voldaan, op basis van althans een deel van de, bij elke frequentie f^ uit de bundelontvangstrichtingen φ^ behorende, signalen ε(φ^, f(i=l...m), een smalband-schatting n^g(f^) van een richting Ω van een de akoestische signalen genererende bron genereert, en waarbij de richtingschattereenheid vervolgens op basis van de, voor althans een deel van de frequenties fj gegenereerde, smalbandschattingen Ω^(ίj) een breedbandschatting Ωββ van de richting Ω genereert.

2. Akoestische detektie-inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat ΩΒΒ wordt verkregen op basis van een mediane waarde van een frequentieverdeling van in grootte gerangschikte waarden van de signalen %B(fj)·

3. Akoestische detektie-inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat een betrouwbaarheidsmaat van ΩΒΒ wordt verkregen op basis van een spreiding van de waarden van rond de mediane waarde in de frequentieverdeling van

4. Akoestische detektie-inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat aan de detektievoorwaarde voor de frequentie fj is voldaan indien één van de, bij de frequentie f^ behorende m signalen s(^£,fj) uit m bundelontvangstrichtingen (i=l.. .m) een maximale vaarde sCpj^^fj) heeft ten opzichte van de vaarden van de 2q+l in grootte gerangschikte signalen sOp^.fj) <i«p-q,...,p...,p+q), tenminste één van de signalen sOp^.fj) (p-q ^ i < p) en tenminste één van de q signalen sCipj^.f j) (p<ii p+q) een vaarde heeft velke een van de frequentie fj afhankelijke vaarde a(f heeft velke lager is dan de vaarde van

5. Akoestische detektie-inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de gegevensverwerkende eenheid is voorzien van een achtergrondnormalisatie-eenheid welke voor elk van de n frequenties f^ (j—Ι.,.η) op basis van de bij elke frequentie f^ behorende m signalen sCqo^.fj) uit m bundelontvangstrichtingen (i*l.. .m) een achtergrondsignaal sjj(fj) genereert, en de signalen sN(fj) in mindering brengt op de signalen s(<p^,fj) volgens s,(<pi’f j^ e ” Sjj(fj) (i“l.. .m, j=l.. .n).

6. Akoestische detektie-inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat wordt verkregen op basis van een mediane vaarde van een frequentieverdeling van in signaalniveau gerangschikte vaarden van de bij de frequentie f^ behorende signalen s(<p^,fj) uit m bundelontvangstrichtingen (i«l...m).

7. Akoestische detektie-inrichting volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, dat de richtingschattereenheid is voorzien van een detektie-eenheid velke aan de hand van de aan de detektie-eenheid toegevoerde signalen s'C^.fj), met behulp van een ingesteld signaaldetektieniveau s^, signalen met frequenties f^ ' selecteert waarvoor geldt dat het corresponderend signaal s' (<ppf j') het detektieniveau sD overschrijdt,

8. Akoestische detektie-inrichting volgens één der conclusies 5-7, met het kenmerk, dat de inrichting is voorzien van een automatische sterkteregelingseenheid welke een automatisch sterkteregelings-signaal AGC genereert op basis van de per frequentie fj (j-l...n) gegenereerde achtergrondsignalen SN(fj) en waarbij het AGC signaal wordt toegevoerd aan en met de akoestische detektoren verbonden s ignaalversterkingsmiddelen.

9. Akoestische detektie-inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het AGC signaal wordt bepaald door een, na een histogramegalisatie van de in signaalniveau gerangschikte achtergrondsignalen sjj(fj) (j-1.. .n) verkregen signaalniveau.

10. Akoestische detektie-inrichting volgens één der conclusies 5-9, met het kenmerk, dat de signalen s'(^,fj) worden toegevoerd aan een weergave-eenheid geschikt voor weergave van s'(ip^.fj) als functie van één of meer van de grootheden φ^, f j en een verstreken tijd.

11. Akoestische detektie-inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de schatting van Sïjjg(fj) wordt verkregen aan de hand van naar frequentie fj" geselecteerde signalen s(<p^,fy) waarbij een maximaal voorkomende waarde van de frequentie fj" in toenemende mate kleiner wordt naarmate de bundel-richting φ^ in toenemende mate verschilt van een meest met Ω overeenkomende bundelrichting <Pj_e·

12. Akoestische detektie-inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat voor de frequenties fj" van de geselecteerde signalen sC^.fj") geldt: fmin < fj" < fmax als *e-r s *i * <W en

als φ± - y0+e (s - r+l.r+2,...) waarbij fmin en fmaT een laagste respectievelijk hoogste voorkomende waarde van de frequentie fj is.

13. Akoestische detektie-inrichting volgens één der conclusies 1-12, met het kenmerk, dat één of meer van de signalen O^Cf^) en ΩβΒ worden toegevoerd aan een weergave-eenheid geschikt voor weergave als funktie van één of meer van de grootheden fy en een verstreken tijd.

14. Akoestische detektie-inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat <p^, door middel van een trans-formatiefuhktie, een met de bundelontvangstrichting samenhangende hoek representeert, waarbij een in <p^ uitgedrukte bundelbreedte nagenoeg onafhankelijk is van een grootte van de hoek en een bundel-vorm, bepaald door een bundelgevoeligheld als funktie van φ^, nagenoeg symmetrisch van vorm is.

15. Akoestische detektie-inrichting volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de akoestische detektoren in een rechte lijn zijn gerangschikt en de transformatiefunktie een sinus is van een hoek in een vlak door de rechte lijn en opzichte van de rechte lijn.

16. Gegevensverwerkende eenheid geschikt voor toepassing in een akoestische detektie-inrichting volgens één van de voorgaande conclusies.

17. Achtergrondnormalisatie-eenheid geschikt voor toepassing in een akoestische detektie-inrichting volgens één van de conclusies 5-7.

18. Richtingschattereenheid geschikt voor toepassing in een akoestische detektie-inrichting volgens één van de conclusies 1-4, 11 of 12.

19. Automatische sterkteregelingseenheid geschikt voor toepassing in een akoestische detektie-inrichting volgens conclusie 8 of 9,