NO300865B1 - Fremgangsmåte og innretning for passiv bestemmelse av måldata - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for passiv bestemmelse av måldata til et fartøy som angitt i innledningen til krav 1, samt innretning for utførelse av fremgangsmåten som angitt i innledningen til krav 6.

Over alt hvor fartøy skal overvåkes, betraktes, forfølges eller bekjempes, er det nødvendig med målmetoder for registrering av posisjon, fartøyhastighet og kurs, som arbeider uten å røpe seg selv. Ved kystbeskyttelse skal ikke baserende vannfartøyer for eksempel kunne registrere en overvåkning av et kystområde ved hjelp av radar- eller sonaranlegg ombord i fartøyet, slik at i tilfellet av en invasjon skal man kunne målrettet innlede forsvarstiltak. Bestemmelsen av måldata i et annet målområde, for eksempel et åpent sjøområde, tjener ved et annet militært anvendelses-tilfelle for bedømmelse av en kampsituasjon og bedømmelse av virksomheten av taktiske tiltak.

Fra DE-OS 33 22 500 er kjent en fremgangsmåte ved hvilken dispersjonsegenskapene til overføringsmediumet i målområdet utnyttes for målingen. Et slikt overføringsmedium består av enkelte sjikt med forskjellige overføringsegenskaper for bølgeenergien strålt ut fra fartøyet. Ved et av sjiktene er anordnet som måleanordning minst to omformere, som omformer den av fartøyet utstrålte bølgeenergi i elektriske mottagersignaler. Skal fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes innenfor luftfartøyer for passiv måling av flydata eller for å måle landkjøretøyer, for eksempel panser, så anvendes som omformer mikrofon i sjikt i atmosfæren eller geofoner i grunnsjiktene, som på grunn av kjøretøystøy utstråler lydenergi i overføringssjiktet omformes ved målestedet til elektriske mottagersignaler. Fremgangsmåten kan også anvendes når kjøretøy stråler ut elektromagnetiske bølger, for eksempel lys, som trenger inn i et overføringssjikt med dispersjonsegenskaper, for eksempel issjikt, for å utbrede seg der. Spesielt fordelaktig er fremgangsmåten for passiv registrering av måldata fra vanngående kjøretøy ved hvilken to hydrofoner er anordnet i et vannsjikt. I det enkleste tilfellet er det tale om en flatvann-lydoverføringskanal, ved hvilken vannsjiktet begrenses av luft- og grunnjiktene. Fremgangsmåten kan også anvendes når det i vannet er flere sjikt med forskjellige overføringsegenskaper.

I en artikkel av CL. Pekeris "Theory of Propagagtion of Explosive Sound in Shallow Water", i Geological Society of America, Mamoir 27, 1948, og en bok av J. Tolstoy og C.S. Clay "Ocean Acoustics: Theory and Experiment in Underwater Sound", utgitt av Mc Graw-Hill Book Company, New York 1966, er det kjent at lydutbredning av en i flatt vann seg befinnende lydkilde kan beskrives ved lave frekvenser ved en overlagring av egenbølger eller moden. Man kan forestille seg en slik fysikalsk modell av utbredningen av lyd ved at lyden i flatvann-lydutbredelseskanalen, i det påfølgende kalt flatvannkanal, reflekteres totalt ved vannoverflaten og delvis av terrenget slik at det innstiller seg en sikksakk-formet utbredelse av plane bølgefronter over avstanden. Ovenfor en kritisk grensesekvens, som er lik vannlydhas-tigheten delt på fire ganger høyden, dannes egenbølger eller såkalte moden. Antall egenbølger er avhengig av frekvensen til den utstrålte lydenergien. Hver gang det overskrides et ulikt mangfold av den kritiske grensesekvensen tilkommer en ytterligere egenbølge. Vinkelen under hvilken bølgefronten reflekteres ved vannoverflaten henholdsvis ved terrenget tiltar med ordningstallet til egenbølgen. Bølgefronten gjennomløper da en lengere vei og støter ofte på grensesjik-tene og får derved en øket dempning.

Egenbølgen eller moden utgjør løsning av en partial bølgelig-ning for flatvannkanalen. Nærmere bestemt er det egen-funksjonen til flatvannkanalen i horisontal retning. Egenbølgen er sylinderbølger, som beveger seg konsentrisk bort fra lydkilden. De har i utbredelsesretningen en periode, som er mindre jo høyere frekvensen til den seg utbredende lydbølgen er. TJtbredelseshastigheten til egenbølgen henholdsvis fasehastigheter er avhengig av frekvensen til den utstrålte lyden og større ved høyere frekvenser. Lydtrykkforløpet i vertikal retning er avhengig av ordningstallet til egenbølgen. På vannoverflaten er lydtrykket lik null og ved terrenget har den en endelig størrelse og antallet av der mellomliggende nullsteder bestemmes av ordningstallet.

Ved overlagring av flere egenbølger oppstår i flatvannkanalen et interferensfelt. Dette interferensfeltet bygges rundt lydkilden. I radial retning til lydkilden er det rommessige amplitudeskiftninger. Avstanden mellom for eksempel like ekstremverdier kalles interferensbølgelengde. Interferens-bølgelengden er kun avhengig av egenskapene til flatvannkanalen og frekvensen til utstrålte lyden, idet den blir større ved høyere frekvenser.

Ved et kjørende vannkjøretøy blir lyd utstrålt i et bredt frekvensområde og på grunn av egenbølgen, som dannes, oppstår i flatvannkanalen er interferensfelt. Dette interferensfeltet er forbundet med vannfartøyer som lydkilde.

I en artikkel av Weston et al. "Interference of Wide-Band Sound in Shallow Water", ved Admiralty Research Laboratory, Taddington, Middlesex, 1971, publisert av National Technical Information Service, beskrives en fremgangsmåte hvor overføringsegenskapene til en flatvannkanal undersøkes. Fra en stedfast hydrofon mottas en bredbåndet lyd til en lydkilde. Lydkilden beveger seg derved med konstant hastighet og radial, rettlinjet kurs først mot hydrofonen og så bort fra hydrofonen. Av denne lyden henholdsvis støyen beregnes etter hverandre respektive tidsmessige frekvensspektre. Intensiteten til disse frekvensspektrene vises i gråtoneskrift spaltevis som funksjon av frekvensen. Ved hver spalte, som er tilordnet den respektive avstand mellom hydrofon og lydkilde, inntegnes et frekvensspektrum. Det fremkommer et intensitetsmønster, som forløper vifteformet mot hydrofonstedet. Disse gråtoneskrivene avspeiler interferensfeltet, som lydbølgene til den utstrålte støyen frembringer på grunn av utbredelsen av egenbølgen eller moden.

Det med kjøretøyet koblede interferensfelt til den seg i overføringsmediumet utbredende moden blir målt ved hjelp av minst to omformere ved fremgangsmåten nevnt i DE-OS 33 22 500. Mottagersignaler til omformeren blir underkastet en frekvensanalyse og intensiteten lagres i avhengighet av måletiden og frekvensen som intensitetsmønster. Stigningen av interferenslinjene innenfor intensitetsmønsteret, som består av tilliggende intensiteter av samme styrke og tidsforskyvelsen til intensitetsmønsteret i forhold til hverandre, blir sammen med peilingen, som bestemmes ved måling av løpetidsforskyvningen til mottagersignalet, koblet sammen for å tilveiebringe måldata.

Interferenslinjene i intensitetsmønsteret er ved en kurs til kjøretøyet, som fører over målestedet, nesten en rett linje, som forløper i et frekvenstidsplan vifteformet. Opprinnelsen til viftemønsteret er tilordnet målestedet. Ved forbifør-ingen, ved hvilken kursen til kjøretøyet har en tverravstand til målestedet, fremkommer en hyperbellignende struktur. Toppunktet til hyperbelen kjennetegner størrelsen på tilnærmingen ved målestedet. Er kjøretøyet i ro, så mottar omformeren for hver frekvens et bestemt nivå og det oppstår over tiden et stripemønster av interferenslinjer langs de enkelte frekvenssporene. Kjører kjøretøyet, så endrer seg det mottatte nivået i avhengighet av frekvensen over tiden. Interferenslinjene i intensitetsmønsteret krummer seg og deres stigning antar en endelig verdi. Man kan forestille seg at interferensfeltet er karakterisert ved konsentriske sirkler rundt kjøretøyet, som kjennertegner minimum henholdsvis maksimum til interferensbølgene i avstand av interferensbølgelengden. Ved en sirkelkjøring av kjøretøyet registrerer omformeren hver gang en av samme intensitet til interferensfeltet. Forløper kursen til kjøretøyet over målestedet og forbi i avstand fra målestedet slik at en radial hastighetskomponent til kjøretøyet peker mot målestedet, så kan de tidsmessige skiftende maksimumene og minimumene til intensiteten registreres ved omformeren.

Grunnforutsetningen for anvendelsen av nevnte fremgangsmåte er en utbredelse av egenbølgen eller moden i målområdet, som alltid er sikret når overføringsmediumet har dispersjonsegenskaper. En videre forutsetning er at det allerede står et utsnitt av interferensmønsteret til rådighet. Dette utsnittet innbefatter frekvensspektrene til et på forhånd gitt frekvensområde av etter hverandre innenfor et på forhånd gitt tidsintervall mottatte mottagersignaler.

Det er oppgave til foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art ved hvilken det allerede etter et lavt antall foreliggende frekvensspektre kan bestemmes måldata og dermed vesentlig forkorte tidsintervallet.

Denne oppgaven blir ifølge oppfinnelsen løst ved en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art hvis karak-teristiske trekk fremgår av krav 1.

Overføringsegenskapene for bølgeenergi utstrålte bredbåndet av kjøretøy er frekvensavhengig. Dessuten er de avhengig av geometrien til overføringssjiktet, fortrinnsvis dets høyde, utbredelseshastigheten til bølgeenergien i overføringssjiktet og antall moden som dannes og interfererer med hverandre. Overføringsegenskapene blir karakterisert av fasehastigheten til modenet eller interferensbølgelengden til interferensfel-tene, som på sin side begge igjen er avhengig av frekvensen til den utstrålte bølgeenergien. Frekvensgangen til over-føringssj iktet eller overføringsfunksjonen til overførings-sj iktet er likeledes frekvensavhengig og kan enten karakteriseres av interferensbølgelengden eller fasehastigheten. Dessuten er de avhengig av avstanden mellom målestedet og kilden som stråler ut bredbåndet bølgeenergi. En inter-ferensf rekvens til interferensfeltet, som likeledes er frekvensavhengig, kan karakteriseres av interferensbølgeleng-den og er avhengig av hastigheten mellom kilde og målested. Frekvensgangen eller overføringsfunksjonen og interferensfrekvensen er overføringsegenskaper til overføringssjiktet og de blir ifølge oppfinnelsen koblet med på forhånd gitte måldata og leverer modellparametre. Måldata er enten kvantiserte avstander eller kvantiserte hastigheter.

Modellparametrene blir ifølge oppfinnelsen lagret i modell-lager og klargjort for en sammenligning. Fra mottagersignalet til omformeren blir fortrinnsvis dannet ekvidistante tidspunkter til respektive frekvensspektre og lagret. Ved bestemmelse av avstanden mellom målested og kjøretøy som måldata blir frekvensspektrumet sammenlignet med modellparametrene, som ble dannet for forskjellige avstander. Ved bestemmelse av hastigheten som måldata er det nødvendig med flere frekvensspektre for å kunne derav for hver frekvens sammenligne tidsavhengige intensitetsfordelinger med modellparametre, som er blitt lagret for kvantiserte hastigheter i modellageret. Den spesielle fordelen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen består deri at avstandsbestemmelse kan allerede bli foretatt med et eneste frekvensspektrum og hastighetsbestemmelse ved registrering av et tidsmessig forløp av intensiteten for hver frekvens, idet da en feil er utelukket da målestedet er i ro og fremgangsmåten arbeider rent passivt.

Tallrike målinger har frembragt at struktureringen av et interferensmønster innenfor vannlydteknikk, spesielt ved flate vann, som Østersjøen eller Nordsjøen, dannes alltid tidlig og utbredelsen av moden fører spesielt til ved store avstander til tydelige interferenser, idet antall interferenser avtar med avstander. Fordelen ved fremgangsmåten ifølge krav 1 består deri at det er tilveiebrakt en enkel modell for overføringssjiktet til en fornuftig avstands- og hastighets-bedømmelse. Det skal således ikke mye til for å bestemme modellparametrene. Dessuten er det fordelaktig at man ikke må ta hensyn til en dybdeavhengig struktur for modenet slik at kun mottager signalet i en høyde av over-føringssj iktet må bli bedømt. Kompliserte modeller, som tar hensyn til ampi itudefordelingen til egenbølgen over høyden, er ikke nødvendig. En nøyaktig installasjon av flere i høyden anordnede omformere er heller ikke nødvendig.

For å bestemme avstanden mellom målestedet og kjøretøyet blir i samsvar med den fordelaktige videreutførelsen ifølge krav 2 bestemt overføringsfunksjonen til overføringssjiktet innenfor frekvensområdet, som tilsvarer frekvensområdet til bølgeener-gien strålt ut fra kjøretøyet. Overføringsfunksjonen eller frekvensforløpet til overføringssjiktet er foruten avhengig av frekvensen også avhengig av avstanden mellom kilden og målestedet. Som modellparametre lagres i modellageret overføringsfunksjonen for den kvantiserte avstanden. Nøyaktigheten ved avstandsbestemmelsen er avhengig av kvantifiseringen av avstanden, den er uavhengig av selve avstanden. Allerede ved store avstander er det mulig med en bedømmelse av avstanden.

Ved en sammenligning av frekvensspektrumet til det momentane mottagersignalet med samtlige overføringsfunksjoner, som foreligger for den på forhånd bestemte kvantiserte avstanden i modellageret, bestemmes hvilket frekvensspektrum som er identisk med den respektive overføringsfunksjonen, som tilveiebringes for en avstand og lagres, idet avstanden er lik avstanden mellom målested og kjøretøy. Ved sammenligning kan også avstanden bestemmes umiddelbart. Fordelen ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ifølge krav 1 ligger spesielt deri at det allerede med et eneste frekvensspektrum kan bli foretatt en avstandbedømmelse.

Spesiell enkel og fordelaktig er sammenligningen ifølge utførelsesformen angitt i krav 3 ved korrelasjon av frekvensspektrumet med samtlige overføringsfunksjoner, idet maksimumet av korrelasjonsresultåtet gir avstanden. Det fordelaktige er at korrelasjonsberegningen er en vanlig rutine innenfor beregningsteknikk.

En bedømmelse av korrelasjonsresultatet blir spesielt enkel ifølge en videreutførelse angitt i krav 4. Korrelasjonsresultatet blir opptegnet vannrett ved siden av hverandre i avhengighet av avstanden og under hverandre i avhengighet av tidspunktet til mottagingen av intensitetsskrivet. Det fremgår etter flere målinger et betydelig avstandsspor i intensitetsskrivet, som er kjennetegnet av to vannrett liggende, utpregede minimumer og et der mellomliggende maksimum og fra de samtlige likeledes svart/hvitt ved siden av hverandre viste sidemaksimumer og -minimumer til korrela-sjonsfunksjonen fremheves tydelig av svart-/hvitt-punkt-skrivet. Ved en skalering av tilsvarende vannrette koor-dinater i kvantisert avstand kan avstanden mellom kjøretøy og målested avleses tydelig til hvert tidspunkt på avstandssporet.

Ifølge en fordelaktig videreutførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen som angitt i krav 5 blir ved siden av avstanden tilveiebrakt peilingen til kjøretøyet. Ved målestedet danner flere omformere et mottageranlegg med retningsdannere. Omformerene er for eksempel på en sylinder-basis anordnede hydrofoner til et sonaranlegg for dannelse av retningskarakteristikker. Fordelen består deri at et gruppe-signal til retningskarakteristikken ikke leverer bare peilingen, men danner samtidig mottagersignalet for frekvensspektrumet, som har en vesentlig større støyavstand enn mottagersignalet ved mottagelse med en eneste ikke rettet omformer. Rekkevidden til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir ifølge dette tiltaket vesentlig forbedret. Det er ikke nødvendig med ytterligere tiltak for å utføre fremgangsmåten da det i et sonaranlegg uten signalbearbeiding utføres frekvensanalyse og korrelasjon.

Det er således nå mulig å bestemme to måldata, nemlig avstanden til kjøretøyet og retningen som peilevinkel i forhold til referanseretningen, for eksempel i forhold til nord. Med begge disse måldataene er kjent posisjonen til kjøretøyet.

Ifølge en ytterligere utførelsesform ifølge krav 6 blir hastigheten til kjøretøyet bedømt eller tilveiebrakt ved hjelp av modellsammenligning. Modellparametrene bestemmes for forskjellige hastighetskomponenter, som danner kvantifiserte måldata, av frekvensavhengig interferensbølgeleng-den til interferensfeltet. Kvotienten av hastighetskom-ponenten og interferensbølgelengden er lik en interferensfrekvens og likeledes avhengig av frekvensen til den utstrålte bølgeenergien. Så snart et tidsavhengig inten-sitetsforløp til frekvensspektrene foreligger for mottagersignalet i avhengighet av hver frekvens, er det mulig å tilveiebringe et periodisk forløp av intensitetsfordelingen til interferensmønsteret i tidsretningen for hver frekvens. Periodisiteten er lik hastighetsavhengig interferensfrekvens ved samme frekvens. Ved sammenligning av kvotienten og periodisiteten blir for hver frekvens funnet hastigheten ved overensstemmelse. Ved den bredbåndige signalbearbeidelsen foreligger samtidig for alle i frekvensområdet betraktede frekvenser måleresultater ved hjelp av hvilke det kan tilveiebringes en støyfrigjøring av hastighetsbestemmelsen ved middelverdidannelse. Fordelen av fremgangsmåten ifølge krav 6 består deri at interf erensbølgelengder for hvert overføringssjikt kan bestemmes på en enkel måte eller tas ut av tabeller og hastighetsbestemmelse tillater her en enkel sammenligning. Hastigheter lik den radiale hastighetskom-ponenten til kjøretøyet, som fremkommer som allerede nevnt i DE-OS 33 22 500 leverer kjøretøyhastigheten ved kobling av de tangensiale hastighetskomponentene ved hjelp av Pythago-ras, idet de tangensiale hastighetskomponentene bestemmes av avstanden og den tidmessige endringen av peilingen.

Krav 7 viser hvorledes interferensfrekvensen til det av kjøretøyet frembrakte interferensfelt kan bestemmes ved hjelp av Fourier-transformasjon av den lagrede intensitetsfordelingen over tiden til respektive frekvenser på en enkel måte med vanlig teknikk innenfor beregningsteknikken.

Krav 8 angir en utførelsesform for å bestemme modellparameteren. Måldatabestemmelsen har vist at det er tilstrek-kelig å ta hensyn til utbredelsen av to moden. Da modene av høyere orden blir sterkt dempet over store avstander og ikke mer bidrar til dannelse av interf erensf elt, er ved denne enkle modellen dekket et ønsket område opp til store avstander på en enkel måte.

Fordelen ved utførelsesf ormen i krav 9 består deri at en forenkling av overføringsfunksjonen er egnet ved en tilnærm-ing til en kosinusfunksjon for kvantisert avstand, som kan bli benyttet som modellparameter. Spesielt fordelaktig er det å tabellføre forskjellen til resiprokverdien til fasehastigheten for begge modene eller interferensbølgeleng-den til respektive frekvens, da de karakteriserer over-føringsegenskapene til overføringssjiktet og av dette kan utledes så vel modellparameteren for avstandsbestemmelsen som også for hastighetsbestemmelsen.

Når man går ut fra overføringssjiktet har forskjellige høyder, beregnes, som angitt i krav 10, modellparameteren for forskjellige høyder og avhengig av målestedet hentes tilsvarende modellparameter fra modellageret.

Ifølge fordelaktig videreutførelse av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, som angitt i krav 11, er bestemmelsen av modellparametrene også på en enkel måte mulig måling, idet de respektive måleområder, før fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utøves der, opererer et kjøretøy som kilde. Dette kjøretøyet kjører med konstant hastighet i rett kurs over målestedet, idet frekvensspektrene bestemmes ved målestedet og leverer frekvensavhengige overføringsfunk-sjoner, som lagrer respektivt kvantifiserte avstander som modellparameter. For å bestemme kvotienten som inter-ferensbølgelengde og hastigheten blir tilbakelagte respektivt med konstant, men med andre hastigheter, målkjøringer over målestedet.

Spesielt fordelaktig er videreutførelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ifølge krav 12 når målestedet befinner seg på et skip og modellparametrene kan hentes for forskjellige målområder avhengig av målestedet.

Virkningen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er her fortrinnsvis beskrevet for anvendelse innenfor vannlydteknikk. På samme måte er det mulig med passiv måling av måldataene til kjøretøy ved overvåking av veier på land og i luften i områder hvor lydbølgen til kjøretøyet trenger inn i terrengsjiktet eller luftsjiktet med dispersjonsegenskaper og det dannes moden.

Innretning for utøvelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er beskrevet i kravene 13 til 17. Fordelene består heri at den for en bestemmelse av måldataene nødvendige krets blir vanligvis satt inn i hvert mottageranlegg innenfor peileteknikken. Det handler om beregningskretser for frekvensanalyse, for eksempel ved hjelp av hurtig-Fourieranalyse og lagerkretser, i hvilke frekvensspektrene kan lagres tidsavhengig. Modellageret er et innenfor datateknikken vanlig lager for inn- og utlesing av modellparameteret. Som sammenligningskretser kan anvendes spesielt fordelaktig korrelatorer, som er vanlig innenfor peileteknikken for støyfjerningsoppgaver.

Oppfinnelsen skal i det påfølgende beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: fig. 1 viser et blokkretsdiagram av et sonaranlegg for

bestemmelse av måldata til et vannfartøy,

fig. 2 viser intensitetsutskriften til et interferensfelt,

fig. 3 viser overføringsfunksjonen for kvantiserte avstander ,

fig. 4 viser avstandsspor i en intensitetsutskrift,

fig. 5 viser forløp av lydtrykket ved interferens til to

moden over avstanden, og

fig. 6 viser et diagram, som viser interferensbølgelengden over frekvensen i avhengighet av forskjellige vannlydhastigheter. Fig. 1 viser et blokkretsdiagram for et sonaranlegg for å bestemme måldata til et vannfartøy med hjelp av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Vannfartøyet utstråler fra sine drivaggregat fortrinnsvis ved bevegelse, bølgeenergi, som mottas bredbåndet av et mottageranlegg 10. Mottageranlegget 10 har minst en elektroakustisk omformer eller en mottager-basis med retningsdanner for dannelse av horisontal tettlig-gende retningskarakteristikker med større bunter, hvis utgangssignal 11 angir peiling for vannfartøy. Mottagersignalet til mottageranlegget 10 blir omformet i en beregningskrets 12 for frekvensanalyse ved ekvidistante tidspunkter ved hjelp av hurtig-Fourier-transformasjon i et frekvensspektrum. Beregningskretsen 12 er anordnet etter et lager 13, som lagrer avhengig av tidspunktet til mottageren frekvensspektrene over frekvensen. I lageret 13 oppstår avbildningen av det mottatte interferensfeltet i form av intensitetsfordeling i avhengighet av frekvens og tid. Fig. 2 viser en intensitetsutskrift av et slikt interferensfelt. Begynnelsespunktet er oppe til høyre, ordinaten er skalert med frekvens, abscissen med tidspunktet til mottageren. Det oppstår et hyperbellignende forløp av interferenslinjen, som er oppstått ved vannrett intensitetsutskrift av frekvensspekteret til ekvidistante tidspunkter. Til tidspunket t^ får man en intensitetsfordeling over frekvensen, hvis ekstrema tydelig fremheves ved den inntegnede trekanten. Det fremgår at ekstremene til intensitetsfordelingen har mot høyere frekvenser større avstander i forhold til hverandre. Av intensitetsmønsteret fremgår at vannfartøyet passerer målestedet ved tidspunktet t4 med tverravstand.

Det til tidspunktet t^ frembrakte frekvensspektrum blir sammenlignet med modellparametrene i et modellager 14.

I modellageret 14 er lagret overføringsfunksjoner H(f,r^); BXf.rg), •••» H(f,rn), som gjengir forskjellige avstander r^, r2« rn frekvensforløpet til overføringssjiktet. Fig. 3 viser over hverandre liggende slike overføringsfunksjoner E for avstandene r^, v^ og r3 over frekvensen f ved en utbredelse av to moden i en f latvannkanal med en vanndybde fra 30 m og en lydhastighet fra 1500 m/s. Overføringsfunksjonen er tilnærmet ved en kosinusfunksjon og lyder:

hvor A(f) er interf erensbølgelengden og c^, c^ fasehastigheten til i. og V.modus. Den på fig. 3 øverst angitte overføringsfunksjon H(f,r^) angir overføringsforholdet til overføringskanalen for en avstand r^ mellom kilde og målested, idet r^ er større enn r 2 og r3 mindre enn rg-Nullstedavstanden for overføringsfunksjonen H(f,rj) blir større med mindre blivende avstand r^. Det samme fremgår av fig. 2. For å tydeliggjøre ekstremene til frekvensavhengige intensitetsfordelinger er blitt tegnet trekanter ved

tidspunkt t-^, sirkel ved tidspunkt t2 og kvadrater av tidspunktet t3, som tilsvarer avstandene r^, r2»Ts»

Ifølge fig. 1 er lageret 13 og modellageret 14 anordnet etter en sammenligningskrets 20. Sammenligningskretsen 20 inneholder en korrelator 21, i hvilken den på fig. 2 vannrett inntegnede frekvensspektre fra lagerkretsen 13 sammenlignes med samtlige overføringsfunksjoner Hff.r^), H(f,r2), H(f,rn) fra modellageret 14. Korrelasjonsresultatet vises i en deretter anordnet fremvisningsanordning 13 som intensi-tetsutskrif ter 31 over avstanden r og tidspunktet t. En slik intensitetsutskrift 31 er vist nærmere på fig. 4. Den viser vannfartøyet forbikjørende målestedet. Ordinaten er avstanden er r^, abscissen viser tidspunktet . Det er tydelig vist et svart avstandsspor S, som fremheves tydelig av den omgivende hvitfargingen fra intensitetsutskriften. Ved tidspunktet t^ befinner seg vannfartøyet i avstanden r^, ved tidspunktet t2 i avstanden r2 og ved tidspunkt t3 i avstanden r3 fra målestedet. Spissen på avstandssporet S kjennetegner den minste avstanden til målestedet ved tidspunktet t4. Intensitetsfordelingen på utskriften angir vannrette hovedmaksimumer og sidemaksimumer av korrelasjonsresultatet for sammenligning av frekvensspektrumet ved tidspunktet t^ med samtlige overføringsfunksjoner E(f,r^) for de enkelte kvantiserte avstander r^. Det fremgår tydelig at det ikke finnes bare et maksimum, men mange sidemaksimumer, idet hovedmaksimumet imidlertid fremheves tydelig i forhold til de ved siden liggende minimumer.

Dessuten er lageret 13 anordnet etter en krets 40 for Fourier-transformasjon av de tidsavhengige intensitetsfor-delingene I(flft), I(f2,t), I(fn,t) i avhengig av frekvensen f. Deres forløp fremgår av den loddrette streken ved frekvensene f^ og f2- Det fremgår at intensitets-ekstremene har ved frekvensen f^ en tidsmessig, periodisk avstand T-^, ved frekvensen f2 en tidsmessig, periodisk avstand T2, som er større enn den tidsmessige avstanden . Resiprokverdien av de tidsmessige avstandene , Tg gir en interferenssekvens for interferensfeltet, som er hastighetsavhengig.

I modellageret 14 er som modellparameter lagret kvotientene

for kvantiserte hastighetskomponenter v^ , vg, .... vn i forhold til den frekvensavhengige interferensbølgelengden A(f).

Fig. 5 viser for eksempel forløpet til lydtrykket p ved interferens av to modener over avstanden r med interferens-bølgelengden A mellom to ekstremer. Avhengigheten til interferensbølgelengden A(f) fra frekvensen f fremgår av fig. 6, idet kurven er paramentrert med forskjellige vannlydhastigheter C[m/s]. Disse kurvene er nødvendige for å kunne beregne kvotientene , Qg til Qn for kvantiserte hastighetskomponenter v±, vg, .... vn, som er lagret i modellageret 14. Modellageret 14 og kretsen 40 for dannelse av hurtig-Fourier-transformasjon er anordnet etter en multiplikasjonskrets 41 i sammenligningskretsen 20, i hvilken kvotienten , Q2» sammenlignes med interferensfrekvensen for de enkelte frekvensene f ^, f2, f3 frembragt i kretsen 40. Ved likhet blir hastigheten v i retning mellom vannfartøyet og målestedet funnet.

I den deretter anordnede fremviseranordningen 30 er et felt 42 angitt for de respektive tilveiebrakte hastighetene v over frekvensen i forhold til tidspunktet t^, tg, t3, som etter en middelverdidannelse i en hastighetsberegningskrets 50, som er anordnet etter sammenligningskretsen 41, med tilhørende tilveiebrakte avstand r og tidsmessig endring av peilingen fremkommer den resulterende hastigheten V til kjøretøyet, som fremvises på et fremvisningsfelt 43 i avhengighet av tiden t.

Claims (17)

1. Fremgangsmåte for passiv bestemmelse av måldata for et fartøy som stråler ut bredbåndet selvgenerert bølgeenergi, især et vannfartøy, ved hvilken det innenfor et måleområde er anordnet minst en omformer for å motta bølgeenergi i et overføringssjikt med dispersjonsegenskaper og hvor frekvensspektrene til mottagersignalene til omformeren dannes ved på forhånd anglvbare tidspunkter og hvor deres intensitet lagres i avhengighet av frekvensen og tidspunktet, karakterisert ved at overføringsegenskaper for en utbredning av bølgeenergien utstrålt bredbåndet fra en kilde i form av modi bestemmes i overføringssjiktet i avhengighet av frekvensen for på forhånd angivbare kvantiserte måldata, og lagres sammen med de kvantiserte måldata som modellparametre i et modellager, at frekvens- og/eller tidsavhengige intensitetsfordelinger i frekvensspektrene sammenlignes med modellparametrene, og ved overensstemmelse bestemmes avstanden fra målestedet og/eller hastigheten som måldata for fartøyet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1 for å bestemme avstanden, karakterisert ved at som modellparameter bestemmes overføringsfunksjonen for utbredelsen av modiene for forskjellige avstander mellom målestedet og kilden, som danner de kvantiserte måldata i avhengighet av frekvensen, at samtlige i modellageret lagrede overføringsfunksjoner sammenlignes med den frekvensavhengige intensitetsfordelingen i frekvensspektrumet til det momentant mottatte mottagersignalet, og at ved overensstemmelse angis den avstand som tilsvarer avstanden som tilhører overføringsfunksjonen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at for sammenligning korreleres det momentane frekvensspektrumet med samtlige overføringsfunksjoner og at korrelasjonsresultåtene sammenlignes med hverandre og at avstanden er lik den avstand ved hvilken korrelasjonsresultatet er størst.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at alle korrelasjonsresultatene opptegnes som intensitetsutskrifter som funksjon av avstanden.

5. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at ved målestedet sammenfattes flere omformere til et mottageranlegg, som utformes for peiling i et plan parallelt med overføringssjiktet og som leverer mottagersignalet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1 for å bestemme hastigheten, karakterisert ved at interferensbølgeleng-den bestemmes i avhengighet av frekvensen for en utbredelse av minst to modi i overføringssjiktet for forskjellige hastighetskomponenter mellom målested og kilde, som danner kvantiserte måldata, at i avhengig av frekvensen dannes kvotienten av interferensbølgelengden og hastighetskomponentene eller omvendt, og danner modellparameteren, at av den lagrede, tidsavhengige intensitetsfordelingen for hver frekvens bestemmes en periodisk tidsmessig avstand mellom på hverandre følgende intensitetsmaksimumer som interferensfrekvens og sammenlignes med de lagrede kvotientene, og at ved overensstemmelse angir den tilhørende hastighetskompo-nenten hastigheten til fartøyet i forhold til målestedet.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at de periodiske tidsmessige avstandene bestemmes ved Fourier-transformasjon av de tidsavhengige intensitetsfor-delingene.

8. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 6, karakterisert ved at modellparametrene beregnes for en utbredelse av to modi i et overføringssj ikt med konstant høyde.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at modellparametrene for avstandsbestemmelsen tilnærmes ved kosinusfunksjoner, hvis argument er lik produktet av de med faktoren n multipliserte respektive avstander og resiprokverdien til den frekvensavhengige interferensbølgelengden.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1 til 9, karakterisert ved at modellparametrene beregnes for forskjellige høyder av overføringssjiktet.

11. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 6, karakterisert ved at overføringsegenskapene måles i måleområdet og at kilden er et fartøy, hvis kurs forløper over målestedet og/eller med tverravstand i forhold til målestedet, og av de målte overføringsegenskapene beregnes modellparameteren.

12. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 11, karakterisert ved at modellageret har fast inn-programmerte, av måleområdet avhengige modellparametre.

13. Innretning for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 2 under anvendelse av minst en omformer, en etterkoblet "beregningskrets for frekvensanalyse og et lager for lagring av frekvensspektrene til mottagersignaler i avhengighet av frekvensen og tiden og utlesning av frekvensavhengige og/eller tidsavhengige intensitetsfordelinger av de lagrede frekvensspektrene, som kan styres av en taktgiver til på forhånd angivbare tidspunkter, karakterisert ved at modellageret (14) er programmert med frekvensavhengige overføringsfunksjoner (H) for på forhånd angivbare kvantiserte avstander (r^) som modellparametere, som kan avgis etter hverandre, at lageret (13) og modellageret (14) er forbundet med en sammenligningskrets (20), og at etter sammenligningskretsen (20) er anordnet en fremvisningsanordning (13) for fremvisning av sammenligningsresultat i avhengighet av avstanden (r^).

14 . Innretning ifølge krav 13, karakterisert ved at sammenligningskretsen (20) inneholder en korrelator (21).

15 . Innretning ifølge krav 14, karakterisert ved at fremvisningsanordningen (30) er utformet for fremvisning av korrelasjonsresultater for avstanden (r^) som intentsitetsutskrift (31).

16. Innretning for utøvelse av fremgangsmåten ifølge krav 6 under anvendelse av minst en omformer (10), en etterkoblet beregningskrets (12) for frekvensanalyse og et lager (13) for lagring av frekvensspektrene til mottagersignalet i avhengighet av frekvens og tid og utlesning av frekvensavhengige og/eller tidsavhengige intensitetsfordelinger for de lagrede frekvensspektrene, som kan styres av en taktgiver til på forhånd angivbare tidspsunkter, karakterisert ved at et modellager (14) er programmert med modellparametre i form av kvotienter (Q^) av frekvensavhengige inter-ferensbølgelengder (1) og på forhånd angivbare kvantiserte hastighetskomponenter (v^) som kan avgis etter hverandre, at lageret (13) i avhengighet av frekvens (fj.) kan avgi tidsavhengige intensiteter, at lageret (13) er anordnet etter en krets (40) for Fourier-transformasjon for å bestemme en tidsmessig avstand (T^) mellom på hverandre følgende intensitetsmaksimumer, at kretsen (40) for Fourier-transformasjon og modellageret (14) er forbundet med en sammenligningskrets (20) og at etter sammenligningskretsen (20) er anordnet en fremvisningsanordning (30) for fremvisning av sammenlignings-resultåtet i avhengighet av hastigheten.

17. Innretning ifølge krav 16, karakterisert ved at sammenligningskretsen (20) er utformet som multiplikasjonskrets (41) for dannelse av produktet av kvotienten (Qj) og resiprokverdien til den tidsmessige avstanden (T^), med middelverdidannelse.