WO2015169277A1 - Method for carrying out spatial and/or time resolution of a first underwater sound source from a second underwater sound source and associated device and watercraft - Google Patents

Method for carrying out spatial and/or time resolution of a first underwater sound source from a second underwater sound source and associated device and watercraft Download PDF

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WO2015169277A1
WO2015169277A1 PCT/DE2015/100098 DE2015100098W WO2015169277A1 WO 2015169277 A1 WO2015169277 A1 WO 2015169277A1 DE 2015100098 W DE2015100098 W DE 2015100098W WO 2015169277 A1 WO2015169277 A1 WO 2015169277A1
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underwater sound
sound source
frequency band
frequency
frequency bands
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Jörg HURKA
Kevin Brinkmann
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Atlas Elektronik Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for location and / or time resolution of a first underwater sound source from a second underwater sound source , wherein the first underwater sound source and the second
  • Underwater sound source each emit and / or reflect an underwater sound signal and a device, which performs the method and an associated watercraft, which at least one hydrophone or a Hydrophonan Aunt and a computer and has.
  • Target tracking with active or passive sonars attempts to locate individual vessels or underwater vehicles and record the movement of these underwater vehicles.
  • the task is to improve the state of the art.
  • Underwater sound source each emit and / or reflect an underwater sound signal, the method having the following steps
  • two underwater sound sources in particular in the frequency band with the higher frequencies, can be separated from one another, which are not resolved in an overall representation in the (total) frequency range.
  • the course of the individual underwater sound source can be tracked clearly longer even with intersecting courses of the underwater sound sources.
  • An "underwater sound source” can be any natural or artificial object which
  • Underwater sound waves emitted or reflected may include ships, buoys, submarines, AUV ⁇ s
  • the underwater sound signal is in particular a signal emitted by the underwater sound source, such as a screw sound. Also reflected signals, such as an active sonar, which are sent in the direction of the underwater sound source and sent back from the underwater sound source are included.
  • the underwater sound signal is in particular by a hydrophone or a hydrophone arrangement
  • hydrophone array (Hydrophone array) recorded.
  • electrical elements eg piezo-ceramics
  • spatial resolution is understood in particular to mean that, for example, two underwater sound signals can be separated over an angular range.
  • time resolution is to be understood in particular that the time-varying positions, which correspond to a course or a bearing course (variation of the bearing), the individual
  • Underwater sound sources can be assigned.
  • the "frequency range” is in particular the frequency range, which is measurable or measured with the hydrophone, which basically has a lower limit and an upper limit, depending on the type of hydrophone the frequency range is for example between a few Hz and several kHz.
  • Frequency band over the place (for present text also synonymous for bearing) determined.
  • the sound intensity is determined by the angle.
  • the "time-resolved signal strength curve" can be used to determine the course of the underwater sound source for a detected underwater sound source, which can be determined individually for each frequency band the other frequency band are determined.
  • the frequency range can be finely divided.
  • Underwater noise is frequency dependent attenuated by the water, so can be done on the individual frequency bands a more detailed time resolution and / or local resolution of the underwater sound sources from each other.
  • dividing the frequency range may be such that adjacent frequency bands form a frequency band gap or frequency band overlap.
  • an improved method for time resolution and / or spatial resolution of two underwater sound signal sources can be provided from each other.
  • each frequency band may comprise a bandwidth of 20 kHz. In this case there is a (very low) "frequency band overlap".
  • Frequency bandwidth from 20 Hz to 200 kHz twenty frequency bands each with 5 kHz can be provided, each having no overlaps but each have a frequency band spacing. It is also possible that partially a frequency band overlap and partly a frequency band spacing is used.
  • two, three or more frequency bands are grouped into a first frequency band group, the grouped frequency bands being adjacent to one another in particular.
  • a second frequency band group, a third frequency band group and / or other frequency band groups may be formed by the grouping.
  • the respective signal strengths can be added depending on the position (for example, angle-dependent).
  • one of the frequency band groups can be successively formed, in particular from high frequencies to low frequencies.
  • the frequency bands with the two highest frequency bandwidths can become one
  • Frequency band group are summarized. In the present case, if the signal-to-noise ratio is not yet sufficient, the frequency band with the third highest frequency bandwidth can be added to the frequency band group. If this is still not enough, this can be done with the fourth highest frequency bandwidth and so on.
  • the signal strength characteristic of one of the frequency bands and / or one of the frequency band groups is the first Underwater sound source and the second
  • Underwater sound source determined. By this determination, the underwater sound sources can be separated from each other.
  • the first underwater sound source and the second underwater sound source can be determined by means of a maximum determination and / or by means of a mathematical adaptation of two basic functions to the signal strength profile.
  • mathematical fitting can be done using two basic functions. For example, two Gaussian curves, whose maxima are close to each other, overlappingly form part of the signal strength curve, which does not form separate, local maxima. This overlap function only has a maximum. If this total function is adapted mathematically (fitting is also called "fitting"), for example, two assumed Gaussian functions can form the overlapping function descriptively or mixtures of the two, eg Voigtfunktionen, which arise from a convolution of the Gaussian curves and the Lorentz curve, the overlap function form.
  • two assumed Gaussian functions can form the overlapping function descriptively or mixtures of the two, eg Voigtfunktionen, which arise from a convolution of the Gaussian curves and the Lorentz curve, the overlap function form.
  • one of the signal strength curves as a function of location or the two subsonic sound signals can be displayed as a function of location and time.
  • a display element for example, in the present case serve a display or a screen.
  • Tracking algorithm tracked.
  • Tracking can be done by extrapolation.
  • an unresolved and, for example, interrupted signal with high probability can be assigned.
  • frayed signal end lanes are compared with frayed signal start lanes, and the most probable lane is selected by extrapolating the ends and checking for an overlap. Tracing is also called "tracking".
  • the tracking can be carried out for individual frequency bands or for all frequency bands and / or for individual frequencies
  • Frequency band groups or for all frequency band groups are Frequency band groups or for all frequency band groups.
  • the track can be analyzed by the well-resolved maxima of the underwater sound signals, while at lower frequencies, frequency bands are combined into frequency band groups and the course determination
  • the tracking (SHT process) and / or by means of a multi ⁇ hypothesis tracker process (MHT method) can be performed by a single hypothesis tracker method.
  • a track fusion is performed in which different tracking algorithms, in particular for different frequency bands and / or frequency band groups, interactively determine a track.
  • Interaction is understood in particular to mean that different tracking algorithms and / or different tracking methods for different frequency bands or frequency band groups are looking for an optimal solution depending on each other.
  • Track track results are eliminated and / or optimally combined.
  • a tracking algorithm can be used for each frequency band, so that a track track is determined for each frequency band. This can lead to fraying in an overall representation of the track tracks.
  • tracking results which are definitely exclude due to their location, can be omitted, so that, for example, only half of the tracking results are used. These in turn can be averaged, for example. Also strongly divergent track tracks can be detected and omitted.
  • the object is achieved by a device having a hydrophone and a computer, wherein the device is set up such that a previously described method can be carried out.
  • Such a computer has in particular working memory, fixed memory, input and output means and corresponding calculation algorithms.
  • the hydrophone naturally has an electronic evaluation unit on, which processes signals in such a way that they can be evaluated by the computer, for example.
  • the object is achieved by a watercraft having the device described above.
  • Figure 1 is a schematic representation of a
  • Figure 2a-e is a schematic representation of a
  • FIG. 3 is a schematic representation of several components
  • Figure 4a is a schematic representation of a
  • Figure 4b is a schematic representation of
  • Figure 5 is a schematic representation of two crossing targets according to the prior art and Figure 6 is a schematic representation of the intersecting courses of Fig. 5 according to the invention.
  • the task of a tracking system is to extract as many true target lanes as possible from the available detections and to estimate their bearing course and additionally to prevent the extraction of false target lanes as well as possible.
  • the already mentioned target intersections represent a challenge for such a system due to the lack of detections. If a track intersection is extended over a very long time, an assignment of target track pieces before and after such a crossing according to the prior art is not possible.
  • Waveform processing and processing can be found in Richard Nielsen's Basic Book, Sonar Signal Processing, Artech House, 1991 (ISBN 0-89006-453-9). be removed. In particular, reference is made here to Chapter 2 and especially to Chapter 2.5, the content of which is part of the present document.
  • the discrete beam signals can be converted into a continuous distribution (waveform, Fig. 2e.).
  • FIG. 4a shows a spatially resolved signal curve 351 with three maxima 561, 563, 565. On the abscissa is again the bearing and on the ordinate the energy is plotted. From the spatially resolved
  • Waveform representation from FIG. 4 a a time-resolved representation (FIG. 4 b) can be determined.
  • a so-called waterfall diagram or Bearing Time Record (BTR) is shown, which represents the time course of the target detections (maxima 561, 563, 565). It is therefore a time-resolved representation.
  • the bearing is plotted on the abscissa and the time on the ordinate.
  • the local maxima 561, 563, 565 are extracted from each of these envelopes.
  • the local maxima and the associated bearing are determined. Due to the time course, the course
  • FIG. 5 shows a waterfall diagram according to the prior art, in which the total frequency width was used to determine the maxima.
  • the abscissa has a bearing ⁇ and the ordinate the time t.
  • the course 661, 663 of a first target 461 and a second target 463 is shown.
  • the opening 673 of the course in the intersection area 671 of the two courses 661, 663, for the weaker destination 663 there is an opening 673 of the course, so that the course can not be clearly predicted.
  • the frequency bands 17, 18, 19, and 20 are grouped into a frequency band group after the fanning 673 is detected.
  • the maxima are determined for the signal course of this frequency band group and the courses 661, 663 are determined.
  • Fray 673 is omitted and rates 661, 663 are uniquely determinable. Possibly. the course is extrapolated 663.

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Abstract

The invention relates to a method for carrying out spatial and/or time resolution of a first underwater sound source from a second underwater sound source, and the first underwater sound source and the second underwater sound source each emit and/or reflect an underwater sound signal and the method comprises picking up the reflected and/or emitted underwater sound signals in a frequency range, dividing the frequency range into at least two frequency bands and determining a signal amplification profile with spatial and/or time resolution for each frequency band.

Description

Verfahren zum Orts- und/oder Zeitauflösen einer ersten Unterwasserschallquelle von einer zweiten Unterwasserschallquelle und zugehörige Vorrichtung sowie  Method for spatially and / or temporally dissolving a first underwater sound source from a second underwater sound source and associated apparatus and
Wasserfahrzeug  water craft
[Ol] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Orts¬ und/oder Zeitauflösen einer ersten Unterwasserschallquelle von einer zweiten Unterwasserschallquelle, wobei die erste Unterwasserschallquelle und die zweiteThe invention relates to a method for location and / or time resolution of a first underwater sound source from a second underwater sound source , wherein the first underwater sound source and the second
Unterwasserschallquelle jeweils ein Unterwasserschallsignal aussenden und/oder reflektieren und eine Vorrichtung, welche das Verfahren durchführt und ein zugehöriges Wasserfahrzeug, welches wenigstens ein Hydrophon oder eine Hydrophonanordnung und einen Rechner und aufweist. Underwater sound source each emit and / or reflect an underwater sound signal and a device, which performs the method and an associated watercraft, which at least one hydrophone or a Hydrophonanordnung and a computer and has.
[02] Bei der Zielverfolgung mit aktiven oder passiven Sonaren wird versucht, einzelne Wasserfahrzeuge oder Unterwasserfahrzeuge zu lokalisieren und die Bewegung dieser Unterwasserfahrzeuge aufzuzeichnen. [02] Target tracking with active or passive sonars attempts to locate individual vessels or underwater vehicles and record the movement of these underwater vehicles.
[03] Um den Kurs abzuschätzen, werden die Signale über die Zeit überwacht und entsprechend dargestellt. Im Idealfall ergibt sich ein stetiger Graph, welcher dem Kurs des zu verfolgenden Objekts entspricht. [03] To estimate the price, the signals are monitored over time and displayed accordingly. In the ideal case, a continuous graph is obtained, which corresponds to the course of the object to be tracked.
[04] Werden jedoch parallel mehrere Wasserfahrzeuge verfolgt, welche insbesondere sehr nah beieinander sind oder deren Kurse sich kreuzen, kann dies teilweise mit den bekannten aktiven und passiven Sonaren nicht mehr aufgelöst werden. Auch kann es vorkommen, dass in einem Überlappungsbereich mehrere sinnvolle Kurse, für passive Sonare Peilungen, für ein Fahrzeug angezeigt werden. Dies ist eher unbefriedigend, da nicht immer eindeutig klar ist, welches der wahre Kurs/ die wahre Peilung des Wasserfahrzeugs ist. However, if several vessels are pursued in parallel, which are in particular very close to each other or whose courses intersect, this can sometimes no longer be resolved with the known active and passive sonars. Also it can happen that in one Overlapping area several meaningful courses, for passive sonar bearings, for a vehicle to be displayed. This is rather unsatisfactory because it is not always clear what the true heading / bearing of the vessel is.
[05] Aufgabe ist es den Stand der Technik zu verbessern. [05] The task is to improve the state of the art.
[06] Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Orts- und/oder Zeitauflösen einer ersten[06] The problem is solved by a method for location and / or time resolution of a first
Unterwasserschallquelle von einer zweitenUnderwater sound source from a second
Unterwasserschallquelle, wobei die ersteUnderwater sound source, the first
Unterwasserschallquelle und die zweiteUnderwater sound source and the second
Unterwasserschallquelle jeweils ein Unterwasserschallsignal aussenden und/oder reflektieren, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist Underwater sound source each emit and / or reflect an underwater sound signal, the method having the following steps
- Aufnehmen der reflektierten und/oder ausgesandten Unterwasserschallsignale in einem Frequenzbereich, Recording the reflected and / or emitted underwater sound signals in a frequency range,
- Unterteilen des Frequenzbereichs in wenigstens zwei Frequenzbänder und - Dividing the frequency range in at least two frequency bands and
- Bestimmen eines orts- und/oder zeitaufgelösten Signalstärkeverlaufs zu jedem Frequenzband. Determining a spatially and / or time-resolved signal strength curve for each frequency band.
[07] Durch das Unterteilen des Frequenzbereichs in wenigstens zwei Frequenzbänder können insbesondere in dem Frequenzband mit den höheren Frequenzen zwei Unterwasserschallquellen voneinander separiert werden, welche in einer Gesamtdarstellung in dem (Gesamt- ) Frequenzbereich nicht aufgelöst werden. [08] Insbesondere durch das Auswerten der Frequenzbänder kann auch bei sich kreuzenden Kursen der Unterwasserschallquellen der Kurs der einzelnen Unterwasserschallquelle länger eindeutig verfolgt werden. By subdividing the frequency range into at least two frequency bands, two underwater sound sources, in particular in the frequency band with the higher frequencies, can be separated from one another, which are not resolved in an overall representation in the (total) frequency range. [08] In particular, by evaluating the frequency bands, the course of the individual underwater sound source can be tracked clearly longer even with intersecting courses of the underwater sound sources.
[09] Folgendes Begriffliche sei erläutert: [09] The following is explained:
[10] Eine „Unterwasserschallquelle" kann jedes natürliche oder künstliche Objekt sein, welches[10] An "underwater sound source" can be any natural or artificial object which
Unterwasserschallwellen aussendet oder reflektiert. Insbesondere können dies Schiffe, Bojen, U-Boote, AUV^sUnderwater sound waves emitted or reflected. In particular, these may include ships, buoys, submarines, AUV ^ s
(Autonomous Underwater Vehicles) oder ROV's (Remotely Operating Vehicles) sein. Auch stationäre Gebilde wie Ölplattformen oder Bojen sind mit umfasst. Insbesondere kann eine oder können beide Unterwasserschallquellen sich im oder auf dem Wasser bewegen. (Autonomous Underwater Vehicles) or ROVs (Remotely Operating Vehicles). Stationary structures such as oil platforms or buoys are also included. In particular, one or both of the underwater sound sources can move in or on the water.
[11] Das Unterwasserschallsignal ist insbesondere ein von der Unterwasserschallquelle ausgesandtes Signal, wie beispielsweise ein Schraubengeräusch. Auch reflektierte Signale, beispielsweise eines aktiven Sonars, welche in Richtung der Unterwasserschallquelle gesandt und von der Unterwasserschallquelle wieder zurück gesandt werden, sind mit umfasst. Das Unterwasserschallsignal wird insbesondere durch ein Hydrophon oder eine Hydrophonanordnung[11] The underwater sound signal is in particular a signal emitted by the underwater sound source, such as a screw sound. Also reflected signals, such as an active sonar, which are sent in the direction of the underwater sound source and sent back from the underwater sound source are included. The underwater sound signal is in particular by a hydrophone or a hydrophone arrangement
(Hydrophonarray) aufgezeichnet. Ein derartiges Hydrophon kann beispielsweise hierzu elektrische Elemente (z.B. Piezo-Keramiken) aufweisen, welche entsprechend den Unterwasserschallsignalen schwingen und ein elektronisches Signal erzeugen, welches entsprechend umgewandelt wird. [12] Auch kann statt nur eines Hydrophons eine Hydrophonarray oder mehrere Hydrophone eingesetzt werden, sodass eine Richtungsbestimmung realisierbar ist. (Hydrophone array) recorded. Such a hydrophone, for example, for this purpose, electrical elements (eg piezo-ceramics) have, which oscillate according to the underwater sound signals and generate an electronic signal, which is converted accordingly. [12] It is also possible to use a hydrophone array or several hydrophones instead of just one hydrophone, so that a direction determination can be realized.
[13] Unter „Ortsauflösung" , sei insbesondere verstanden, dass beispielsweise über einen Winkelbereich zwei Unterwasserschallsignale separierbar sind. [13] "Spatial resolution" is understood in particular to mean that, for example, two underwater sound signals can be separated over an angular range.
[14] Unter einem „Zeitauflösen" sei insbesondere zu verstehen, dass sich die zeitlich ändernden Positionen, welche einem Kurs oder einer Peilungsverlauf (Variation der Peilung) entsprechen, den einzelnen[14] A "time resolution" is to be understood in particular that the time-varying positions, which correspond to a course or a bearing course (variation of the bearing), the individual
Unterwasserschallquellen zuordbar ist. Underwater sound sources can be assigned.
[15] Unter dem „Aufnehmen der reflektierten und/oder ausgesandten Unterwasserschallsignalen" ist insbesondere das Messen mittels eines Hydrophons oder einer Hydrophonanordnung und das elektronische Auswerten mittels einer entsprechenden Elektronik und einem ggf. nachgeschalteten Rechner zu verstehen. [15] "Recording of the reflected and / or emitted underwater sound signals" is to be understood in particular as meaning the measurement by means of a hydrophone or a hydrophone arrangement and the electronic evaluation by means of a corresponding electronic system and an optionally downstream computer.
[16] Der „Frequenzbereich" ist insbesondere der Frequenzbereich, welcher mit dem Hydrophon messbar ist oder entsprechend gemessen wird. Grundsätzlich weist dieser eine Untergrenze und eine Obergrenze auf. Die Grenzen sind antennengeometrieabhängig . Je nach Art des Hydrophons liegt der Frequenzbereich beispielsweise zwischen einigen Hz und mehreren kHz . [16] The "frequency range" is in particular the frequency range, which is measurable or measured with the hydrophone, which basically has a lower limit and an upper limit, depending on the type of hydrophone the frequency range is for example between a few Hz and several kHz.
[17] Beim „Unterteilen des Frequenzbereichs" wird insbesondere anhand der Frequenz oder der Wellenlänge der Frequenzbereich aufgeteilt. [18] Beim „Signalstärkeverlauf" wird beispielsweise die (Schall-) Energie (-einhüllende) des jeweiligen[17] When "dividing the frequency range", the frequency range is divided in particular on the basis of the frequency or the wavelength. [18] The "signal strength curve", for example, the (sound) energy (-einhüllende) of the respective
Frequenzbandes über den Ort (für vorliegenden Text auch synonym für Peilung) bestimmt. Insbesondere bei einer Rundumdarstellung (360°), wird die Schallintensität über den Winkel bestimmt. Frequency band over the place (for present text also synonymous for bearing) determined. Especially with an all-round display (360 °), the sound intensity is determined by the angle.
[19] Bei dem „zeitaufgelösten Signalstärkeverlauf" kann für eine erkannte Unterwasserschallquelle der Zeitverlauf über den Ort (Peilung) dieser Unterwasserschallquelle bestimmt werden. Dieses Bestimmen kann für jedes Frequenzband einzeln erfolgen. Auch ein zeitaufgelöster Signalstärkeverlauf kann in dem einen Frequenzband und ein ortsaufgelöster Signalstärkeverlauf in dem anderen Frequenzband bestimmt werden. [19] The "time-resolved signal strength curve" can be used to determine the course of the underwater sound source for a detected underwater sound source, which can be determined individually for each frequency band the other frequency band are determined.
[20] In einer weiteren Ausführungsform werden beim Unterteilen des Frequenzbandbereichs drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, elf, zwölf, dreizehn, vierzehn, fünfzehn, sechszehn, siebzehn, achtzehn, neunzehn, zwanzig oder mehr Frequenzbänder bereitgestellt. Somit kann vorteilhafterweise der Frequenzbereich feiner aufgeteilt werden. [20] In another embodiment, dividing the frequency band range into three, four, five, six, seven, eight, nine, ten, eleven, twelve, thirteen, fourteen, fifteen, sixteen, seventeen, eighteen, nineteen, twenty or more frequency bands provided. Thus, advantageously, the frequency range can be finely divided.
[21] Insbesondere durch den Effekt, dass[21] In particular, by the effect that
Unterwasserschall frequenzabhängig durch das Wasser gedämpft wird, kann so über die einzelnen Frequenzbänder ein detaillierteres Zeitauflösen und/oder Ortsauflösen der Unterwasserschallquellen voneinander erfolgen. Underwater noise is frequency dependent attenuated by the water, so can be done on the individual frequency bands a more detailed time resolution and / or local resolution of the underwater sound sources from each other.
[22] Um einen höheren Schallenergiebeitrag zu erreichen oder um bestimmte Frequenzbereiche unbeachtlich zu lassen, kann das Unterteilen des Frequenzbereichs derart erfolgen, dass benachbarte Frequenzbänder einen Frequenzbandabstand oder eine Frequenzbandüberlappung ausbilden. Somit können wiederrum ein verbessertes Verfahren zum Zeitauflösen und/oder Ortsauflösen zweier Unterwasserschallsignalquellen voneinander bereitgestellt werden. [22] In order to achieve a higher sound energy contribution or to leave certain frequency ranges unimportant, For example, dividing the frequency range may be such that adjacent frequency bands form a frequency band gap or frequency band overlap. Thus, in turn, an improved method for time resolution and / or spatial resolution of two underwater sound signal sources can be provided from each other.
[23] Wird eine Antenne mit einer (Gesamt-) Frequenzbandbreite von 20 Hz bis 200 kHz zugrunde gelegt und werden zwanzig Frequenzbänder bestimmt, kann jedes Frequenzband eine Bandbreite von 20 kHz umfassen. In diesem Fall liegt eine (sehr geringe) „Frequenzbandüberlappung" vor . [23] If an antenna with a (total) frequency bandwidth of 20 Hz to 200 kHz is used and twenty frequency bands are determined, each frequency band may comprise a bandwidth of 20 kHz. In this case there is a (very low) "frequency band overlap".
[24] Für eine Antenne mit einer (Gesamt-[24] For an antenna with one (total
) Frequenzbandbreite von 20 Hz bis 200 kHz können zwanzig Frequenzbänder mit jeweils 5 kHz bereitgestellt werden, welche jeweils keinerlei Überlappungen sondern jeweils eine Frequenzbandbeabstandung aufweisen. Auch ist es möglich, dass teilweise eine Frequenzbandüberlappung und teilweise eine Frequenzbandbeabstandung verwendet wird. ) Frequency bandwidth from 20 Hz to 200 kHz twenty frequency bands each with 5 kHz can be provided, each having no overlaps but each have a frequency band spacing. It is also possible that partially a frequency band overlap and partly a frequency band spacing is used.
[25] In einer weiteren Ausführungsform werden zwei, drei oder mehr Frequenzbänder zu einer ersten Frequenzbandgruppe gruppiert, wobei die gruppierten Frequenzbänder insbesondere zueinander benachbart sind. [25] In another embodiment, two, three or more frequency bands are grouped into a first frequency band group, the grouped frequency bands being adjacent to one another in particular.
[26] Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Schallenergie, welche mittels des Signalstärkeverlaufs in einem Frequenzband dargestellt wird, aufgrund des ungünstigen Signal-zu-Rauschverhältnis nicht eindeutig zum Zeitauflösen und/oder Ortsauflösen geeignet ist. Durch das Zusammenfassen mehrerer Frequenzbänder kann ein besseres Signal-zu-Rauschverhältnis bereitgestellt werden, welches dann ein besseres Orts- und/oder Zeitauflösen ermöglicht. [26] This can be particularly advantageous if the sound energy which is represented in a frequency band by means of the signal strength curve is not clearly suitable for time resolution and / or spatial resolution due to the unfavorable signal-to-noise ratio. By the Combining multiple frequency bands can provide a better signal-to-noise ratio, which then allows for better location and / or time resolution.
[27] Um das Signal-zu-Rauschverhältnis mehrerer[27] For the signal-to-noise ratio of several
Frequenzbänder zu verbessern, kann eine zweite Frequenzbandgruppe, eine dritte Frequenzbandgruppe und/oder weitere Frequenzbandgruppen durch das Gruppieren gebildet werden . To improve frequency bands, a second frequency band group, a third frequency band group and / or other frequency band groups may be formed by the grouping.
[28] Bei dem „Gruppieren" können beispielsweise die jeweiligen Signalstärken positionsabhängig (z.B. winkelabhängig) addiert werden. [28] In "grouping", for example, the respective signal strengths can be added depending on the position (for example, angle-dependent).
[29] Da häufig höhere Frequenzen ein besseres Ortauflösen zweier Unterwasserschallsignale ermöglichen, kann eine der Frequenzbandgruppen sukzessive, insbesondere von hohen Frequenzen zu tiefen Frequenzen, gebildet werden. [29] Frequently higher frequencies allow a better local resolution of two underwater sound signals, one of the frequency band groups can be successively formed, in particular from high frequencies to low frequencies.
[30] So können beispielsweise die Frequenzbänder mit den beiden höchsten Frequenzbandbreiten zu einerFor example, the frequency bands with the two highest frequency bandwidths can become one
Frequenzbandgruppe zusammengefasst werden. Sollte vorliegend das Signal-zu-Rauschverhältnis noch nicht ausreichend sein, kann das Frequenzband mit der dritthöchsten Frequenzbandbreite der Frequenzbandgruppe hinzugefügt werden. Sollte dies immer noch nicht ausreichen, so kann dies mit der vierthöchsten Frequenzbandbreite usw. erfolgen. Frequency band group are summarized. In the present case, if the signal-to-noise ratio is not yet sufficient, the frequency band with the third highest frequency bandwidth can be added to the frequency band group. If this is still not enough, this can be done with the fourth highest frequency bandwidth and so on.
[31] In einer weiteren Ausführungsform wird mittels des Signalstärkeverlaufs eines der Frequenzbänder und/oder einer der Frequenzbandgruppen die erste Unterwasserschallquelle und die zweite[31] In another embodiment, the signal strength characteristic of one of the frequency bands and / or one of the frequency band groups is the first Underwater sound source and the second
Unterwasserschallquelle ermittelt. Durch dieses Ermitteln können die Unterwasserschallquellen voneinander separiert werden . Underwater sound source determined. By this determination, the underwater sound sources can be separated from each other.
[32] Um ein besonders einfaches Verfahren für das Ermitteln der ersten Unterwasserschallquelle und der zweiten Unterwasserschallquelle bereitstellen zu können, kann das Ermitteln der ersten Unterwasserschallquelle und der zweiten Unterwasserschallquelle mittels einer Maximumsbestimmung und/oder mittels eines mathematischen Anpassens zweier Grundfunktionen an den Signalstärkeverlauf erfolgen . In order to be able to provide a particularly simple method for determining the first underwater sound source and the second underwater sound source, the first underwater sound source and the second underwater sound source can be determined by means of a maximum determination and / or by means of a mathematical adaptation of two basic functions to the signal strength profile.
[33] Bei der „Maximumbestimmung" können insbesondere zwei lokale Maxima, welche zueinander benachbart sind, jeweils einer Unterwasserschallquelle zugeordnet werden. Dies stellt ein besonders einfaches Verfahren dar. In the case of the "maximum determination", in particular two local maxima, which are adjacent to one another, can each be assigned to an underwater sound source, which represents a particularly simple method.
[34] In den Fällen, in denen dies beispielsweise nicht durchgeführt werden kann, kann das mathematische Anpassen mittels zweier Grundfunktionen erfolgen. So können beispielsweise zwei Gaußkurven, deren Maxima nahe beieinander liegen, überlappend einen Teil des Signalstärkeverlaufs bilden, welcher keine separaten, lokalen Maxima ausbildet. Diese Überlappungsfunktion weist lediglich ein Maximum auf. Wird diese Gesamtfunktion mathematisch angepasst (anpassen wird auch „fitten" genannt) so können beispielsweise zwei angenommene Gaußfunktionen die Überlappungsfunktion beschreibend bilden. Statt Gaußfunktionen können auch Lorent zfunktionen oder Mischungen der beiden, z.B. Voigtfunktionen, welche aus einer Faltung der Gaußkurven und der Lorentzkurve entstehen, die Überlappungsfunktion bilden. [34] In cases where this can not be done, for example, mathematical fitting can be done using two basic functions. For example, two Gaussian curves, whose maxima are close to each other, overlappingly form part of the signal strength curve, which does not form separate, local maxima. This overlap function only has a maximum. If this total function is adapted mathematically (fitting is also called "fitting"), for example, two assumed Gaussian functions can form the overlapping function descriptively or mixtures of the two, eg Voigtfunktionen, which arise from a convolution of the Gaussian curves and the Lorentz curve, the overlap function form.
[35] Damit ein menschlicher Bediener die zeitaufgelösten und/oder ortsaufgelösten Unterwasserschallsignale verfolgen kann, kann einer der Signalstärkeverläufe in Abhängigkeit von Ort oder die beiden Unterwasserschallsignale als Funktion von Ort und Zeit angezeigt werden. Als Anzeigeelement kann beispielsweise vorliegend ein Display oder ein Bildschirm dienen. [35] In order for a human operator to track the time-resolved and / or spatially-resolved subsonic sound signals, one of the signal strength curves as a function of location or the two subsonic sound signals can be displayed as a function of location and time. As a display element, for example, in the present case serve a display or a screen.
[36] In einer weiteren Ausführungsform werden die erste Unterwasserschallquelle und/oder die zweiteIn a further embodiment, the first underwater sound source and / or the second
Unterwasserschallquelle, insbesondere mittels einesUnderwater sound source, in particular by means of a
Trackingalgorithmus , nachverfolgt . Tracking algorithm, tracked.
[37] Dadurch kann auf einen zukünftigen oder den wirklichen Kurs einer der Unterwasserschallquellen geschlossen werden. [37] This can be used to conclude a future course or the actual course of one of the underwater sound sources.
[38] Dabei kann das Nachverfolgen durch Extrapolation erfolgen. So kann ein nichtaufgelöstes und bspw. unterbrochenes Signal mit hoher Wahrscheinlichkeit zugeordnet werden. So werden beispielsweise ausgefranste Signalendspuren mit ausgefransten Signalanfangsspuren verglichen und durch Extrapolation der Enden und der Überprüfung einer Überlappung die wahrscheinlichste Spur ausgewählt. Das Nachverfolgen wird auch „Tracken" genannt. [38] Tracking can be done by extrapolation. Thus, an unresolved and, for example, interrupted signal with high probability can be assigned. For example, frayed signal end lanes are compared with frayed signal start lanes, and the most probable lane is selected by extrapolating the ends and checking for an overlap. Tracing is also called "tracking".
[39] Um aus mehreren ermittelten Kursen der einzelnen Unterwasserschallquellen den wahrscheinlichsten Kurs (für den gesamten Text synonym zu Peilungsverlauf) zu ermitteln, kann das Nachverfolgen für einzelne Frequenzbänder oder für sämtliche Frequenzbänder und/oder für einzelne[39] To determine the most probable course (for tracking the entire text synonymously with the bearing course), the tracking can be carried out for individual frequency bands or for all frequency bands and / or for individual frequencies
Frequenzbandgruppen oder für sämtliche Frequenzbandgruppen erfolgen . Frequency band groups or for all frequency band groups.
[40] So kann in den hochfrequenten Frequenzbändern die Spur anhand der gut aufgelösten Maxima der Unterwasserschallsignale analysiert werden, während in tieferen Frequenzen Frequenzbänder zu Frequenzbandgruppen zusammengeführt werden und die KursermittlungThus, in the high-frequency frequency bands, the track can be analyzed by the well-resolved maxima of the underwater sound signals, while at lower frequencies, frequency bands are combined into frequency band groups and the course determination
(Peilungsverlaufermittlung) zusätzlich für diese erfolgt. Durch einen Vergleich und durch eine Mittelung der Ergebnisse kann ein optimiertes Ergebnis erhalten werden. (Beilungsverlaufermittlung) additionally for this takes place. By comparing and averaging the results, an optimized result can be obtained.
[41] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Nachverfolgen mittels eines Einzel-Hypothesen-Tracker- Verfahrens ( SHT-Verfahren) und/oder mittels eines Multi¬ Hypothesen-Tracker-Verfahrens (MHT-Verfahren) erfolgen. [41] In the inventive method, the tracking (SHT process) and / or by means of a multi ¬ hypothesis tracker process (MHT method) can be performed by a single hypothesis tracker method.
[42] Bei diesen Trackingverfahren (SHT, MHT) handelt es sich um gut geeignete Verfahren, welche sowohl für einzelne Frequenzbänder als auch für Frequenzbandgruppen einsetzbar sind. Insbesondere sind die Trackingverfahren und deren Adaption in der EP 2 267 475 AI offenbart, deren diesbezüglicher Inhalt Bestandteil der vorliegenden Beschreibung ist. [42] These tracking methods (SHT, MHT) are well-suited methods that can be used for individual frequency bands as well as for frequency band groups. In particular, the tracking methods and their adaptation are disclosed in EP 2 267 475 A1, the relevant content of which is part of the present description.
[43] In einer Ausführungsform wird eine Trackfusion durchgeführt, bei der verschiedene Trackingalgorithmen, insbesondere für verschiedene Frequenzbänder und/oder Frequenzbandgruppen, interagierend einen Track ermitteln. [44] Interagierend ist insbesondere derart zu verstehen, dass verschiedene Trackingalgorithmen und/oder verschiedene Trackingverfahren für verschiedenen Frequenzbänder oder Frequenzbandgruppen abhängig voneinander eine optimale Lösung suchen. [43] In one embodiment, a track fusion is performed in which different tracking algorithms, in particular for different frequency bands and / or frequency band groups, interactively determine a track. [44] Interaction is understood in particular to mean that different tracking algorithms and / or different tracking methods for different frequency bands or frequency band groups are looking for an optimal solution depending on each other.
[45] Insbesondere können damit Ausfransungen der einzelnen Trackspuren analysiert werden undIn particular, so frays of each track tracks can be analyzed and
Trackspurergebnisse eliminiert und/oder optimal kombiniert werden . Track track results are eliminated and / or optimally combined.
[46] Beispielsweise kann für jedes Frequenzband ein Trackingalgorithmus eingesetzt werden, sodass für jedes Frequenzband eine Trackspur ermittelt wird. Dies kann zu Ausfransungen bei einer Gesamtdarstellung der Trackspuren führen. So können Trackingergebnisse, welche definitiv aufgrund ihrer Lage ausschließbar sind, weggelassen werden, sodass beispielsweise lediglich die Hälfte der Trackingergebnisse herangezogen werden. Diese wiederum können beispielsweise gemittelt werden. Auch können stark divergierende Trackspuren ermittelt und weggelassen werden. [46] For example, a tracking algorithm can be used for each frequency band, so that a track track is determined for each frequency band. This can lead to fraying in an overall representation of the track tracks. Thus, tracking results, which are definitely exclude due to their location, can be omitted, so that, for example, only half of the tracking results are used. These in turn can be averaged, for example. Also strongly divergent track tracks can be detected and omitted.
[47] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung mit einem Hydrophon und einem Rechner, wobei die Vorrichtung derart eingerichtet ist, dass ein zuvor beschriebenes Verfahren durchführbar ist. [47] In a further aspect of the invention, the object is achieved by a device having a hydrophone and a computer, wherein the device is set up such that a previously described method can be carried out.
[48] Ein derartiger Rechner weist insbesondere Arbeitsspeicher, FestSpeicher, Eingabe- und Ausgabemittel und entsprechende Berechnungsalgorithmen auf. Das Hydrophon weist selbstverständlich eine elektronische Auswerteeinheit auf, welche Signale derart aufbereitet, dass sie beispielsweise durch den Rechner auswertbar sind. [48] Such a computer has in particular working memory, fixed memory, input and output means and corresponding calculation algorithms. The hydrophone naturally has an electronic evaluation unit on, which processes signals in such a way that they can be evaluated by the computer, for example.
[49] In einem zusätzlichen Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Wasserfahrzeug, welches die zuvor beschriebene Vorrichtung aufweist. [49] In an additional aspect, the object is achieved by a watercraft having the device described above.
[50] Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen [50] In the following, the invention will be explained with reference to exemplary embodiments. Show it
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Figure 1 is a schematic representation of a
Geometrie einer Linearantenne mit einer auflaufenden ebenen Welle,  Geometry of a linear antenna with a ramped plane wave,
Figur 2a-e eine schematische Darstellung einer Figure 2a-e is a schematic representation of a
Umwandlung einer aus einer Antenne gewonnener Unterwasserschallsignale zu einer Energieeinhüllenden,  Converting an underwater sound signal obtained from an antenna to an energy envelope,
Figur 3 eine schematische Darstellung mehrerer Figure 3 is a schematic representation of several
Frequenzbänder,  Frequency bands,
Figur 4a eine schematische Darstellung einer Figure 4a is a schematic representation of a
Energieeinhüllenden mit zugehörigen Zielen,  Energy envelopes with associated goals,
Figur 4b eine schematische Darstellung der Figure 4b is a schematic representation of
Peilspuren (Kurse) der Ziele aus Fig. 4a,  Bearing marks (courses) of the targets from FIG. 4a,
Figur 5 eine schematische Darstellung zweier sich kreuzender Ziele nach dem Stand der Technik und Figur 6 eine schematische Darstellung der sich kreuzenden Kurse aus Fig. 5 gemäß der Erfindung . Figure 5 is a schematic representation of two crossing targets according to the prior art and Figure 6 is a schematic representation of the intersecting courses of Fig. 5 according to the invention.
[51] Vorab soll die Theorie der vorliegenden Erfindung, welche der vorliegenden Technik zugrunde liegt, kurz, anschaulich mit zugehörigen Vorteilen erläutert werden. [51] In the first place, the theory of the present invention, which is the basis of the present technique, will be explained briefly, clearly with associated advantages.
[52] Neben der in der Breitband-Signalverarbeitung pro Zeittakt erzeugten Energieeinhüllenden bei einer Zeitverlaufsdarstellung, welche die Gesamtenergie der Schallintensität eines bestimmten Frequenzbandes (hängt ab von der ausgewählten Antenne) in Abhängigkeit von der Einfallsrichtung darstellt, werden insbesondere in der Ortsdarstellung (Peilung) pro Zeittakt mehrere[52] In addition to the energy envelope generated in the broadband signal processing per time cycle in a time-lapse representation, which represents the total energy of the sound intensity of a particular frequency band (depends on the selected antenna) depending on the direction of incidence, in particular in the location representation (bearing) per Time clock several
Energieeinhüllende erzeugt, wobei jeweils die Gesamtenergie der Schallintensität eines bestimmten Frequenzbandes des gesamten Frequenzbereiches in Abhängigkeit von einer Einfallsrichtung bestimmt wird. Generates energy envelope, in each case the total energy of the sound intensity of a particular frequency band of the entire frequency range is determined in dependence on an incident direction.
[53] Bedingt durch die Wellenlängen- bzw.[53] Due to the wavelength or
Frequenzabhängigkeit einer Hauptkeulenbreite derFrequency dependence of a main lobe width of
Richtcharakteristik einer WandleranordnungDirectional characteristic of a transducer arrangement
(Hydrophonarray) , lassen sich zwei in einer Sichtlinie eng benachbarte Ziele bei höheren Frequenzen besser auflösen, als bei niedrigeren. (Hydrophone array), two targets that are close together in a line of sight can be resolved better at higher frequencies than at lower frequencies.
[54] Gerade im Bereich von Zielkreuzungen ist daher die Betrachtung der Energieeinhüllenden höherfrequenter Frequenzbänder vorteilhaft. [55] Zwei Ziele können bis zu einem geringeren Peilabstand als einzelne lokale Maxima in der Einhüllenden detektiert werden. Wird die Lage der lokalen Maxima als Detektion einer Peilung zu einem existierenden Ziel angesehen, kann damit der Ausfall von Detektionen eines Ziels zeitlich verkürzt werden. Die zeitliche Abfolge der Detektionen eines bestimmten Ziels lässt sich zur Zeithistorie einer Zielspur zusammenfassen. Um dies zu bewerkstelligen, wird auf ein automatisch arbeitendes Tracking-System zurückgegriffen. [54] Especially in the area of target crossings, the consideration of the energy envelopes of higher-frequency frequency bands is therefore advantageous. [55] Two targets can be detected up to a smaller bearing distance than individual local maxima in the envelope. If the location of the local maxima is regarded as the detection of a bearing to an existing target, the failure of detections of a target can be shortened in time. The time sequence of the detections of a specific destination can be summarized to the time history of a destination track. To accomplish this, an automatic tracking system is used.
[56] Die Aufgabe eines Tracking-Systems besteht darin, aus den vorliegenden Detektionen möglichst alle wahren Zielspuren heraus zu extrahieren und deren Peilverlauf zu schätzen und zusätzlich die Extraktion von falschen Zielspuren so gut es geht zu unterbinden. Die bereits erwähnten Zielkreuzungen stellen aufgrund des Ausfalls von Detektionen eine Herausforderung für ein solches System dar. Ist eine Spurkreuzung zeitlich sehr weit ausgedehnt, ist eine Zuordnung von Zielspurstücken vor und nach einer solchen Kreuzung gemäß dem Stand der Technik nicht möglich. [56] The task of a tracking system is to extract as many true target lanes as possible from the available detections and to estimate their bearing course and additionally to prevent the extraction of false target lanes as well as possible. The already mentioned target intersections represent a challenge for such a system due to the lack of detections. If a track intersection is extended over a very long time, an assignment of target track pieces before and after such a crossing according to the prior art is not possible.
[57] Um hierfür eine Lösung anzubieten, kann eine Verringerung der zeitlichen Lücken in den Zielspuren verbessert werden. Dies erfolgt insbesondere durch eine verbesserte Ortsauflösung . [57] To provide a solution for this, a reduction in the time gaps in the target lanes can be improved. This is done in particular by an improved spatial resolution.
[58] Die Grundlagen zur eigentlichen[58] The basics to the actual
Signalverlaufsaufbereitung und -Weiterverarbeitung kann dem Grundlagenbuch von Richard 0. Nielsen, "Sonar Signal Processing", Artech House, 1991 (ISBN 0-89006-453-9) entnommen werden. Insbesondere sei hier auf Kapitel 2 und speziell auf Kapitel 2.5 verwiesen, dessen diesbezüglicher Inhalt Bestandteil der vorliegenden Schrift ist. Waveform processing and processing can be found in Richard Nielsen's Basic Book, Sonar Signal Processing, Artech House, 1991 (ISBN 0-89006-453-9). be removed. In particular, reference is made here to Chapter 2 and especially to Chapter 2.5, the content of which is part of the present document.
[59] In Figur 2 werden wesentliche Aspekte der Erzeugung der Engergieeinhüllenden für eine Linearantenne auf anschauliche Weise dargestellt. In Figure 2 essential aspects of the generation of the Engergieeinhüllenden for a linear antenna are shown in an illustrative manner.
[60] Mit Hilfe des Beamformings wird für die Linearantenne am Bug eines U-Bootes 311 eine Anzahl diskreter Beams gebildet. Die in einem Beam enthaltene gesamte Schallintensität (Energie) hängt davon ab, ob sich in der entsprechenden Richtung ein lautes Zielschiff 313, 315 befindet oder nicht. Die Ziele 313, 315 in Richtung Nord (0 °) bzw. Ost (90°) führen zu deutlich stärkerer Intensität (größere Balken in der Darstellung) in den sich teilweise überlagernden Beamsektoren 321, welche in Richtung der Ziele 313, 315 weisen. [60] With the help of beamforming, a number of discrete beams are formed for the linear antenna at the bow of a submarine 311. The total sound intensity (energy) contained in a beam depends on whether there is a loud target ship 313, 315 or not in the appropriate direction. The targets 313, 315 in the north (0 °) and east (90 °) lead to much stronger intensity (larger bars in the illustration) in the partially overlapping beam sectors 321, which point in the direction of the targets 313, 315.
[61] Durch Einklappen der Beamsignale in den Kreis 331 kann besondere Darstellung erzeugt werden. Durch Aufschneiden des Kreises 331 kann eine lineare DarstellungBy folding the beam signals in the circle 331 special representation can be generated. By cutting the circle 331 can be a linear representation
(Fig. 2d.) der Energieverteilung des Horizontes erreicht werden . (Fig. 2d.) Of the energy distribution of the horizon can be achieved.
[62] Durch Interpolation können die diskreten Beamsignale in eine kontinuierlich wirkende Verteilung (Signalverlauf, Fig. 2e.) umgerechnet werden. [62] By interpolation, the discrete beam signals can be converted into a continuous distribution (waveform, Fig. 2e.).
[63] In Figur 3 wird eine Auswahl an ortsaufgelösten Signalverläufen (Energieeinhüllenden) für lineare[63] In Figure 3, a selection of spatially resolved waveforms (energy envelopes) for linear
Hydrophonanordnung eines realen Seeszenarios dargestellt. Dabei ist auf der Abszisse die Peilung und auf der Ordinate die Energie (proportional zur Schallintensität) aufgetragen. Die Signalverläufe sind für unterschiedliche Frequenzbänder (Nr. 5, 8, 11, 14, 17, 20) aufgetragen. Je höher die Frequenzbandnummer desto höher sind die ausgewerteten Schallintensitäten . Hydrophone arrangement of a real lake scenario shown. In this case, the axis is plotted on the abscissa and the energy is plotted on the ordinate (proportional to the sound intensity). The signal curves are plotted for different frequency bands (Nos. 5, 8, 11, 14, 17, 20). The higher the frequency band number, the higher the evaluated sound intensities.
[64] Positiv wirken sich höhere Frequenzbänder auf das Zieltrennungsvermögen in Einhüllenden aus: Es ist zu sehen, dass in den höheren Bändern bei etwa 130° zwei lokale Maxima 461, 463 zu erkennen sind, wohingegen bei den unteren Frequenzbändern (Nr. 5 und Nr. 8) diese lokalen Maxima nicht mehr zu trennen sind. Das bedeutet, wird die zeitliche Entwicklung solcher Energieeinhüllenden betrachtet, sind sich in der Peilung annähernde Ziele in höheren Frequenzbändern länger als zwei Ziele auflösbar. Dies ist beim Zielverfolgen von großer Bedeutung. [64] Higher frequency bands have a positive effect on the target separation power in envelopes: It can be seen that two local maxima 461, 463 are visible in the higher bands at about 130 °, whereas in the lower bands (numbers 5 and no 8) these local maxima are inseparable. That is, if the temporal evolution of such energy envelopes is considered, approximate targets in higher frequency bands longer than two targets are resolvable in the bearing. This is of great importance in tracking goals.
[65] In Figur 4a ist ein ortsaufgelöster Signalverlauf 351 mit drei Maxima 561, 563, 565 dargestellt. Auf der Abszisse ist wiederum die Peilung und auf der Ordinate die Energie aufgetragen. Aus der ortsaufgelöstenFIG. 4a shows a spatially resolved signal curve 351 with three maxima 561, 563, 565. On the abscissa is again the bearing and on the ordinate the energy is plotted. From the spatially resolved
Signalverlaufdarstellung aus Fig. 4a kann eine zeitaufgelöste Darstellung (Fig. 4b) ermittelt werden. Waveform representation from FIG. 4 a, a time-resolved representation (FIG. 4 b) can be determined.
[66] In Fig. 4b ist ein sogenanntes Wasserfall-Diagramm oder Bearing Time Record (BTR) dargestellt, welches den zeitlichen Verlauf der Zieldetektionen (Maxima 561, 563, 565) darstellt. Es handelt sich also um eine zeitaufgelöste Darstellung. Dabei ist auf der Abszisse die Peilung und auf der Ordinaten die Zeit aufgetragen. [67] Es werden pro Zeittakt Nbancl Einhüllende erzeugt. Für den BTR werden aus jeder dieser Einhüllenden die lokalen Maxima 561, 563, 565 extrahiert. Für jeden Zeittakt werden die lokalen Maxima und die zugehörige Peilung bestimmt. Durch den zeitlichen Verlauf kann der Kurs[66] In Fig. 4b, a so-called waterfall diagram or Bearing Time Record (BTR) is shown, which represents the time course of the target detections (maxima 561, 563, 565). It is therefore a time-resolved representation. The bearing is plotted on the abscissa and the time on the ordinate. [67] N bancl envelopes are generated per time cycle . For the BTR, the local maxima 561, 563, 565 are extracted from each of these envelopes. For each time clock, the local maxima and the associated bearing are determined. Due to the time course, the course
(Peilungsverlauf) eines Ziels (eines Maximums) verfolgt werden . (Bearing history) of a target (maximum).
[68] In Fig. 5 ist ein Wasserfalldiagramm gemäß dem Stand der Technik dargestellt, bei dem die Gesamtfrequenzbreite zum Bestimmen der Maxima herangezogen wurde. Die Abszisse weist eine Peilung Θ und die Ordinate die Zeit t auf. Zudem ist der Kurs 661, 663 eines ersten Ziels 461 und eines zweiten Ziels 463 dargestellt. Im Kreuzungsbereich 671 der beiden Kurse 661, 663 erfolgt für das schwächere Ziel 663 ein Auffasern 673 des Kurses, sodass der Kurs nicht eindeutig vorhersehbar ist. FIG. 5 shows a waterfall diagram according to the prior art, in which the total frequency width was used to determine the maxima. The abscissa has a bearing Θ and the ordinate the time t. In addition, the course 661, 663 of a first target 461 and a second target 463 is shown. In the intersection area 671 of the two courses 661, 663, for the weaker destination 663 there is an opening 673 of the course, so that the course can not be clearly predicted.
[69] Die Aufgefaserten Kurse werden nun für die drei höchsten Frequenzbänder jeweils mit einem Multi-Hypothesen- Tracking-Verfahren analysiert. Zusätzlich werden sämtliche niederfrequenten Frequenzbänder zu einer Frequenzbandgruppe zusammengefasst . Für diese Frequenzbandgruppe wird ebenfalls das Multi-Hypothesen-Tracking-Verfahren durchgeführt. Somit liegen vier mittels MTH-Verfahren ermittelte (wahrscheinlichste) Kurse vor. [69] The flared courses are now analyzed for the three highest frequency bands using a multi-hypothesis tracking method. In addition, all low-frequency frequency bands are combined to form a frequency band group. For this frequency band group, the multi-hypothesis tracking method is also performed. Thus, there are four (most likely) courses determined by MTH procedures.
[70] Diese werden gemittelt, sodass dann ein fusionierter Gesamtkurs vorliegt. Alternativ erhalten die vier Kurse eine Gewichtung, bei der der Kurs des höchstfrequenten Frequenzbandes den Faktor 4, der nachfolgend tiefere Kurs den Faktor 3, der dann nachfolgende Kurs den Faktor 2 und der Kurs aus der Frequenzbandgruppe den Faktor 1 erhält. [70] These are averaged, so that then there is a combined total price. Alternatively, the four courses are given a weighting, where the rate of the highest frequency band is a factor of 4, followed by a lower rate the factor 3, then the subsequent course receives the factor 2 and the course from the frequency band group the factor 1.
[71] In Fig. 6 wurden zum Bestimmen der Ziele die Frequenzbänder 17, 18, 19 und 20 zu einer Frequenzbandgruppe zusammengefasst , nachdem das Auffasern 673 detektiert wurde. Für den Signalverlauf dieser Frequenzbandgruppe werden die Maxima bestimmt und die Kurse 661, 663 ermittelt. Das Ausfasern 673 unterbleibt und die Kurse 661, 663 sind eindeutig bestimmbar. Ggf. wird der Kurs 663 extrapoliert. [71] In Fig. 6, to determine the targets, the frequency bands 17, 18, 19, and 20 are grouped into a frequency band group after the fanning 673 is detected. The maxima are determined for the signal course of this frequency band group and the courses 661, 663 are determined. Fray 673 is omitted and rates 661, 663 are uniquely determinable. Possibly. the course is extrapolated 663.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
100 Linearantenne  100 linear antenna
103 ebene Welle  103 plane wave
311 U-Boot  311 submarine
313 Zielschiff  313 target ship
315 Zielschiff  315 target ship
321 Beamsektor  321 Beam sector
331 Kreis  331 circle
333 Aufschneiden des Kreises 331 333 Slicing the circle 331
341 lineare Darstellung 341 linear representation
343 Eigenkurs  343 own course
351 Signalverlauf  351 waveform
461 erstes lokales Maximum  461 first local maximum
463 zweites lokales Maximum 463 second local maximum
561 lokales Maximum und Ziel561 local maximum and destination
563 lokales Maximum und Ziel563 local maximum and destination
565 lokales Maximum und Ziel565 local maximum and destination
661 Kurs Ziel 1 661 Course Goal 1
663 Kurs Ziel 2 671 Kreuzungsbereich 673 Auffasern des Kurses 663 Course Goal 2 671 Intersection 673 Fanning the course

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Verfahren zum Orts- und/oder Zeitauflösen einer ersten1. A method for location and / or time resolution of a first
UnterwasserSchallquelle von einer zweitenUnderwater sound source from a second
UnterwasserSchallquelle, wobei die ersteUnderwater sound source, the first
UnterwasserSchallquelle und die zweiteUnderwater sound source and the second
UnterwasserSchallquelle jeweils einUnderwater sound source one each
Unterwasserschallsignal aussenden und/oder reflektieren, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist Send and / or reflect underwater sound signal, the method has the following steps
- Aufnehmen der reflektierten und/oder ausgesandten Unterwasserschallsignale in einem Frequenzbereich, Recording the reflected and / or emitted underwater sound signals in a frequency range,
- Unterteilen des Frequenzbereichs in wenigstens zwei Frequenzbänder und - Dividing the frequency range in at least two frequency bands and
- Bestimmen eines orts- und/oder zeitaufgelösten Signalstärkeverlaufs zu jedem Frequenzband. Determining a spatially and / or time-resolved signal strength curve for each frequency band.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Unterteilen des Frequenzbereichs drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, elf, zwölf, dreizehn, vierzehn, fünfzehn, sechszehn, siebzehn, achtzehn, neunzehn, zwanzig oder mehr Frequenzbänder bereitgestellt werden . 2. Method according to claim 1, characterized in that when dividing the frequency range three, four, five, six, seven, eight, nine, ten, eleven, twelve, thirteen, fourteen, fifteen, sixteen, seventeen, eighteen, nineteen, twenty or more frequency bands are provided.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteilen des Frequenzbereichs derart erfolgt, dass benachbarte Frequenzbänder einen Frequenzbandabstand oder eine Frequenzbandüberlappung ausbilden . 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the division of the frequency range is performed such that adjacent frequency bands form a frequency band gap or a frequency band overlap.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei, drei oder mehr Frequenzbänder zu einer ersten Frequenzbandgruppe gruppiert werden, wobei die gruppierten Frequenzbänder insbesondere zueinander benachbart sind. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Frequenzbandgruppe, eine dritte4. The method according to any one of claims 2 or 3, characterized in that two, three or more frequency bands are grouped into a first frequency band group, wherein the grouped frequency bands are adjacent to each other in particular. A method according to claim 4, characterized in that a second frequency band group, a third
Frequenzbandgruppe und/oder weitere Frequenzbandgruppen durch das Gruppieren gebildet werden. Frequency band group and / or other frequency band groups are formed by the grouping.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Frequenzbandgruppen sukzessive, insbesondere von hohen Frequenzen zu tiefen Frequenzen, gebildet wird. Method according to one of Claims 4 or 5, characterized in that one of the frequency band groups is formed successively, in particular from high frequencies to low frequencies.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Signalstärkeverlaufs eines der Frequenzbänder und/oder einer der Frequenzbandgruppe die erste Unterwasserschallquelle und die zweite Unterwasserschallquelle ermittelt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the signal strength curve of one of the frequency bands and / or one of the frequency band group, the first underwater sound source and the second underwater sound source is determined.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der ersten Unterwasserschallquelle und der zweiten Unterwasserschallquelle mittels einerA method according to claim 7, characterized in that the determination of the first underwater sound source and the second underwater sound source by means of a
Maximumbestimmung und/oder mittels eines mathematischen Anpassens zweier Grundfunktionen an denMaximum determination and / or by means of a mathematical adaptation of two basic functions to the
Signalstärkeverlauf erfolgt. Signal strength course takes place.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Signalstärkeverläufe in Abhängigkeit vom Ort oder die beidenMethod according to one of the preceding claims, characterized in that one of the signal strength curves depending on the location or the two
Unterwasserschallquellen als Funktion von Ort und Zeit angezeigt wird. Underwater sound sources as a function of location and time is displayed.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Unterwasserschallquelle und/oder die zweite Unterwasserschallquelle, insbesondere mittels eines Trackingalgorithmus , nachverfolgt werden. Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the first underwater sound source and / or the second underwater sound source, in particular by means of a tracking algorithm, be tracked.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachverfolgen für einzelne Frequenzbänder oder für sämtliche Frequenzbänder und/oder für einzelne Frequenzbandgruppen oder für sämtlicheA method according to claim 10, characterized in that the tracking for individual frequency bands or for all frequency bands and / or for individual Frequency band groups or for all
Frequenzbandgruppen erfolgt. Frequency band groups takes place.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachverfolgen mittels eines Einzel-Hypothesen-Tracker-Verfahrens und/oder mittels eines Multi-Hypothesen-Tracker-Verfahrens erfolgt. Method according to one of claims 10 or 11, characterized in that the tracking is carried out by means of a single hypothesis tracker method and / or by means of a multi-hypothesis tracker method.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trackfusion durchgeführt, bei der verschiedene Trackingalgorithmen, insbesondere für verschiedene Frequenzbänder und/oder Frequenzbandgruppen, interagierend einen Verlauf oder Kurs oder Peilungsverlauf ermitteln. Method according to one of Claims 10 to 12, characterized in that a track fusion is carried out in which different tracking algorithms, in particular for different frequency bands and / or frequency band groups, interactively determine a course or course or bearing course.
Vorrichtung mit einem Hydrophon und einem Rechner, wobei die Vorrichtung derart eingerichtet ist, dass ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche durchführbar ist. Device with a hydrophone and a computer, wherein the device is set up such that a method according to one of the preceding claims is feasible.
Wasserfahrzeug, welches eine Vorrichtung nach Anspruch 14 aufweist . A watercraft having a device according to claim 14.
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