PatentDe  


Dokumentenidentifikation EP0754956 24.02.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0754956
Titel Verfahren zur Unterdrückung von Körperschallstörungen
Anmelder STN ATLAS Elektronik GmbH, 28309 Bremen, DE
Erfinder Arens, Dipl.-Ing., Egidius, 28832 Achim, DE
DE-Aktenzeichen 59604211
Vertragsstaaten DE, FR, GB, NL
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 12.07.1996
EP-Aktenzeichen 961112745
EP-Offenlegungsdatum 22.01.1997
EP date of grant 19.01.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.02.2000
IPC-Hauptklasse G01S 3/86

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung von Körperschallstörungen bei einer akustischen Ortungsanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

In der Wasserschalltechnik werden Ortungsanlagen auf einem Trägerfahrzeug installiert und mit einer Vielzahl von elektroakustischen Wandlern ausgestattet, die auf oder vor einem Träger angeordnet sind. Der Träger ist beispielsweise die Wandung eines U-Boots oder eines Oberflächenschiffs, von dem aus Ziele, z. B. Schiffe, U-Boote oder Torpedos, aufgrund ihres Fahrgeräusches gepeilt werden. Antriebsmaschinen und andere Aggregate auf dem Trägerfahrzeug lassen die Wandungen des Trägerfahrzeugs vibrieren, so daß Körperschall, der auch in das Wasser abgestrahlt wird, von den elektroakustischen Wandlern über die Wandung und über das Wasser empfangen wird. Neben dem störenden Körperschall werden gleichzeitig im gleichen Frequenzbereich Schallwellen, die von den zu ortenden Zielen abgestrahlt werden, empfangen, so daß der Empfang des Körperschalls zu Fehlern in der Peilung führt.

Die gleichen Probleme treten auch bei Ortungsanlagen mit Mikrophonen in der Luftschalltechnik auf, z. B. beim Orten von Hubschraubern von einem Lastkraftwagen oder einem Panzer als Trägerfahrzeug.

In der deutschen Patentanmeldung P 44 32 532.0-35 wird zur Störbefreiung vorgeschlagen, Körperschallsensoren bei den Antriebsaggregaten anzuordnen, aus ihren Körperschallsignalen ein Körperschallspektrum zu bilden und mit einem Empfangsspektrum der Empfangssignale der elektroakustischen Wandler die zeitliche Kohärenz zwischen den Empfangssignalen der elektroakustischen Wandler und den Körperschallsignalen der Körperschallaufnehmer zu bestimmen. Wenn die zeitliche Kohärenz zwischen den Empfangssignalen und Körperschallsignalen sehr groß ist, enthält das Empfangsspektrum der Empfangssignale nur Signalanteile, die durch die Vibrationen der Wand verursacht wurden, da nur diese Signalanteile über lange Zeiten phasenstarr sind und nicht schwanken. Die Kohärenz ist klein, wenn von den elektroakustischen Wandlern vom Ziel abgestrahlte Schallwellen empfangen werden, da zwischen Ziel und Trägerfahrzeug stets eine Relativbewegung besteht und somit die Phasenbeziehungen zwischen den Empfangssignalen der elektroakustischen Wandler und den Körperschallsignalen der Körperschallaufnehmer über längere Zeit nicht starr sind.

Der Aufwand einer solchen Störbefreiung ist groß, da mehrere Körperschallaufnehmer eingesetzt werden und die zeitliche Kohärenz zwischen dem Empfangssignal jedes einzelnen elektroakustischen Wandlers und der Körperschallsignale sämtlicher Körperschallaufnehmer berechnet werden muß.

In der europäischen Patentschrift 0 401 073 wird ein Verfahren zur Störbefreiung beschrieben, bei dem ausgenutzt wird, daß sich die Vibrationen der Antriebsmaschinen in Form von Moden oder Eigenwellen in der Wandung des Trägerfahrzeugs der Ortungsanlage ausbreiten. Es wird das Empfangssignal am elektroakustischen Wandler um den Anteil korrigiert, der durch die Schwingungen der Wandung verursacht wird. Von einem Körperschall- oder Beschleunigungsaufnehmer wird die Schwingung, die sich in der Wandung fortpflanzt, am Ort des Beschleunigungsaufnehmers gemessen. Diese Schwingung setzt sich, abhängig von ihrer Einspeisung und der Struktur der Wandung aus mehreren Eigenwellen oder Schwingungsmodi zusammen. Aus Messungen der Schnelle an mehreren Orten der Wandung läßt sich mit Hilfe der Wellengleichung Ursprungsamplitude und Ursprungsphase der Schwingung bestimmen. Durch Modellrechnung oder Eichung wird die Transferimpedanz für jeden betrachteten Schwingungsmodus, die den Zusammenhang zwischen Schalldruck und Schallschnelle bestimmt, ermittelt. Ursprungsamplitude und Phase der Schwingung werden für jeden Schwingungsmodus mit der Transferimpedanz verknüpft und liefern den Anteil am Empfangssignal des elektroakustischen Wandlers unabhängig von seiner Ursache. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig, da abgesehen von der Vielzahl der zu verwendenden Körperschall- oder Beschleunigungsaufnehmer noch zusätzlich eine Modellrechnung oder eine Eichung durchgeführt werden muß, um die Transferimpedanz für jeden betrachteten Schwingungsmodus zu berechnen. Da das Trägerfahrzeug ein kompliziert geformter geometrischer Körper ist, bilden sich mehrere verschiedene Schwingungsmodi aus.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei dem keine zusätzlichen Körperschallaufnehmer benötigt werden und auf das Lösen der Wellengleichung, um den Ausbreitungsmechanismus des Körperschalls zu bestimmen, verzichtet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Bei der Störbefreiung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Empfangssignale der einzelnen elektroakustischen Wandler der Ortungsanlage bezüglich ihres Körperschallanteils nicht mit Körperschallsignalen verglichen, sondern es werden diese Empfangssignale durch Phasen- oder Laufzeitkompensation zu Gruppensignalen benachbarter Richtcharakteristiken zusammengefaßt und im Muster der Richtcharakteristiken der Körperschall unterdrückt.

Betrachtet man das Gruppensignal einer Richtcharakteristik, das in eine bestimmte Empfangsrichtung weist, so erhält man einen frequenzabhängigen Signalwert, der größer als Signalwerte benachbarter Richtcharakteristiken ist, wenn die Empfangsrichtung auf ein schallabstrahlendes Ziel weist. Während einer Beobachtungszeitspanne nimmt der Signalwert ab und der Signalwert der benachbarten Richtcharakteristik zu, da das Ziel bezüglich der Ortungsanlage einen anderen Ort angenommen hat. Mittelt man das Gruppensignal der zuerst betrachteten Richtcharakteristik über diese Beobachtungszeitspanne, so erhält man einen frequenzabhängigen Referenzwert einer Referenzrichtcharakteristik der durch Vibrationen der Wandung verursacht wird. Der Referenzwert setzt sich aus den von den Wandlern über die Wandung und das Wasser empfangenen Körperschallschwingungen zusammen und täuscht einen Empfang von Schallwellen aus einer Empfangsrichtung vor, in die die Referenzrichtcharakteristik weist. Der frequenzabhängige Referenzwert bleibt im zeitlichen Mittel konstant, solange sich der Betriebszustand der an Bord des Trägerfahrzeugs befindlichen Maschinen nicht ändert, im Gegensatz zu dem Signalwert der Richtcharakteristik, der durch ein schallabstrahlendes Ziel bewirkt wird. Der Referenzwert ist sehr klein, wenn kein Körperschall empfangen wird.

Zur Ermittlung der Einfallsrichtung des Schalls einer außerhalb des Trägerfahrzeugs befindlichen Schallquelle, werden Phasenunterschiede der Schallwellenfront an den unterschiedlichen Orten der Wandler kompensiert. Diese Phasenunterschiede sind über kurze Zeitintervalle wegen der geringen Relativbewegung zwischen schallabstrahlendem Ziel und Trägerfahrzeug konstant, ändern sich aber innerhalb einer Beobachtungszeitspanne, der mehrere Zeitintervalle umfaßt, da das Ziel nun vor der benachbarten Richtcharakteristik erfaßt wird. Im Gegensatz dazu ändern sich die an den Orten der Wandler bestehenden Phasenunterschiede der Schwingungen der Wandungen nicht, da die verursachenden Maschinen ortsfest im Trägerfahrzeug installiert sind. Faßt man die durch diese Schwingungen verursachten Empfangssignale der elektroakustischen Wandler zu einer Richtcharakteristik zusammen, so ändert sich der Signalwert dieser Richtcharakteristik über der Zeit ebenfalls nicht. Betrachtet man jetzt die Signalwerte benachbarter Richtcharakteristiken, so bleiben sie konstant, wenn nur Körperschall von den Wandlern empfangen wird, und ändern sich, wenn auch Schall von einer sich bewegenden Schallquelle empfangen wird. Das zeitliche Auswandern des Ziels aus einer Empfangsrichtung ist zugleich ein räumliches Auswandern des Ziels, nämlich ein winkelmäßiger Übergang von einer Empfangsrichtung in die Empfangsrichtung der benachbarten Richtcharakteristik, während die durch die Vibration der Wand vorgetäuschte Empfangsrichtung der Referenzrichtcharakteristik unverändert bleibt. Die Ermittlung einer räumlichen Kohärenz zwischen den Richtcharakteristiken und Referenzrichtcharakteristiken gibt das Auswandern an.

Die räumliche Kohärenz wird durch Verknüpfung der momentanen Signalwerte der Richtcharakteristiken und den Referenzwerten der in die gleichen Richtungen weisenden Referenzrichtcharakteristiken bestimmt. Der Referenzwert wird durch zeitliche Mittelung der Signalwerte der in eine betrachtete Empfangsrichtung weisenden Richtcharakteristik gewonnen oder durch Autokorrelation. Die räumliche Kohärenz ist frequenzabhängig und weist Spektralanteile bis zu einem Wert von nahezu "1" bei Frequenzen auf, die den Drehzahlen der an Bord befindlichen Maschinen und ihren Harmonischen entsprechen. Der Wert ist wesentlich kleiner als "1", wenn außer Körperschall Schallwellen von einem Ziel unter der gleichen Empfangsrichtung der Richtcharakteristik empfangen werden. Zur Störbefreiung werden die Signalwerte der Richtcharakteristiken mit der räumlichen Kohärenz multipliziert und abgezogen.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht insbesondere darin, daß die zeitliche Invarianz der Phasenbeziehungen der Körperschallschwingungen ausgenutzt wird, die beim Bilden von Richtcharakteristiken mit den Empfangssignalen der elektroakustischen Wandler der Ortungsanlage zu zeitkonstanten Signalwerten der Gruppensignale in spezielle, räumlich gleichbleibende Empfangsrichtungen führen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in das Muster der Richtcharakteristiken bei diesen speziellen Empfangsrichtungen sog. Nullstellen bei den Frequenzen des Körperschalls erzeugt.

Bedingt durch die spezielle geometrische Form des Trägerfahrzeugs bilden sich Referenzrichtcharakteristiken nur in einigen Empfangsrichtungen aus, so daß nicht Signalwerte aller Richtcharakteristiken, sondern nur der in diese Empfangsrichtungen weisenden Richtcharakteristiken und auch nicht die Empfangssignale aller Wandler bewertet werden müssen.

Weiterhin ist von Vorteil, daß keine speziellen Körperschallsensoren oder Beschleunigungsaufnehmer an unterschiedlichen Orten des Trägerfahrzeugs vorzusehen sind, sondern die ohnehin vorhandenen elektroakustischen Wandler und Schalteinrichtungen zur Richtungsbildung der Richtcharakteristiken auch die Signale zum Ermitteln einer Körperschallkompensation liefern. Ein weiterer besonderer Vorteil besteht darin, daß die Referenzwerte der Referenzrichtcharakteristiken aus Empfangssignalen der elektroakustischen Wandler bei unterschiedlichen Betriebszuständen der Maschinen im eingebauten Zustand ohne zusätzlichen Simulationsaufwand bestimmt werden können. Es werden auch strömungsinduzierte Schwingungen des Trägerfahrzeugs unterdrückt, wenn die Referenzwerte während einer Missionsfahrt bei Betrieb der Ortungsanlage bestimmt werden. Dieser Betrieb bietet außerdem den großen Vorteil, daß die Störbefreiung unmittelbar während des Einsatzes adaptiv erfolgt.

Vorteilhaft ist es, die Gruppensignale der Richtcharakteristiken mit der räumlichen Kohärenz zu multiplizieren und von den Gruppensignalen abzuziehen, wie in Anspruch 2 angegeben.

In der Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 3 wird aus Spektrallinien der Gruppensignale benachbarter Richtcharakteristiken eine Winkelfunktion in Abhängigkeit von den Empfangsrichtungen gebildet, wie es in der DE-OS 38 32 678 beschrieben ist. Die Autokorrelationsfunktion des Winkelfunktionsverlaufs innerhalb der Beobachtungszeitspanne liefert eine Referenzwinkelfunktion, die bei den Empfangsrichtungen der Referenzrichtcharakteristiken Maxima aufweist. Die Referenzwinkelfunktion wird mit der momentanen Winkelfunktion multipliziert. Das Produkt weist als Variable die Empfangsrichtung und die Frequenz der Körperschallschwingungen auf. Je Frequenz werden die Produkte für alle Empfangsrichtungen aufsummiert. Die Summe ist ein Maß für die räumliche Kohärenz der Richtcharakteristiken und dient unmittelbar zur Bewertung jeder einzelnen Richtcharakteristik. Der Vorteil der frequenzselektiven Signalverarbeitung besteht darin, daß durch die Multiplikation nur die Spektrallinien einen Beitrag zur Kohärenz liefern, die durch die Vibration verursacht sind, während alle anderen Anteile nahezu gleich "Null" sind. Durch Differenzbildung gemäß Anspruch 4 erhält man die von Körperschall befreiten Richtcharakteristiken.

Rechentechnisch besonders einfach zu realisieren ist die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach den Ansprüchen 5 und 6, bei der eine Fourier-Transformation der Empfangssignale aller Wandler in ein Raumspektrum vom Ortsbereich in einen Raumfrequenzbereich durchgeführt wird. Die Empfangsrichtungen entsprechen dann Raumfrequenzen. Die Autokorrelationsfunktion des Raumspektrums weist Linien bei denjenigen Raumfrequenzen auf, die den Empfangsrichtungen der Referenzrichtcharakteristiken entsprechen, und liefert somit ein Referenzmodenraumspektrum, das den Referenzrichtcharakteristiken oder der Referenzwinkelfunktion entspricht. Raumspektrum und Referenzmodenraumspektrum werden miteinander konjugiert komplex multipliziert. Das Produkt liefert Linien bei Raumfrequenzen, bei denen nur Körperschall oder Körperschall zusammen mit von einem Ziel abgestrahlten Nutzschall auftreten. Es wird die Summe dieser Linien innerhalb eines Raumfrequenzintervalls gebildet, das mehrere benachbarte Empfangsrichtungen innerhalb eines Winkelsektors umfaßt, und zur Bewertung des Raumspektrums benutzt. Durch die Summenbildung erhält man ein Kreuzspektrum, welches ein Maß für die räumliche Kohärenz zwischen Raumspektrum und Referenzmodenraumspektrum ist und von der Frequenz des Körperschalls abhängig ist. Eine Normierung des Kreuzspektrums nach Anspruch 6 ergibt die räumliche Kohärenz zwischen Raumspektrum und Referenzmodenraumspektrum. Es wird das Leistungsraumspektrum und Leistungsmodenraumspektrum gemäß der vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 7 durch Summation des Betragsquadrats über den Raumfrequenzen gebildet und miteinander multipliziert und der Reziprokwert mit dem konjugiert komplexen Produkt des Kreuzspektrums multipliziert. Durch diese Maßnahmen wird der Ausbreitungsmechanismus der Schwingungsmodi der Wandung berücksichtigt.

Die räumliche Kohärenz nimmt nunmehr Werte zwischen "0" und "1" an. Die räumliche Kohärenz ist bei Frequenzen, mit denen die Wandung des Trägerfahrzeugs schwingt, nahezu "1", wenn im wesentlichen Schwingungen der Wandung einen Schalleinfall vortäuschen und Raumspektrum und Referenzmodenraumspektrum wegen der ortsabhängig invarianten Phasenunterschiede der Schwingung der Wandung raumkonstant sind.

Das Raumspektrum wird gemäß der vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 8 mit der räumlichen Kohärenz multipliziert und vom Raumspektrum abgezogen.Die Differenz wird aus dem Raumfrequenzbereich in den Ortsbereich rücktransformiert.

Die Rücktransformierte ist eine Funktion des Ortes und der Frequenz. Die Empfangssignale der Wandler werden ortsabhängig mit der Rücktransformierten multipliziert und einem Richtungsbildner zugeführt, so daß die daraus gebildeten Richtcharakteristiken Nullstellen für die Körperschallstörungen aufweisen.

Der Vorteil der Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach den Ansprüchen 5 bis 8 besteht darin, daß über das Bilden des Raumspektrums auch eine Bewertung der Empfangssignale selbst möglich ist, ohne daß die Körperschallstörung am Ort des Wandlers im einzelnen ermittelt werden muß.

Weiterhin ist von Vorteil, daß Ziele nicht ausgeblendet werden, auch wenn sie Signalanteile bei den Frequenzen des Körperschalls aufweisen, da dann die räumliche Kohärenz für diese Frequenzen kleiner als "1" ist. Um ein Weglernen von Zielen zu verhindern, wird eine Schwelle vor der Normierung des Kreuzspektrums vorgesehen, die eine Berechnung der räumlichen Kohärenz verhindert, wenn das konjugiert komplexe Produkt aus Raumspektrum und Referenzmodenraumspektrum keine signifikanten Linien aufweist. Die Kohärenz wird dann auf einen sehr kleinen Wert nahezu "0" gesetzt, da keine Körperschallstörungen vorliegen oder sehr starke Ziele von der Ortungsanlage aufgefaßt werden und somit eine Störbefreiung nicht nötig ist.

Die vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 9 bietet die Möglichkeit, die räumliche Kohärenz zwischen den momentan gebildeten Richtcharakteristiken oder dem momentan gebildeten Raumspektrum mit abgespeicherten Referenzrichtcharakteristiken oder Referenzraumspektren zu ermitteln, die zu einem Zeitpunkt aufgenommen wurden, als nur Körperschallstörungen von den elektroakustischen Wandlern empfangen wurden, weil sich kein schallabstrahlendes Ziel im Auffaßbereich der Ortungsanlage befand.

Der Vorteil dieser Weiterbildung besteht darin, daß bei Auffassen eines Ziels unverzüglich eine Detektion und Peilung möglich ist, da eine Beobachtungszeitspanne zum Erstellen des Refrenzraumspektrums oder der Referenzrichtcharakteristiken nicht abgewartet werden muß, so daß ein sog. Weglernen von Zielen auch kurzfristig nicht eintritt.

Referenzrichtcharakteristiken oder Referenzraumspektren können gemäß der vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 10 auch aus Signalen mehrerer Körperschallaufnehmer ermittelt werden, wenn diese ohnehin an Bord des Trägerfahrzeugs an unterschiedlichen Installationsorten angeordnet sind. Es muß hierfür entweder eine Anordnung zur Richtungsbildung oder eine Anordnung zur Fourier-Transformation bereitgestellt werden, die unter Berücksichtigung des Installationsorts der Körperschallaufnehmer Richtcharakteristiken in die gleichen Empfangsrichtungen wie die Ortungsanlage erstellt oder das Referenzmodenraumspektrum berechnet. Der Vorteil besteht darin, daß Referenzrichtcharakteristiken oder das Referenzmodenraumspektrum nur für Frequenzen ermittelt werden, die den Drehzahlen und Harmonischen der Drehzahlen der Maschinen entsprechen und eine zeitliche Mittelung oder Autokorrelation entfällt.

Gemäß der vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 11 wird die räumliche Kohärenz nur für eine bestimmte Anzahl von Frequenzen bestimmt, die im Körperschall-Frequenzspektrum auftreten.

Eine Frequenzauswahl erfolgt gemäß Anspruch 12 aus dem Empfangssignal eines der elektroakustischen Wandler oder dem Gruppensignal einer Richtcharakteristik durch Spektralanalyse, insbesondere dann, wenn kein hoher Zielpegel an einem Gruppensignal oder einem Empfangssignal zu vermerken ist. Eine andere Möglichkeit gibt Anspruch 13 an. Das Signal eines einzelnen Körperschallsensors wird einer Frequenzanalyse unterzogen und die Frequenzen mit den maximal auftretenden Spektrallinien zum Bestimmen der räumlichen Kohärenz ausgewählt.

Nachdem eine maximale Frequenz der Schwingungen oder des Empfangssignals bestimmt wurde, wird nach der vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 13 eine obere Raumgrenzfrequenz ermittelt, die abhängig ist von der maximalen Frequenz, der Größe der Antenne der Ortungsanlage und dem Winkelsektor, innerhalb dessen gepeilt werden soll. Raumfrequenzanteile des Raumspektrums, die oberhalb dieser Raumgrenzfrequenz liegen, werden für die Berechnung der räumlichen Kohärenz auf Null gesetzt, um ein "Weglernen" von Zielen zu verhindern und gleichzeitig laute Ziele, die gut erkennbar sind, nicht zu unterdrücken.

Danach wird das mit der räumlichen Kohärenz verknüpfte Raumspektrum für eine Bewertung der Empfangssignale der Wandler in den Ortsbereich rücktransformiert. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 14 besteht darin, daß Rechenaufwand und -zeit durch diese Maßnahme erheblich reduziert werden. Besonders vorteilhaft ist es, nach Detektion eines Ziels den Winkelsektor und damit die Raumgrenzfrequenz zu verkleinern und somit die Anzahl von Richtcharakteristiken zum Bestimmen der Referenzrichtcharakteristiken bzw. den Raumfrequenzbereich zum Bestimmen des Referenzmodenraumspektrums zu begrenzen, um ein gezieltes Vorgehen gegen Körperschallstörungen zu sichern.

Vorrichtungen zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 15 bis 18 angegeben. Eine Antenne mit elektroakustischen Wandlern ist vor oder auf einer Wandung des Trägerfahrzeugs der Ortungsanlage angeordnet. Empfangssignale der elektroakustischen Wandler werden in einem Richtungsbildner zu Richtcharakteristiken oder einer Winkelfunktion oder einem Raumspektrum zusammengefaßt. In einem nachgeordneten Mittelwertrechner werden durch Autokorrelation oder zeitliche Mittelung Referenzrichtcharakteristiken oder eine Referenzwinkelfunktion oder ein Referenzmodenraumspektrum bestimmt. Der Richtungsbildner ist außerdem mit einer Leistungsrechenstufe verbunden, die das Betragsquadrat der Gruppensignale und die Summe über den betrachteten Winkelsektor bildet oder die Leistung der Winkelfunktion innerhalb des Winkelsektors berechnet oder das Leistungsraumspektrum bildet, indem das Betragsquadrat des Raumspektrums integriert oder über der Raumfrequenz summiert wird. Die gleichen Rechenvorgänge werden in einer dem Mittelwertrechner nachgeschalteten Leistungsrechenschaltung durchgeführt, um die entsprechenden Leistungswerte für die Referenzrichtcharakteristiken, die Referenzwinkelfunktion oder das Referenzmodenraumspektrum zu bestimmen. In einer Kreuzspektrum-Rechenschaltung werden durch Multiplikation und Integration das konjugiert komplexe Produkt der Richtcharakteristiken und Referenzrichtcharakteristiken oder der Winkelfunktion und Referenzwinkelfunktion gebildet und über den Winkelsektor integriert bzw. es wird das konjugiert komplexe Produkt aus Raumspektrum und Referenzraumspektrum gebildet und über den Raumfrequenzen zum Kreuzspektrum aufaddiert. Die Ausgangssignale der Kreuzspektrum-Rechenschaltung, der Leistungsrechenstufe und der Leistungsrechenschaltung werden in einer Kohärenzschaltung miteinander zur räumlichen Kohärenz verknüpft und in einem Multiplizierblock mit den von Körperschallstörungen zu befreienden Richtcharakteristiken bzw. Winkelfunktion bzw. Raumspektrum verknüpft. Bei einer Berechnung im Raumfrequenzbereich ist dem Richtungsbildner ein Raumfrequenztiefpaß nachgeordnet, dem sich die Rechenschaltungen zum Bestimmen der räumlichen Kohärenz anschließen. Das bewertete Raumspektrum wird in den Ortsbereich rücktransformiert. Mit der Rücktransformierten des bewerteten Raumspektrums wird der Richtungsbildner für ein Shading der Empfangssignale angesteuert.

Die verwendeten Rechenschaltungen sind beim heutigen Stand der Rechnertechnik in der Lage, die anfallenden Daten in Echtzeit zu verarbeiten und nach der Beobachtungszeitspanne laufend die räumliche Kohärenz zu berechnen, um eine Störbefreiung der Richtcharakteristiken, der Winkelfunktion oder des Raumspektrums zu erzielen. Mögliche Rechenverfahren sind z. B. Gram-Smith-Verfahren oder van Trees Correlator-Estimator-Subtractor-Verfahren.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels für ein Verfahren zur Unterdrückung von Körperschallstörungen bei einer akustischen Ortungsanlage in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1
ein Blockschaltbild,
Fig. 2
ein Diagramm mit Empfangssignalen über dem Wandlerort,
Fig. 3
eine Winkelfunktion,
Fig. 4.1 und 4.1.1
Raumspektren zum Empfangszeitpunkt t1,
Fig. 5.1 bis 5.5 und 5.1.1
Raumspektren zum Empfangszeitpunkt t2,
Fig. 6.1 und 6.1.1
Raumspektren zum Empfangszeitpunkt t3,
Fig. 7.1 bis 7.5
Referenzmodenraumspektren,
Fig. 8.1
ein Produktdiagramm,
Fig. 8.2
Diagramm eines Kreuzspektrums,
Fig. 9
Diagramm eines Leistungsraumspektrums,
Fig. 10
Diagramm eines Leistungsmodenraumspektrums,
Fig. 11
Diagramm der räumlichen Kohärenz,
Fig. 12
ein Bewertungsdiagramm,
Fig. 13
ein von Körperschallstörungen befreites Raumspektrum.

An Bord eines Trägerfahrzeugs befindet sich gemäß Fig. 1 eine akustische Ortungsanlage mit einer Antenne 10 und ihren elektroakustischen Wandlern, die vor oder auf einer Wandung des Trägerfahrzeugs befestigt ist. Antriebsaggregate oder andere an Bord befindliche Maschinen lassen die Wandung vibrieren, so daß auf die Wandler der Antenne 10 Körperschall einerseits über die Wandung selbst, andererseits über das umgebende Wasser gelangt. Der Antenne 10 ist ein Richtungsbildner 11 nachgeordnet. Die Empfangssignale der elektroakustischen Wandler enthalten Frequenzanteile der Frequenzen fi. Sie sind in Fig. 2 über dem jeweiligen Wandlerort x gezeigt sind. Diese Empfangssignale werden im Richtungsbildner 11 in Gruppensignale benachbarter Richtcharakteristiken, frequenzselektive Winkelfunktionen R oder in ein Raumspektrum RS umgewandelt.

Zum Empfangszeitpunkt ti weist jedes Gruppensignal der Empfangsrichtung αi Frequenzen fi auf. Das Diagramm in Fig. 3 zeigt eine Winkelfunktion R (t2, αi) über den Empfangsrichtungen αi zum Empfangszeitpunkt t2 für die Frequenz fi=f1 .

Vergleichbar mit den Winkelfunktionen R(t2, αi) je Frequenz fi zum Empfangszeitpunkt t2 ist ein Raumspektrum RS(t2, fri,fi), das aus den Empfangssignalen (Fig. 2) der elektroakustischen Wandler gebildet wird, wie es beispielsweise in der DE-PS 29 27 790 beschrieben ist. Die Raumfrequenz fri ist ein Maß für die Empfangsrichtung αi und ist abhängig von der Länge l der Antenne 10 und der Frequenz fi: fri=l&peseta;fi / (c) sinαi .

Am Ausgang des Richtungsbildners 11 sind innerhalb einer Beobachtungszeitspanne zu den Empfangszeitpunkten t1, t2 und t3 die Raumspektren RS(ti, fri, fi) gemäß Fig. 4.1, Fig. 5.1 und Fig. 6.1 gebildet worden.

Fig. 5.1 zeigt das Raumspektrum RS(t2, fri, fi) zum Empfangszeitpunkt t2 in Abhängigkeit von den Raumfrequenzen fri und den Frequenzen fi der Empfangssignale. Bei der Raumfrequenz fr0, die der Empfangsrichtung α0 entspricht, liegt ein Maximum für die Frequenz f1 und keine weitere Komponente bei den Frequenzen f2, f3 und f4 vor. Bei der Raumfrequenz fr1, die der Empfangsrichtung α1 entspricht, sind bei den Frequenzen f2 und f4 Komponenten zu verzeichnen. Bei der Raumfrequenz fr2, die der Empfangsrichtung α2 entspricht, sind bei den Frequenzen f1 und f3 Komponenten vorhanden. Bei der Raumfrequenzen fr3 treten bei den Frequenzen f1, f3 und f4 Komponenten auf.

Das Diagramm in Fig. 5.1.1 zeigt das Raumspektrum RS (t2, fri, f1) für die Frequenz f1 zum Empfangszeitpunkt t2 in Abhängigkeit von der Raumfrequenz fri. Man sieht, daß bei der Raumfrequenz fr0 ein Maximum zu verzeichnen ist. Dieses Raumspektrum RS (t2, fri, f1) ist identisch mit der Winkelfunktion R (t2, αi) die in Fig. 3 gezeigt ist.

Fig. 4.1 zeigt das Raumspektrum RS(t1, fri, fi) zum Empfangszeitpunkt t1, der vor dem Empfangszeitpunkt t2 liegt. Der Unterschied zwischen den Raumspektren in Fig. 4.1 und Fig. 5.1 besteht darin, daß sich bei der Frequenz f1 das Maximum bei der Raumfrequenz fr0 verschoben hat, während die Maxima bei den Raumfrequenzen fr2 und fr3 raumfest geblieben sind. Ebenso haben sich die Maxima bei der Raumfrequenz fr1 für die Komponenten f2 und f4 verschoben. Bei der Raumfrequenz fr3 haben sich die Komponenten mit den Frequenzen f1, f3, f4 im Vergleich zum Empfangszeitpunkt t1 nicht verändert. Man kann also feststellen, daß sich das Raumspektrum RS(t2, fri, fi) gegenüber dem Raumspektrum RS(t1, fri, fi) bei den Raumfrequenzen fr0 und fr1 verändert hat, während es bei den Raumfrequenzen fr2 und fr3 ortsfest geblieben ist.

Fig. 6.1 zeigt einen späteren Empfangszeitpunkt t3. Hier ist im Vergleich zu Fig. 4.1 und Fig. 5.1 zu erkennen, daß die Komponenten bei den Raumfrequenzen fr2 und fr3 ortsfest geblieben sind, während die Komponenten bei den Raumfrequenzen fr0 und fr1 sich weiter von rechts nach links verschoben haben. Aus diesem Vergleich der Raumspektren RS(ti, fri, fi) gemäß Fig. 4.1 bis Fig. 6.1 und Fig. 4.1.1 bis Fig. 6.1.1 ist ersichtlich, daß sich unter den Raumfrequenzen fr0 und fr1 Ziele befinden, während sich bei den Raumfrequenzen fr2 und fr3 Komponenten ausgebildet haben, die auf Körperschall zurückzuführen sind, da sie raumfest sind. Diese Eigenschaft wird von dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgenutzt.

Fig. 4.1.1, Fig. 5.1.1 und Fig. 6.1.1 zeigen Raumspektren über den Raumfrequenzen fri zu den Empfangszeitpunkten t1, t2, t3 bei der Frequenz f1. Auch hier sieht man deutlich, daß die Komponenten bei den Raumfrequenzen fr2, fr3 raumfest sind, während sich die Komponenten bei der Frequenz fr0 von rechts nach links verschoben haben. Die zweidimensionale Darstellung des Raumspektrums RS für unterschiedliche Frequenzen fi entspricht der Winkelfunktion R, die die Gruppensignale der Richtcharakteristiken in Abhängigkeit von der Empfangsrichtung αi für unterschiedliche Frequenzen fi wiedergibt.

Dem Richtungsbildner 11 ist in Fig. 1 ein Mittelwertrechner 12 nachgeordnet, der während der Beobachtungszeitspanne t1 bis t3 den Mittelwert über die Raumspektren RS(ti, fri, fi) bildet, indem die Autokorrelationsfunktion des Raumspektrums berechnet wird, die ein Referenzmodenraumspektrum RM(fri, fi) liefert. Das Referenzmodenraumspektrum RM(fri, fi) ist in Fig. 7.1 in Abhängigkeit von der Raumfrequenz fri und der Frequenz fi gezeigt. Für die Frequenz f1 sind Maxima bei den Raumfrequenzen fr2 und fr3 zu verzeichnen. Für die Frequenz f2 gibt es kein ausgeprägtes Maximum. Für die Frequenz f3 liegen Maxima bei den Raumfrequenzen fr2 und fr3 vor, für die Frequenz f4 gibt es ein Maximum bei der Raumfrequenz fr3. Die Komponenten im Raumspektrum RS(t2, fri, fi) bei den Raumfrequenzen fr0 und fr1 sind durch die Mittelwertbildung eingeebnet worden und wesentlich geringer als bei den Raumfrequenzen fr2 und fr3. Das Referenzmodenraumspektrum RM(t2, fri, fi) entspricht einem Raumspektrum, wenn kein Zielgeräusch, sondern lediglich Körperschall von den elektroakustischen Wandlern über die Wandung und über das Wasser empfangen wird.

Es gilt nun, die Körperschallstörungen im Raumspektrum RS(t2, fri, fi) oder der Gruppensignale der Richtcharakteristiken bzw. der Winkelfunktionen zu unterdrücken. In einer Kreuzspektrum-Rechenschaltung 13 wird das Kreuzspektrum σ(fi) zwischen dem Raumspektrum RS(t2, fri, fi) und dem Referenzmodenraumspektrum RM(fri, fi) gebildet, indem das konjugiert komplexe Produkt P gebildet und über den Raumfrequenzen fri aufaddiert oder integriert wird. Das Raumspektrum RS(t2, fri, fi) zum Empfangszeitpunkt t2 ist in Fig. 5.1 in dreidimensionaler Darstellung gezeigt. Fig. 5.2 bis Fig. 5.5 zeigen zweidimensionale Darstellungen des gleichen Raumspektrums RS(t2, fi) zum Empfangszeitpunkt t2 in Abhängigkeit von der Frequenz fi für die einzelnen vier Raumfrequenzen fr0 bis fr3. In Fig. 5.2 sieht man, daß lediglich eine Komponente bei der Frequenz f1 such unter der Raumfrequenz fr0 ausgebildet hat. Die Komponenten bei den Frequenzen f2 und f4 liefern Anteile für die Raumfrequenz fr1, wie in Fig. 5.3 gezeigt. Fig. 5.4 zeigt die Komponenten bei den Frequenzen f1 und f3 für die Raumfrequenz fr2. Fig. 5.5 zeigt die Komponenten bei den Frequenzen f1, f3, f4 für die Raumfrequenz fr3.

Fig. 7.2 bis Fig. 7.5 zeigen zweidimensionale Darstellungen des Referenzmodenraumspektrums RM(fri, fi) aus Fig. 7.1 in Abhängigkeit von der Frequenz fi für die einzelnen Raumfrequenzen fr0 bis fr3. Man sieht in Fig. 7.2, daß nur eine sehr kleine Komponente bei der Frequenz f1 zu verzeichnen ist, die sich unter der Raumfrequenz fr0 ausgebildet hat. Fig. 7.3 zeigt die Komponenten bei den Frequenzen f2 und f4, die in die Empfangsrichtung der Raumfrequenz fr1 weisen. Fig. 8.3 zeigt Komponenten bei den Frequenzen f1 und f3, die in die Empfangsrichtung der Raumfrequenz fr2 weisen und Fig. 8.4 zeigt die Komponenten f1, f3 und f4, die in die Empfangsrichtung der Raumfrequenz fr3 weisen.

Das Kreuzspektrum σ(fi) wird jetzt dadurch gebildet, daß das Raumspektrum RS(t2, fro, fi) gemäß Fig. 5.2 mit dem Modenraumspektrum RM(fro, fi) gemäß Fig. 7.2 multipliziert wird, ebenso das Raumspektrum RS(t2, fri, fi) in Fig. 5.3 mit dem Referenzmodenraumspektrum RM(fr1, fi) in Fig. 7.3 sowie das Raumspektrum RS(t2, fr2, fi) gemäß Fig. 5.4 mit dem Referenzmodenraumspektrum RM(fr2, fi) gemäß Fig. 7.4 und das Raumspektrum RS(t2, fr3, fi) gemäß Fig. 5 mit dem Referenzmodenraumspektrum RM(fr3, fi) gemäß Fig. 7.5 multipliziert werden. Fig. 8.1 zeigt die Produkte P in Abhängigkeit von der Frequenz fi und der Raumfrequenz fri. Die einzelnen Produkte P bei der Frequenz f1 werden über alle Raumfrequenzen fri summiert. Die Produkte P bei den Frequenzen f2, f3 und f4 werden in gleicher Weise über alle Raumfrequenzen fri aufsummiert, so daß sich ein Kreuzspektrum σ(fi) in Abhängigkeit von den Frequenzen f1, f2, f3, f4 ausbildet, das ein Maß für die räumliche Kohärenz γ2(fi) ist und in Fig. 8.2 gezeigt ist.

Zur Berechnung der räumlichen Kohärenz γ2(fi) wird dieses Kreuzspektrum σ(fi) normiert. Dazu wird ein Leistungsraumspektrum Sz(f2, fi) und ein Leistungsmodenraumspektrum Sm(fi) berechnet. Der Kreuzspektrum-Rechenschaltung 13 in Fig. 1 ist eine Leistungsrechenstufe 14 für das Raumspektrum RS(t2, fri, fi), wie es in Fig. 5.1 gezeigt ist, nachgeschaltet, in der das Raumspektrum RS(t2, fri, fi) quadriert und über den Raumfrequenzen fri aufsummiert oder integriert wird. In einer zweiten Leistungsrechenschaltung 15 wird das Referenzmodenraumspektrum RM, wie es in Fig. 7.1 gezeigt ist, betragsmäßig quadriert und über der Raumfrequenz fri aufsummiert oder integriert und bildet ein Leistungsmodenraumspektrum Sm(fi). Das Leistungsraumspektrum Sz(fi) ist in Fig. 9 das Leistungsmodenraumspektrum Sm(fi) ist in Fig. 10 in Abhängigkeit von fi gezeigt.

In einer Kohärenzschaltung 20 wird das Kreuzspektrum σ(fi) aus der Kreuzspektrum-Rechenschaltung 13 konjugiert komplex multipliziert und mit dem Leistungsraumspektrum Sz(t2, fi) aus der Leistungsrechenstufe 14 und dem Leistungsmodenraumspektrum SM(fi) aus der Leistungsmodenspektrumschaltung 15 durch Quotientenbildung zur räumlichen Kohärenz γ2 (fi) verknüpft, die in Fig. 11 in Abhängigkeit von der Frequenz fi dargestellt ist. Die räumliche Kohärenz γ2(fi)=σ(fi) &peseta;σ * (fi) / (SZ&peseta;SM) ist frequenzabhängig und am kleinsten bei der Frequenz f2. Die Komponente mit der Frequenz f2 ist also nicht durch Körperschall verursacht, sondern stammt von einer Nutzschallwelle des zu peilenden Ziels. Die räumliche Kohärenz γ2 ist bei den Frequenzen f3 und f4 größer, da sich dort das Empfangssignal aus Zielanteilen und Körperschallanteilen zusammensetzt, wie auch ein Vergleich zwischen dem Referenzmodenraumspektrum in Fig. 7.1 mit den Raumspektren gemäß Fig. 4.1 bzw. Fig. 5.1 ersichtlich macht.

Die räumliche Kohärenz γ2 ist eine normierte Größe, die ihren Maximalwert bei Eins hat, nämlich dann, wenn nur Körperschallstörungen empfangen wurden. Es wird in der Kohärenzschaltung 20 die Differenz (1-γ2) gebildet, die in Fig. 12 dargestellt ist, und mit dem Raumspektrum gemäß Fig. 5.1 in einem Multiplizierblock 21 verknüpft. Am Ausgang des Multiplizierblocks 21 ist das körperschallbefreite Raumspektrum RSz (t2, fri, fi) in Abhängigkeit von der Raumfrequenz fri und der Frequenz fi zum Empfangszeitpunkt t2 abnehmbar, das in Fig. 13 gezeigt ist. Dem Multiplizierblock 21 ist eine Rücktransformationsschaltung 23 nachgeordnet, die den Richtungsbildner 11 ansteuert. Die Rücktransformierte F-1RSz des körperschallbefreiten Raumspektrums RSz liefert ein "Shading" der Empfangssignale der elektroakustischen Wandler.

Hinter dem Richtungsbildner 11 ist ein Umschalter 30 und ein Raumfrequenztiefpaß 31 vorgesehen, dessen Raumgrenzfrequenz frg in Abhängigkeit von der Länge 1 der Antenne 10, der Wahl eines Winkelsektors αmax, der in Betracht gezogen werden soll, und einer maximalen Frequenz fi max der Empfangssignale frg=fi max&peseta;l&peseta;sinαmax / (c) einstellbar ist, wobei c die Schallgeschwindigkeit ist. Der Raumfrequenztiefpaß 31 weist eine Frequenzanalyseschaltung zum Bestimmen der maximalen Frequenz fi auf. Die Frequenzanalyseschaltung erhält wahlweise das Empfangssignal eines der elektroakustischen Wandler der Antenne 10, das größte Gruppensignal oder ein Körperschallsignal eines Körperschallaufnehmers, der nicht gezeigt ist.

Komponenten des Raumspektrums RS (ti, fri, fi), die Frequenzen fi des Körperschalls aufweisen und deren Raumfrequenzen fri kleiner als die Grenzraumfrequenz frg ist, werden zur Berechnung der Kohärenz γ2 herangezogen.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Unterdrückung von Körperschallstörungen bei einer akustischen Ortungsanlage auf einem Trägerfahrzeug mit elektroakustischen Wandlern, die vor oder auf einer körperschallführenden Wandung angeordnet sind, wobei die Körperschallstörungen durch Schwingungen der Wandung verursacht und auf die elektroakustischen Wandler übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß Empfangssignale der Wandler zu Richtcharakteristiken zusammengefaßt werden, daß Referenzrichtcharakteristiken durch zeitliche Mittelung oder Autokorrelation der Richtcharakteristiken getrennt für jede Empfangsrichtung über einen vorgebbaren Zeitraum bestimmt werden, daß eine räumliche Kohärenz (γ2) zwischen den momentan gebildeten Richtcharakteristiken und den Referenzrichtcharakteristiken ermittelt wird und die momentan gebildeten Richtcharakteristiken mit der räumlichen Kohärenz (γ2) bewertet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Gruppensignale der Richtcharakteristiken mit der räumlichen Kohärenz (γ2) multipliziert werden und die Differenz zwischen den Gruppensignalen der momentan gebildeten Richtcharakteristiken und den mit der räumlichen Kohärenz (γ2) multiplizierten Gruppensignalen gebildet wird und die von Körperschallstörungen befreiten Gruppensignale liefern.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Frequenzspektren von Gruppensignalen der Richtcharakteristiken gebildet werden und Spektrallinien gleicher Frequenz (fi) den Empfangsrichtungen (αi) zugeordnet werden und innerhalb eines vorgebbaren Winkelsektors eine Winkelfunktion (R) bilden, daß die Autokorrelationsfunktion der Winkelfunktion für den vorgebbaren Zeitraum bestimmt wird und eine Referenzwinkelfunktion liefert, daß die Referenzwinkelfunktion mit der momentanen Winkelfunktion multipliziert und innerhalb des Winkelsektors aufsummiert wird und ein Maß für die räumliche Kohärenz (γ2) der Richtcharakteristiken liefert.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der Winkelfunktion (R) und der mit der Kohärenz (γ2) multiplizierten Winkelfunktion gebildet wird, die je Frequenz (fi) die körperschallstörungsbefreiten Gruppensignale der Richtcharakteristiken liefern.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Raumspektrum (RS) durch Fourier-Transformation der Empfangssignale der Wandler vom Ortsbereich (xi) in einen Raumfrequenzbereich (fri) ermittelt wird und ein Muster der Richtcharakteristiken innerhalb eines Winkelsektors liefert, wobei Spektralanteile des Raumspektrums (RS) den Gruppensignalen und ihre Raumfrequenzen (fri) den Empfangsrichtungen (αi) entsprechen, daß ein zeitlicher Mittelwert oder die Autokorrelationsfunktion des Raumspektrums (RS) bestimmt wird und ein Referenzmodenraumspektrum (RM) liefert, daß das momentan gebildete Raumspektrum (RS) und das Referenzmodenraumspektrum (RM) konjugiert komplex multipliziert werden und das Produkt (P) über Raumfrequenzen (fri), die dem Winkelsektor entsprechen, aufsummiert wird und das so gebildete Kreuzspektrum (σ) ein Maß für die räumliche Kohärenz (γ2) ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leistungsraumspektrum (SZ) und ein Leistungsmodenraumspektrum (SM) durch Bilden des Betragsquadrats und Aufsummieren über den Raumfrequenzen (fri), die dem Winkelsektor entsprechen, bestimmt werden und daß durch Quotientenbildung mit dem Kreuzspektrum (σ) die räumliche Kohärenz (γ2) berechnet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das konjugiert komplexe Produkt des Kreuzspektrums (σ) bestimmt wird und der Quotient des konjugiert komplexen Produkts des Kreuzspektrums (σ) durch das Leistungsraumspektrum (SZ) und das Leistungsmodenraumspektrum (SM) geteilt wird und die räumliche Kohärenz liefert.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem Raumspektrum (RS) und dem mit der Kohärenz (γ2) multiplizierten Raumspektrum (RS) gebildet wird und durch Fourier-Rücktransformation in den Ortsbereich (xi) die Rücktransformierte (F-1RSZ) gebildet wird und daß die Empfangssignale der Wandler mit der Rücktransformierten (F-1RSZ) multipliziert werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzrichtcharakteristiken oder das Referenzmodenraumspektrum (RM) aus Empfangssignalen der elektroakustischen Wandler zu einer Zeit, in der nur Körperschallstörungen empfangen werden und sich keine schallabstrahlenden Ziele in der Nähe der Ortungsanlage befinden, für unterschiedliche Betriebszustände des Trägerfahrzeugs bestimmt und abgespeichert werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzrichtcharakteristiken oder das Referenzmodenraumspektrum (RM) aus Signalen mehrerer Körperschallaufnehmer gebildet wird, deren Empfangsrichtungen (αi) mit den Empfangsrichtungen (αi) der Richtcharakteristiken, die aus den Empfangssignalen der elektroakustischen Wandler gebildet werden, übereinstimmen.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Kohärenz (γ2) für eine vorgebbare Anzahl von Frequenzen (fi) der Schwingungen bestimmt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfangssignal oder das Gruppensignal einer Frequenzanalyse unterzogen wird, daß Spektralanteile, die während des vorgebbaren Zeitraum über einem vorgebbaren Pegel liegen, ermittelt und ihre Frequenzen (fi) bestimmt werden und die Anzahl bilden.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Frequenzen (fi) aus einem Signal eines oder mehrerer Körperschallaufnehmer ermittelt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von einer Ausdehnung der Antenne (10) mit den elektroakustischen Wandlern, einer maximalen Frequenz (fi max) der Empfangssignale und dem Winkelsektor (±αmax) eine Raumgrenzfrequenz (frg) ermittelt wird und Raumspektrumanteile oberhalb der Raumgrenzfrequenz (frg) auf Null gesetzt werden.
  15. Vorrichtung zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 für eine akustische Ortungsanlage auf einem Trägerfahrzeug mit einer Antenne (10), die elektroakustische Wandler aufweist und auf oder vor einer Wandung des Trägerfahrzeugs angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antenne (10) ein Richtungsbildner (11) zum Bestimmen von Richtcharakteristiken oder einer Winkelfunktion (R) oder eines Raumspektrums (RS) nachgeordnet ist, daß dem Richtungsbildner (11) ein Mittelwertrechner (12), eine Kreuzspektrum-Rechenschaltung (13) und eine Leistungsrechenstufe (14) nachgeordnet sind, daß der Mittelwertrechner (12) zum Bestimmen eines zeitlichen Mittelwerts oder der Autokorrelationsfunktion ausgebildet ist und ausgangsseitig mit der Kreuzspektrum-Rechenschaltung (13) verbunden ist, daß die Kreuzspektrum-Rechenschaltung (13) zum Multiplizieren, Integrieren oder Summieren über einen Winkelsektor oder über Raumfrequenzen ausgebildet ist, daß der Mittelwertrechner (12) mit einer Leistungsrechenschaltung (15) verbunden ist, daß eine Kohärenzschaltung (20) mit der Kreuzspektrum-Rechenschaltung (13), der Leistungsrechenstufe (14) und der Leistungsrechenschaltung (15) verbunden ist, daß der Kohärenzschaltung (20) ein Multiplizierblock (21) nachgeordnet ist, dessen zweiter Eingang mit dem Richtungsbildner (11) zusammengeschaltet ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem Multiplizierblock (21) eine Schaltung (23) zur Rücktransformation nachgeordnet ist, von der der Richtungsbildner (11) ansteuerbar ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Richtungsbildners (11) und den Eingängen des Mittelwertrechners (12), der Kreuzspektrum-Rechenschaltung (13) und der Leistungsrechenstufe (14) ein Raumfrequenztiefpaß (22) mit nachgeschaltetem Umschalter (30) geschaltet ist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Raumfrequenztiefpaß (22) eine Frequenzanalyseschaltung zum Bestimmen der Frequenz (fi) des Empfangssignals eines der elektroakustischen Wandler oder eines Körperschallaufnehmers oder eines Gruppensignals enthält.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com