EP1531339B1

Method of passive determination of target data

Abstract

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EP1531339B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 86

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Expired 12 November 2024, 1.9 years ago.

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15 claims: 2 independent, 13 dependent

  1. 1
    Verfahren zum passiven Bestimmen von Zieldaten durch richtungsselektiven Empfang von Schallwellen, die vom Ziel abgestrahlt oder gesendet werden, mit einer elektroakustischen Wandleranordnung einer Sonar-Empfangsanlage auf einem Trägerfahrzeug aus geschätzten Peilwinkeln, die aus geschätzten Positionen des Ziels ermittelt werden, und gemessenen Peilwinkeln, wobei die Peilwinkeldifferenz zwischen gemessenen und geschätzten Peilwinkeln iterativ minimiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass Grenzwerte für die Entfernung und/oder den Kurs und/oder die Geschwindigkeit des Ziels zum Ermitteln von Randbedingungen vorgegeben werden, dass auf einem Peilstrahl unter einem gemessenen Peilwinkel mit den Randbedingungen Positionskomponenten und Geschwindigkeitskomponenten zum Schätzen der Position des Ziels bestimmt und zur Minimierung der Peilwinkeldifferenz in einem nicht rekursiven, iterativen Rechenverfahren verwendet werden.
  2. 2
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwerte für den Kurs kleiner oder gleich dem rechten Winkel rechts und links zum Peilstrahl des gemessenen Peilwinkels gewählt werden.
  3. 3
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Änderung von gemessenen Peilwinkeln und die Änderungsrichtung bestimmt werden, dass der eine Grenzwert des Kurses durch den gemessenen Peilstrahl und der andere Grenzwert durch einen rechten Winkel in Änderungsrichtung festgelegt wird, dass bei negativer Änderungsrichtung der Kurs links, bei positiver Änderungsrichtung rechts vom Peilstrahl liegt.
  4. 4
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem ersten Peilstrahl des ersten gemessenen Peilwinkels mindestens eine Minimalentfernung als ein Grenzwert für die Entfernung und ein anlaufender Kurs senkrecht zum ersten Peilstrahl als ein Grenzwert des Kurses vorgegeben werden und dass nach einem Zeitintervall ein letzter Peilwinkel gemessen wird, und dass der obere Grenzwert der Entfernung und/oder der Geschwindigkeit durch das Lot auf den letzten Peilstrahl unter Berücksichtigung des Zeitintervalls eingestellt wird.
  5. 5
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem ersten Peilstrahl des ersten gemessenen Peilwinkels mindestens eine Maximalentfernung als ein Grenzwert für die Entfernung und ein anlaufender Kurs senkrecht zum ersten Peilstrahl als ein Grenzwinkel des Kurses vorgegeben wird und dass nach einem Zeitintervall ein letzter Peilwinkel gemessen wird, dass der untere Grenzwert der Entfernung und/oder der Geschwindigkeit durch die Senkrechte auf den letzten Peilstrahl und die Strecke bis zum Schnittpunkt mit dem ersten Peilstrahl unter Berücksichtigung des Zeitintervalls eingestellt wird.
  6. 6
    Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass vom unteren Grenzwert der Entfernung auf dem ersten Peilstrahl ein Wegstück, welches dem oberen Grenzwert der Geschwindigkeit unter Berücksichtigung des Zeitintervalls entspricht, angetragen wird und dass der Schnittpunkt mit dem letzten Peilstrahl den zweiten Grenzwert für den Kurs eines anlaufenden Ziels liefert.
  7. 7
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der Randbedingungen für die Positionskomponenten die Grenzwerte für die Entfernung in orthogonale Positionskomponenten und die Grenzwerte für die Geschwindigkeit für alle Kurswinkel innerhalb der Grenzwerte für den Kurs in orthogonale x-y-Geschwindigkeitskomponenten in einem kartesischen Koordinatensystem zerlegt werden, dass die minimale und maximale x-Geschwindigkeitskomponente und die minimale und maximale y-Geschwindigkeitskomponente bestimmt werden, die die Randbedingungen für die Geschwindigkeitskomponenten zum Schätzen der Position des Ziels und seiner Geschwindigkeit innerhalb der Grenzwerte für die Entfernung bilden.
  8. 8
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale und maximale x-Geschwindigkeitskomponente und die minimale und maximale y-Geschwindigkeitskomponente ein Grenzgebiet aufspannen, dass aus der maximalen x-Geschwindigkeitskomponente und der maximalen y-Geschwindigkeitskomponente ein wirksamer oberer Grenzwert und aus der minimalen x-Geschwindigkeitskomponente und der minimalen y-Geschwindigkeitskomponente ein wirksamer unterer Grenzwert für die Geschwindigkeit ermittelt werden und dass aus den Eckwerten des Grenzgebiets ein wirksamer unterer Grenzwert und ein wirksamer oberer Grenzwert für den Kurs bestimmt wird, die dem Schätzen der Position des Ziels und seiner Geschwindigkeit zugrundegelegt werden.
  9. 9
    Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Grenzwerten für Geschwindigkeit und Kurs orthogonale Geschwindigkeitskomponenten und je Richtung Maximum und Minimum dieser Geschwindigkeitskomponenten bestimmt werden, die unter Berücksichtigung des Zeitintervalls in Wegkomponenten umgerechnet werden, dass zu sämtlichen Positionskomponenten zwischen dem oberen und unteren Grenzwerte der Entfernung die Minima und Maxima der Wegkomponenten addiert werden, dass mit diesen Summenkomponenten Positionen geschätzt und zugehörige geschätzte Peilwinkel ermittelt werden und dass die Peilwinkeldifferenz oder quadrierte Peilwinkeldifferenz zwischen geschätzten und gemessenen Peilwinkeln iterativ minimiert wird, wobei die bei Erreichen des Minimums geschätzte Position die Entfernung auf dem zuletzt gemessenen Peilwinkel gehörenden Peilstrahl sowie Kurs und Geschwindigkeit des Ziels liefern.
  10. 10
    Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das kartesische Koordinatensystem gegenüber dem Bezugssystem für die Peilung um einen vorgebbaren Optimierungsdrehwinkel gedreht wird, dass der Optimierungsdrehwinkel abhängig von der Differenz des durch die Grenzwerte des Kurses bestimmten maximalen und minimalen Kurswinkel vorgegeben wird.
  11. 11
    Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem vorgegebenen anlaufenden Kurs, dessen Grenzwerte eine Kurswinkeldifferenz kleiner 90° einschließen, der Optimierungsdrehwinkel gleich der Differenz von 90° abzüglich dem minimalen Kurswinkel ist.
  12. 12
    Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem vorgegebenen anlaufenden Kurs, dessen Grenzwerte eine Kurswinkeldifferenz von mindestens 90° und höchstens 180° aufweist, der Optimierungsdrehwinkel gleich der Differenz von 180° abzüglich der halben Kurswinkelsumme ist.
  13. 13
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Kurs, dessen Grenzwerte eine Kurswinkeldifferenz größer 180° einschließen, der Optimierungsdrehwinkel gleich dem negativen gemessenen Peilwinkel ist.
  14. 14
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die unter dem Peilwinkel empfangenen Schallwellen einer Frequenzanalyse unterzogen werden und die Frequenz mindestens einer Spektrallinie als Empfangsfrequenz bestimmt wird, und eine Frequenzdifferenz der Empfangsfrequenz von einer geschätzten Dopplerfrequenz ermittelt wird, dass die geschätzte Dopplerfrequenz aus einer geschätzten vom Ziel abgestrahlten Sendefrequenz und einer Dopplerverschiebung aus geschätzten Zielpositionen, die zur Ermittlung des geschätzten Peilwinkels herangezogen werden, und deren zeitlichen Änderungen in Peilrichtung bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Grenzwerte der geschätzten Sendefrequenz aus der gemessenen Empfangsfrequenz und Dopplerverschiebungen für die vorgegebenen Grenzwerte der Geschwindigkeit ermittelt werden, dass mit den Grenzwerten der geschätzten Sendefrequenz Grenzwerte der geschätzten Dopplerfrequenz bestimmt werden und von der gemessenen Empfangsfrequenz abgezogen eine Differenzfrequenz liefern, dass das Minimum der Summe aus Peilwinkeldifferenz und Frequenzdifferenz oder ihrer quadrierten Differenzwerte iterativ bestimmt wird, wobei die bei Erreichen des Minimums geschätzte Position die Zieldaten liefert.
  15. 15
    Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass aus den dem Minimum der Peilwinkeldifferenz zugrundegelegten Randbedingungen die Geschwindigkeit und der Kurs des Ziels für alle Peilwinkelmessungen bestimmt und miteinander verglichen werden, dass bei Gleichheit über mehrere Peilwinkelmessungen die Bestimmung der Geschwindigkeit und des Kurses konvergieren und die daraus bestimmte Position auf dem ersten Peilstrahl die wahre Startposition des Ziels ist.
Independent claims15