DE3322500A1

DE3322500A1 - PROCEDURE FOR PASSIVE DETERMINATION OF TARGET DATA OF A VEHICLE

Info

Publication number: DE3322500A1
Application number: DE19833322500
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Bendig; Gerhard Kracht
Original assignee: Fried Krupp AG; Krupp Atlas Elektronik GmbH
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 1983-06-23
Filing date: 1983-06-23
Publication date: 1987-03-19
Also published as: NO166104C; GB2186687B; GB2186687A; NO842465L; DK165526B; DK299884A; IT1174179B; NL8401997A; IT8421364A0; DK165526C; DE3322500C2; FR2590679B1; NO166104B; BE900000A; FR2590679A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum passiven Bestimmen von Zieldaten eines Fahrzeugs von einem Meßort aus nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.The invention relates to a method for passive Determining destination data of a vehicle from one Measurement location according to the preamble of claim 1 mentioned Art.

Überall dort, wo Fahrzeuge beobachtet, überwacht, verfolgt oder bekämpft werden sollen, benötigt man Meßmethoden zum Erfassen von Position, Fahrzeuggeschwindigkeit und Kurs, die ohne Eigenverrat arbeiten. Beispielsweise beim Küstenschutz sollen passierende Wasserfahrzeuge eine Überwachung einer Küstenregion durch an Bord befindliche Radar- oder Sonaranlagen nicht feststellen können, um im Falle einer Invasion Verteidigungsmaßnahmen zielgerecht einleiten zu können. Das Bestimmen von Zieldaten in einem anderen Meßgebiet, z. B. offenem Seegebiet, dient bei einem anderen militärischen Anwendungsfall der Beurteilung einer Gefechtssituation und Abschätzung der Wirksamkeit taktischer Maßnahmen.Wherever vehicles are observed, monitored, to be pursued or fought is needed Measurement methods for recording position, vehicle speed and course that work without treason. For example, in coastal protection passing watercraft monitor a Coastal region by on board radar or Sonar systems cannot determine to in the event targeted defense measures against an invasion to be able to initiate. Determining target dates in another measurement area, e.g. B. open sea area, is used for another military application the assessment of a combat situation and assessment the effectiveness of tactical measures.

In der Wasserschalltechnik kann hierzu beispielsweise die vom Fahrzeug selbst generierte Wellenenergie, nämlich das Fahrtgeräusch, das am Meßort empfangen wird, zum Bestimmen der Zieldaten ausgenutzt werden. Ein solches Verfahren ist aus der deutschen Patentschrift 8 87 926 bekannt, bei dem aus drei Peilungen der Kurs eines Wasserfahrzeugs bestimmt wird. Wird zusätzlich z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit des Wasserfahrzeugs aufgrund seiner Schraubendrehzahl geschätzt, so ist auch Entfernung und Kurs berechenbar. Andererseits wird bei Vorgabe der Entfernung die dann unbekannte Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt. In der Anfangsphase der Auswertung von Horchpeilungen ist eine so gewonnene Zielbahn noch in starkem Maße von der Genauigkeit der Anfangsschätzwerte, nämlich Entfernung oder Fahrzeuggeschwindigkeit, abhängig. Erst dann, wenn nach einem Eigenmanöver mindestens drei weitere Peilungen gemessen worden sind, können die unbekannten Zieldaten unabhängig von den Schätzwerten berechnet werden. Alle zusätzlich ermittelten Peilungen bewirken einen Ausgleich der Meßfehler und bei zeichnerischen Lösungsverfahren am Plottisch auch einen Ausgleich der Zeichenungenauigkeiten beim Festlegen des Kurses durch den Auswerter. Bei einer automatischen Auswertung der Peilung und Berechnen der Zielbahn durch Regressionsverfahren nähert sich zwar die berechnete Zielbahn dem wirklichen Kurs immer genauer an, jedoch kann das Ergebnis der Rechnung unter Berücksichtigung einer meßfehlerbehafteten Peilung stärker verfälscht sein, als wenn die meßfehlerbehaftete Peilung unberücksichtigt bliebe.In water-borne technology, for example the wave energy generated by the vehicle itself, namely the driving noise that occurs at the measuring location is received, used to determine the target data become. Such a procedure is from the German patent 8 87 926 known in which from three bearings the course of a watercraft is determined. Is additionally z. B. the vehicle speed of the watercraft due to its Screw speed is estimated, so is distance and course predictable. On the other hand will if the distance is specified, the then unknown Vehicle speed determined. In the initial phase the evaluation of listening bearings is one so obtained target trajectory still to a large extent from the Accuracy of the initial estimates, namely distance or vehicle speed, depending. Only then, if at least after an own maneuver three more bearings have been measured the unknown target dates regardless of the estimated values be calculated. All additionally determined Bearings compensate for the measurement errors and in the case of graphic solution methods on Plottisch also compensates for the drawing inaccuracies when setting the course by the Evaluator. With an automatic evaluation of the Bearing and calculation of the target path using regression methods the calculated one approaches Target track to the real course more and more precisely, however, the result of the calculation can be taken into account a measurement error-prone bearing be more falsified than if the measurement error-prone Bearing would not be taken into account.

Auch ist aus dieser Patentschrift bekannt, eine Peilwinkelzeitkurve einer vorgegebenen Kurvenschar zu überlagern, um das Verhältnis von Fahrzeuggeschwindigkeit und Entfernung des Fahrzeugs zu bestimmen. Eine derartige Auswertung ist besonders zeitaufwendig und in hohem Maße abhängig von der Beurteilung des Auswerters, so daß sich leicht ungenaue Zieldaten ergeben. Darüber hinaus ist die Anzahl der zu berücksichtigenden Meßwerte durch die manuelle Auswertung stark eingeschränkt.It is also known from this patent, a Bearing angle time curve of a given set of curves superimpose to the ratio of vehicle speed and removal of the vehicle to determine. Such an evaluation is special time consuming and highly dependent from the evaluation of the evaluator, so that slightly inaccurate target data result. About that in addition is the number of to be considered Measured values severely restricted by manual evaluation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein passives Verfahren zum Bestimmen von Zieldaten eines selbstgenerierte Wellenenergie abstrahlenden Fahrzeugs der eingangs genannten Art anzugeben, das eine Angabe der Zieldaten von einem ruhenden Meßort aus, automatisch und ohne Schätzung von Anfangsbedingungen, wie z. B. Entfernung oder Fahrzeuggeschwindigkeit, innerhalb kürzester Zeit gestattet.The invention is based on the object of a passive Method for determining target data of a self-generated wave energy radiating vehicle of the type mentioned at the beginning an indication of the target data from a stationary measuring location off, automatically and without estimation of initial conditions, such as B. Distance or vehicle speed, permitted within a very short time.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is according to the invention by the im Characteristic part of claim 1 specified features solved.

Die Erfindung geht dabei von den physikalischen Gesetzen der Ausbreitung von Wellenenergie in einem Übertragungsmedium mit Dispersionseigenschaften aus. In aller Regel besteht ein solches Übertragungsmedium aus einzelnen Schichten mit unterschiedlichen Übertragungseigenschaften für die vom Fahrzeug abgestrahlte Wellenenergie. In einer der Schichten sind als Meßanordnung mindestens zwei Wandler installiert, die die vom Fahrzeug abgestrahlte Wellenenergie in elektrische Empfangssignale umwandelt.The invention is based on the laws of physics the propagation of wave energy in one Transmission medium with dispersion properties out. As a rule, such a transmission medium exists from individual layers with different Transmission properties for the from Wave energy emitted by the vehicle. In one of the Layers are at least two as a measuring arrangement Converters installed that reflect the radiated from the vehicle Wave energy in received electrical signals converts.

Soll das erfindungsgemäße Verfahren in der Luftfahrt zur passiven Messung der Zieldaten von Flugzeugen oder auf dem Land zum Vermessen von Landfahrzeugen, z. B. Panzern, eingesetzt werden, so werden als Wandler Mikrophone in Schichtungen der Atmosphäre oder Geophone in Bodenschichten eingesetzt, die die aufgrund des Fahrtgeräusches abgestrahlte Schallenergie in der Übertragungsschicht am Meßort in elektrische Empfangssignale umwandeln. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ebenfalls eingesetzt werden, wenn das Fahrzeug elektromagnetische Wellen, z. B. Licht, abstrahlt, das in eine Übertragungsschicht mit Dispersionseigenschaften, z. B. Eisschichtungen, eindringt und sich dort ausbreitet.Should the method according to the invention be used in aviation for passive measurement of target data from aircraft or in the country for measuring land vehicles, z. B. tanks are used, so are used as transducers in layers of microphones Atmosphere or geophones used in soil layers, which emitted due to the driving noise Sound energy in the transmission layer Convert into electrical received signals at the measuring location. The method according to the invention can also be used when the vehicle is electromagnetic Waves, e.g. B. light that radiates into a transfer layer with dispersion properties, e.g. B. Ice layers, penetrates and spreads there.

Bei dem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Wasserschalltechnik zum passiven Bestimmen der Zieldaten von Wasserfahrzeugen werden als Wandler zwei Hydrophone in einer Wasserschicht als Übertragungsschicht angeordnet. Im einfachsten Fall ist diese Übertragungsschicht mit Dispersionseigenschaften ein Flachwasser-Schallübertragungskanal, kurz Flachwasserkanal, bei dem die Wasserschicht durch parallele Luft- und Bodenschichten als Grenzschichten begrenzt wird und die Eigenschaften des Übertragungsmediums, wie Ausbreitungsgeschwindigkeit, nahezu konstant sind. Ebenso ist aber auch das erfindungsgemäße Verfahren einzusetzen, wenn im Wasser mehrere Schichtungen mit unterschiedlichen Übertragungseigenschaften zu verzeichnen sind. Es ist nach einem Aufsatz von C. L. Pekeris, "Theory of Propagation of Explosive Sound in Shallow Water", The Geological Society of America, Memoir 27, 1948, und einem Buch von J. Tolstoy und C. S. Clay, "Ocean Acoustics: Theory and Experiment in Underwater Sound", McGraw-Hill Book Company, New York, 1966, bekannt, daß die Schallausbreitung einer im flachen Wasser befindlichen Geräuschquelle bei tiefen Frequenzen durch eine Überlagerung von Eigenwellen oder Moden beschrieben werden kann. Anschaulich kann man sich ein solches physikalisches Modell der Ausbreitung von Schall so vorstellen, daß der Schall im Flachwasserkanal an der Wasseroberfläche total und am Boden teilweise reflektiert wird, so daß sich eine zickzackförmige Ausbreitung ebener Wellenfronten über der Entfernung einstellt. Oberhalb einer kritischen Grenzfrequenz, die gleich der Wasserschallgeschwindigkeit geteilt durch etwa vierfache Höhe ist, bilden sich Eigenwellen oder sog. Moden aus. Die Anzahl der Eigenwellen ist abhängig von der Frequenz der abgestrahlten Schallenergie. Jeweils beim Überschreiten eines ungeraden Vielfachen der kritischen Grenzfrequenz kommt eine weitere Eigenwelle hinzu. Der Winkel, unter dem die Wellenfront an der Wasseroberfläche bzw. am Grund reflektiert wird, wächst mit der Ordnungszahl der Eigenwellen. Die Wellenfronten durchlaufen dann einen längeren Weg und stoßen häufiger an die Grenzschichten und erfahren dabei eine höhere Dämpfung.When using the method according to the invention in the water-borne sound technology for the passive determination of the Target data from watercraft are used as converters two hydrophones in a layer of water as a transmission layer arranged. In the simplest case is this transfer layer with dispersion properties a shallow water sound transmission channel, short shallow water channel, in which the water layer through parallel air and soil layers as boundary layers is limited and the properties of the Transmission medium, such as speed of propagation, are almost constant. But it is also the same to use the method according to the invention if in the water several layers with different Transmission properties are recorded. It is based on an essay by C. L. Pekeris, "Theory of Propagation of Explosive Sound in Shallow Water ", The Geological Society of America, Memoir 27, 1948, and a book by J. Tolstoy and C. S. Clay, "Ocean Acoustics: Theory and Experiment in Underwater Sound ", McGraw-Hill Book Company, New York, 1966, known that the sound propagation of an im Sound source located in shallow water at deep Frequencies through a superposition of natural waves or modes can be described. Vivid one can look at such a physical model of the Imagine the propagation of sound as sound in the shallow water channel at the water surface total and is partially reflected on the ground, so that a zigzag spread of plane wave fronts over distance. Above one critical cut-off frequency, which is equal to the speed of waterborne sound divided by about four times Is height, natural waves or so-called modes are formed out. The number of natural waves depends on the frequency of the radiated sound energy. Each when exceeding an odd multiple the critical cut-off frequency comes another natural wave added. The angle at which the wavefront reflected on the water surface or on the bottom grows with the ordinal number of the eigenwaves. The wave fronts then pass through you longer path and hit the boundary layers more often and experience a higher level of damping.

Die Eigenwellen oder Moden stellen Lösungen einer partiellen Wellengleichung für den Flachwasserkanal dar. Genauer gesagt, sind es die Eigenfunktionen des Flachwasserkanals in horizontaler Richtung. Die Eigenwellen sind Zylinderwellen, die sich konzentrisch von der Schallquelle wegbewegen. Sie weisen in Ausbreitungsrichtung eine Periode auf, die um so geringer ist je höher die Frequenz der sich ausbreitenden Schallwelle ist. Die Phasengeschwindigkeit der Eigenwelle ist abhängig von der Frequenz des abgestrahlten Schalls und bei höheren Frequenzen nähert sie sich fallend der Ausbreitungsgeschwindigkeit im Wasser. Der Schalldruckverlauf in vertikaler Richtung ist von der Ordnungszahl der Eigenwelle abhängig. An der Wasseroberfläche ist der Schalldruck gleich Null, am Boden weist er stets eine endliche Größe auf, die Anzahl der dazwischenliegenden Nullstellen ist um eins geringer als die Ordnungszahl.The eigenwaves or modes represent solutions of a partial wave equation for the shallow water channel To be more precise, it is the eigenfunctions of the shallow water channel in the horizontal direction. The Eigenwaves are cylindrical waves that are concentric move away from the sound source. You wise in the direction of propagation has a period that is around the lower the higher the frequency of the itself propagating sound wave is. The phase velocity the natural wave depends on the frequency of the emitted sound and at higher Frequencies it approaches the speed of propagation falling in the water. The sound pressure curve in the vertical direction is of the atomic number dependent on the eigenwave. At the surface of the water if the sound pressure is zero, it points to the ground he always has a finite size, the number of those in between Zeroing is one less than the ordinal number.

Durch Überlagerung mehrerer Eigenwellen entsteht im Flachwasserkanal ein Interferenzfeld. Dieses Interferenzfeld baut sich um die Schallquelle auf. In radialer Richtung zur Schallquelle sind räumliche Amplitudenschwankungen zu verzeichnen. Den Abstand zwischen gleichen Extremwerten nennt man Interferenzwellenlänge. Diese Interferenzwellenlänge ist allein abhängig von den Eigenschaften des Flachwasserkanals und der Frequenz des abgestrahlten Schalls, sie wird zu höheren Frequenzen hin größer.The superposition of several eigenwaves results in the Shallow water channel an interference field. This interference field builds up around the sound source. In radial Direction to the sound source are spatial amplitude fluctuations recorded. The distance between the same extreme values is called the interference wavelength. This interference wavelength is solely dependent on the properties of the shallow water channel and the frequency of the emitted sound, it becomes larger towards higher frequencies.

Bei einem fahrenden Wasserfahrzeug wird Schall in einem breiten Frequenzbereich abgestrahlt und aufgrund der sich ausbildenden Eigenwellen entsteht im Flachwasserkanal ein Interferenzfeld. Dieses Interferenzfeld ist mit dem Wasserfahrzeug als Schallquelle verbunden. With a moving watercraft, sound is in radiated over a wide frequency range and due to of the developing eigenwaves an interference field in the shallow water channel. This interference field is with the watercraft as the sound source connected.

In einem Aufsatz von Weston et al, "Interference of Wide-Band Sound in Shallow Water", Admirality Research Laboratory, Teddington, Middlesex, 1971, reproduced by National Technical Information Service, wird ein Verfahren beschrieben, mit dem Übertragungseigenschaften eines Flachwasserkanals untersucht werden. Von einem ortsfesten Hydrophon wird ein breitbandiges Geräusch einer Schallquelle empfangen. Die Schallquelle bewegt sich dabei mit geradlinigem Kurs zunächst auf das Hydrophon zu und anschließend von ihm fort. Von dem Geräusch werden nacheinander je Zeiteinheit Spektrogramme berechnet. Die Intensitäten dieser Spektrogramme werden als Funktion der Frequenz spaltenweise in Grautonschrift dargestellt. In jede Spalte, die dem jeweiligen Abstand zwischen Hydrophon und Schallquelle zugeordnet ist, wird ein Spektrogramm eingetragen. Es ergibt sich ein Intensitätsmuster, das fächerförmig zum Hydrophonort hinläuft. Dieser Grautonschrieb spiegelt das Interferenzfeld wieder, das die Schallwellen des abgestrahlten Geräusches aufgrund der Ausbreitung von Eigenwellen oder Moden hervorrufen.In an article by Weston et al, "Interference of Wide-Band Sound in Shallow Water, "Admirality Research Laboratory, Teddington, Middlesex, 1971, reproduced by National Technical Information Service, a method is described with the transmission properties of a shallow water canal become. A fixed hydrophone becomes a Receive broadband noise from a sound source. The sound source moves in a straight line Course first towards the hydrophone and then away from him. Be from the sound one after the other per unit of time spectrograms are calculated. The intensities of these spectrograms will be as a function of the frequency in columns in gray shown. In each column that corresponds to the respective Distance between the hydrophone and the sound source is assigned, a spectrogram is entered. The result is an intensity pattern that is fan-shaped runs towards the hydrophone location. This grayscale record reflects the interference field that the sound waves of the emitted noise due to the Cause propagation of natural waves or modes.

Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen von Zieldaten eines Fahrzeugs werden aus dem zeitlichen Verlauf der Empfangssignale jedes Wandlers zur Frequenzanalyse Spektrogramme erstellt und spektrale Leistungen der Empfangssignale jedes Spektrogramms, beispielsweise als Intensitätsschrieb über der Frequenz abgespeichert. Die einzelnen Intensitätsschriebe werden ihrem Meßzeitpunkt zugeordnet. Als Intensitätsschrieb kann ein Grautonbild erzeugt werden. Die abgespeicherten Spektrogramme bilden ein zweidimensionales Intensitätsmuster innerhalb eines Frequenz-Zeit-Koordinatensystems, dessen eine Achse der Frequenz und dessen andere Achse einer Zeitbasis zugeordnet ist und beispielsweise in Zeiteinheiten geteilt ist.Even with the method according to the invention for determining of target data of a vehicle are made the temporal course of the received signals each Converter for frequency analysis spectrograms created and spectral powers of the received signals each Spectrogram, for example as an intensity plot stored over the frequency. The single ones Intensity records are their time of measurement assigned. A Grayscale image can be generated. The saved Spectrograms form a two-dimensional intensity pattern within a frequency-time coordinate system, whose one axis of frequency and its other axis is assigned to a time base and is divided into time units, for example.

Aus diesem Intensitätsmuster wird erfindungsgemäß innerhalb eines vorgebbaren Frequenzbereichs ein Ausschnitt ausgewählt, der sich über ein Zeitintervall von einer vorgebbaren Anzahl von Zeiteinheiten erstreckt. Innerhalb des Ausschnitts werden benachbarte Intensitäten gleicher Stärke aufgesucht, die im Frequenz-Zeit-Koordinatensystem kontinuierliche Interferenzlinien bilden. Diese Interferenzlinien sind bei einem Kurs des Fahrzeugs, der über den Meßort führt, also bei einem Überlauf des Meßorts, nahezu Geraden, die fächerförmig durch den Ausschnitt verlaufen. Der Ursprung des Fächers ist dem Meßort zuzuordnen. Bei einem Vorbeilauf, bei dem der Kurs des Fahrzeugs einen Querabstand zum Meßort aufweist, ist eine hyperbelartige Struktur zu erkennen. Die Scheitelpunkte der Hyperbeln kennzeichnen die größte Annäherung an den Meßort. Ruht das Fahrzeug, so empfangen die Wandler je Frequenz einen bestimmten Pegel und es entsteht ein Streifenmuster aus Interferenzlinien längs den einzelnen Frequenzspuren im Ausschnitt des Intensitätsmusters. Die Steigung der Interferenzlinien ist unendlich groß. (Die Steigung wird hier relativ zur Frequenzachse gemessen.) Fährt das Fahrzeug, so verändern sich die je Frequenz empfangenen Pegel über der Zeit. Die Interferenzlinien im Intensitätsmuster krümmen sich und ihre Steigung nimmt endliche Werte an. Die Steigung der Interferenzlinien ist abhängig von der Annäherungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs an den Meßort bzw. der radialen Geschwindigkeitskomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit bezüglich des Meßorts. Nähert sich das Fahrzeug dem Meßort mit großer Annäherungsgeschwindigkeit, so sind die Steigungen der Interferenzlinien geringer, als wenn das Fahrzeug aus gleicher Entfernung mit niedrigerer Annäherungsgeschwindigkeit zum Meßort fahren würde. Die zugehörige tangentiale Geschwindigkeitskomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit trägt zur Ausbildung der Intensitätsmuster nichts bei. Fährt ein Fahrzeug im Kreis mit konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit um einen Wandler herum, so entsteht ein Muster der abgespeicherten Intensitäten, das längs den Frequenzspuren keine Intensitätsunterschiede aufweist. Statt des fächerförmigen Intensitätsmusters entsteht ein Muster aus parallelen Streifen, die entlang den Frequenzspuren verlaufen, wie wenn das Fahrzeug ruhen würde. Allein eine zusätzliche radiale Geschwindigkeitskomponente führt dazu, daß die Strukturierung des Intensitätsmusters fächerförmig ist. Man kann sich das auch so vorstellen, daß das Interferenzfeld durch konzentrische Kreise um das Fahrzeug herum charakterisiert ist, die die Minima bzw. Maxima der Interferenzwellen im Abstand der Interferenzwellenlängen kennzeichnen. Bei einer Kreisfahrt erfaßt der Wandler jeweils ein und dieselbe Intensität des Interferenzfeldes. Nur durch eine radiale Geschwindigkeitskomponente sind abwechselnd Minimum und Maximum der Intensitäten am Wandler feststellbar.This intensity pattern becomes according to the invention within a predeterminable frequency range Selected section that extends over a time interval of a predeterminable number of time units extends. Be inside the cutout neighboring intensities of the same strength visited, which is continuous in the frequency-time coordinate system Form interference lines. These interference lines are at a course of the vehicle that is about leads to the measuring location, i.e. if the measuring location overflows, almost straight lines that fan out through the Cutout run. The origin of the fan is to be assigned to the measuring location. When passing by, when the course of the vehicle is a transverse distance to the measurement location shows a hyperbolic structure. Mark the vertices of the hyperbolas the closest approach to the measurement location. That rests Vehicle, the converters receive one per frequency certain level and a striped pattern is created from interference lines along the individual Frequency traces in the section of the intensity pattern. The slope of the interference lines is infinite large. (The slope is here relative to the frequency axis measured.) If the vehicle drives, so change the levels received per frequency overlap currently. The interference lines in the intensity pattern bend and their slope increases finite Values. The slope of the interference lines is dependent the approach speed of the vehicle to the measuring location or the radial velocity component the vehicle speed with respect to of the measuring location. The vehicle approaches the measuring location with a high approach speed, so the slopes of the interference lines are lower, as if the vehicle is at the same distance with a lower approach speed would drive to the measurement site. The associated tangential speed component of the vehicle speed contributes to the formation of the intensity pattern nothing at. If a vehicle drives in Circle with constant vehicle speed around a converter, a pattern of the stored ones is created Intensities along the frequency tracks shows no intensity differences. Instead of of the fan-shaped intensity pattern arises Pattern of parallel strips running along the frequency tracks run like when the vehicle is resting would. Just an additional radial speed component leads to the structuring of the intensity pattern is fan-shaped. One can imagine it as the interference field by concentric circles around the vehicle is characterized around that the minima or maxima of the interference waves at the distance of the interference wavelengths mark. Detected while driving in a circle the transducers each have one and the same intensity of the interference field. Only through a radial one Speed components are alternately minimum and maximum intensities can be determined on the transducer.

Man kann sagen, daß das Interferenzfeld mit dem Fahrzeug gekoppelt ist und mit Annäherungsgeschwindigkeit bzw. radialer Geschwindigkeitskomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit über jenen Wandler gezogen wird. Wenn das Fahrzeug auf einem Kurs längs der Verlängerung der Verbindungslinie zwischen den beiden Wandlern fährt, wird jeder Momentanwert des Interferenzfeldes zuerst vom einen Wandler und wenig später vom anderen Wandler empfangen. Die Zeitverschiebung zwischen den abgetasteten Interferenzfeldern ist direkt abhängig von der Annäherungsgeschwindigkeit, sie ist ihr umgekehrt proportional, nämlich um so größer je geringer die Annäherungsgeschwindigkeit bzw. die radiale Geschwindigkeitskomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit. Diese Zeitverschiebung wird für das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe der Intensitätsmuster ermittelt. Die Intensitätsmuster der beiden Ausschnitte werden dabei so lange in Zeitrichtung gegeneinander verschoben, bis sie sich decken. Die hierzu notwendige Zeitverschiebung stellt die gesuchte Größe dar.It can be said that the interference field with the vehicle coupled and with approach speed or radial velocity component of the Vehicle speed pulled over that converter becomes. When the vehicle is on a course along the Extension of the line connecting the two Converters, every instantaneous value of the Interference field first from a transducer and little later received by the other converter. The time difference between the scanned interference fields is directly dependent on the approach speed, it is inversely proportional to it, namely, the greater the slower the approach speed or the radial velocity component the vehicle speed. This time difference is used for the method according to the invention determined with the help of the intensity pattern. The intensity patterns of the two excerpts are included so long shifted against each other in the direction of time, until they coincide. The time difference required for this represents the size you are looking for.

Außerdem wird zur Ermittlung der Zieldaten in einem der Ausschnitte die Steigung mindestens einer der Interferenzlinien, vorzugsweise der durch die Mitte des Ausschnitts verlaufenden Interferenzlinie gemessen.In addition, a of the cutouts the slope of at least one of the Interference lines, preferably the one through the center of the section running interference line measured.

Aus diesen Meßdaten - der Steigung der Interferenzlinien und der Zeitverschiebung der Intensitätsmuster aus beiden Ausschnitten - werden unter Berücksichtigung des Peilwinkels und seiner zeitlichen Änderung die Zieldaten des Fahrzeugs gemäß Anspruch 1 berechnet. Die radiale Geschwindigkeitskomponente ist gleich dem Quotienten aus Laufzeitunterschied und Zeitverschiebung multipliziert mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellenenergie im Medium. Die Entfernung zwischen Fahrzeug und Meßort wird dadurch ermittelt, daß die Steigung mit dem Laufzeitunterschied und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellenenergie multipliziert und durch die Zeitverschiebung dividiert wird. Die tangentiale Geschwindigkeitskomponente erhält man durch Multiplikation der Entfernung mit der zeitlichen Änderung des Peilwinkels.From this measurement data - the slope of the interference lines and the time shift of the intensity patterns from both excerpts - are taking into account the bearing angle and its change over time the target data of the vehicle is calculated according to claim 1. The radial velocity component is equal to the quotient of the transit time difference and Time shift multiplied by the speed of propagation the wave energy in the medium. The distance between the vehicle and the measuring location determines that the slope with the transit time difference and the propagation speed of the wave energy multiplied and by the time difference is divided. The tangential velocity component is obtained by multiplication the distance with the change in the bearing angle over time.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, daß unmittelbar nach der Detektion der vom Fahrzeug generierten und abgestrahlten Wellenenergie die Zieldaten kontinuierlich bestimmt werden können. Am Intensitätsmuster zeigt sich, ob nur Umgebungsgeräusch von den Wandlern empfangen wird oder ein Fahrzeug in das Meßgebiet gefahren ist, da im letztgenannten Fall dann unmittelbar eine Strukturierung des regellos aussehenden Intensitätsmusters stattfindet und sich Interferenzlinien ausbilden. Sobald Interferenzlinien erkennbar sind, ist es möglich, Steigung und Zeitverschiebung zu messen. Am einfachsten ist die Steigung einer Interferenzlinie durch Approximation einer Geraden und die Zeitverschiebung zwischen den Interferenzmustern der beiden Ausschnitte mit Hilfe der Korrelationstechnik bestimmbar. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß während eines Bewegungsvorgangs des Fahrzeugs die Bestimmung der Zieldaten vom ruhenden Meßort ohne Eigenverrat, nämlich ohne Ausstrahlen eigener Sendeenergie oder eigenes Manövrieren, möglich ist, so daß das Fahrzeug die Überwachung durch an Bord befindliche Meßanlagen nicht wahrnehmen kann. Vermessungsarbeiten zur Installation der Meßanlage werden überflüssig, wenn die Zieldaten des Fahrzeugs bezüglich des Meßorts interessieren. Die Abmessungen der Meßanordnung am Meßort sind vorteilhafterweise wesentlich geringer als das Meßgebiet, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren überwacht werden kann. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Wasserschalltechnik ist die Meßanordnung mit ihren Hydrophonen beispielsweise auf einem ruhenden Schiff oder einem U-Boot als Beobachtungsstation installiert oder an mehreren Bojen bzw. einem Gestänge, das am Meeresgrund ausgelegt ist.The advantages of the method according to the invention are in that immediately after the detection of the Vehicle generated and radiated wave energy the target data are continuously determined can. The intensity pattern shows whether there is only ambient noise is received by the converters or a vehicle has driven into the measurement area because in In the latter case, a structuring is then carried out immediately the random looking intensity pattern takes place and form interference lines. As soon as interference lines can be seen, it is possible to Measure slope and time difference. At the the simplest is the slope of an interference line by approximating a straight line and the time shift between the interference patterns of the two Excerpts can be determined using the correlation technique. Another advantage is that during a movement of the vehicle Determination of the target data from the stationary measuring location without Treason, namely without radiating own transmission energy or own maneuvering is possible, so that the vehicle can be monitored by on board cannot perceive existing measuring systems. Surveying work for installing the measuring system become redundant if the target data of the vehicle interested in the measurement location. The dimensions the measuring arrangement at the measuring location are advantageous much smaller than the measuring area, that can be monitored with the method according to the invention can. When using the method according to the invention in water-borne sound technology is the measuring arrangement with their hydrophones, for example a stationary ship or a submarine as an observation station installed or on several buoys or a linkage that is laid out on the seabed is.

Von ganz besonderem Vorteil ist es, daß die Genauigkeit der Bestimmung von Entfernung und Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängig von der Distanz zwischen Meßort und Fahrzeug ist und mit der Detektierbarkeit auch die erste Messung vorgenommen werden kann. Außerdem ist die Bestimmung der Zieldaten unabhängig vom Kurs des Fahrzeugs. Sie sind in gleicher Weise bei einem Überlauf, bei dem der Kurs über den Meßort hinwegführt, wie bei einem Vorbeilauf, bei dem der Kurs mit Querabstand am Meßort vorbeiführt, bestimmbar. Weiterhin ist vorteilhaft, daß Manöver des Fahrzeugs die Bestimmung der Zieldaten nicht beeinflussen, wenn die radiale Geschwindigkeitskomponente sich innerhalb des Zeitintervalls nur unwesentlich ändert. Die Bestimmung von Entfernung und Fahrzeuggeschwindigkeit ist außerdem vorteilhafterweise völlig unabhängig vom Bewegungsverhalten des Fahrzeugs in vorangegangenen Zeitintervallen und in darauffolgenden Zeitintervallen, Vorgeschichte oder zukünftiges Fahrverhalten gehen also nicht in die Messung ein. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist man in der Lage, stets die momentanen Zieldaten eines Fahrzeugs festzustellen, auch wenn das Fahrzeug beliebige Kurse mit wechselnden Fahrzeuggeschwindigkeiten durchfährt. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann natürlich nur angegeben werden, wenn sie innerhalb des Zeitintervalls nahezu konstant war.It is of particular advantage that the accuracy the determination of distance and vehicle speed regardless of the distance between Measurement location and vehicle is and with the detectability the first measurement can also be made. In addition, the determination of the target data is independent from the course of the vehicle. They are in the same Way in the event of an overflow where the course over the Measurement location leads away, as in a walk past which the course leads past the measuring location with transverse distance, determinable. It is also advantageous that maneuvers of the vehicle does not determine the destination data affect when the radial velocity component only insignificantly within the time interval changes. The determination of distance and Vehicle speed is also advantageous completely independent of the movement behavior of the Vehicle in previous time intervals and in subsequent time intervals, prehistory or future driving behavior are therefore not in the measurement one. When using the invention Procedure one is able to always use the momentary Determine a vehicle's target data, too when the vehicle is changing any courses with Vehicle speeds through. The vehicle speed can of course only be specified if they are close to within the time interval was constant.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 2 und 3 wird ein dritter Wandler am Meßort aufgestellt, um eindeutige Peilergebnisse zu erhalten. Die Wandler werden paarweise zum Ermitteln der Laufzeitunterschiede verwendet. Aus den Laufzeitunterschieden werden Winkel gegen die Mittelsenkrechte auf den Abstand jedes Wandlerpaares berechnet und diese Winkel in Winkelwerte gegen eine gemeinsame Bezugsrichtung umgerechnet. Der Peilwinkel wird aus den Laufzeitunterschieden bestimmt, die zu gleich großen Winkelwerten gehören. Damit wird eine sogenannte Spiegelpeilung ausgeschlossen.According to an advantageous development of the invention Method according to claim 2 and 3 is a third transducer set up at the measuring location to unambiguous To get bearing results. The converters will in pairs to determine the runtime differences used. The runtime differences become Angle against the center perpendicular to the distance each transducer pair is calculated and these angles in Angular values against a common reference direction converted. The bearing angle is derived from the differences in transit time determines the angular values of the same size belong. This creates a so-called mirror bearing locked out.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 4 werden die ermittelten Laufzeitunterschiede miteinander verglichen und das Wandlerpaar herausgesucht, dessen Empfangssignale den größten Laufzeitunterschied aufweisen. Die Empfangssignale dieses Wandlerpaares werden zur Ermittlung der Zeitverschiebung der Frequenzanalyse unterworfen. Die aus den Intensitätsmustern der Empfangssignale dieses Wandlerpaares ermittelte Zeitverschiebung und der Laufzeitunterschied ihrer Empfangssignale werden zur Bestimmung der radialen Geschwindigkeitskomponente und der Entfernung miteinander kombiniert. Aus den Intensitätsmustern dieser Empfangssignale wird entweder die Steigung der Interferenzlinie in der Mitte eines der beiden Ausschnitte gewonnen oder es wird der arithmetische Mittelwert der Steigungen der in beiden Ausschnitten durch die Mitte des Ausschnitts verlaufenden Interferenzlinien bestimmt.According to an advantageous development of the invention The method according to claim 4 are the determined runtime differences are compared with each other and selected the transducer pair whose Received signals have the greatest difference in transit time. The received signals of this transducer pair are used to determine the time shift of the frequency analysis subject. The ones from the intensity patterns the received signals of this transducer pair determined time difference and the difference in runtime their received signals are used to determine the radial velocity component and the Distance combined. From the intensity patterns these receive signals will either the slope of the interference line in the middle one of the two excerpts won or it will the arithmetic mean of the slopes of the in two cutouts through the middle of the cutout running interference lines determined.

Ebenso ist es möglich, statt der Laufzeitunterschiede der Empfangssignale jedes Wandlerpaares die Zeitverschiebung der Intensitätsmuster zu vergleichen und die Empfangssignale desjenigen Wandlerpaares für die Peilwinkel- und Zeitverschiebungsberechnung auszuwerten, dessen Intensitätsmuster die größte Zeitverschiebung zueinander aufweisen.It is also possible instead of the runtime differences of the received signals of each transducer pair is the time shift to compare the intensity pattern and the received signals of that transducer pair for evaluate the bearing angle and time shift calculation, whose intensity pattern has the greatest time shift have to each other.

Durch das Auswahlverfahren nach Anspruch 4 werden Intensitätsmuster der Empfangssignale desjenigen Wandlerpaares ausgewertet, dessen Verbindungslinie mit der Verbindung zwischen Meßort und Fahrzeug am besten übereinstimmt. In die gleiche Richtung vom Fahrzeug zum Meßort weist auch die radiale Geschwindigkeitskomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit, die die Ausbildung der Interferenzlinien und die Zeitverschiebung der Intensitätsmuster in den Ausschnitten hervorruft. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 4 liegt darin, daß die Empfangssignale desjenigen Wandlerpaares ausgewertet werden, die die größte Genauigkeit für die Bestimmung von Entfernung und Fahrzeuggeschwindigkeit gewährleisten, da die zu vermessende Zeitverschiebung zwischen beiden am größten ist. Diese Zeitverschiebung umfaßt bei einer Rasterung der Zeitachse des Frequenz-Zeit-Koordinatensystems in Zeiteinheiten die größte Anzahl von Zeiteinheiten und gewährleistet, daß der relative Fehler am kleinsten ist. Weiterhin ist von Vorteil, daß auch dann eine Bestimmung der Zieldaten möglich ist, wenn das Fahrzeug auf einem Kurs längs einer Mittelsenkrechten der Verbindungslinie eines der Wandlerpaare errichtet wird. Bei diesem Kurs liefern die Empfangssignale dieses Wandlerspaares zwar ein strukturiertes Intensitätsmuster, ein Vergleich der beiden Intensitätsmuster zum Bestimmen der Zeitverschiebung zeigt, daß die Intensitätsmuster identisch ausgebildet sind und keine Zeitverschiebung gegeneinander aufweisen, weil beide Wandler gleichzeitig das gleiche Interferenzfeld abtasten. Durch das Ausbringen von drei Wandlern und die paarweise Auswertung ihrer Empfangssignale ist eine eindeutige Bestimmung sämtlicher Zieldaten stets gewährleistet, da eines der drei Wandlerpaare stets eine solche Ausrichtung aufweist, daß eine eindeutige Bestimmung der Zieldaten gewährleistet ist.The selection process according to claim 4 will be Intensity pattern of the received signals of that person Converter pair evaluated, its connecting line with the connection between the measuring location and the vehicle on best matches. In the same direction from Vehicle to the measurement location also has the radial speed component the vehicle speed that the formation of the interference lines and the time shift the intensity pattern in the sections evokes. The advantage of the invention The method according to claim 4 is that the received signals of that transducer pair evaluated which is the greatest accuracy for determination ensure distance and vehicle speed, because the time shift to be measured is greatest between the two. This time difference includes when the time axis is rasterized Frequency-time coordinate system in time units the greatest number of time units and ensures that the relative error is the smallest. It is also advantageous that a determination is then made the target data is possible when the vehicle on a course along a median perpendicular the line connecting one of the transducer pairs becomes. At this course deliver the received signals this transducer pair is a structured one Intensity Pattern, a comparison of the two intensity patterns to determine the time shift shows that the intensity patterns are identical are and no time difference to each other because both converters are the same at the same time Scan the interference field. By spreading of three converters and the pairwise evaluation of their Received signals is a clear determination of all Target data is always guaranteed because one of the three transducer pairs always has such an orientation that a clear determination of the target data is guaranteed.

Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 5 wird der Peilwinkel aus den Empfangssignalen desjenigen Wandlerpaares ermittelt, die den geringsten Laufzeitunterschied aufweisen. Dieses Wandlerpaar liefert im Vergleich zu den anderen die größte Meßgenauigkeit.According to a further development of the method according to the invention according to claim 5, the bearing angle from the Received signals of that transducer pair determined that have the smallest difference in runtime. This transducer pair delivers compared to the others the greatest measurement accuracy.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorteilhaft möglich, den Kurs des Fahrzeugs zu bestimmen, der einerseits durch den Peilwinkel zwischen Meßort und Fahrzeug und andererseits aus einem Geschwindigkeitswinkel bestimmt wird, wie in Anspruch 6 angegeben wird. Der Geschwindigkeitswinkel liegt zwischen der radialen Geschwindigkeitskomponente, deren Richtung zur Bezugsrichtung den Peilwinkel einschließt, und der Fahrzeuggeschwindigkeit, die in Richtung des Kurses weist. Der Kurs wird aus der Summe von Peilwinkel und Geschwindigkeitswinkel bestimmt. Der Geschwindigkeitswinkel wird entweder aus dem Verhältnis der tangentialen und radialen Geschwindigkeitskomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit errechnet oder nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 7 durch den Arcus Tangens aus dem Produkt von Steigung und zeitlicher Änderung des Peilwinkels unter Berücksichtigung eines Faktors bestimmt. Der Vorteil des Verfahrens gemäß Anspruch 7 besteht darin, daß nicht erst die Geschwindigkeitskomponenten selbst bestimmt zu werden brauchen, sondern unmittelbar aus den gemessenen Größen, nämlich der Steigung einer Interferenzlinie im Ausschnitt des Intensitätsmusters und der zeitlichen Änderung des Peilwinkels der Kurs berechnet werden kann.It is advantageous with the method according to the invention possible to determine the course of the vehicle, on the one hand by the bearing angle between the measurement location and vehicle and, on the other hand, from a speed angle is determined as stated in claim 6 becomes. The speed angle is between the radial velocity component whose Direction to the reference direction includes the bearing angle, and the vehicle speed that points in the direction of the course. The course will be off the sum of the bearing angle and the speed angle certainly. The speed angle will be either from the ratio of the tangential and radial Speed component of the vehicle speed calculated or according to an advantageous Further development of the method according to the invention according to claim 7 by the arc tangent from the product of the slope and the change over time of the bearing angle taking into account a Factor determined. The advantage of the procedure according to claim 7 is that not only the Velocity components to be determined by themselves need, but directly from the measured Quantities, namely the slope of an interference line in the section of the intensity pattern and the change in the bearing angle over time, the course is calculated can be.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 wird für die Frequenzanalyse nur Wellenenergie in einem Frequenzbereich um eine Mittenfrequenz ausgewertet, die sich in Form von Moden ausbreitet und Interferenzen innerhalb der Übertragungsschicht hervorruft. Dieser Frequenzbereich wird dadurch ermittelt, daß längs jeder Frequenzspur eine Art Modulation der Intensitäten über der Zeit festgestellt und daraus ein Modulationsmaß ermittelt wird. Dieses Modulationsmaß würde beim Vorliegen sinusförmiger und nicht stochastischer Vorgänge der in der Literatur bekannte Modulationsgrad sein. Das Modulationsmaß gibt an, wie ausgeprägt sich die Eigenwellen in der Übertragungsschicht ausbreiten und ihre Interferenz zu detektieren ist. Der Frequenzbereich liegt im unteren Teil des Frequenzspektrums der Empfangssignale, da wegen der Dämpfung in der Übertragungsschicht nur Eigenwellen niedrigerer Frequenz über große Entfernungen meßbar sind und wegen der kleinen Interferenzwellenlänge in diesen Frequenzbereich das Intensitätsmuster fein strukturiert ist.According to an advantageous development of the invention Procedure according to the characteristics of the Claim 8 is only wave energy for the frequency analysis in a frequency range around a center frequency evaluated, which are in the form of fashions propagates and interferes within the transmission layer evokes. This frequency range is determined by running along each frequency track a kind of modulation of the intensities over the Time determined and from this a modulation measure is determined. This modulation measure would be with Presence of sinusoidal and non-stochastic Processes the degree of modulation known in the literature be. The modulation measure indicates how pronounced the eigenwaves in the transmission layer propagate and detect their interference is. The frequency range is in the lower Part of the frequency spectrum of the received signals, da because of the attenuation in the transmission layer only Eigenwaves of lower frequency over long distances are measurable and because of the small interference wavelength the intensity pattern in this frequency range is finely structured.

Das Modulationsmaß wird beispielsweise dadurch bestimmt, daß die Varianz der Intensitäten auf jeder Frequenzspur festgestellt wird und die Varianz auf den quadrierten Mittelwert aller dort abgespeicherten Intensitäten bezogen und um die Zahl Eins vermindert wird. Die radizierte Differenz liefert dann das Modulationsmaß.The modulation amount is determined, for example, by that the variance of the intensities on each Frequency trace is determined and the variance on the squared mean of all stored there Intensities related and reduced by the number one becomes. The rooted difference then yields the modulation measure.

Das Modulationsmaß längs einer Frequenzspur ist nur dann groß, wenn das Empfangssignal, übertragen durch Eigenwellen, über dem Umgebungsgeräuschpegel liegt. Dann ergeben sich auf den Frequenzspuren Intensitätsextrema im Abstand der halben Interferenzwellenlänge auf der Frequenzspur. Durch Störungen bei der Ausbreitung der Eigenwellen kann aber bei einigen Frequenzen das Modulationsmaß stark zurückgehen, so daß keine durchgehende Interferenzlinie bzw. keine gleichstrukturierten Intensitätsmuster der Empfangssignale beider Wandler gefunden werden können. Deshalb wird vorteilhaft ein zusammenhängender Bereich benachbarter Frequenzspuren als Frequenzbereich ausgewählt, für den der ermittelte, vorzugsweise über der Frequenz geglättete Verlauf des Modulationsmaßes über einer vorgebbaren Schwelle liegt, um mit der größtmöglichen Sicherheit die Steigung von Interferenzlinien und die Zeitverschiebung der Intensitätsmuster in den beiden Ausschnitten bestimmen zu können.The modulation measure along a frequency track is only then great when the received signal is transmitted by natural waves, above the ambient noise level lies. Then arise on the frequency tracks Intensity extremes at a distance of half the interference wavelength on the frequency track. Through disturbances with the propagation of the eigenwaves, however at some frequencies the modulation amount is strong go back so that there is no continuous interference line or no equally structured intensity patterns the received signals of both converters found can be. Therefore a coherent one is advantageous Area of adjacent frequency tracks selected as the frequency range for which the determined preferably smoothed over frequency Course of the modulation measure over a predeterminable Threshold lies in order with the greatest possible security the slope of interference lines and the Time shift of the intensity patterns in the two To be able to determine sections.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 werden die Empfangssignale in einem höher gelegenen Frequenzintervall als der Frequenzbereich bezüglich ihres Laufzeitunterschieds ausgewertet, um daraus den Peilwinkel zu bestimmen. Eigenwellen in diesem Frequenzintervall können die Peilung nicht verfälschen, da ihre Phasengeschwindigkeiten näherungsweise gleich der Ausbreitungsgeschwindigkeit sind.According to an advantageous development of the invention Method according to the features of claim 9 the received signals are in a higher located frequency interval than the frequency range evaluated with regard to their runtime difference, in order to determine the bearing angle from this. Eigenwaves Bearing cannot be carried out in this frequency interval falsify, since their phase velocities approximate equal to the speed of propagation are.

Wie man sieht, wirken die für die Bestimmung der Steigung und Zeitverschiebung gewünschten Übertragungseigenschaften der Übertragungsschicht, die für eine Ausbreitung von Eigenwellen und deren Interferenz sorgen, für die Peilung störend. Durch die erfindungsgemäße Auswahl von Frequenzbereich und Frequenzintervall ist eine optimale Anpassung der Messung an die Übertragungseigenschaften erreicht worden.As you can see, they work for the determination of the Slope and time shift desired transmission properties the transmission layer that is used for propagation of natural waves and their interference care for the bearing disruptive. By the invention Selection of frequency range and frequency interval is an optimal adaptation of the measurement to the transmission properties has been achieved.

Die Rechenvorschriften, nach denen Entfernung und Fahrzeuggeschwindigkeit aus den Meßgrößen gewonnen werden können, geben die erfindungsgemäßen Weiterbildungen gemäß Anspruch 10 und 11 an, wobei der dort aufgeführte Faktor entweder gemäß Anspruch 12 aus der Interferenzwellenlänge zweier Eigenwellen, die sich aus der abgestrahlten Wellenenergie bei der Mittenfrequenz des Frequenzbereichs einstellt, und ihrer frequenzmäßigen Ableitung berechnet wird oder gemäß den Merkmalen des Anspruchs 13 gleich dem 1,1fachen Wert der Mittenfrequenz des Frequenzbereichs festgesetzt wird. Dieser Faktor ist typisch für die Ausbreitungseigenschaften der Übertragungsschicht und kann vor Meßbeginn bereits ermittelt oder festgelegt sein. Zahlreiche Versuche haben ergeben, daß die exakte Kenntnis des Mechanismusses der Übertragungsschicht gar nicht notwendig ist, um diesen Faktor zu bestimmen, sondern daß die Näherung durch den 1,1fachen Wert der Mittenfrequenz bereits gute Meßergebnisse liefert.The arithmetic rules according to which distance and Vehicle speed obtained from the measured variables can be, give the developments according to the invention according to claim 10 and 11, wherein the Factor listed there either according to claim 12 from the interference wavelength of two eigenwaves, resulting from the radiated wave energy the center frequency of the frequency range, and its frequency derivative is calculated or according to the features of claim 13 the same 1.1 times the value of the center frequency of the frequency range is fixed. This factor is typical for the propagation properties of the transmission layer and can already be determined before the start of the measurement or be fixed. Numerous attempts have shown that the exact knowledge of the mechanism the transmission layer is not necessary at all is to determine this factor, rather that the approximation by 1.1 times the value of Center frequency already delivers good measurement results.

Ist eine fächerförmige Struktur des Intensitätsmusters erkennbar geworden, so ist sie ein sicheres Zeichen dafür, daß eine detektierbare Schallquelle in das Meßgebiet hineingefahren ist. Selbstverständlich ist eine umgehende Messung der Zieldaten bis zur Annäherung des Fahrzeugs an den Meßort von Interesse. Die Steigung einer erkennbaren Interferenzlinie in einem Punkt des Frequenz-Zeit- Koordinatensystems des Interferenzmusters ist aber nur bestimmbar, wenn ein Teil der Interferenzlinie deutlich ausgeprägt ist. Der früheste Zeitpunkt zum Bestimmen der Steigung der Interferenzlinie ist dann gegeben, wenn das Zeitintervall gemäß Anspruch 14 so gewählt ist, daß mindestens zwei Intensitätsmaxima auf der Frequenzspur der Mittenfrequenz zu verzeichnen sind. Mit dieser Dimensionierung wird erreicht, daß in einem durch Frequenzbereich und Zeitintervall definierter Ausschnitt ein ausgeprägtes Intensitätsmuster zu verzeichnen ist, das auch für einen Vergleich der Ausschnitte bezüglich ihrer Zeitverschiebung genügend gut strukturiert ist. Selbstverständlich können auch mit kleineren oder größeren Zeitintervallen Meßergebnisse erzielt werden. Man läuft aber bei einem zu kleinen Zeitintervall Gefahr, kein genügend fein strukturiertes Intensitätsmuster im oberen Bereich des Frequenzbereichs zu erhalten, weil dort kein Intensitätsmaximum und -minimum mehr erfaßt wird. Bei einem zu groß gewählten Zeitintervall kann evtl. nicht mehr davon ausgegangen werden, daß das Fahrzeug während dieser Meßzeit mit nahezu konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit fährt, so daß dann eine Angabe über die momentane Höhe der Fahrzeuggeschwindigkeit nicht mehr gemacht werden kann.Is a fan-shaped structure of the intensity pattern has become recognizable, it is a sure one Sign that a detectable sound source has driven into the measurement area. Of course is an instant measurement of the target data until the vehicle approaches the measurement location of interest. The slope of a recognizable Interference line at a point of the frequency-time The coordinate system of the interference pattern is, however can only be determined if part of the interference line is clearly pronounced. The earliest point in time to determine the slope of the interference line is given when the time interval according to claim 14 is chosen so that at least two intensity maxima on the frequency track of the center frequency are recorded. With this dimensioning that is achieved in a by frequency range and time interval defined section to record a pronounced intensity pattern is that also for a comparison of the excerpts good enough with regard to their time difference is structured. Of course you can too with smaller or larger time intervals measurement results be achieved. But one runs at too small a time interval danger, not enough finely structured intensity pattern in to get the upper part of the frequency range, because there is no intensity maximum or minimum more is captured. If the time interval chosen is too large can possibly no longer assumed be that the vehicle during this measurement time drives at almost constant vehicle speed, so that an indication of the current level of the Vehicle speed can no longer be made can.

Der Abstand der Wandler wird genauso wie das Zeitintervall abhängig von den Übertragungseigenschaften der Übertragungsschicht gewählt und gemäß den Merkmalen des Anspruchs 15 dem zu erwartenden Interferenzfeld angepaßt. Die dort angegebene Dimentionsierung eines Abstands der Wandler abhängig von der Interferenzwellenlänge zweier interferierender Eigenwellen gewährleistet, daß sich die Intensitätsmuster in den beiden Ausschnitten teilweise überlappen und eine Korrelation der Intensitätsmuster feststellbar ist. Bei einer Anwendung in der Wasserschalltechnik ergibt sich beispielsweise in einem Flachwasserkanal mit einer Tiefe von ca. 40 m und einer Mittenfrequenz von 300 Hz ein Abstand von ca. 100 m, um vernünftige Meßergebnisse zu erhalten. Hieraus ist ersichtlich, daß die Wandler am Meßort dicht benachbart bezogen auf das zu überwachende Meßgebiet angeordnet werden können, das mehr als 10 km Ausdehnung aufweisen kann. Experimente in der Wasserschalltechnik haben gezeigt, daß ein Zeitintervall von weniger als 200 s ausreicht, um die erste Messung einer Steigung einer Interferenzlinie vorzunehmen. Als Frequenzbereich hat sich eine Bandbreite von 200 Hz um die Mittenfrequenz von 300 Hz als vorteilhaft erwiesen. Die ersten Zieldaten eines Fahrzeugs, das sich dem Meßort nähert, können also nach ca. 3 min am Meßort festgestellt werden, in bezug auf Entfernung, Fahrzeuggeschwindigkeit und Kurs, nachdem das Fahrzeug detektiert wurde. Weitere Angaben über das Bewegungsverhalten sind ab dann während der gesamten Annäherungsphase des Fahrzeugs beim Überfahren oder Passieren des Meßorts und bis zum Verlassen des Meßgebiets, bis nämlich das Fahrzeug nicht mehr detektierbar ist, kontinuierlich möglich.The distance between the transducers becomes the same as the time interval depending on the transmission properties the transmission layer selected and according to the Features of claim 15 the expected interference field customized. The diminution indicated there a distance between the transducers depending on the interference wavelength of two interfering Eigenwaves ensures that the intensity pattern partially in the two excerpts overlap and a correlation of the intensity patterns is detectable. When used in the water-borne technology results, for example in a shallow water channel with a depth of approx. 40 m and a center frequency of 300 Hz Distance of approx. 100 m to get reasonable measurement results to obtain. From this it can be seen that the Transducer at the measuring location closely related to the the measuring area to be monitored can be arranged, which can extend over 10 km. Experiments in water-borne sound technology have shown that a time interval of less than 200 s is sufficient, the first measurement of a slope of a Make interference line. As a frequency range has a bandwidth of 200 Hz around the center frequency of 300 Hz has proven advantageous. The first target data of a vehicle, which is the measuring location approaches, so can be at the measuring location after approx. 3 min can be determined in terms of distance, vehicle speed and course after the vehicle was detected. Further information on exercise behavior are from then on during the entire approach phase of the vehicle when driving over or passing of the measuring location and until leaving the measuring area, until the vehicle can no longer be detected is continuously possible.

Durch die Dimensionierung des Abstands der Wandler und des Zeitintervalls abhängig von den Übertragungseigenschaften im Meßgebiet, wird das Meßverfahren an den Mechanismus der Entstehung der Intensitätsmuster angepaßt, wodurch eine Optimierung der Meßergebnisse erreicht wird.By dimensioning the distance between the transducers and the time interval depending on the transmission properties in the measurement area, the measurement method is to the mechanism of the creation of the intensity pattern adapted, thereby optimizing the measurement results is achieved.

Besonders vorteilhaft für die Bestimmung der Zieldaten ist es, wenn die Intensitätsmuster möglichst feingliedrig sind, da dann besonders gut die zeitliche Verschiebung der Intensitätsmuster in den beiden Ausschnitten zu detektieren ist. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 16 ist eine Verbesserung dadurch zu erreichen, daß die Wandler innerhalb der Übertragungsschicht in einer solchen Distanz parallel zur Grenzebene ausgelegt werden, bei der die Eigenfunktionen in vertikaler Richtung keine Nullstelle aufweisen und das Interferenzfeld von möglichst vielen Eigenwellen auch höherer Ordnung aufgebaut wird. Diese Distanz ist dadurch feststellbar, daß ein Wandler innerhalb der Übertragungsschicht verschiedene Positionen unterhalb der Grenzebene in der Übertragungsschicht einnimmt und jedesmal das Interferenzmuster einer Geräuschquelle aufgezeichnet wird. Die optimale Distanz ist dann gefunden, wenn die meisten Interferenzlinien im Ausschnitt liegen. Die Eigenfunktionen der Übertragungsschicht sind auch näherungsweise leicht berechenbar. Daraus läßt sich ebenfalls die Distanz für die Wandleranordnung abschätzen.Particularly advantageous for determining the target data it is when the intensity pattern is possible are delicate, because then the temporal ones are particularly good Shift of the intensity pattern in the can be detected in both sections. After a advantageous development of the invention Method according to claim 16 is an improvement to achieve that the converter within the Transmission layer in parallel at such a distance be interpreted to the boundary level at which the Eigenfunctions in the vertical direction no zero and the interference field of as much as possible many natural waves also built up of a higher order becomes. This distance can be determined by that a transducer within the transmission layer different positions below the boundary plane occupies in the transfer layer and every time the interference pattern of a noise source is recorded becomes. The optimal distance is then found when most of the interference lines in the cutout lie. The eigenfunctions of the transmission layer are also approximately easy to calculate. The distance can also be derived from this estimate for the transducer arrangement.

Zum Ermitteln der Zieldaten wird die vom Fahrzeug abgestrahlte Wellenenergie einer Frequenzanalyse unterworfen und ein Geräuschspektrum daraus abgeleitet, beispielsweise in Form eines Kurzzeit-Leistungsdichte- Spektrums gemäß Anspruch 17. Vorzugsweise wird das Geräuschspektrum des Fahrzeugs derart bewertet, daß es über der Frequenz dann einen konstanten Wert aufweisen würde, wenn keine Eigenwellen sich bei der Ausbreitung der Wellenenergie ausgebildet hätten. Ein solches Rechenverfahren zur entsprechenden Normalisierung eines Geräuschspektrums ist beispielsweise in einem Bericht BL 4556, Krupp Atlas-Elektronik, "Detektion von mehreren Grundfrequenzen periodischer Signale in farbigem Rauschen" von G. Hermstrüwer, 1976, beschrieben worden. Wendet man dieses Verfahren beispielsweise auf Schiffsgeräusche an, deren Geräuschspektrum über der Frequenz einen buckelförmigen Verlauf aufweist, so wird der Buckel geglättet und es stellt sich ein über der Frequenz konstanter Wert des Spektrums ein. Erst in dem Moment, wo die Ausbreitung der Wellenenergie druch Eigenwellen erfolgt, bilden sich über der Frequenz Minima und Maxima im Spektrum aus.To determine the target data, the vehicle radiated wave energy of a frequency analysis subject and a noise spectrum derived from it, for example in the form of a short-term power density Spectrum according to claim 17. Preferably the noise spectrum of the vehicle is assessed in such a way that that there is then a constant over the frequency Would have value if there were no eigenwaves the propagation of wave energy would have formed. Such a calculation method for the corresponding normalization of a sound spectrum is for example in a report BL 4556, Krupp Atlas-Elektronik, "Detection of several fundamental frequencies periodic signals in colored noise "from G. Hermstrüwer, 1976. Turns this method, for example, on ship noises whose noise spectrum versus frequency has a hump-shaped course, so the hump is smoothed and it sets in Constant value of the spectrum over frequency a. Only at the moment when the spread of the Wave energy takes place through natural waves over the frequency minima and maxima in the spectrum out.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 18 wird die Steigung der Interferenzlinie dadurch gewonnen, daß die Interferenzlinie durch eine Gerade approximiert wird und die Steigung der Geraden die Steigung der Interferenzlinie angibt. Die Approximation ist dann erreicht, wenn die Gerade die Interferenzlinie im Ausschnitt nicht mehr schneidet, wenn also keine Intensitätsmaxima bzw. -minima mehr auf der Geraden festgestellt werden und somit die Gerade die Interferenzlinie tangiert, oder Abstände der Geraden von der Interferenzlinie im Frequenz-Zeit-Koordinatensystem ein Minimum sind. Diese Methode läßt sich besonders einfach mit Hilfe eines Computers durch Regressionsrechnung realisieren.According to an advantageous development of the invention The method according to claim 18 is the Slope of the interference line obtained by that the interference line is approximated by a straight line and the slope of the straight line is the Indicates the slope of the interference line. The approximation is reached when the straight line the Interference line no longer intersects in the cutout, if there are no intensity maxima or minima more to be noted on the straight and thus the straight line is tangent to the interference line, or distances of the straight lines from the interference line a minimum in the frequency-time coordinate system are. This method is particularly easy with the help of a computer by regression calculation realize.

Zur Bestimmung der Steigung der Interferenzlinie innerhalb des Frequenz-Zeit-Koordinatensystems des Intensitätsmusters einer der Ausschnitte wird nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 19 eine Gerade beliebig im Ausschnitt angeordnet und längs dieser Geraden werden die Intensitäten gemessen. Zur Approximation wird die Gerade gedreht und so lange in Zeit- oder Frequenzrichtung verschoben, bis die gemessenen Intensitäten alle gleich sind. Dann approximiert die Gerade eine Interferenzlinie. Soll die Gerade eine aus Intensitätsmaxima gebildete Interferenzlinie approximieren, so muß sie so lange gedreht und/oder verschoben werden, bis die Intensitäten alle gleich groß sind und beispielsweise benachbarte Maximalwerte innerhalb des Ausschnitts aufweisen. Dadurch ist gewährleistet, daß die längs der Geraden gemessenen Intensitäten auch tatsächlich zu ein und derselben Interferenzlinie gehören, da sie sämtlich benachbart zueinander sind und eine kontinuierliche Linie bilden. Zur Erläuterung dieses Verfahrens stelle man sich ein dreidimensionales Koordinatensystem vor mit einer Frequenzachse, einer Zeitachse und senkrecht zu dieser Ebene einer Intensitätsachse. Die Intensitäten werden dann als Relief über der Frequenz- Zeit-Ebene dargestellt. Interferenzlinien sind in diesem Relief Höhenlinien. Durch die Gerade wird ein Schnitt durch das Höhenprofil gelegt. Wenn sämtliche Intensitäten längs der Geraden gleich sind, liegt die Gerade auf einer Höhenlinie und approximiert eine Interferenzlinie. Wenn sämtliche Intensitäten längs der Geraden Maximalwerte sind, liegt die Gerade auf einem Höhenrücken. Die Interferenzlinien sind bei einem Überlauf bis zum Erreichen des Meßorts annähernd Geraden, bei einem Vorbeilauf, bei dem der Kurs des Fahrzeugs einen Querabstand zum Meßort aufweist, Hyperbeln, deren Scheitel die dichteste Annäherung des Fahrzeugs an den Meßort kennzeichnen. Die Interferenzlinien weisen beim anschließenden Ablauf oder Entfernen des Fahrzeugs vom Meßort umgekehrte Steigung und spiegelsymmetrischen Verlauf zur Frequenzachse auf. To determine the slope of the interference line within the frequency-time coordinate system of the Intensity pattern of one of the cutouts will follow an advantageous development of the invention Method according to claim 19, a straight line Arbitrarily arranged in the cutout and along this The intensities are measured straight lines. For approximation the straight line is rotated and for so long shifted in time or frequency direction until the measured intensities are all the same. Then the straight line approximates an interference line. Should the straight line be one formed from intensity maxima Approximate the interference line, it must rotated and / or moved until the intensities are all the same and for example neighboring maximum values within of the cutout. This ensures that the intensities measured along the straight line actually to the same interference line belong because they are all adjacent are to each other and form a continuous line. To illustrate this procedure, consider imagine a three-dimensional coordinate system with a frequency axis, a time axis and perpendicular to this plane of an intensity axis. The Intensities are then shown as a relief over the frequency Time level shown. Interference lines are contour lines in this relief. Through the straight line a section is made through the height profile. When all intensities along the straight line are the same are, the straight line is on a contour line and approximated an interference line. If all Intensities along the straight line are maximum values, the straight line lies on a ridge. The interference lines are in the event of an overflow until they are reached of the measuring location approximately straight lines, at one Pass where the course of the vehicle is a Has transverse distance to the measurement location, hyperbolas, their Vertex the closest approach of the vehicle mark at the measuring location. The interference lines point at the subsequent expiration or removal of the vehicle from the measuring location reverse slope and mirror-symmetrical course to the frequency axis.

Eine vorteilhafte Möglichkeit zur Berechnung der Approximation gibt eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 20 an. Es werden längs einer beliebig im Frequenz- Zeit-Koordinatensystem angeordneten Geraden die Intensitäten gemessen und ihr Mittelwert gebildet. Außerdem werden diese einzelnen Intensitäten quadriert, die Summe der quadrierten Intensitäten gebildet und durch die Anzahl der längs der Geraden im Ausschnitt gemessenen Intensitäten geteilt. Es wird die Differenz aus diesem Ergebnis und dem quadrierten Mittelwert ermittelt, radiziert und durch den Mittelwert geteilt. Diese Rechenoperation liefert die relative Standardabweichung der Intensitäten längs der Geraden von ihrem Mittelwert. Die Gerade approximiert die Interferenzlinie um so genauer je kleiner die relative Standardabweichung ist, sie wird so lange im Frequenz-Zeit- Koordinatensystem gedreht und verschoben, bis die relative Standardabweichung ein Minimum ist.An advantageous way to calculate the Approximation is an advantageous development of the method according to the invention according to claim 20 at. Along a random frequency The straight lines arranged in the time coordinate system Measured intensities and averaged them. In addition, these individual intensities squared, the sum of the intensities squared and formed by the number of along the straight line the intensities measured in the section divided. It will be the difference between this result and the squared mean value is determined, square rooted and divided by the mean. This arithmetic operation provides the relative standard deviation of the Intensities along the straight line from their mean. The straight line approximates the interference line the smaller the relative standard deviation, the more accurate is, it is so long in the frequency-time- Coordinate system rotated and shifted until the relative standard deviation is a minimum.

Zur Erhöhung der Meßsicherheit wird nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 21 im Frequenz-Zeit-Koordinatensystem ein Muster aus einem Büschel von Geraden gebildet, die sich sämtlich beim -0,1fachen Wert der Mittenfrequenz schneiden. Diese Geraden weisen auf der Frequenzspur der Mittenfrequenz äquidistante Abstände auf. Das Büschel wird mit seinem Schnittpunkt in Zeitrichtung so lange verschoben, bis es die Interferenzlinien im Ausschnitt am besten approximiert und die Interferenzlinien nicht mehr schneidet, sondern tangiert. Anschließend wird eine Verbindung zwischen der Mitte des Ausschnitts und dem Schnittpunkt der Geraden hergestellt und die Steigung dieser Verbindung gemessen, die die Steigung der Interferenzlinie zum Bestimmen der Zieldaten liefert. Durch die Anwendung eines Büschels von Geraden wird eine Mittelung der Steigung der Interferenzlinien herbeigeführt, die einen statistisch sichereren Meßwert der gesuchten Steigung der Interferenzlinie liefert.To increase the measurement reliability, after a Development of the method according to the invention according to Claim 21 in the frequency-time coordinate system a pattern formed from a tuft of straight lines, which are all at -0.1 times the value of Cut center frequency. These straight lines show the frequency track of the center frequency equidistant Distances on. The tuft becomes with its point of intersection shifted in the direction of time until it best approximates the interference lines in the section and the interference lines no longer cuts, but affects. Then will a connection between the middle of the section and the intersection of the straight lines established and the slope of this connection measured the slope of the interference line for determining the target data. Through the Applying a cluster of straight lines becomes a Averaging of the slope of the interference lines brought about, which have a statistically more reliable measured value the desired slope of the interference line supplies.

Zum Bestimmen der Zeitverschiebung der Intensitätsmuster in den beiden Ausschnitten wird nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 21 der Vergleich der Intensitätsmuster der Empfangssignale beider Wandler mit Mitteln der Korrelationstechnik durchgeführt. Der besondere Vorteil besteht darin, daß durch diese Signalverarbeitung eine Automation in einfacher Weise möglich ist.To determine the time shift of the intensity patterns in the two excerpts is after an advantageous development of the invention Method according to Claim 21, the comparison the intensity pattern of the received signals of both Converter carried out with means of the correlation technique. The particular advantage is that this signal processing enables automation in is possible in a simple way.

Wie eingangs erläutert, beruht das erfindungsgemäße Verfahren auf dem Mechanismus der Ausbreitung von Eigenwellen in einer Übertragungsschicht mit Dispersionseigenschaften, beispielsweise einem Flachwasserkanal, und deren Interferenz. Wie bereits ausgeführt, ist die Anzahl der sich ausbildenden Eigenwellen nicht nur abhängig von der abgestrahlten Frequenz, sondern auch von der Tiefe des Flachwasserkanals bzw. der senkrechten Ausdehnung der Übertragungsschicht zu ihren Grenzebenen. Bei einem Gefälle innerhalb des Meßgebiets, d. h. wenn die Tiefe nicht konstant ist, kann es zu Fehlern in der Bestimmung der Zeitverschiebung der Intensitätsmuster und der Steigung der Interferenzlinien kommen, wenn sich das Fahrzeug an einer Stelle befindet, dessen Tiefe von der Tiefe des Meßorts differiert.As explained at the beginning, the inventive Procedure on the mechanism of spread of natural waves in a transmission layer with dispersion properties, for example a shallow water channel, and their interference. As stated earlier, the number is the not only dependent on developing eigenwaves on the emitted frequency, but also on the depth of the shallow water channel or the vertical one Extension of the transmission layer to theirs Boundary levels. If there is a slope within the measuring area, d. H. if the depth is not constant, errors in the determination of the time difference can occur the intensity pattern and the slope the interference lines come when the vehicle is moving located at a point the depth of which is the depth of the measurement site differs.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 22 wird die ermittelte radiale Geschwindigkeitskomponente der Fahrzeuggeschwindigkeit um den doppelten Betrag der relativen Tiefenänderung im Meßgebiet korrigiert. Da es sich hier nur um relative Größen handelt, braucht nicht die Tiefe selbst bekannt zu sein. Es braucht nur das Gefälle des Bodens zur Korrektur herangezogen zu werden, das beim Ausmessen der Parameter des Flachwasserkanals leicht ermittelt werden kann.According to an advantageous development of the invention The method according to claim 22 is the determined radial velocity component of the Vehicle speed by twice the amount corrected for the relative change in depth in the measurement area. Since these are only relative sizes, doesn't need the depth to be known by itself be. All it takes is the slope of the floor Correction to be used when measuring the parameters of the shallow water canal easily determined can be.

Folgende Überlegung veranschaulicht den Vorgang: Das vom Interferenzfeld umgebene Wasserfahrzeug legt mit der Fahrzeuggeschwindigkeit in einer Zeit einen Weg zurück, der gerade einer Interferenzwellenlänge entspricht. Abhängig von der Tiefe des Flachwasserkanals sind aber die Interferenzwellenlängen verschieden, nämlich je flacher der Flachwasserkanal desto kürzer der Abstand zwischen zwei Interferenzmaxima. Befindet sich das Wasserfahrzeug in einem flacheren Gebiet als am Meßort, so wird in der gleichen Zeit am Meßort das Interferenzmaximum einen größeren Weg zurücklegen als am Schiffsort, da keine Lücken im Aufbau des Interferenzfeldes entstehen können und das Interferenzfeld allein durch die Kanalparameter und nicht durch das Wasserfahrzeug bestimmt wird. Die gemessene Zeitverschiebung ist dadurch kleiner und die daraus ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit zu groß. The following consideration illustrates the process: The watercraft surrounded by the interference field sets the vehicle speed at a time a path back that is just one interference wavelength corresponds to. Depending on the depth of the However, the shallow water channel is the interference wavelengths different, namely the shallower the shallow water channel the shorter the distance between two Interference maxima. Is the watercraft in a flatter area than at the measurement site, see above the interference maximum becomes at the same time at the measurement location cover a greater distance than on Ship's location, as there are no gaps in the structure of the interference field can arise and the interference field solely by the channel parameters and not is determined by the watercraft. The measured The time difference is therefore smaller and the determined vehicle speed large.

Die Steigung der Interferenzlinie wird in gleicher Weise durch Tiefenänderungen im Meßgebiet beeinflußt. Da in die Entfernungsbestimmung das Verhältnis aus Steigung und Zeitverschiebung eingeht, wird die Entfernung auch bei Tiefenänderung stets richtig ermittelt und muß nicht korrigiert werden. Der Geschwindigkeitswinkel wird mit Hilfe des entsprechend der erfindungsgemäßen Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 24 korrigierten Steigungswertes berechnet.The slope of the interference line becomes the same Way influenced by changes in depth in the measurement area. Since in the determination of the distance the ratio from the slope and the time difference is received the distance is always correct, even if the depth changes determined and does not have to be corrected. The Speed angle is adjusted accordingly using the the further development of the method according to the invention according to claim 24 corrected slope value calculated.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens ist hier vorzugsweise für die Anwendung in der Wasserschalltechnik beschrieben. In gleicher Weise sind passive Messungen der Zieldaten eines Fahrzeugs bei der Überwachung von Straßen an Land und in der Luft in Gebieten möglich, wo Schallwellen des Fahrtgeräusches in Boden- oder Luftschichten mit Dispersionseigenschaften eindringen und sich Eigenwellen ausbilden.The mode of operation of the method according to the invention is here preferably for use in water-borne technology described. In the same way are passive measurements of the target data of a vehicle the surveillance of roads on land and in the air possible in areas where sound waves of driving noise in soil or air layers with dispersion properties penetrate and form natural waves.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:The invention is illustrated in the drawing with reference to FIG Embodiments in more detail below described. Show it:

Fig. 1 eine Meßsituation für das Verfahren zum Bestimmen von Zieldaten von einem Meßort aus, Fig. 1 is a measurement situation of the method for determining target data of a measurement location of,

Fig. 2 ein Blockschaltbild, in dem das Verfahren realisiert wird, Fig. 2 is a block diagram in which the method is implemented,

Fig. 3 eine Skizze zur Erläuterung des Verfahrens bei einem Überlauf und speziellem Vorbeilauf relativ zum Meßort, Fig. 3 is a sketch for explaining the process in case of overflow and a special passage of relative to the measurement location,

Fig. 4 ein Ausschnitt aus Fig. 1, FIG. 4 shows a detail from FIG. 1,

Fig. 5 ein Blockschaltbild für eine in Fig. 2 dargestellte Intensitätsmustereinheit, Fig. 5 is a block diagram for an intensity pattern unit shown in Fig. 2,

Fig. 6.1 und 6.2 Meßsituation und zugehöriges Frequenzzeitdiagramm mit Interferenzlinien bei einem Überlauf des Meßorts durch ein mit konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit fahrendes Fahrzeug, Fig. 6.1 and 6.2, and measuring situation associated frequency time diagram with interference lines in an overflow of the measuring location by a vehicle traveling at a constant vehicle speed vehicle,

Fig. 7 ein Frequenzzeitdiagramm, bei dem sich das Fahrzeug mit wechselnder Fahrzeuggeschwindigkeit dem Meßort während des Überlaufs nähert, Fig. 7 shows a frequency time diagram in which the vehicle with changing vehicle speed the measurement location during the overflow passes,

Fig. 8 eine geometrische Übersichtsdarstellung zur Erläuterung des Verfahrens bei einem Kurs des Fahrzeugs, der querab zum Meßort verläuft, Fig. 8 is a geometric illustrative view for explaining the process at a rate of the vehicle which extends abeam to the measurement location,

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines in Fig. 2 dargestellten Interferenz-Linienrechners, FIG. 9 is a block diagram of an interference line computer shown in FIG. 2;

Fig. 10 eine Übertragungsschicht mit Tiefenänderung. Fig. 10 is a transfer layer with depth change.

Fig. 1 dient zur Erläuterung des Verfahrens zum Bestimmen von Zieldaten eines Fahrzeugs 1, das auf einem Kurs 2 an einem Meßort 3 mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit V vorbeifährt. Der Kurs verläuft unter einem Kurswinkel γ in bezug auf geographisch Nord, das im folgenden als Bezugsrichtung N bezeichnet wird. Das Fahrzeug 1 befindet sich bezüglich des Meßorts 3 unter einem Peilwinkel ϕ, der als rechtweisende Peilung in bezug auf Nord eingetragen ist. Die Fahrzeuggeschwindigkeit V und ihre zwei senkrecht zueinander stehenden Geschwindigkeitskomponenten, nämlich die radiale Geschwindigkeitskomponente V _r und die tangentiale Geschwindigkeitskomponente V _ϑ sind dargestellt. Die radiale Geschwindigkeitskomponente V _r liegt in Richtung der Verbindungslinie zwischen dem Fahrzeug 1 und dem Meßort 3. Am Meßort 3 befinden sich drei Wandler 4, 5 und 6, die ein gleichseitiges Dreieck mit der Seitenlänge d aufspannen. Zur besseren Erkennbarkeit sind die Größenverhältnisse bezüglich des Abstands d und der Entfernung zwischen Meßort 3 und Fahrzeug 1 unrealistisch dargestellt. Die Entfernung zwischen Fahrzeug 1 und Meßort 3 ist in der Regel um mehrere Ordnungen größer als der Abstand d der Wandler 4, 5, 6. Die Wandler 4, 5, 6 empfangen das vom Fahrzeug 1 abgestrahlte Fahrtgeräusch und wandeln es in Empfangssignale um. Laufzeitunterschiede τ ₁, τ ₂, τ ₃ zwischen Empfangssignalen jeweils zweier Wandler 4, 5 bzw. 5, 6 bzw. 4, 6 werden ermittelt. Aus den Laufzeitunterschieden τ ₁, τ ₂, τ ₃ werden Winkelϑ _i, ε _i (i = 1, 2, 3) gegen die Mittelsenkrechte auf die Verbindung des jeweiligen Wandlerpaares errechnet. Diese Winkel ϑ _i, ε _i sind gleich dem Arcus Sinus des Laufzeitunterschieds τ _i geteilt durch einen maximalen Laufzeitunterschied wobei d der Abstand und c die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Medium sind. Für jeden Laufzeitunterschied τ ₁, τ ₂, τ ₃ ergeben sich zwei Winkel ϑ _i und ε _i, wie in Fig. 1 eingetragen. Der Winkel ϑ _i liegt zwischen der Mittelsenkrechten und einer Verbindung zum Fahrzeug 1, gemäß Fig. 1, der Winkel ε _i kennzeichnet die sog. Spiegelpeilung und täuscht eine Zielpeilung vor, bei der das vermeintliche Ziel das an der Verbindungslinie zwischen den Wandlern gespiegelte wahre Ziel ist. Die Winkel ϑ ₁, ε ₁ werden aus Laufzeitunterschieden τ ₁ der Empfangssignale an den Wandlern 4 und 5 berechnet. Winkel ϑ ₂, ε ₂ aus Laufzeitunterschieden τ ₂ zwischen den Empfangssignalen der Wandler 5 und 6 und die Winkel ϑ ₃ und ε ₃ werden aus Laufzeitunterschieden τ ₃ der Empfangssignale an den Wandlern 4 und 6 ermittelt. Um aus den Winkeln ϑ _i und ε _i diejenigen Winkel ausscheiden zu können, die in Richtung zu spiegelbildlichen Zielen weisen, werden die Winkel ϑ ₁ und ε ₁ in Winkelwerte relativ zur Bezugsrichtung N umgerechnet. Dazu wird jeweils ein Winkel β _i mit entsprechender Indizierung, der zwischen Mittelsenkrechten und Bezugsrichtung N eingezeichnet ist, berücksichtigt. Die ermittelten Winkelwerte (ϑ _i- β_i) bzw. (ε _i-β _i) werden miteinander verglichen. Aus gleichen Winkelwerten (ϑ ₁-β ₁) ≈(ϑ ₂-β ₂) ≈ (ϑ ₃-β ₃) wird der Peilwinkel ϕ gegen die Bezugsrichtung bestimmt, ϕ = 360°-(ϑ ₁-β ₁). Die Winkel ϑ _i, ε _i und β _i sind in mathematisch positivem Sinne eingezeichnet, der Peilwinkel ϕ und der Kurswinkel γ werden üblicherweise als rechtweisend angegeben, d. h. in mathematisch negativem Sinne. Folgende Tabelle veranschaulicht die Ermittlung des Peilwinkels: Fig. 1 is used to explain the method for determining of target data of a vehicle1that on a course2 at a measuring location3 at a vehicle speed V drives past. The course runs under a course angleγ in terms of geographical North, hereinafter referred to as the reference directionN designated becomes. The vehicle1 is regarding of the measuring location3 under a bearing angle ϕ, as a true bearing with respect to north is registered. The vehicle speedV and its two perpendicular velocity components, namely the radial Speed componentV _r and the tangential Speed componentV _ϑ are shown. The radial velocity componentV _r lies in the direction of the line connecting the vehicle1 and the measuring location3. At the measuring location3 are located three converters4, 5 and6ththat are an equilateral Triangle with the length of the sided stretch. To The proportions are better recognizable regarding the distanced and the distance between measuring location3 and vehicle1 unrealistic shown. The distance between vehicles1 and measurement location3 is usually around several orders greater than the distanced the converter4, 5, 6. The converters4, 5, 6 receive this from the vehicle1 emitted driving noise and convert it into reception signals around. Runtime differencesτ ₁,τ ₂,τ ₃ between received signals of two converters4th, 5 or.5, 6 or.4, 6 are determined. From the Runtime differencesτ ₁,τ ₂,τ ₃ become anglesϑ _i, ε _i (i = 1, 2, 3) against the center perpendicular to the Connection of the respective transducer pair calculated. These anglesϑ _i,ε _i are equal to the arc sine of the Runtime differenceτ _i divided by a maximum Runtime difference in whichd the distance andc the speed of propagation in the medium are. For every difference in maturityτ ₁,τ ₂,τ ₃ there are two anglesϑ _i andε _i, as inFig. 1 registered. The angleϑ _i lies between the vertical center line and a connection to the vehicle1, according toFig. 1, the angleε _i indicates the so-called Mirror bearing and simulates a target bearing, where the supposed goal is that at the connecting line mirrored between the converters true goal is. The anglesϑ ₁,ε ₁ will be off Runtime differencesτ ₁ of the received signals the converters4th and5 calculated. angleϑ ₂,ε ₂ from runtime differencesτ ₂ between the received signals the converter5 and6th and the anglesϑ ₃ and ε ₃ are made from runtime differencesτ ₃ of the received signals on the converters4th and6th determined. To get out of the anglesϑ _i andε _i eliminate those angles to be able to move towards the mirror image Aiming point will be the anglesϑ ₁ and ε ₁ in angular values relative to the reference directionN converted. An angle is used for thisβ _i With corresponding indexing, the one between vertical lines and reference directionN drawn is taken into account. The determined angle values (ϑ _i- β_i) or. (ε _i-β _i) are compared with each other. From the same angle values (ϑ ₁-β ₁) ≈ (ϑ ₂-β ₂) ≈ (ϑ ₃-β ₃) the bearing angle ϕ is determined against the reference direction, ϕ = 360 ° - (ϑ ₁-β ₁). The anglesϑ _i,ε _i andβ _i are drawn in a mathematically positive sense, the bearing angleϕ and the course angleγ become usually stated as correct, d. H. in mathematically negative sense. The following table illustrates the determination of the bearing angle:

ϕ = 360°-37° = 323°. ϕ = 360 ° -37 ° = 323 °.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild für eine Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens. Zur Ermittlung des Peilwinkels ϕ sind den Wandlern 4, 5 und 6 Hochpässe 7, 8 und 9 nachgeschaltet, über die Empfangssignale der Wandler 4, 5 und 6 an Laufzeitrechenstufen 10, 11 und 12 durchgeschaltet werden. In den Laufzeitrechenstufen 10, 11, 12 werden die Laufzeitunterschiede τ ₁, τ ₂, τ ₃ der Empfangssignale jeweils zweier Wandler 4, 5 bzw. 5, 6 bzw. 4, 6 ermittelt. Aus den Laufzeitunterschieden τ ₁, τ ₂, τ ₃ werden Winkel ϑ _i und ε _i gegen die Mittelsenkrechte auf die Verbindung des entsprechenden Wandlerpaares in nachgeschalteten Winkelrechenstufen 13, 14, 15 ermittelt. In Differenzstufen 16, 17 und 18 werden Winkelwerte (ϑ _i-β _i) und (ε _i-β _i) zu jedem Wandlerpaar ermittelt. Die Differenzstufen 16, 17, 18 sind mit einem Bezugswinkelgeber 19 verbunden, der die drei Winkel β ₁, β ₂, β ₃ zwischen der Bezugsrichtung N und der Mittelsenkrechten jedes Wandlerpaares bereitstellt. In einer nachgeschalteten Vergleichsstufe 20 werden die so ermittelten Winkelwerte (ϑ _i-β _i) und ε _i-β _i) verglichen und derjenige Winkelwert ausgegeben, der als Differenzwert dreimal in gleicher Größe auftritt. Dieser Winkelwert (ϑ _i-β _i) wird zur Berechnung des Peilwinkels ϕ benötigt. Fig. 2 shows a block diagram of an apparatus for practicing the method. To determine the bearing angle ϕ , the transducers 4, 5 and 6 high-pass filters 7, 8 and 9 are connected downstream, via which the received signals of the transducers 4, 5 and 6 are switched through to the transit time calculation stages 10, 11 and 12. The delay time differences τ ₁ , τ ₂ , τ _{3 of} the received signals from two transducers 4, 5 or 5, 6 or 4, 6 are determined in the delay calculating stages 10, 11, 12. From the transit time differences τ ₁ , τ ₂ , τ ₃ , angles ϑ _i and ε _i with respect to the perpendicular to the connection of the corresponding transducer pair are determined in downstream angle computing stages 13 , 14, 15 . Angle values ( ϑ _i - β _i ) and ( ε _i - β _i ) for each transducer pair are determined in differential stages 16, 17 and 18. The differential stages 16, 17 , 18 are connected to a reference angle encoder 19 , which provides the three angles β ₁ , β ₂ , β ₃ between the reference direction N and the perpendicular of each transducer pair. In a downstream comparison stage 20 , the angle values ( ϑ _i - β _i ) and ε _i - β _i ) determined in this way are compared and that angle value is output which occurs as a differential value three times with the same magnitude. This angle value ( ϑ _i - β _i ) is required to calculate the bearing angle ϕ.

Um eine möglichst genaue Bestimmung des Peilwinkels ϕ zu gewährleisten, ist den Laufzeitrechenstufen 10, 11 und 12 ein Minimumdetektor 21 nachgeschaltet, in dem festgestellt wird, welcher der drei Laufzeitunterschiede τ ₁, τ ₂, τ ₃ betragsweise am geringsten ist. Wenn sich das Fahrzeug 1 genau auf der Mittelsenkrechten auf die Verbindung eines der Wandlerpaare befindet, würde der Laufzeitunterschied gleich Null sein. Da der Sinus des Peilwinkels ϕ vom Laufzeitunterschied abhängig ist, ist die Berechnung des Peilwinkels ϕ um so genauer, je geringer die Abweichung des Peilwinkels ϕ von der Mittelsenkrechten ist, da der Sinus im Bereich um seinen Nullpunkt die größten Änderungen seines Funktionswertes aufweist. Aus dem minimalen Laufzeitunterschied τ ₃ werden in einer weiteren Winkelrechenstufe 22 die Winkel ϑ ₃ und ε ₃ ermittelt. In einer nachgeschalteten Differenzstufe 23, die mit dem Bezugswinkelgeber 19 verbunden ist, werden unter Berücksichtigung des Winkels β ₃ zwischen Bezugsrichtung N und Mittelsenkrechten die Winkelwerte (ϑ ₃-β ₃) und (ε ₃-β ₃) berechnet und mit dem Ausgangssignal der Vergleichsstufe 20 in einem Vergleicher 24 verglichen. Der Winkelwert (ϑ ₃-β ₃) erscheint am Ausgang des Vergleichers 24 und wird in einer nachgeschalteten Subtraktionsstufe 25 von 360° abgezogen, die den Peilwinkel ϕ = 360°-(ϑ ₃-β ₃) liefert.In order to ensure the most precise possible determination of the bearing angle ϕ , the transit time calculation stages 10, 11 and 12 are followed by a minimum detector 21 in which it is determined which of the three transit time differences τ ₁ , τ ₂ , τ _{3 is} smallest. If the vehicle 1 is exactly on the center perpendicular to the connection of one of the transducer pairs, the delay time difference would be zero. Since the sine of the bearing angle ϕ depends on the transit time difference, the calculation of the bearing angle ϕ is more accurate, the smaller the deviation of the bearing angle ϕ from the perpendicular, since the sine shows the greatest changes in its functional value in the area around its zero point. From the minimum transit time difference τ ₃ , the angles minim ₃ and ε _{3 are} determined in a further angle computing stage 22. In a downstream differential stage 23 , which is connected to the reference angle sensor 19 , the angle values (ϑ ₃ - β ₃ ) and ( ε ₃ - β ₃ ) are calculated, taking into account the angle β ₃ between the reference direction N and the perpendicular, and with the output signal of the comparison stage 20 compared in a comparator 24 . The angle value ( ϑ ₃ - β ₃ ) appears at the output of the comparator 24 and is subtracted from 360 ° in a subsequent subtraction stage 25 , which supplies the bearing angle ϕ = 360 ° - ( ϑ ₃ - β ₃ ).

Zum Bestimmen des Peilwinkels ϕ werden die Empfangssignale der Wandler 4, 5, 6 wie beschrieben zuerst in Hochpässen 7, 8, 9 gefiltert. Um eine möglichst genaue Bestimmung des Peilwinkels ϕ zu gewährleisten, darf das Empfangssignal nur in einen Frequenzintervall ausgewertet werden, in dem die Phasengeschwindigkeiten der Eigenwellen nahezu gleich sind. Das ist nur bei höheren Frequenzen der Fall. Hier sind die Phasengeschwindigkeiten außerdem ungefähr gleich der Ausbreitungsgeschwindigkeit c des Mediums. Die Trennung zwischen gewünschtem oberen Frequenzintervall und unerwünschtem unteren Frequenzbereich nehmen die Hochpässe 7, 8 und 9 vor. To determine the bearing angle ϕ , the received signals from the transducers 4, 5, 6 are first filtered into high-pass filters 7, 8, 9, as described. In order to ensure that the bearing angle ϕ is determined as precisely as possible, the received signal may only be evaluated in a frequency interval in which the phase velocities of the natural waves are almost the same. This is only the case at higher frequencies. Here the phase velocities are also approximately equal to the propagation velocity c of the medium. The high-pass filters 7, 8 and 9 separate the desired upper frequency interval from the undesired lower frequency range.

Die untere Grenzfrequenz dieser Hochpässe 7, 8, 9 ist den soeben beschriebenen Erfordernissen angepaßt. Statt der Hochpässe 7, 8, 9 können auch vorteilhaft Bandpässe eingesetzt werden. Durch die obere Bandbegrenzung kann das Nutz-/Störverhältnis verbessert werden.The lower limit frequency of these high-pass filters 7, 8, 9 is adapted to the requirements just described. Instead of the high passes 7, 8, 9 , band passes can also advantageously be used. The useful / interference ratio can be improved by the upper band limitation.

Die Wandler 4, 5 und 6 sind jeweils mit einer Intensitätsmustereinheit 30, 31, 32 verbunden. Die Empfangssignale werden darin einer Frequenzanalyse unterworfen und der zeitliche Verlauf der je Frequenz ermittelten Intensitäten der Empfangssignale in einem Frequenz-Zeit-Koordinatensystem abgespeichert. Es entsteht ein Intensitätsmuster in Abhängigkeit von der Frequenz und der Zeit, das bei Ausbreitung der vom Fahrzeug 1 abgestrahlten Wellenenergie in Form von Eigenwellen und Bewegung des Fahrzeugs 1 einen fächerförmigen oder hyperbelförmigen Verlauf gleicher Intensitäten aufweist. In jeder Intensitätsmustereinheit 30, 31, 32 wird gleichzeitig ein Ausschnitt des Intensitätsmusters über einen vorgebbaren Frequenzbereich und ein wählbares Zeitintervall erstellt. Diese Ausschnitte weisen zeitverschoben gleiche Muster auf. Die Zeitverschiebung wird u. a. durch die radiale Geschwindigkeitskomponente V _r der Fahrzeuggeschwindigkeit V verursacht.The transducers 4, 5 and 6 are each connected to an intensity pattern unit 30, 31, 32 . The received signals are then subjected to a frequency analysis and the time course of the intensities of the received signals determined for each frequency are stored in a frequency-time coordinate system. An intensity pattern is created as a function of the frequency and time, which when the wave energy emitted by the vehicle 1 propagates in the form of natural waves and the movement of the vehicle 1 has a fan-shaped or hyperbolic curve of the same intensities. In each intensity pattern unit 30, 31, 32 a section of the intensity pattern is created over a predeterminable frequency range and a selectable time interval. These sections show the same pattern with a time shift. The time shift is caused inter alia by the radial velocity component V _r of the vehicle speed V.

Anhand von Fig. 3 wird die Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit V erläutert, und zwar für die Spezialfälle des Überlaufs oder Passierens des Meßorts 3, bei dem der Kurs parallel zur Verbindungslinie zwischen einem Wandlerpaar weist. Beim Überlauf nähert sich das Fahrzeug 1 dem Meßort 3 längs eines Kurses auf einer Verlängerung der Verbindungslinie zwischen den Wandlern 5 und 6 mit konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit V = V _r, nämlich mit der Annäherungsgeschwindigkeit V _a, die gleich der radialen Geschwindigkeitskomponente V _r ist. Die tangentiale Geschwindigkeitskomponente V _ϑ ist gleich Null. Das das Fahrzeug 1 umgebende Interferenzfeld wird zuerst vom Wandler 6 und nach einer Zeit, die vom Abstand d und der radialen Geschwindigkeitskomponente V _a = V _r = V abhängt, vom Wandler 5 empfangen. Diese Zeit ist gleich einer Zeitverschiebung τ _IK- der Intensitätsmuster der Empfangssignale von den Wandlern 5 und 6. Da der Abstand d der Wandler 5 und 6 bekannt ist, sind alle Größen zum Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit V ermittelt:
V ergibt sich aus The determination of the vehicle speed V is explained with reference to FIG. 3, specifically for the special cases of overflowing or passing the measuring location 3 , in which the course points parallel to the connecting line between a transducer pair. Upon overflowing the vehicle 1 is in a course approaching the measuring site 3 along on an extension of the connecting line between the transducers 5 and 6 at a constant vehicle speed V = V _r, namely with the approach speed V _a, which is equal to the radial velocity component V _r. The tangential speed component V _ϑ is equal to zero. The interference field surrounding the vehicle 1 is first received by the converter 6 and after a time which depends on the distance d and the radial velocity component V _a = V _r = V , by the converter 5 . This time is equal to a time shift τ _{IK -} the intensity pattern of the received signals from the transducers 5 and 6 . Since the distance d between the transducers 5 and 6 is known, all variables for determining the vehicle speed V have been determined:
V results from

In Fig. 3 ist ein weiteres Fahrzeug 1′ auf einem Kurs parallel zur Verbindungslinie zwischen den Wandlern 5 und 6 dargestellt. Hier wird das Interferenzfeld mit der radialen Geschwindigkeitskomponente V _r der Fahrzeuggeschwindigkeit V an den Wandlern 5 bzw. 6 "vorbeigeschoben". Es wird eine Zeitverschiebung τ _IK der Intensitätsmuster festgestellt, als wenn die Wandler 5, 6 im Abstand a = d·sinϑ auf der Verbindung zwischen Meßort 3 und Fahrzeug 1′ liegen würden. Diese Verbindung und die Mittelsenkrechte auf den Abstand d zwischen den Wandlern 5, 6 schließen einen Winkel ϑ ein. Es ergibt sich die Zeitverschiebung zu In Fig. 3, another vehicle 1 'is shown on a course parallel to the connecting line between the transducers 5 and 6 . Here, the interference field is of the radial velocity component V _r of the vehicle speed V at the transducers 5 and "pushed past '6. A time shift τ _{IK of} the intensity pattern is determined as if the transducers 5, 6 were located at a distance a = d · sin ϑ on the connection between measuring location 3 and vehicle 1 ' . This connection and the perpendicular to the distance d between the transducers 5, 6 enclose an angle ϑ . The time difference results to

Die Fahrzeuggeschwindigkeit V ergibt sich aufgrund der geometrischen Verhältnisse aus The vehicle speed V results from the geometric relationships

V _r ist aus der Zeitverschiebungs-Messung als bekannt und es läßt sich die Fahrzeuggeschwindigkeit zu ermitteln. Der Abstand d und die Zeitverschiebung τ _IK sind gemessene Größen, aus denen somit die Fahrzeuggeschwindigkeit V ohne Kenntnis des Laufzeitunterschieds τ ₂ oder des Winkels ϑ bestimmt werden kann. V _r is from the time shift measurement as known and it can be the vehicle speed determine. The distance d and the time shift τ _IK are measured variables from which the vehicle speed V can be determined without knowing the transit time difference τ ₂ or the angle ϑ .

Fig. 4 dient zur Erläuterung der Fahrzeuggeschwindigkeits- Bestimmung unter der Annahme, daß der Kurs 2 einen beliebigen Verlauf bezüglich des Meßorts 3 aufweist. In Fig. 4 ist ein Ausschnitt der Meßsituation gemäß Fig. 1 dargestellt. Der Ausschnitt zeigt die Wandler 5 und 6 und das Fahrzeug 1, das den Kurs 2 verfolgt. Wie bereits in Fig. 1 dargestellt und beschrieben, schließt die Verbindungslinie zwischen dem Fahrzeug 1 und der Mitte des Abstands d der Wandler 5, 6 einen Winkel ϑ ₂ ein, dessen Ergänzung zu 180° mit ϑ bezeichnet ist. Dieser Winkel ϑ ist ebenfalls in einem Dreieck am Meßort 3 eingetragen, dessen Grundlinie der Abstand d zwischen den Wandlern 5, 6 bildet und dessen eine Kathete gleich d·sinϑ ist. Diese Ausschnittsdarstellung dient zur Erläuterung des Bestimmens der radialen Geschwindigkeitskomponente V _r der Fahrzeuggeschwindigkeit V des Fahrzeugs 1. Die gemessene Zeitverschiebung τ _IK der Intensitätsmuster wird durch die radiale Geschwindigkeitskomponente V _r des Fahrzeug 1 verursacht und könnte von einer fiktiven Meßanordnung gemessen worden sein, deren Verbindungslinie in Richtung der radialen Geschwindigkeitskomponente V _r weist und den Abstand d sinϑ aufweist. Die radiale Geschwindigkeitskomponente V _r könnte also aus dem Quotienten von Abstand einer fiktiven Meßanordnung 5′, 6′ und Zeitverschiebung τ _IK berechnet werden. Die Zeitverschiebung τ _IK wird gemessen. Der Abstand der fiktiven Meßanordnung 5′, 6′ wird mit Hilfe des zusätzlich zu messenden Laufzeitunterschieds τ ₂ bestimmt. Mit Hilfe dieses Laufzeitunterschieds τ ₂ kann der sinϑ bestimmt werden, und zwar nach der Beziehung: Fig. 4 is used for explaining the determination vehicle speed, assuming that the course 2 has any history with respect to the measuring location. 3 In Fig. 4 a detail of the measurement situation is shown in FIG. 1. The section shows the transducers 5 and 6 and the vehicle 1 which is following the course 2 . As already shown and described in FIG. 1, the connecting line between the vehicle 1 and the center of the distance d of the transducers 5, 6 includes an angle ϑ ₂ , the addition of which to 180 ° is denoted by ϑ. This angle ϑ is also entered in a triangle at the measuring location 3 , the base line of which is the distance d between the transducers 5 , 6 and whose one leg is equal to d · sin ϑ . This detail representation serves to explain the determination of the radial speed component V _{r of} the vehicle speed V of the vehicle 1 . The measured time shift τ _{IK of} the intensity pattern is caused by the radial speed component V _{r of} the vehicle 1 and could have been measured by a fictitious measuring arrangement whose connecting line points in the direction of the radial speed component V _r and has the distance d sin ϑ . The radial speed component V _r could therefore be calculated from the quotient of the distance between a fictitious measuring arrangement 5 ', 6' and the time shift τ _IK. The time shift τ _IK is measured. The distance between the fictitious measuring arrangement 5 ', 6' is determined with the aid of the transit time difference τ ₂ to be additionally measured. With the help of this transit time difference τ ₂ , the sin ϑ can be determined according to the relationship:

Damit ergibt sich der Abstand der fiktiven Meßanordnung 5′, 6′ der aber mit d·sin ϑ angegeben worden ist, zu This results in the spacing of the fictitious measuring arrangement 5 ', 6' which, however, has been specified with d · sin ϑ to

Die Formel für die radiale Geschwindigkeitskomponente V _r lautet damit: The formula for the radial velocity component V _r is thus:

Die Zeitverschiebung τ _IK der Intensitätsmuster zweier Empfangssignale wird mit Hilfe einer Korrelatorschaltung 33 gemäß Fig. 2 festgestellt. Über einen steuerbaren Umschalter 34 sind die beiden Eingänge der Korrelatorschaltung 33 mit zwei der drei Intensitätsmustereinheiten 30, 31 bzw. 31, 32 bzw. 30, 32 verbunden. Der Umschalter 34 ist mit seinem Steuereingang mit dem Ausgang eines Maximumdetektors 35 zusammengeschaltet, der den drei Laufzeitrechenstufen 10, 11 und 12 nachgeschaltet ist. Im Maximumdetektor 35 wird die größte Laufzeit τ ₂ ermittelt und festgestellt, daß die Laufzeit τ ₂ zwischen den Empfangssignalen der Wandler 5 und 6 liegt. Vom Umschalter 34 werden die Ausschnitte der Intensitätsmuster der Empfangssignale des gleichen Wandlerpaares am Ausgang der Intensitätsmustereinheiten 31 und 32 an die Korrelatorschaltung 33 weitergeschaltet. Es werden die Intensitätsmuster der Empfangssignale dieser beiden Wandler 5 und 6 zur Bestimmung ihrer Zeitverschiebung τ _IK benutzt, da ihre Zeitverschiebung τ _IK größer ist als die Zeitverschiebungen der Intensitätsmuster der Empfangssignale der anderen beiden Wandlerpaare. Damit ist gewährleistet, daß die relative Genauigkeit der Bestimmung der Zeitverschiebung τ _IK am größten ist.The time shift τ _{IK of} the intensity pattern of two received signals is determined with the aid of a correlator circuit 33 according to FIG . The two inputs of the correlator circuit 33 are connected to two of the three intensity pattern units 30, 31 or 31, 32 or 30, 32 via a controllable changeover switch 34 . The changeover switch 34 has its control input connected to the output of a maximum detector 35 , which is connected downstream of the three transit time calculation stages 10, 11 and 12. The maximum transit time τ _{2 is} determined in the maximum detector 35 and it is established that the transit time τ ₂ lies between the received signals of the transducers 5 and 6 . The sections of the intensity patterns of the received signals of the same transducer pair at the output of the intensity pattern units 31 and 32 are switched on by the changeover switch 34 to the correlator circuit 33 . The intensity patterns of the received signals from these two transducers 5 and 6 are used to determine their time shift τ _IK , since their time shift τ _{IK is} greater than the time shifts of the intensity patterns of the received signals from the other two pairs of transducers. This ensures that the relative accuracy of the determination of the time shift τ _{IK is} greatest.

In der Korrelatorschaltung 33 wird die zeitliche Intensitätsverteilung längs einer Frequenzspur des einen Intensitätsmusters innerhalb des Zeitintervalls Δ t mit der zeitlichen Intensitätsverteilung der gleichen Frequenzspur im zweiten Intensitätsmuster in einer Korrelationsstufe 36 korreliert, d. h. für jede Zeiteinheit multipliziert und integriert. Diese Signalverarbeitung wird für sämtliche Frequenzspuren im Frequenzbereich Δ f durchgeführt. Die dadurch gewonnenen Korrelationsfunktionen werden in einem in der Korrelatorschaltung 33 enthaltenen Zwischenspeicher 37 abgelegt. Über alle Korrelationsfunktionen wird in einem nachgeschalteten Mittelwertbildner 38 eine gemittelte Korrelationsfunktion gebildet und aus der Lage ihres Maximums die Zeitverschiebung τ _IK der Intensitätsmuster ermittelt.In the correlator circuit 33 , the temporal intensity distribution along a frequency track of the one intensity pattern within the time interval Δ t is correlated with the temporal intensity distribution of the same frequency track in the second intensity pattern in a correlation stage 36 , ie multiplied and integrated for each time unit. This signal processing is carried out for all frequency tracks in the frequency range Δ f. The correlation functions obtained in this way are stored in a buffer memory 37 contained in the correlator circuit 33. An averaged correlation function is formed over all correlation functions in a downstream averaging unit 38 and the time shift τ _{IK of} the intensity pattern is determined from the position of its maximum.

Die Korrelatorschaltung 33 und ein weiterer Ausgang des Maximumdetektors 35 für den maximalen Laufzeitunterschied τ ₂ sind mit einer Rechenschaltung 40 verbunden, in der die radiale Geschwindigkeitskomponente berechnet wird. Es wird in der Rechenschaltung 40 der Quotient aus Laufzeitverschiebung τ ₂ und Zeitverschiebung τ _IK der Intensitätsmuster der Empfangssignale des gleichen Wandlerpaares mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit c multipliziert.The correlator circuit 33 and a further output of the maximum detector 35 for the maximum transit time difference τ ₂ are connected to a computing circuit 40 in which the radial speed component is calculated. In the computing circuit 40, the quotient of the transit time shift τ ₂ and the time shift τ _{IK of} the intensity pattern of the received signals from the same transducer pair is multiplied by the propagation speed c.

In Fig. 5 ist ein prinzipieller Aufbau der Intensitätsmustereinheit 30 dargestellt. Die Intensitätsmustereinheiten 31 und 32 sind genauso realisierbar. Dem Wandler 4 ist über einen Tiefpaß 39 ein Analog-Digital-Wandler mit nachgeschaltetem Speicher 41 nachgeordnet. Die Grenzfrequenz des Tiefpasses ist so bemessen, daß sie unterhalb der Grenzfrequenz der Hochpässe 7, 8, 9 liegt. Jeweils in Zeiteinheiten T wird der zeitliche Verlauf des gefilterten, digitalisierten Empfangssignals eingespeichert. Ein Taktgeber 42 steuert den Analog- Digital-Wandler und den Speicher 41 entsprechend an. In einer nachgeordneten FFT-Rechenschaltung 43 werden aus den abgespeicherten Empfangssignalen nach notwendiger Filterung (Aliasing-Filter) entsprechend dem Algorithmus der Fast-Fourier-Transformation und anschließender Betragsquadrat-Bildung und Normalisierung Spektrogramme erstellt und abgespeichert. Der FFT-Rechenschaltung 43 ist eine Speicherschaltung 44 nachgeschaltet, die mit einer Frequenzsteuerschaltung 45 und Zeitsteuerschaltung 480 zum Bilden des Ausschnitts verbunden ist. In der Speicherschaltung 44 werden die Spektrogramme über einer Zeitbasis, die in Zeiteinheiten T gerastert ist, zeilenweise abgespeichert, indem je Zeile die Intensitäten über der Frequenz f abgelegt werden. Die Speicherschaltung 44 ist mit dem Taktgeber 42 verbunden. Es entsteht ein als Grautonschrieb dargestelltes Intensitätsmuster in Zuordnung zu der Zeit t als Ordinate und der Frequenz f als Abszisse.A basic structure of the intensity pattern unit 30 is shown in FIG. 5. The intensity pattern units 31 and 32 can be implemented in the same way. The converter 4 is followed by an analog-digital converter with a memory 41 connected downstream via a low-pass filter 39 . The cut-off frequency of the low-pass filter is dimensioned so that it is below the cut-off frequency of the high-pass filters 7, 8, 9 . The time course of the filtered, digitized received signal is stored in time units T in each case. A clock generator 42 controls the analog-digital converter and the memory 41 accordingly. In a downstream FFT computing circuit 43 , after the necessary filtering (aliasing filter), spectrograms are created and stored in accordance with the algorithm of the Fast Fourier Transformation and subsequent square magnitude formation and normalization. The FFT computing circuit 43 is followed by a memory circuit 44 which is connected to a frequency control circuit 45 and timing control circuit 480 for forming the section. In the memory circuit 44 , the spectrograms are stored line-by-line over a time base which is rasterized in time units T by storing the intensities over the frequency f for each line. The memory circuit 44 is connected to the clock generator 42. An intensity pattern is produced, shown as a gray-tone plot, assigned to the time t as the ordinate and the frequency f as the abscissa.

In der Frequenzsteuerschaltung 45 wird ein Frequenzbereich Δ f um eine Mittenfrequenz f _o so festgelegt, daß ein Modulationsmaß der Intensitäten längs sämtlicher Frequenzspuren innerhalb des Frequenzbereichs Δ f oberhalb einer vorgebbaren Schwelle liegt. Die Frequenzsteuerschaltung 45 enthält eine Mittelwertschaltung 46, einen Differenzbildner 47, einen Modulationsrechner 48 und einen Schwellwertrechner 49. Die Frequenzsteuerschaltung 45 ist mit der FFT-Rechenschaltung 43 verbunden. In der Mittelwertschaltung 46 werden die Intensitäten I _i längs jeder Frequenzspur aufsummiert und durch ihre Anzahl N geteilt. Man erhält den Mittelwert der Intensitäten je Frequenzspur. In dem nachgeschalteten Differenzbildner 47 wird je Frequenzspur die Varianz σ ² berechnet, indem die Differenz zwischen den Intensitäten I _i auf der Frequenzspur und dem Mittelwert der Intensitäten auf der gleichen Frequenzspur gebildet, quadriert und summiert wird. In dem nachgeordneten Modulationsrechner 48 wird das Modulationsmaß der Intensitäten jeder Frequenzspur bestimmt. Das Modulationsmaß M berechnet sich zu: In the frequency control circuit45 becomes a frequency range Δ f around a center frequencyf _O so determined that a modulation measure of the intensities along all Frequency traces within the frequency range Δ f is above a predeterminable threshold. The frequency control circuit45 contains an averaging circuit 46, a difference maker47, one Modulation calculator48 and a threshold calculator 49. The frequency control circuit45 is with the FFT computing circuit43 connected. In the mean value circuit 46 become the intensitiesI. _i along each Frequency track summed up and by their numberN divided. The mean value is obtained the intensities per frequency track. In the downstream Difference generator47 becomes the variance for each frequency track σ ² calculated by taking the difference between the intensities I. _i on the frequency track and the mean the intensities on the same frequency track is formed, squared and summed. In the downstream modulation calculator48 becomes the degree of modulation of the intensities of each frequency track certainly. The modulation measureM. is calculated to:

Dem Modulationsmaßrechner 48 ist der Schwellwertrechner 49 nachgeordnet, in dem festgestellt wird, für welche benachbarten Frequenzspuren das ggf. geglättete Modulationsmaß über einer vorgebbaren Schwelle liegt. Am Ausgang des Schwellwertrechners 49 wird die Mittenfrequenz f _o und der Frequenzbereich Δ f angegeben, innerhalb dessen das Modulationsmaß für jede Frequenzspur oberhalb der Schwelle liegt, z. B. ein Frequenzbereich Δ f = 200 Hz um eine Mittenfrequenz f _o = 300 Hz.The modulation measure computer 48 is followed by the threshold value computer 49 , in which it is determined for which adjacent frequency tracks the possibly smoothed modulation measure is above a predeterminable threshold. At the output of Schwellwertrechners 49, the center frequency is f _o and the frequency range Δ f indicated, within which lies the modulation figure for each frequency track above the threshold z. B. a frequency range Δ f = 200 Hz around a center frequency f _o = 300 Hz.

Die Speicherschaltung 44 wird von der Frequenzsteuerschaltung 45 zum Bilden des Ausschnitts angesteuert. Außerdem ist die Speicherschaltung 44 mit der Zeitsteuerschaltung 480 zusammengeschaltet.The memory circuit 44 is controlled by the frequency control circuit 45 to form the section. In addition, the memory circuit 44 is interconnected with the timing control circuit 480.

In der Zeitsteuerschaltung 480, die vom Taktgeber 42 angesteuert wird, wird ein Zeitintervall Δ t von beispielsweise 200 s vorgegeben. Das Zeitintervall Δ t umfaßt mehrere Zeiteinheiten T und ist so gewählt, daß mindestens eine Interferenzwellenlänge erfaßt wird und z. B. zwei Intensitätsmaxima auf der Frequenzspur der Mittenfrequenz f _o zu verzeichnen sind.In the time control circuit 480 , which is controlled by the clock generator 42 , a time interval Δ t of, for example, 200 s is specified. The time interval Δ t comprises several time units T and is chosen so that at least one interference wavelength is detected and z. B. two intensity maxima are recorded on the frequency trace of the center frequency f _o .

Die Frequenzsteuerschaltung 45 und Zeitsteuerschaltung 480 steuern die Speicherschaltung 44 an und definieren den Ausschnitt des Intensitätsmusters. Das Intensitätsmuster in diesem Ausschnitt wird außerdem über den Umschalter 34 in Fig. 2 in einem Interferenzlinienrechner 50 ausgewertet. Der Interferenzlinienrechner 50 in Fig. 2 besteht aus einem Approximationsrechner 51, der von der gerade mit dem Umschalter 34 verbundenen Intensitätsmustereinheit 31 gespeist wird, einem Simulationsrechner 52 und einem Steigungsrechner 53. Im Approximationsrechner 51 werden innerhalb des Ausschnitts benachbarte Intensitäten gleicher Stärke aufgesucht, die Interferenzlinien bilden. Im Simulationsrechner 52, der mit dem Approximationsrechner 51 zusammengeschaltet ist, wird in einem Frequenz-Zeit-Koordinatensystem eine Gerade simuliert. Diese Gerade wird im Approximationsrechner 51 mit der durch die Mitte des Ausschnitts verlaufenden Interferenzlinie verglichen. Die Gerade im Simulationsrechner 52 wird so lange gedreht und in Zeitrichtung verschoben, bis Abweichungen der Interferenzlinie von der Geraden ein Minimum sind. Der Drehpunkt der Geraden wird vorzugsweise auf einer Frequenzspur von -0,1 f _o in Zeitrichtung verschoben. Diese Abweichungen können Zeit- und Frequenzabweichungen zwischen den Koordinaten der Interferenzlinie und denen der Geraden sein. Diese Gerade stellt die gesuchte Regressionsgerade dar. Es ist aber ebenfalls möglich, im Approximationsrechner 51 nicht durch Regression zu approximieren, sondern durch Vergleich von Intensitäten, die im Interferenzmuster längs der Geraden auftreten. Die Gerade approximiert die Interferenzlinie, wenn sämtliche längs der Geraden gemessenen Intensitäten gleich groß sind und vorzugsweise Maximal- oder Minimalwerte aufweisen.The frequency control circuit 45 and timing control circuit 480 control the memory circuit 44 and define the section of the intensity pattern. The intensity pattern in this section is also evaluated in an interference line computer 50 via the switch 34 in FIG. The interference line computer 50 in FIG. 2 consists of an approximation computer 51 , which is fed by the intensity pattern unit 31 connected to the switch 34 , a simulation computer 52 and a slope computer 53 . In the approximation computer 51 , neighboring intensities of equal strength are sought within the section, which form interference lines. In the simulation computer 52 , which is interconnected with the approximation computer 51 , a straight line is simulated in a frequency-time coordinate system. This straight line is compared in the approximation computer 51 with the interference line running through the center of the section. The straight line in the simulation computer 52 is rotated and shifted in the time direction until deviations of the interference line from the straight line are a minimum. The point of rotation of the straight line is preferably shifted on a frequency track of -0.1 f _o in the time direction. These deviations can be time and frequency deviations between the coordinates of the interference line and those of the straight line. This straight line represents the regression straight line sought. However, it is also possible to approximate in the approximation computer 51 not by regression, but by comparing intensities that occur in the interference pattern along the straight line. The straight line approximates the interference line if all the intensities measured along the straight line are of the same size and preferably have maximum or minimum values.

Sind Gerade und Interferenzlinie zur Deckung gebracht, so gibt der Approximationsrechner 51 ein Freigabesignal an den Steigungsrechner 53, der mit dem Simulationsrechner 52 verbunden ist. Der Steigungsrechner 53 übernimmt aus dem Simulationsrechner 52 die Gerade im Frequenz-Zeit-Koordinatensystem und bestimmt ihre Steigung die die gesuchte Steigung der Interferenzlinie angibt.If the straight line and the interference line are brought into congruence, the approximation computer 51 sends a release signal to the slope computer 53 , which is connected to the simulation computer 52 . The slope computer 53 takes over the straight line in the frequency-time coordinate system from the simulation computer 52 and determines its slope which indicates the slope of the interference line sought.

Dem Interferenzlinienrechner 50 ist ein Entfernungsrechner 55 nachgeordnet, der die Entfernung r zwischen Fahrzeug 1 und Meßort 3 aus der Steifung t′, der Zeitverschiebung τ _IK und dem Laufzeitunterschied τ ₂ bestimmt. Der Ausgang der Korrelatorschaltung 33 und der zweite Ausgang des Maximumdetektors 35 sind ebenfalls mit Eingängen des Entfernungsrechners 55 verbunden.The interference line calculator 50 is followed by a distance calculator 55 which determines the distance r between vehicle 1 and measuring location 3 from the stiffness t ' , the time shift τ _IK and the transit time difference τ ₂ . The output of the correlator circuit 33 and the second output of the maximum detector 35 are also connected to inputs of the distance computer 55 .

Im folgenden wird im Zusammenhang mit den Fig. 6.1, 6.2 und Fig. 7 die Entfernungsbestimmung näher erläutert.In the following, 6.2 and Fig removal determination is in connection with Figs. 6.1. 7 explained in more detail.

Fig. 6.1 zeigt eine Meßsituation für einen Überlauf, bei dem sich das Fahrzeug 1 auf direktem oder radialem Kurs dem Meßort 3 mit konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit V bzw. Annäherungsgeschwindigkeit V _a = V _r = V nähert. Zum Zeitpunkt t _o befindet sich das Fahrzeug 1 in einer Entfernung r zum Meßort 3, wenn es mit konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit V seinen Kurs beibehält. Zum Zeitpunkt t _CPA wird es den Meßort 3 erreicht haben. Fig. 6.1 shows a measurement situation for an overflow, in which the vehicle 1 is in a direct or radial course of the measurement site 3 at a constant vehicle speed V or approach speed V _a = V _r = V approaches. At the point in time t _o , the vehicle 1 is at a distance r from the measuring location 3 if it maintains its course at a constant vehicle speed V. At time t _CPA it will have reached measuring location 3 .

Mit dem Verfahren zum Bestimmen von Zieldaten soll die Entfernung r, die Fahrzeuggeschwindigkeit V, der Peilwinkel ϕ und der Kurswinkel γ bestimmt werden. Bei diesem Bewegungsfall sind die Interferenzlinien annähernd Geraden, die fächerförmig im Frequenz-Zeit-Koordinatensystem verlaufen. Fig. 6.2 zeigt in einer Prinzipskizze den Verlauf von solchen Interferenzlinien im Frequenz-Zeit-Koordinatensystem für die Anlaufphase. Die Interferenzlinien sind in Wirklichkeit schwach gekrümmt, hier aber als Geraden G 1, G 2, ..., Gn schematisch angegeben. Bewegt man sich auf der Frequenzspur der Mittenfrequenz f _o, so sind die Abstände zwischen den Geraden G 1, G 2, ..., Gn durch die Interferenzwellenlänge X(f _o) bestimmt und abhängig von der Annäherungsgeschwindigkeit V _a = V _r = V. Der Abstand ist um so kleiner je größer die Annäherungsgeschwindigkeit V _a = V _r ist. Betrachtet man ein Intensitätsmaximum auf einer der Interferenzlinien, z. B. den Punkt auf der Geraden G 1 zum Zeitpunkt t _o bei der Mittenfrequenz f _o, so kann man sagen, daß in einer Zeitspanne Δτ = t _o-t _CPA gerade k Intensitätsmaxima im Abstand auftreten. Auf der Frequenzspur f sind ebenfalls k Intensitätsmaxima bis zu der Geraden G 1 zu ermitteln. Das k-te Intensitätsmaximum liegt für die Frequenz f auf der Geraden G 1 bei einer Zeit t vor, die Abstände zwischen den Intensitätsmaxima betragen hier Die Zeitspannen bis zum Erreichen des Meßorts 3 sind: With the method for determination of target data to the distance r, φ, the vehicle speed V, the bearing angle and the course angle γ are determined. In this case of motion, the interference lines are approximately straight lines that run in a fan shape in the frequency-time coordinate system. Fig. 6.2 shows a schematic sketch of the course of such interference fringes in the frequency-time coordinate system for the start-up phase. In reality, the interference lines are slightly curved, but are shown schematically here as straight lines G 1 , G 2 , ..., Gn. If one moves on the frequency track of the center frequency f _o , the distances between the straight lines G 1 , G 2 , ..., Gn are determined by the interference wavelength X ( f _o ) and depend on the approach speed V _a = V _r = V . The distance is the smaller, the greater the approach speed V _a = V _r . If one considers an intensity maximum on one of the interference lines, e.g. B. the point on the straight line G 1 at time t _o at the center frequency f _o , it can be said that in a period of time Δτ = t _o - t _CPA just k intensity maxima at a distance occur. On the frequency track f , k intensity maxima up to the straight line G 1 can also be determined. The k th intensity maximum is present for the frequency f on the straight line G 1 at a time t , the distances between the intensity maxima are here The time spans until the point 3 is reached are:

Die Gleichung für t _o-t _CPA wird nach k aufgelöst und in die Gleichung für t-t _CPA eingesetzt. Es ergibt sich für t: The equation for t _o - t _CPA is solved for k and inserted into the equation for t - t _CPA. It results for t :

Differenziert man diese Gleichung nach der Frequenz f, so erhält man die Steigung der Geraden G 1 If one differentiates this equation according to the frequency f , one obtains the slope of the straight line G 1

Löst man diese Gleichung nach t _o-t _CPA auf, so erhält man für die Mittenfrequenz f _o Solving this equation for t _o - t _CPA , one obtains f _o for the center frequency

Diese Zeitspanne t _o-t _CPA ist gerade aber die Zeit, die vergeht, bis das Fahrzeug 1 den Meßort 3 mit der Annäherungsgeschwindigkeit V _r erreicht hat. Es gilt also: However, this time span t _o -t _CPA is precisely the time that elapses until the vehicle 1 has reached the measuring location 3 at the approach speed V _r . So the following applies:

In diesem speziellen Bewegungsfall ist die Annäherungsgeschwindigkeit V _a = V _r gleich der Fahrzeuggeschwindigkeit V, die in Richtung der Verbindungslinie zwischen Fahrzeug 1 und Meßort 3 weist, wie sonst bei jedem allgemeinen Bewegungsfall die radiale Geschwindigkeitskomponente V _r.In this particular case, the movement of approach speed V _a = V _r is equal to the vehicle speed V, which points in the direction of the connecting line between the vehicle 1 and the measuring point 3, as usual in each case general movement of the radial velocity component V _r.

Gemäß dem Blockschaltbild in Fig. 2 ist aber die radiale Geschwindigkeitskomponente V _r bereits in der Rechenstufe 40 berechnet worden, die hier gleich der Annäherungsgeschwindigkeit V _a = V _r ist: According to the block diagram in Fig. 2, however, the radial speed component V _{r has} already been calculated in the computing stage 40 , which here is equal to the approach speed V _a = V _r :

In diesem Spezialfall der Annäherung ist und damit In this special case the approximation is and thus

Die Entfernung r ist im Entfernungsrechner 55 aus Gl. (A) und Gl. (B) wie folgt zu berechnen: The distance r is in the distance calculator 55 from Eq. (A) and Eq. (B) to be calculated as follows:

Die Interferenzwellenlänge X(f _o) wird durch Kenntnis der Übertragungsschicht, in der sich der Meßort 3 befindet, vorab bestimmt. Ebenso ist die Ableitung der Interferenzwellenlänge X(f) nach der Frequenz f berechenbar und vorher für die Mittenfrequenz f _o zu ermitteln. Somit weist die Gl. (C) nur meßbare Größen auf. Zahlreiche Versuche haben ergeben, daß der Quotient unabhängig von der Tiefe der Übertragungsschicht stets ungefähr gleich 1,1·f _o ist, obwohl die Interferenzwellenlänge X(f) selbst von der Tiefe sehr stark beeinflußt wird, wobei die Tiefe die Ausdehnung der Übertragungsschicht zwischen ihren Grenzebenen angibt.The interference wavelength X ( f _o ) is determined in advance by knowing the transmission layer in which the measurement location 3 is located. The derivation of the interference wavelength X ( f ) according to the frequency f can also be calculated and determined beforehand for the center frequency f _o . Thus, Eq. (C) only measurable quantities. Numerous experiments have shown that the quotient regardless of the depth of the transmission layer is always approximately equal to 1.1 · f _o , although the interference wavelength X ( f ) itself is very strongly influenced by the depth, the depth indicating the extent of the transmission layer between its boundary planes.

Fig. 7 zeigt ein Frequenz-Zeit-Diagramm, bei dem sich das Fahrzeug 1 mit zwei unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten dem Meßort 3 bei einem Überlauf gemäß Fig. 6.1 nähert. Anhand dieses Prinzipdiagramms soll das Verfahren und seine Funktionstüchtigkeit auch bei sich ändernder Annäherungsgeschwindigkeit V _a beschrieben werden. Die Interferenzlinien wurden durch Geraden approximiert. Wir sehen im unteren Bereich des Diagramms Geraden, deren Steigung größer ist als im oberen Bereich. Nach einer Zeit von 600 s ab Meßbeginn hat das Fahrzeug 1 seine Fahrzeuggeschwindigkeit V vergrößert, da die Steigung der Geraden abgenommen hat. Der Abstand zwischen den einzelnen Interferenzlinien ist in diesem Bereich nur noch halb so groß wie im unteren Bereich des Diagramms. Daraus kann man schließen, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit V verdoppelt wurde. Die erste Messung wird beispielsweise nach einer Zeit von 100 s begonnen. Es wird ein Frequenzbereich von Δ f = 200 Hz betrachtet, der um eine Mittenfrequenz von f _o = 300 Hz angeordnet ist. Das Zeitintervall beträgt Δ t = 200 s, der Ausschnitt des Interferenzmusters im ersten Meßfall ist mit dem Buchstaben Y gekennzeichnet. Ein solcher Ausschnitt des Intensitätsmusters ist in jeder der Intensitätsmustereinheiten 30, 31 oder 32 gebildet worden. Wir nehmen an, daß mit Hilfe der Korrelatorschaltung 33 eine Zeitverschiebung τ _IK = 20 s zwischen zwei Intensitätsmustern gemessen wird. Der Laufzeitunterschied der Empfangssignale desselben Wandlerpaares, beispielsweise Wandler 4 und 5, sei gemessen zu τ ₁ = 0,067 s, wobei wegen des Überlaufs gemäß Fig. 6.1, wobei der Abstand der Wandler d = 100 m, die Schallgeschwindigkeit beträgt. Im Interferenzlinienrechner 50 wird die Steigung t′ der Interferenzlinie, die durch die Mitte des Ausschnits Y verläuft, bestimmt. Sie beträgt t′ = 6,36 s/Hz. Der Quotient bestimmt sich zu: FIG. 7 shows a frequency-time diagram in which the vehicle 1 approaches the measuring location 3 at two different vehicle speeds in the event of an overflow according to FIG. 6.1. This principle diagram is used to describe the method and its functionality even when the approaching speed V _{a changes} . The interference lines were approximated by straight lines. In the lower area of the diagram, we see straight lines with a greater gradient than in the upper area. After a time of 600 s from the start of the measurement, the vehicle 1 has increased its vehicle speed V because the gradient of the straight line has decreased. The distance between the individual interference lines in this area is only half as large as in the lower area of the diagram. From this it can be concluded that the vehicle speed V has been doubled. The first measurement is started after a period of 100 s, for example. A frequency range of Δ f = 200 Hz is considered, which is arranged around a center frequency of f _o = 300 Hz. The time interval is Δ t = 200 s, the section of the interference pattern in the first measurement case is marked with the letter Y. Such a section of the intensity pattern has been formed in each of the intensity pattern units 30, 31 or 32. We assume that the correlator circuit 33 measures a time shift τ _IK = 20 s between two intensity patterns. The difference in transit time of the received signals from the same transducer pair, for example transducers 4 and 5 , is measured as τ ₁ = 0.067 s, where because of the overflow according to FIG. 6.1, the distance between the transducers being d = 100 m, the speed of sound amounts to. In the interference line calculator 50 , the slope t 'of the interference line which runs through the center of the cutout Y is determined. It is t ′ = 6.36 s / Hz. The quotient is determined as follows:

Aus diesen Meßgrößen wird die Entfernung r gemäß Gl. (C) wie folgt berechnet: The distance r according to Eq. (C) calculated as follows:

Die Annäherungsgeschwindigkeit V _r bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit V wird gemäß Gl. (B) berechnet: The approach speed V _r or vehicle speed V is calculated according to Eq. (B) calculated:

Der Peilwinkel ϕ ergibt sich aus dem Laufzeitunterschied τ ₁ zu The bearing angle ϕ results from the transit time difference τ ₁ zu

Der Kurswinkel γ ist ebenfalls gleich 90°, da eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente nicht vorliegt.The course angle γ is also 90 °, since there is no tangential speed component.

Eine erneute Messung wird nach einer Zeit von 900 s durchgeführt. Es wird in der Intensitätsmustereinheit 30 ein Ausschnitt Z gemäß Fig. 7 gebildet. Folgende Meßwerte werden festgestellt: die Steigung der Interferenzlinie t′ = 1,36 s/Hz,
der Quotient 1,1·f _o = 1,1·300 Hz.A new measurement is carried out after a period of 900 s. A section Z according to FIG. 7 is formed in the intensity pattern unit 30. The following measured values are determined: the slope of the interference line t ′ = 1.36 s / Hz,
the quotient 1.1 · f _o = 1.1 · 300 Hz.

Mit diesen Meßdaten wird die Entfernung zu r ≈ 4500 mWith these measurement data, the distance becomes r ≈ 4500 m

und die Annäherungsgeschwindigkeit zu V _r = 10 m/s = 20 knand the approach speed to V _r = 10 m / s = 20 kn

festgestellt. Peilwinkel und Kurswinkel betragen: ϕ = γ = 90°.detected. The bearing angle and course angle are: ϕ = γ = 90 °.

An diesem Beispiel erkennt man, daß unabhängig vom vorangegangenen und nachfolgenden Bewegungsverhalten des Fahrzeugs die Zieldaten richtig bestimmt werden.This example shows that regardless of the previous and subsequent movement behavior of the vehicle, the target data can be correctly determined.

Als nächstes stellt sich die Frage, ob das Verfahren zum Bestimmen von Zieldaten auch dann angewendet werden kann, wenn der Kurs des Fahrzeugs 1 nicht über den Meßort 3 verläuft, sondern mit Querabstand am Meßort 3 vorbeiläuft und die Interferenzlinien dadurch einen hyperbelförmigen Verlauf aufweisen. Der Nachweis soll anhand der Prinzipskizze gemäß Fig. 8 geführt werden.Next, the question arises whether the process can be also applied for determination of target data when the course of the vehicle 1 does not run over the measurement site 3, but passes with transverse distance at the measuring point 3 and the interference fringes thus have a hyperbolic profile. The proof is to be carried out using the schematic diagram according to FIG. 8.

Das Fahrzeug 1 befindet sich zum Zeitpunkt t ₁ in einer Entfernung r vom Meßort 3 unter einem Peilwinkel ϕ gegen die Bezugsrichtung N. Der Kurs des Fahrzeugs 1 läuft unter einem Kurswinkel γ gegen die Bezugsrichtung N und weist zum Meßort 3 einen Querabstand q auf. Das Fahrzeug 1 fährt mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit V und hat den Querabstand q am Ort R zum Zeitpunkt t _CPA passiert. Zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit V und der radialen Geschwindigkeitskomponente V _r liegt ein Geschwindigkeitswinkel α. At the time t _{1, the} vehicle 1 is at a distance r from the measuring location 3 at a bearing angle ϕ against the reference direction N. The course of the vehicle 1 runs at a course angle γ against the reference direction N and has a transverse distance q from the measuring location 3. The vehicle 1 is traveling at a vehicle speed V and has passed the transverse distance q at location R at time t _CPA . A speed angle α lies between the vehicle speed V and the radial speed component V _r .

In der Zeit Δτ = t ₁-t _CPA hat das Fahrzeug 1 mit der Fahrzeuggeschwindigkeit V den Weg s zurückgelegt:In the time Δτ = t ₁ - t _CPA , vehicle 1 has covered the distance s at vehicle speed V :

s = V · Δτ. s = V · Δτ .

Es gilt nach dem Satz des Pythagoras folgende geometrische Beziehung:According to the Pythagorean theorem, the following geometrical ones apply Relationship:

r ² = q ² + s ² = q ² + V ² · Δτ ². r ² = q ² + s ² = q ² + V ² · Δτ ² .

Es wird (v ² · Δτ) ausgeklammert und durch v ² · Δτ geteilt: ( V ² · Δτ ) is factored out and divided by v ² · Δτ :

Außerdem gilt für das Geschwindigkeitsdreieck aus V, V _r und V _ϑ: In addition, the following applies to the velocity triangle consisting of V , V _r and V _ϑ :

Für das Dreieck mit Meßort 3, Fahrzeug 1 und Ort R als Eckpunkten gilt: For the triangle with measuring location 3 , vehicle 1 and location R as corner points, the following applies:

Damit gilt und man erhält für die Gleichung I: This applies and one obtains for equation I:

Der erste Term Δτ auf der rechten Seite der Gleichung II ist gerade die Zeit, die vergeht, wenn das Fahrzeug 1 mit der Fahrzeuggeschwindigkeit V den Weg s zurücklegt. Der zweite Term ist eine Zeitspanne Δ T, die verginge, wenn das Fahrzeug den Weg q vom Meßort 3 bis zum Ort R mit einer fiktiven Geschwindigkeit V* zurücklegen würde, die in Richtung des Querabstands q weist, wie folgende Umrechnung zeigt:
MitThe first term Δτ on the right-hand side of equation II is precisely the time that elapses when the vehicle 1 travels the distance s at the vehicle speed V. The second term is a time span Δ T that would pass if the vehicle were to cover the distance q from measuring location 3 to location R with a fictitious speed V * pointing in the direction of the transverse distance q , as the following conversion shows:
With

s = V · Δτ s = V · Δτ

ergibt sich surrendered

Außerdem ist nach Fig. 8 das in Gleichung III eingesetzt wird und es gilt nach Fig. 8: das nach tan α aufgelöst wird und in Gleichung IV eingesetzt wird. Es gilt also: Man kann sich jetzt vorstellen, daß das Fahrzeug 1 vom Meßort 3 mit der radialen Geschwindigkeitskomponente V _r über den Weg r nach einer Zeit seine jetzige Position erreicht hat. Andererseits kann es diese Position auch dadurch erreicht haben, daß es vom Meßort 3 den Querabstand q mit der fiktiven Geschwindigkeit V* in der Zeit und anschließend den Weg s mit der Fahrzeuggeschwindigkeit V in der Zeit Δτ = t ₁-t _CPA durchfahren hat. Da aber das Fahrzeug 1 zur Zeit t ₁ unabhängig vom eingeschlagenen Weg die eingezeichnete Position inne hat, ist Der Quotient r/V _r ist aber gerade gemäß Gleichung (A) gleich dem Produkt aus der Steigung t′ einer der Interferenzlinien im Ausschnitt bei der Mittenfrequenz f _o und dem Faktor Es gilt also auch für einen beliebigen Kurs des Fahrzeugs 1, daß aus der Steigung t′ der Interferenzlinie und der radialen Geschwindigkeitskomponente V _r die Entfernung r zwischen Meßort 3 und Fahrzeug 1 gemäß Gleichung (A) auf Seite 53 zu jedem Zeitpunkt bestimmbar ist.Im Entfernungsrechner 55 gemäß Fig. 2 wird die Entfernung r berechnet. Am Ausgang der Rechenschaltung 40 steht die radiale Geschwindigkeitskomponente V _r der Fahrzeuggeschwindigkeit V an. Die Fahrzeuggeschwindigkeit V wird aus der radialen Geschwindigkeitskomponente V _r und der tangentialen Geschwindigkeitskomponente V _ϑ gemäß dem Satz des Pythagoras in einem Fahrzeuggeschwindigkeitsrechner 60 berechnet, der eingangsseitig mit der Rechenschaltung 40 und über eine Multiplizierschaltung 61 mit dem Entfernungsrechner 55 verbunden ist: In der Multiplizierschaltung 61 wird das Produkt aus Entfernung r und der zeitlichen Änderung des Winkels ϑ berechnet. Diese zeitliche Winkeländerung wird häufig Winkelgeschwindigkeit ϑ genannt. Die geometrischen Beziehungen zwischen den Geschwindigkeitskomponenten V _r, V _ϑ, der Fahrzeuggeschwindigkeit V bezüglich des Meßorts 3 sind Fig. 4 zu entnehmen. Der Winkel ϑ wird aus dem Laufzeitunterschied τ ₂ in einem dem Maximumdetektor 35 nachgeschalteten Rechenwerk 62 gemäß der Beziehung bestimmt. Dem Rechenwerk 62 ist eine Differenzierschaltung 63 nachgeschaltet, in der die zeitliche Änderung des Winkels ϑ je Zeiteinheit T bestimmt wird. Die Multiplizierschaltung 61 ist mit ihrem zweiten Eingang mit der Differenzierschaltung 63 verbunden und berechnet das Produkt aus Entfernung r und zeitlicher Änderung des Winkels ϑ. Dieses Produkt ist gleich der tangentialen Geschwindigkeitskomponente V _ϑ = r · ϑ.Zur Berechnung des nordbezogenen Kurswinkels γ ist dem Interferenzlinienrechner 50 und der Differenzierschaltung 63 eine Winkelrechenstufe 64 nachgeschaltet, in der ein Geschwindigkeitswinkel α, wie er in Fig. 4 angegeben ist, berechnet wird. Der Geschwindigkeitswinkel α liegt zwischen der radialen Geschwindigkeitskomponente V _r und der Fahrzeuggeschwindigkeit V und lautet: Dieser Ausdruck kann aus der geometrischen Anordnung nach Fig. 4 und unter Verwendung von Gl. (C) auf folgendem Weg hergeleitet werden: Also ist Diese Beziehung nach α aufgelöst ergibt Gleichung (D).Die Fahrzeuggeschwindigkeit V kann auch aus dem Geschwindigkeitswinkel α und der radialen Geschwindigkeitskomponente V _r nach der Beziehung berechnet werden.Der Winkelrechenstufe 64 ist eine Summationsschaltung 65 nachgeschaltet, die als zweite Eingangsgröße den nordbezogenen Peilwinkel ϕ erhält, aus der gemäß Fig. 1 der nordbezogene Kurswinkel γ = ϕ-α-180° berechnet wird.Fig. 9 zeigt eine Modifikation des Interferenzlinienrechners 50. Der Approximationsrechner 51 enthält hier zur Ermittlung der Approximation einer Interferenzlinie im Ausschnitt des Intensitätsmusters und einer im Simulationsrechner 52 erstellten Geraden eine Auswahlschaltung 69, die die Intensitäten im Ausschnitt, die auf der Geraden liegen, aussucht, und einen Mittelwertbildner 70, in dem die Intensitäten I _i längs der Geraden aufsummiert und durch ihre Anzahl N geteilt werden: In einem Quadrierer 71 werden die einzelnen Intensitäten I _i längs der Geraden quadriert und in einem nachgeschalteten Summierer 72 addiert und durch die Anzahl N geteilt. Man erhält den Mittelwert der quadrierten Intensitäten: Dem Mittelwertbildner 70 und Summierer 72 ist eine Rechnerschaltung 73 nachgeordnet, in der die relative Standardabweichung σ/ der Intensitäten I _i längs der Geraden von ihrem Mittelwert nach der Formel ausgerechnet wird. Ihr Ausgang ist mit einer Kontrollschaltung 74 für das Freigabesignal des Approximationsrechners 51 verbunden. Die Kontrollschaltung 74 gibt dann ein Freigabesignal ab, wenn die relative Standardabweichung σ/ möglichst klein ist und kleiner als ein vorgebbarer Wert. Dann sind die Intensitäten I _i längs der Geraden nahezu gleich und die Gerade approximiert die Interferenzlinie am besten. Das Freigabesignal wird dem Steigungsrechner 53 zugeführt, in der die im Simulationsrechner 52 simulierte Gerade t(f) nach der Frequenz f differenziert wird. Wenn kein Freigabesignal erzeugt wird, wird die Gerade im Simulationsrechner 52 gedreht und/oder in Zeitrichtung so lange verschoben, bis die relative Standardabweichung σ/ am kleinsten ist.Ebenfalls ist es möglich, im Simulationsrechner 52 statt einer Geraden ein Büschel von Geraden zu simulieren, die sich alle bei der Frequenz -0,1·f _o schneiden und auf der Frequenzspur der Mittenfrequenz f _o gleiche Abstände aufweisen. Die Auswahlschaltung 69 sucht dann die entsprechenden Intensitäten, die zu den Koordinaten der simulierten Geraden gehören, aus dem Ausschnitt des Intensitätsmusters heraus, die im Mittelwertbildner 70 und Quadrierer 71 je Gerade weiterverarbeitet werden. Es wird für alle Geraden die relative Standardabweichung σ/ berechnet und die Geraden an die Interferenzlinien im Ausschnitt approximiert. Die Kontrollschaltung 74 erzeugt ein Freigabesignal, wenn für alle Geraden die relative Standardabweichung σ/ am kleinsten ist. Vom Simulationsrechner 52 wird die durch die Mitte des Ausschnitts verlaufende Gerade an Steigungsrechner 53 übertragen.Im folgenden soll der Fall einer Tiefenänderung in der Übertragungsschicht beschrieben werden: Befindet sich der Meßort mit den Wandlern beispielsweise in einem Flachwassergebiet, das keine konstante Wassertiefe aufweist, so ist die Bestimmung der radialen Geschwindigkeitskomponente V _r aus der Zeitverschiebung τ _IK nicht mehr unabhängig vom Schiffsort und der am Schiffsort vorherrschenden Wassertiefe.Fig. 10 zeigt eine Prinzipskizze eines Flachwasserkanals, bei dem der Einfachheit halber eine kontinuierliche Tiefenvariation durch zwei Wassertiefen H ₁ und H ₂ mit einem Sprung dargestellt wird. Anhand dieses Modells soll eine Korrektur der Geschwindigkeitsmessung erläutert werden. In diesem modellhaften Flachwasserkanal interferieren zwei Eigenwellen miteinander, die im Gebiet mit der Wassertiefe H ₁ eine Interferenzwellenlänge X ₁ und im Gebiet mit der Wassertiefe H ₂ eine Interferenzwellenlänge X ₂ aufweisen. Der Meßort 3 befindet sich im Gebiet mit der Wassertiefe H ₁. Befindet sich das Fahrzeug 1 im Bereich mit der Wassertiefe H ₁, so wird am Meßort 3 eine Zeitverschiebung τ _IK1 gemessen, die zusammen mit dem Abstand d der Wandler 4 und 5 gemäß Gleichung (B) auf Seite 54 die Fahrzeuggeschwindigkeit V _r = V liefert.Das Fahrzeug 1 legt beispielsweise mit seiner Fahrzeuggeschwindigkeit V in einer Zeit t ₁ einen solchen Weg zurück, der gerade gleich der Interferenzwellenlänge X ₁ ist. Da das Fahrzeug 1 umgeben ist von seinem Interferenzfeld, wird ein Intensitätsmaximum im Bereich mit der Wassertiefe H ₂ in der Zeit t ₁ einen Weg S ₂ zurücklegen, der kleiner ist als der Weg X ₁ und gerade gleich der Interferenzwellenlänge X ₂ ist.Befindet sich das Fahrzeug 1 im Bereich mit der Wassertiefe H ₂, so wird mit Fahrzeuggeschwindigkeit V ein Interferenzmaximum in einer Zeit t ₂ einen Weg entsprechend der Interferenzwellenlänge X ₂ zurücklegen. Gemessen wird am Meßort 3, an dem aber in der gleichen Zeit t ₂ ein Interferenzmaximum einen Weg entsprechend der Interferenzwellenlänge X ₁ mit einer gemessenen Geschwindigkeit V** zurückgelegt hat: X ₁ = V** · t ₂. Die Zeit t ₂ bestimmt sich aus der Interferenzwellenlänge X ₂ und der Fahrzeuggeschwindigkeit V und ist Setzt man t ₂ in die Gleichung für X ₁ ein, so erhält man Löst man diese Gleichung nach der gemessenen Geschwindigkeit V** auf, so erhält man Aus der Zeitverschiebung τ _IK**, die am Meßort 3 gemessen wird, wenn sich das Fahrzeug 1 im Bereich mit der Wassertiefe H ₂ befindet, ist die gemessene Geschwindigkeit V** bekannt. Diese gemessene Geschwindigkeit V** ist größer als die Fahrzeuggeschwindigkeit V, nämlich wobei X ₁ ≦ωτ X ₂ ist.Aus dem o. g. Aufsatz von Weston ist bekannt, daß sich die Interferenzwellenlängen X ₁, X ₂ wie die Quadrate der Wassertiefen H ₁, H ₂ verhalten: Es ergibt sich dann ein Schätzfehler für die Geschwindigkeit V zu mit
Δ H = H ₁-H ₂.In den meisten Anwendungsfällen ist die relative Tiefenänderung Δ H/H ₁ gering. Deshalb kann der zweite Term dieser Gleichung vernachlässigt werden. Man erhält einen vorzeichenrichtigen Korrekturfaktor, der allein vom Gefälle des Bodens abhängt und gleich der doppelten relativen Tiefenänderung ist.Wegen der Änderung der Interferenzwellenlängen werden sowohl die Interferenzliniensteigung t′ als auch die Zeitverschiebung τ _IK um den gleichen Faktor geändert. Da diese beiden Werte laut Gleichung (C) als Verhältnis in die Formel für die Entfernungsbestimmung eingehen und die übrigen Größen dieser Formel von der Tiefenvariation nicht beeinflußt werden, bedarf die Entfernung keiner Korrektur.Für die Berechnung des Geschwindigkeitswinkels α muß der Wert der Interferenzliniensteigung korrigiert werden. Es sei t′* der gemessene Interferenzliniensteigungswert und t′ der korrigierte Interferenzliniensteigungswert. Dann gilt folgende Korrektur: Der Geschwindigkeitswinkel α wird dann mit der korrigierten Steigung der Interferenzlinie aus Gleichung (D) wie folgt berechnet: Also is afterFig. 8th which is substituted into equation III and it applies afterFig. 8th: that after tanα is solved and in equation IV is used. So the following applies: One can now imagine that the vehicle1 from the measuring location3 with the radial velocity component V _r over the wayr after a time has reached its current position. On the other hand it can also have reached this position by that it is from the measurement site3 the transverse distanceq with the fictional speedV * at the time and then the ways with the vehicle speed V at the timeΔτ =t ₁-t _CPA has passed through. But there the vehicle1 for nowt ₁ independent of The chosen path is in the position shown has is The quotientr/V _r but is precisely according to equation (A) equal to the product of the slopet ′ one of Interference lines in the section at the center frequency f _O and the factor It also applies to any course of the Vehicle1that from the slopet ′ the interference line and the radial velocity componentV _r the distancer between measuring location3 and vehicle1 according to equation (A) on page 53 at each point in time can be determined in the distance calculator55 according toFig. 2 becomes the distance r calculated. At the output of the computing circuit40 is the radial velocity componentV _r the Vehicle speedV at. The vehicle speed V becomes from the radial velocity component V _r and the tangential velocity component V _ϑ according to the Pythagorean theorem in one Vehicle speed calculator60 calculated that on the input side with the computing circuit40 and about a Multiplier circuit61 with the distance calculator 55 connected is: In the multiplier circuit 61 becomes the product from a distance r and the change in angle over timeϑ calculated. This change in angle with time becomes frequent Angular velocityϑ called. The geometric relationships between the speed componentsV _r,V _ϑ, the vehicle speedV with regard to the measuring location3 areFig. 4 can be found. The angleϑ becomes from the Runtime differenceτ ₂ in one of the maximum detector 35 downstream arithmetic unit62 according to the relationship certainly. The arithmetic unit 62 is a differentiating circuit63 downstream, in which the change in angle over time ϑ per time unitT is determined. The multiplier circuit 61 is with her second entrance with the differentiating circuit63 connected and calculated the product from a distancer and temporal Change of angleϑ. This product is the same the tangential velocity component V _ϑ =r ·ϑTo calculate the north-related course angleγ is the interference line calculator50 and the differentiating circuit63 an angle calculation stage 64 downstream, in which a speed angle αlike him inFig. 4 is calculated becomes. The speed angleα lies between the radial velocity componentV _r and the vehicle speedV and reads: This expression can be derived from the geometric arrangement toFig. 4 and using Eq. (C) can be derived in the following way: So is This relationship afterα Solved gives equation (D). The vehicle speedV can also from the speed angle α and the radial velocity component V _r after the relationship The angle calculation stage64 is a summation circuit 65 downstream, the second input variable the north-related bearing angleϕ receives, from the according to Fig. 1 the north-related heading angleγ =ϕ-α-180 ° is calculated.Fig. 9 shows a modification of the fringe calculator 50. The approximation calculator51 contains here to determine the approximation of an interference line in the section of the intensity pattern and one in the simulation computer52 created straight lines a selection circuit69that the intensities selects in the cutout that lies on the straight line, and an averager70in which the intensities I. _i summed up along the straight line and through their numberN to be shared: In a squarer71 become the individual intensities I. _i squared along the straight line and in one downstream totalizer72 added up and through the numberN divided. The mean value is obtained the squared intensities: The averaging agent70 and totalizer72 is a Computer circuit73 downstream, in which the relative Standard deviationσ/ the intensitiesI. _i along the straight line from its mean after formula is calculated. Your exit is with a control circuit 74 for the release signal of the approximation computer 51 connected. The control circuit 74 then emits a release signal, if the relative standard deviationσ/ as small as possible is and less than a predeterminable value. Than are the intensitiesI. _i almost the same along the straight line and the straight line approximates the interference line at best. The release signal is sent to the slope computer 53 supplied, in which the simulation computer 52 simulated straight linet(f) according to the frequencyf is differentiated. When no release signal is generated becomes the straight line in the simulation computer52 rotated and / or shifted in the time direction so long until the relative standard deviationσ/ the smallest It is also possible in the simulation computer52 to simulate a cluster of straight lines instead of a straight line, which are all at the frequency -0.1f _O cut and on the frequency track of the center frequency f _O have the same spacing. The selection circuit 69 then looks for the corresponding intensities, those to the coordinates of the simulated Straight lines belong from the section of the intensity pattern out that in the averager70 and squarers71 can be further processed for each straight line. It becomes the relative standard deviation for all straight lines σ/ calculated and the straight line to the Interference lines in the cutout approximated. The Control circuit74 generates a release signal, if for all straight lines the relative standard deviation σ/ is smallest. From the simulation computer 52 is going through the middle of the neckline running straight line to the slope computer53 In the following, the case of a change in depth in the transmission layer: For example, if the measuring location is with the transducers in a shallow water area that is not constant Has water depth, so is the determination of the radial Speed componentV _r from the time difference τ _IK no longer independent of the ship's location and the water depth prevailing at the ship's location.Fig. 10 shows a schematic diagram of a shallow water channel, where, for the sake of simplicity, a continuous Depth variation through two water depths H ₁ andH ₂ is represented with a jump. This model is used to correct the speed measurement explained. In this model shallow water channel interfere two Eigenwaves with each other that are in the area with the Water depthH ₁ an interference wavelengthX ₁ and in the area with the water depthH ₂ an interference wavelength X ₂ exhibit. The place of measurement3 is located in the area with the water depthH ₁. Located the vehicle1 in the area with the water depth H ₁, so will be at the measurement site3 a time difference τ _{IK 1} measured that along with the distanced the Converter4th and5 according to equation (B) on page54 the vehicle speedV _r =V The vehicle1 sets for example with its vehicle speed V in a timet ₁ such a Way back that is just equal to the interference wavelength X ₁ is. Because the vehicle1 is surrounded from its interference field, becomes an intensity maximum in the area with the water depthH ₂ in the timet ₁ a wayS. ₂ put back that is smaller than the wayX ₁ and just equal to the interference wavelength X ₂ Is the vehicle located?1 in the area with the water depth H ₂so will be at vehicle speedV an interference maximum at a timet ₂ a way corresponding to the interference wavelengthX ₂ return. Measurements are taken at the measuring location3, but on which in the same timet ₂ an interference maximum Path according to the interference wavelengthX ₁ With a measured speedV ** covered Has:X ₁ =V ** ·t ₂. The timet ₂ is determined by the interference wavelengthX ₂ and the vehicle speedV and is If you sett ₂ in the equation forX ₁ one, so one obtains Solve this equation for the measured speed V ** on, so you get From the time differenceτ _{IK **}that at the measurement site3 is measured when the vehicle is moving1 in the area with the water depthH ₂ is the measured speedV ** known. This measured speed V ** is greater than the vehicle speed V, namely in whichX ₁ ≦ ωτX ₂ From the above Weston essay is known to be the interference wavelengthsX ₁,X ₂ like the squares of the water depthsH ₁,H ₂ behavior: An estimation error for the speed then results V to With
Δ H =H ₁-H ₂In most applications, the relative Change in depthΔ H/H ₁ low. Therefore the second can Term of this equation can be neglected. You get a correction factor with the correct sign, which depends solely on the slope of the floor and the same double the relative change in depth. Because of the change in the interference wavelengths both the interference line slopet ′ as well as the time differenceτ _IK by the same factor changed. Since these two values according to equation (C) as a ratio in the formula for determining the distance and the other sizes of these Formula not influenced by the depth variation the distance does not need to be corrected. For the calculation of the speed angleα the value of the interference line slope must be corrected become. Be itt ′ * the measured fringe slope value andt ′ the corrected fringe slope value. Then the following correction applies: The speed angleα is then with the corrected slope of the interference line from equation (D) calculated as follows:

Claims

1. A method for the passive determination of target data, such as distance, vehicle speed and course, of a self-generated vehicle emitting wave energy, in particular a watercraft, from a measuring location in which the wave energy is received by transducers at the measuring location, converted into electrical received signals and from the received signals its direction of incidence against a reference direction is determined as a bearing angle, characterized in that the measuring location is placed within a measuring area in a transmission layer with dispersion properties for the wave energy emitted by the vehicle, that at the measuring location at least two transducers are arranged at a distance from one another, that received signals from each transducer are continuous be subjected to a frequency analysis and intensities are stored as a function of both the frequency and the time, that in each case from the stored intensities of the received signals of each transducer a frequency range that can be predetermined calibrated and a predeterminable time interval specific section is selected that frequency-dependent interference lines are obtained within one of the sections from adjacent intensities of the same strength and the frequency change or slope of at least one of the interference lines located in the section is determined, that also a mutual time shift of the intensity patterns in the two Excerpts are determined that a delay time difference of the received signals is measured in a frequency interval higher than the frequency range and the bearing angle and its change over time are calculated from this, so that to determine the distance between the measuring location and the vehicle, the variables determined from the intensity patterns in the excerpts - namely the slope of the interference line and the time shift between the intensity patterns - divided and multiplied by the difference in transit time that ei to determine the vehicle speed ne radial speed component of the vehicle speed is obtained from the quotient of the transit time difference and time shift and a tangential speed component of the vehicle speed is obtained from the product of the distance and the change in the bearing angle over time.

2. The method according to claim 1, characterized in that that a third transducer at the measuring location in such a way is set up that the three transducers in the Transmission layer parallel to its boundary plane a preferably equilateral triangle span that to determine time difference and runtime difference the converters in pairs be used.

3. The method according to claim 2, characterized in that that from the running time differences angle against the perpendicular to the distance between each transducer pair are calculated that these angles in angular values against a common one Reference direction converted and with each other be compared and that the bearing angle from the runtime differences, which become equally large Belonging to angle values is determined.

4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that that the determined runtime differences and / or time shifts with each other be compared to that for calculation the distance and the vehicle speed the greatest difference in transit time with that from received signals of the same transducer pair determined Time difference or the maximum Time shift with that from received signals of the same transducer pair obtained is combined.

5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized characterized in that the same angle values associated runtime differences with each other be compared and from the slightest Runtime difference of the bearing angles and the change in the bearing angle over time is determined becomes.

6. The method according to claim 5, characterized in that that the course from the bearing angle plus a speed angle is determined which between the radial velocity component and the vehicle speed.

7. The method according to claim 6, characterized in that that the speed angle using of the arc tangent from the product of the slope, a factor and the change in the Bearing angle is calculated.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized characterized in that the frequency range is determined with its center frequency in such a way that that along each frequency track a modulation measure of the stored intensities within of the time interval is determined and a range adjacent frequency tracks for which the frequency-based Course of the modulation measure over a threshold is selected as the frequency range becomes.

9. The method according to claim 8, characterized in that that the frequency interval for the bearing at such a frequency distance from the frequency range and its center frequency is selected, that phase velocities of waves within this frequency interval as a function approximately constant and equal in frequency the speed of propagation of the wave energy are in the medium of the measurement area.

10. The method according to claim 9, characterized in that that removal is made by the product Incline, transit time difference, speed of propagation and factor divided by that Time shift of the intensity pattern of the received signals of the same transducer pair is calculated becomes.

11. The method according to claim 10, characterized in that that the radial velocity component by the one with the speed of propagation multiplied runtime difference divided indicated by the associated time shift and that the vehicle speed is through Application of the Pythagorean theorem from the radial and tangential velocity components by squaring, summing and Root extraction is calculated.

12. The method according to claim 10, characterized in that that the interference wavelength of two in of the transmission layer interfering with each other Eigenwaves as a function of the frequency is determined and its frequency derivative is formed at the center frequency, that the factor from the quotient of the interference wavelength at the center frequency and theirs Derivation is formed.

13. The method according to claim 10, characterized in that that the factor is equal to 1.1 times the value the center frequency of the frequency range is selected becomes.

14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized characterized in that the time interval is proportional the interference wavelength of two in of the transmission layer interfering with each other Eigenwaves, which are due to the chosen Form center frequency is selected and at least two interference lines on the Frequency track of the center frequency includes.

15. The method according to claim 14, characterized in that that the distance between the transducers is less than half the interference wavelength of two in the Transmission layer interfering with each other Eigenwaves, which are due to the chosen Form center frequency is selected.

16. The method according to claim 15, characterized in that that the transducers are within the transmission layer at such a distance parallel to hers Boundary level be arranged that due of higher order eigenwaves within the Section has more than two interference lines the frequency track of the center frequency to be recorded are.

17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized characterized in that from the received signals every converter for frequency analysis short-term Power density spectra in predefinable time units and related to a time base in each case as intensities as a function are stored by the frequency that the Time base is rasterized in time units and that Time interval a specifiable number of time units includes.

18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized characterized in that the slope is by approximation a straight line to the interference line is won.

19. The method according to claim 18, characterized in that that within a by frequency and units of time formed frequency-time coordinate system of the intensity pattern intensities along a measured in any straight line arranged in the cutout be that for approximation the straight line to the interference line the straight line rotated and so long in time and / or frequency direction is moved until the along the straight line measured intensities the smallest deviation have from each other.

20. The method according to claim 19, characterized in that that within the frequency-time coordinate system of the intensity pattern intensities along a randomly arranged in the cutout Straight lines are measured that for approximation of the straight line to the interference line is the mean value the intensities measured along the straight line are formed, that also the individual Intensities are squared and added and this sum by the number of measured Intensity is divided, that from it the relative Standard deviation of the intensities from Mean value is formed and that the lowest Deviation of the straight line from the interference line is reached when the relative standard deviation is the least.

21. The method according to claim 19 or 20, characterized in that that in the frequency-time coordinate system a pattern from a tuft of itself at -0.1 times the value of the center frequency intersecting straight lines with equidistant intervals created on the frequency track of the center frequency becomes that coincident with the frequency track the center frequency of the cutout and the pattern of the tuft against each other along the time base can be shifted until the individual straight lines of the Büschels tangent to the interference lines and no longer intersect that slope of the connecting line between the intersection of the straight lines and the center of the section die Indicates the slope of the interference line.

22. The method according to any one of claims 1 to 21, characterized in that the temporal intensity distribution in the section of the one Transducer associated intensity pattern lengthways each frequency track in the specified frequency range with the temporal intensity distribution of the intensity pattern assigned to the other transducer along the same frequency track is correlated over the entire time interval, that the correlation functions of all frequency traces are averaged and from the position of the Maximum of the averaged correlation function the time shift is determined.

23. The method according to claim 22, characterized in that that in a measurement area with a change in depth the determined radial between the boundary planes Speed component depends on the relative Depth change based on the depth on Measuring location by twice the amount of the relative Change in depth is corrected.

24. The method according to claim 23, characterized in that that the slope with a squared quotient from depth at the location of the vehicle and depth is multiplied at the measuring location.