DE3345021A1

DE3345021A1 - Passive method for estimating state variables of a moving target radiating sound pulses into water

Info

Publication number: DE3345021A1
Application number: DE19833345021
Authority: DE
Inventors: Jochen Dipl Phys Dr Ziegenbein; Manfred Dipl Ing Siegel; Goetz Dipl Phys Dr Boedecker
Original assignee: Krupp Atlas Elektronik GmbH
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 1982-12-18
Filing date: 1983-12-13
Publication date: 1987-01-15
Also published as: DE3345021C2

Abstract

A passive method for estimating state variables such as range, speed, course and/or transmitting frequency of a moving target radiating sound pulses into water, from a receiver remote from the target is specified in which, for the purpose of reliable and fast estimation of the unknown state variables of the target, an echo generated by the sound pulses is detected in at least one selective receiving direction not aiming at the target, the Doppler frequencies occuring in the echo are detected and the state variables are determined by means of the Doppler echo frequencies. In this method, the Doppler echo frequencies are preferably obtained from the frequency spectra of the echo signals and acquired in correlation with the direction of reception and time of reception.

Description

Die Erfindung betrifft ein passives Verfahren zur Schätzung von Zustandsgrößen, wie Entfernung, Geschwindigkeit, Kurs und/oder Sendefrequenz, eines bewegten, Schallimpulse ins Wasser abstrahlenden Ziels, wie Schiff, Torpedo od. dgl. mit Aktiv-Sonar, von einem zielfernen Empfangsort aus.The invention relates to a passive method for Estimation of state variables such as distance, speed, Course and / or broadcast frequency, one moving, sound impulses radiating into the water Target, such as ship, torpedo or the like with active sonar, from a destination far from the destination.

Ein bekanntes Verfahren dieser Art, im allgemeinen mit "ping steeling technique" bezeichnet, nutzt den Effekt der Mehrwegeausbreitung im Schallkanal aus. Hierbei wird aus den Laufzeitunterschieden zwischen dem direkt, d.h. in Peilrichtung Empfänger zum Sender, empfangenen Schallimpuls und dem oder den über Umwege empfangenen Schallimpulsen zunächst der Ort und durch anschließende, zeitlich integrierende Verarbeitung auch die Geschwindigkeit des Senders in etwa bestimmt. Dieses Verfahren setzt jedoch gute Kenntnisse über die jeweils herrschenden Schallausbreitungsverhältnisse voraus. In Flachwasserbereichen mit zumeist geringen Kenntnissen der Eigenschaften des Flachwasserkanals läßt sich dieses Verfahren nicht anwenden.A known method of this kind, in general called "ping steeling technique", uses the Effect of multipath propagation in the sound channel. The runtime differences between directly, i.e. in direction of direction receiver to transmitter, received sound pulse and the one or more Detour received sound impulses first the place and through subsequent, time-integrating processing also the speed of the transmitter in about determined. However, this method sets good ones Knowledge of the prevailing sound propagation conditions ahead. In shallow water areas with mostly little knowledge of the properties of the shallow water channel this method can be used do not apply.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein passives Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die Zustandsgrößen eines Ziels unabhängig von der Kenntnis über Eigenschaften des Schallkanals mit relativ hoher Genauigkeit bestimmt werden können. Das Verfahren soll sich insbesondere für Flachwassergebiete eignen. Zugleich soll dieses Verfahren empfängerseitig mit gebräuchlichen Antennen oder Basen durchführbar sein, wie sie bekannte Passiv- Sonaranlagen aufweisen, und jeglicher konstruktiver Zusatzaufwand, insbesondere für die Antenne oder Basis, vermieden werden.The invention has for its object a passive Specify procedures of the type mentioned at the outset, with which the state variables of a target are independent of knowledge of properties of the Sound channel determined with relatively high accuracy can be. The procedure is said to be particular suitable for shallow water areas. At the same time this should Process on the receiver side with common antennas or bases, as known passive Have sonar systems, and any constructive Additional effort, especially for the antenna or base, can be avoided.

Die Aufgabe ist bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst.The task is in a procedure in the preamble of claim 1 specified type by the features solved in the characterizing part of claim 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird gerade die Eigenschaft des Flachwasserkanals ausgenutzt, die bisher für die akustische Ortung als störend empfunden wurde, nämlich der verstärkt auftretende Nachhall mit den Effekten der dopplerbedingten Frequenzspreizung im Nachhall eines Ortungssignals und der Richtungs- und Zeitabhängigkeit dieser Frequenzspreizung. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß kein zusätzlicher Konstruktionsaufwand erforderlich ist. Das Verfahren wird ohne jegliche konstruktive Änderung herkömmlicher Passiv-Sonaranlagen mit z. B. einer Zylinderbasis ausschließlich durch Mittel der Signalverarbeitung realisiert. Für das Verfahren erforderliche Teilschritte in der Signalverarbeitung, Beamforming und Frequenzanalyse, sind bei einer Reihe von bekannten Passiv-Sonaranlagen ohnehin schon vorhanden, so daß das Verfahren mit geringstem Zusatzaufwand in vorhandene Sonaranlagen implementiert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet recht genau. Selbst bei ungünstigen Randbedingungen liefert es Schätzwerte für die Entfernung zwischen dem den Sender tragenden Ziel und dem Empfänger mit einem Fehler von kleiner 10%.In the method according to the invention Property of the shallow water channel exploited, the previously perceived as disturbing for acoustic location was, namely the increasing reverberation with the effects of Doppler-related frequency spreading in the reverberation of a location signal and the Direction and time dependence of this frequency spread. The method according to the invention has the advantage that no additional design effort is required is. The process is without any constructive Modification of conventional passive sonar systems with e.g. B. a cylinder base exclusively by means signal processing. For the procedure required sub-steps in signal processing, Beamforming and frequency analysis are included a number of known passive sonar systems anyway already in place, so the process with the least Additional effort in existing sonar systems can be implemented. The invention The procedure works very precisely. Even with unfavorable ones Boundary conditions it provides estimates for the distance between the person carrying the transmitter Target and the recipient with an error of less 10%.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 5. Durch zusätzliche Bestimmung der im Direktsignal, d.h. in dem in Peilrichtung einfallenden Signal, enthaltenen Dopplerfrequenz des Sendeimpulses läßt sich mit den gemäß Anspruch 3 und 4 bestimmten Zustandsgrößen Sendefrequenz und Betrag der Zielgeschwindigkeit der Kurs des Ziels ermitteln.An advantageous embodiment of the invention results themselves from claim 5. By additional provision that in the direct signal, i.e. in the direction of the bearing incident signal, contained Doppler frequency of the transmission pulse can be with the according Claim 3 and 4 certain state variables transmission frequency and amount of target speed the course of the Determine the target.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus Anspruch 6. In den beiden nicht zielweisenden selektiven Empfangsrichtungen oder Richtungskanälen der Sonaranlage erhält man komplementäre Extrema der Dopplernachhallfrequenzen, d.h. in dem einen Richtungskanal wird eine maximale und in dem anderen eine minimale Dopplernachhallfrequenz detektiert. Unter selektiver Empfangsrichtung werden hier übliche Öffnungswinkel 2ϑ _-3 der Empfangscharakteristik verstanden. Eine Verbesserung der Detektionsgenauigkeit der Dopplernachhallfrequenzen wird mit Verkleinerung des Öffnungswinkels 2ϑ _-3 erzielt. Heute üblicherweise bei Passivsonaren erzeugte Öffnungswinkel 2ϑ _-3 = 2° sind für gute Ergebnisse durchaus ausreichend. Durch den gerichteten Empfang des Nachhalls fällt die bei ungerichtetem oder omnidirektionalem Empfang erforderliche Einschränkung auf einen stationären oder quasistationären Empfänger fort. Vielmehr kann der Empfänger selbst sich unbeschränkt bewegen. Der dabei auftretende sog. Eigendoppler läßt sich aufgrund der bekannten Geschwindigkeit und des bekannten Kurses des Empfängers ohne weiteres rechnerisch eliminieren.An advantageous embodiment of the method according to the invention results from claim 6. Complementary extremes of the Doppler reverberation frequencies are obtained in the two non-targeting selective reception directions or directional channels of the sonar system, ie a maximum Doppler reverberation frequency is detected in one directional channel and a minimum in the other. The selective reception direction is understood here to mean the usual opening angle 2 ϑ _{-3 of} the reception characteristic. An improvement in the detection accuracy of the Doppler reverberation frequencies is achieved by reducing the opening angle 2 ϑ _-3 . Opening angles of 2 ϑ _-3 = 2 °, which are commonly created today with passive sonars, are quite sufficient for good results. Directional reception of the reverberation means that the restriction required for non-directional or omnidirectional reception to a stationary or quasi-stationary receiver is eliminated. Rather, the recipient can move freely. The so-called self-Doppler that occurs can be easily eliminated by calculation due to the known speed and the known course of the receiver.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich auch aus Anspruch 7. Durch diese Maßnahmen vermeidet man Meßungenauigkeiten, die bei der Ausgestaltung des Verfahrens gemäß Anspruch 6 dann entstehen können, wenn die beiden nicht zielweisenden selektiven Empfangsrichtungen bezüglich des noch unbekannten Zielkurses ungünstig gewählt werden.An advantageous embodiment of the invention The method also results from claim 7. With these measures one avoids measurement inaccuracies, the in the design of the process according Claim 6 can arise if the two not targeted selective reception directions unfavorable regarding the still unknown target course to get voted.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus Anspruch 8. Mit den bestimmten Zustandsgrößen Zielkurs, Zielgeschwindigkeit und Sendefrequenz des Zielsenders läßt sich mittels der angegebenen Maßnahme die Entfernung zum Ziel ermitteln und damit der Zielort ausreichend genau bestimmen.An advantageous embodiment of the invention The method results from claim 8. With the certain state variables target course, target speed and transmission frequency of the target station the distance using the specified measure determine the destination and thus the destination is sufficient determine exactly.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus Anspruch 9. Durch diese Maßnahmen läßt sich die Zuverlässigkeit der Entfernungsschätzung wesentlich erhöhen. Durch die Vielzahl der zur Schätzung verwendeten Stützwerte aus den verschiedensten Empfangsrichtungen können Störungen in der Nachhallstruktur und damit falsche Stützstellen eliminiert werden.An advantageous embodiment of the invention The method results from claim 9 Measures can be taken to determine the reliability of the distance estimate increase significantly. Because of the variety the base values used for the estimation Different reception directions can cause interference in the reverberation structure and therefore wrong Support points are eliminated.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich dabei aus Anspruch 11. Die Verwendung der gemäß Anspruch 3 bis 10 ermittelten Zustandsgrößen des Ziels als Startwerte für die Vorgabe der Parameter läßt den Rechenaufwand für das Schätzverfahren erheblich sinken.An advantageous embodiment of the invention The method results from claim 11. The use of those determined according to claims 3 to 10 State variables of the target as starting values for the Specifying the parameters leaves the computational effort for the Estimation procedures decrease significantly.

Für das vorstehend beschriebene Verfahren genügt nach Peilung des Ziels im Prinzip nur ein einziger Sendeimpuls, um das Ziel in seinen definierten Zustandsgrößen vollständig zu erfassen. Die Auswertung weiterer Sendeimpulse in der beschriebenen Art dient lediglich noch der Verbesserung des Schätzergebnisses der Zustandsgrößen.For the method described above is sufficient Bearing the target in principle only a single transmission pulse, around the target in its defined state variables to fully grasp. The evaluation of further Transmitting pulses in the manner described only the improvement of the estimation result of the state variables.

Stehen jedoch eine Serie von dem Ziel abgestrahlten Schallimpulsen zur Verfügung, so läßt sich die Zustandsgröße Zielentfernung zusätzlich noch gemäß der weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 12 schätzen. In Verbindung mit den in Anspruch 9 oder 10 angegebenen Auswerteverfahren erhält man zwei getrennt ermittelte Ergebnisse der gleichen Zustandsgröße Zielentfernung, mit welchen dann mittels eines Fehlerausgleichsverfahrens das eigentliche Schätzergebnis weiter verbessert werden kann.However, there is a series emitted from the target Sound pulses are available, so the state variable Target distance additionally according to the further embodiment of the invention Estimate method according to claim 12. In connection with the evaluation method specified in claim 9 or 10 you get two separately determined results the same state variable target distance, with which then by means of an error compensation procedure the actual estimation result can be further improved can.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus Anspruch 13. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, mit nur einer, maximal jedoch mit nur drei selektiven Empfangsrichtungen, die im Azimut um einen Winkelbetrag zueinander versetzt sind, auszukommen. Da die gesamte Nachhallstruktur während der gesamten Empfangsdauer zur Bestimmung der Dopplernachhallfrequenzen herangezogen wird - und nicht nur ausgewählte Stützwerte -, können Störungen in der Nachhallstruktur leicht erkannt und bei der Berechnung der Zustandsgrößen ohne weiteres eliminiert werden. Der elektronische Aufwand zur Bildung der maximalen Anzahl von drei Empfangsrichtungen oder sog. Preformed Beams, ist relativ gering.An advantageous embodiment of the invention The method results from claim 13. This Procedure has the advantage of only one, maximum but with only three selective reception directions, those in azimuth to each other by an angular amount are offset to get by. Because the whole Reverberation structure throughout the reception period used to determine the Doppler reverberation frequencies - and not just selected base values -, can easily detect disturbances in the reverberation structure and when calculating the state variables can be easily eliminated. The electronic Effort to build the maximum number of three Directions or so-called Preformed Beams relatively low.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus Anspruch 14. Durch die Peilung des Senders mittels eines separaten Peilbeams lassen sich infolge des recht hohen Nutz-/ Störverhältnisses sowohl der Zeitpunkt der Nachhallauffassung als auch ein Höchst- und Niedrigstwert der Dopplerfrequenzen zuverlässig detektieren, wobei der Höchst- und Niedrigstwert symmetrisch zur Mittenfrequenz des Sendeimpulses liegen. Die im Peilbeam auftretende Sprungfunktion im zeitlichen Verlauf der Dopplernachhallfrequenz ermöglicht eine sichere Bestimmung der Mittenfrequenz, also der Sendefrequenz.An advantageous embodiment of the invention The method results from claim 14. By bearing the transmitter using a separate one Beilbeams can be Disturbance ratio both the time of reverberation as well as a high and low value reliably detect the Doppler frequencies, whereby the maximum and minimum values symmetrical to Center frequency of the transmission pulse. The in Peilbeam step function occurring in time A course of the Doppler reverberation frequency enables Reliable determination of the center frequency, i.e. the transmission frequency.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich auch aus Anspruch 15, insbesondere in Verbindung mit den Ansprüchen 16 und 17. Wie auch bei der eingangs beschriebenen Ausgestaltung des Verfahrens wird auch hier die Geschwindigkeit und der Kurs des Ziels aus den Extremwerten der Dopplernachhallfrequenz, also der maximalen und/ oder minimalen Dopplernachhallfrequenz bestimmt. Da jedoch im Gegensatz zu dieser Verfahrensvariante hier für jeweils eine Empfangsrichtung der gesamte zeitliche Verlauf der Dopplernachhallfrequenz, die sog. Nachhalldopplerfrequenz-Zeitkurve, über die gesamte Empfangsdauer des Nachhalls bestimmt wird, können Störungen in der Nachhallstruktur leicht erkannt und die tatsächlichen Extremwerte, die dem minimalen und maximalen Doppler entsprechen, sehr viel zuverlässiger bestimmt werden.An advantageous embodiment of the invention The method also results from claim 15, in particular in conjunction with claims 16 and 17. As with the configuration described at the beginning The process also uses the speed and the course of the target from the extreme values the Doppler reverberation frequency, i.e. the maximum and / or minimum Doppler reverberation frequency. There however, in contrast to this process variant here the total temporal for one direction of reception Course of the Doppler reverberation frequency, the so-called Reverberation Doppler frequency-time curve, over the entire Reception duration of the reverberation can be determined Disturbances in the reverberation structure easily recognized and the actual extreme values that are the minimum and maximum Doppler, much more reliable be determined.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus Anspruch 18. Bei bestimmten räumlichen Verhältnissen von Zielkurs und gewählter nicht zielweisender selektiver Empfangsrichtung läßt sich die minimale oder die maximale Dopplernachhallfrequenz meßtechnisch nicht ermitteln. In diesem Fall läßt sich jedoch aus den Dopplernachhallfrequenz- Zeit-Werten in der erfindungsgemäßen weiteren nicht zielweisenden selektiven Empfangsrichtung, die eine andere räumliche Relation zu dem Sender hat, die in der ersten Empfangsrichtung nicht erfaßbare minimale oder maximale Dopplernachhallfrequenz bestimmen.Another advantageous embodiment of the invention The method results from claim 18. In certain spatial conditions of the target course and selected non-targeting selective reception direction can be the minimum or the maximum Do not determine Doppler reverberation frequency by measurement. In this case, however, the Doppler reverberation frequency Time values in the invention further non-targeting selective reception direction, which has a different spatial relation the transmitter has in the first direction of reception undetectable minimum or maximum Doppler reverberation frequency determine.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus Anspruch 19. Durch diese Maßnahmen wird die Zuverlässigkeit der berechneten Zustandsgrößen des Ziels wesentlich erhöht, indem immer diejenige Empfangsrichtung zur Berechnung der Zustandsgrößen herangezogen wird, in welcher der eindeutige Extremwert der Dopplernachhallfrequenz auftritt.Another advantageous embodiment of the invention The method results from claim 19. Through these measures, the reliability of the calculated state variables of the target significantly increased, by always receiving that direction Calculation of the state variables is used, in which the clear extreme value of the Doppler reverberation frequency occurs.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich auch aus Anspruch 23. Durch diese zusätzlichen Verfahrensschritte können die Schätzergebnisse für die unbekannten Zustandsgrößen iterativ wesentlich verbessert werden und so eine überaus genaue Zieldetektion und Zielbestimmung erreicht werden. An advantageous embodiment of the invention The method also results from claim 23. Through these additional process steps you can the estimation results for the unknown state variables be improved iteratively and so an extremely precise target detection and target determination can be achieved.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur dann anwendbar, wenn das Ziel Schallimpulse omnidirektional aussendet. Auch bei anderen in Aktiv-Sonaren häufig verwendeten Sendearten, wie RDT-, CRDT- oder XRDT-Betrieb, bei welchen ein schmaler Sendestrahl über einen horizontalen Winkelbereich geschwenkt wird, liefert das erfindungsgemäße Verfahren gleich gute Ergebnisse für die Zustandsgrößen des sendenden Ziels.The method according to the invention is not only then applicable when the target sound impulses omnidirectional sends out. Also in others in active sonars frequently used transmission types, such as RDT-, CRDT- or XRDT operation, in which a narrow transmission beam pivoted over a horizontal angular range the method according to the invention provides equally good results for the state variables of the sending destination.

Gemäß der weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 25 wird auf ein Ziel mit im RDT-Betrieb sendenden Aktiv-Sonar dann geschlossen, wenn zwischen der Nachhalldetektion in den beiden nicht zielweisenden Empfangsrichtungen ein zeitlicher Versatz auftritt. Aus diesem zeitlichen Versatz läßt sich dann zusätzlich die Umlaufzeit des Sendestrahls berechnen.According to the further embodiment of the invention The method of claim 25 is on a target then closed with active sonar transmitting in RDT mode, if in between the reverberation detection the two non-target receiving directions a time offset occurs. For this temporal Then you can also offset the round trip time of the transmitted beam.

Auf ein Ziel mit im RDT-Betrieb arbeitendem Unterwassersender kann gemäß der weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 26 auch dann geschlossen werden, wenn im sog. Peilbeam, also in der zielweisenden selektiven Empfangsrichtung, ein zeitlicher Versatz zwischen dem Eintreten des Sendeimpulses und des Nachhalls auftritt. Auch dieser zeitliche Versatz ist ein Maß für die Umlaufgeschwindigkeit des Sendestrahls.To a destination with an underwater transmitter working in RDT operation can according to the further embodiment of the inventive method according to claim 26 be closed even if in the so-called direction finder, that is in the directional selective reception direction, a time lag between the entry of the transmission pulse and reverberation occurs. Also this time offset is a measure of the rotational speed of the broadcast beam.

Die Erfindung wird anhand von durch die Zeichnung verdeutlichten Ausführungsbeispielen eines Verfahrens zur passiven Schätzung von Zustandsgrößen eines Ziels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: The invention is based on the drawing illustrated exemplary embodiments of a method for the passive estimation of state variables of a Target described in more detail below. Show it:

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung eines Modells des Nachhallraums im Wasser bei einer willkürlich gewählten momentanen räumlichen Relation zwischen einem fahrenden Sender S und einem ruhenden oder fahrenden Empfänger E, Fig. 1 shows a schematic representation of a model of the reverberation chamber in the water at an arbitrary current spatial relationship between a moving transmitter S and a stationary or moving receiver E,

Fig. 2 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 1 bei einem Empfänger mit insgesamt drei selektiven Empfangsrichtungen, Fig. 2 is a same view as in Fig. 1 selectively at a receiver with a total of three receive directions,

Fig. 3 eine prinzipielle Darstellung der in den einzelnen selektiven Empfangsrichtungen erfaßten Dopplernachhallfrequenz-Zeitkurven bei einem ODT-Sender, Fig. 3 shows a schematic representation of the detected in the individual selective reception directions Doppler reverberation time frequency curves at an ODT transmitter,

Fig. 4 eine gleiche Darstellung von Dopplernachhallfrequenz- Zeitkurven bei einem RDT-Sender, Fig. 4 is a similar view of Dopplernachhallfrequenz- time curves at a RDT transmitter,

Fig. 5 und Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Realisierung des Verfahrens der Zustandsgrößen-Schätzung, Fig. 5 and Fig. 6 is a block diagram of a circuit arrangement for realizing the method of the state variable estimate,

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Datenextraktors in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 und 6, Fig. 7 is a block diagram of a data extractor in the circuit of Fig. 5 and 6,

Fig. 8 ein Blockschaltbild des Verfahrensablaufs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiels. Fig. 8 is a block diagram of the process flow according to a second embodiment.

Das Verfahren zur Schätzung der unbekannten Zustandsgrößen eines bewegten Ziels von einem zielfernen Empfangsort aus wird zunächst anhand der prinzipiellen Darstellung in Fig. 1 erläutert. Dabei ist Voraussetzung, daß das Ziel in Intervallen Schallenergie, z. B. Schallimpulse, aussendet. Das bewegte Ziel ist daher in der bevorzugten Anwendung des Verfahrens ein Überwasserschiff, das für Ortungsaufgaben üblicherweise eine Aktiv-Sonaranlage an Bord hat, deren Schallsender Schallimpulse, z. B. schmalbandige CW-Impulse, aussendet. Das Ziel oder Überwasserschiff mit seinem sog. Intercept-Sender it in Fig. 1 mit S bezeichnet. Es fährt mit einer für den Empfänger unbekannten Geschwindigkeit v _S auf einen Kurs k _S. Der ruhende oder bewegte Empfänger E ist in der bevorzugten Anwendung des Verfahrens ein ruhendes oder mit der Geschwindigkeit v _E auf dem Kurs k _E fahrendes U-Boot mit einer Passiv-Sonaranlage, mit welcher die Schallimpulse oder Intercept-Signale empfangen werden können. Die Anwendung des Verfahrens setzt voraus, daß der Schallkanal zwischen Sender S und Empfänger E Nachhalleigenschaften besitzt, was insbesondere für Flachwassergebiete, wie die Nordsee, zutrifft. Der Nachhall wird durch Diskontinuitäten im Wasser hervorgerufen, die z. B. bei Meereswasser infolge Temperatur- oder Salinitätsunterschiede, Lufteinschlüsse, Partikel- oder Mikroorganismengehalt auftreten und Impedanzsprünge bewirken. Bei Auftreffen der vom Sender abgestrahlten Schallenergie geben diese Diskontinuitäten zu Reflexionen und Streuungen Anlaß. Gedanklich können daher diese Diskontinuitäten als fiktive Streuzentren SC _i aufgefaßt werden, die von dem bewegten Sender mit der Frequenz durch einen Schallimpuls der Mittenfrequenz f _m beschallt werden. β _i ist dabei der Winkel zwischen der Fahrtrichtung des Senders und der Richtung, in welche das jeweilige Streuzentrum SC _i von dem Sender aus gesehen wird. Ein Teil der Schallenergie wird in die räumlich selektive Empfangsrichtung des Empfängers gestreut, so daß diese Streuzentren SC _i für den Empfänger als längs der Empfangsrichtung oder Empfangsbeamachse benachbarte fiktive Sender mit unterschiedlicher Frequenz f _SCi erscheinen. Bei ruhendem Empfänger können diese unterschiedlichen Frequenzen f _SCi unmittelbar im selektiven Empfangskanal des Empfängers detektiert werden. Bei mit der Geschwindigkeit v _E sich bewegendem Empfänger sind diese Frequenzen um einen weiteren Doppler, dem sog. Eigendoppler, der aus der Relativbewegung des Empfängers zu den Streuzentren SC _i resultiert, verschoben und werden im Empfänger als nachgewiesen, wobei R der Winkel zwischen dem Geschwindigkeitsvektor v _E des Empfängers und der Richtung ist, unter welcher die fiktiven Sender vom Empfänger aus gesehen werden, also die selektive Empfangsrichtung des Empfängers. Da der Geschwindigkeitsvektor des Empfängers und die selektive Empfangsrichtung bekannt sind, läßt sich der Eigendoppler im Empfangskanal kompensieren und somit die Sendefrequenz f _SCi der fiktiven Sender SC _i detektieren. The method for estimating the unknown state variables of a moving target from a receiving location remote from the target is first explained using the basic illustration in FIG. 1. It is a prerequisite that the target at intervals sound energy, for. B. sound pulses. The moving target is therefore in the preferred application of the method a surface ship, which usually has an active sonar system on board for location tasks, the sound transmitter sound impulses, for. B. narrow-band CW pulses. The destination or surface ship with its so-called intercept transmitter is designated S in FIG. 1. It travels on a course k _S at a speed v _S unknown to the receiver. In the preferred application of the method, the resting or moving receiver E is a resting or moving submarine with the speed v _E on the course k _E with a passive sonar system with which the sound pulses or intercept signals can be received. The application of the method presupposes that the sound channel between transmitter S and receiver E has reverberation properties, which is particularly true for shallow water areas such as the North Sea. The reverberation is caused by discontinuities in the water. B. occur in sea water due to temperature or salinity differences, air pockets, particle or microorganism content and cause impedance jumps. When the sound energy emitted by the transmitter strikes, these discontinuities give rise to reflections and scattering. Conceptually, these discontinuities can therefore be understood as fictitious scattering centers SC _i , that of the moving transmitter with the frequency be sonicated by a sound pulse of center frequency f _m . β _i is the angle between the direction of travel of the transmitter and the direction in which the respective scattering center SC _{i is seen} by the transmitter. Part of the sound energy is scattered in the spatially selective direction of reception of the receiver, so that these scattering centers SC _{i appear} to the receiver as fictitious transmitters with different frequencies f _SCi that are adjacent along the direction of reception or reception _{beam axis} . When the receiver is at rest, these different frequencies f _SCi can be detected directly in the selective reception channel of the receiver. In the case of a receiver moving at the speed v _E , these frequencies are shifted by a further Doppler, the so-called self-Doppler, which results from the relative movement of the receiver to the scattering centers SC _i and are in the receiver as detected, where R is the angle between the speed vector v _{E of} the receiver and the direction in which the fictitious transmitter is seen from the receiver, ie the selective reception direction of the receiver. Since the speed vector of the receiver and the selective reception direction are known, the self-doubler in the reception channel can be compensated and thus the transmission frequency f _{SCi of} the fictitious transmitter SC _i can be detected.

Im folgenden werden die eigendopplerkompensierten Frequenzen f _ESCi, die identisch den von den fiktiven Sendern SC _i abgestrahlten Frequenzen f _SCi sind, als Dopplernachhallfrequenzen bezeichnet.In the following, the self-Doppler-compensated frequencies f _ESCi , which are identical to the frequencies f _SCi emitted by the fictitious transmitters SC _i, are referred to as Doppler reverberation frequencies.

Mit dem nachstehend im einzelnen beschriebenen Verfahren werden nunmehr die für den Empfänger E unbekannten Zustandsgrößen des Ziels mit Intercept- Sender S geschätzt. Unter Zustandsgrößen werden der Kurs k _S und die Geschwindigkeit v _S des Ziels S, die Sende- oder Mittenfrequenz f _m des Ziel-Intercept- Senders und die Entfernung R des Ziels S vom Empfänger E verstanden. Mit diesen Zustandsgrößen kann ein unbekanntes Ziel S vom Empfangsort E aus geortet und das Zielverhalten durch Kurs, Geschwindigkeit und Sendefrequenz vollständig beschrieben werden.With the method described in detail below, the state variables of the target unknown to the receiver E are now estimated with the intercept transmitter S. State variables are understood to mean the course k _S and the speed v _{S of} the target S , the transmission or center frequency f _{m of} the target intercept transmitter and the distance R of the target S from the receiver E. With these state variables, an unknown target S can be located from the receiving location E and the target behavior can be completely described by course, speed and transmission frequency.

Der Empfänger E weist mindestens eine selektive Empfangsrichtung I auf, einen sog. Preformed Beam oder gerichteten Empfangskanal. Diese Empfangsrichtung I wird willkürlich gewählt, darf jedoch nicht direkt auf das Ziel S gerichtet sein, was im folgenden mit "nicht zielweisend" bezeichnet ist. Über die selektive Empfangsrichtung I bzw. den gerichteten Empfangskanal wird der aufgrund des eingangs beschriebenen physikalischen Phänomens im Wasser durch die Schallimpulse der Zeitdauer T erzeugte Nachhall erfaßt. Dieser Nachhall ist eine Funktion der Zeit und wird auch als Nachhallsignal bezeichnet. Von dem über die selektive Empfangsrichtung I empfangenen Nachhall werden die Frequenzspektren gebildet, und zwar für eine Vielzahl von Zeitpunkten eines von Nachhallauffassung an, d.h. vom Zeitpunkt der Nachhalldetektion in der Empfangsrichtung I an, laufenden Zeitrasters, die in den Frequenzspektren enthaltenen Dopplernachhallfrequenzen f _SCi bestimmt und dem jeweiligen Zeitpunkt t _i zugeordnet. Die Vielzahl dieser Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werte ergeben eine in Fig. 3 mit I bezeichnete schematisch dargestellte Dopplernachhallfrequenz-Zeitkurve f _SC = g(t). Dabei ist angenommen, daß die Geschwindigkeit v _E des Empfängers Null ist. Fährt der Empfänger E jedoch mit der bekannten Geschwindigkeit v _E auf dem bekannten Kurs k _E, dann muß zur Kompensation des daraus resultierenden zusätzlichen Dopplers, des sog. Eigendopplers, im Empfänger eine richtungsabhängige Geschwindigkeitskompensation durchgeführt werden.The receiver E has at least one selective reception direction I, a so-called preformed beam or directional reception channel. This direction of reception I is chosen arbitrarily, but must not be aimed directly at the target S , which is referred to below as "not targeting". The reverberation generated due to the physical phenomenon in the water described above by the sound pulses of the time period T is detected via the selective reception direction I or the directional reception channel. This reverberation is a function of time and is also called the reverberation signal. The frequency spectra are formed from the reverberation received via the selective reception direction I, specifically for a multiplicity of points in time from the reverberation recording, that is to say from the time of the reverberation detection in the reception direction I, the time pattern that determines the Doppler reverberation frequencies f _SCi contained in the frequency spectra and assigned to the respective time t _i . The multiplicity of these Doppler reverberation frequency-time values result in a schematically represented Doppler reverberation frequency-time curve f _SC = g ( t ) in FIG. 3. It is assumed that the speed v _{E of} the receiver is zero. However, if the receiver E travels at the known speed v _E on the known course k _E , then a direction-dependent speed compensation must be carried out in the receiver to compensate for the additional Doppler, the so-called self-Doppler, which results from this.

Unabhängig von der Gewinnung der Dopplernachhallfrequenz- Zeit-Werte aus dem Nachhall in der vorgegebenen, nicht zielweisenden Empfangsrichtung I werden für die gleiche Empfangsrichtung die Dopplernachhallfrequenzen f _i als Funktion der Zeit t berechnet. Für die Dopplernachhallfrequenz f _i zum Zeitpunkt t = t _i gilt Irrespective of the acquisition of the Doppler reverberation frequency time values from the reverberation in the predetermined, non-target receiving direction I, the Doppler reverberation frequencies f _{i are} calculated as a function of time t for the same reception direction. The following applies to the Doppler reverberation frequency f _i at time t = t _i

Mit dem aus Fig. 1 ersichtlichen Zusammenhang und der Beziehung wobei gesetzt sind, ergibt sich With the connection shown in FIG. 1 and the relationship in which are set, results

Aus Gl. (7) ist ersichtlich, daß die zu berechnenden Dopplerfrequenzen f _i eine Funktion der unabhängigen Variablen t sowie der Parameter R, v _S, k _S, f _m sind. Mit Gl. (1) werden nunmehr die Dopplernachhallfrequenzen f _i für eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Zeitpunkten t _i berechnet und zu Glättungskurven f = h(t) zusammengestellt. Die unbekannten Parameter R, v _S, k _S, f _m werden dabei als Schätzwerte vorgegeben. Die willkürlich, aber mit Realitätsbezug angenommenen Schätzwerte werden für jeweils einen Parameter variiert, wobei die Variationsschritte geeignet zu wählen sind, und für jeden Schätzwert wird eine Glättungskurve erstellt. Nunmehr wird die Varianz σ ² zwischen den Glättungskurven f = h(t) und den aus den Meßwerten gewonnenen Dopplernachhallfrequenz- Zeit-Werten f _SC = g(t) (Dopplernachhallfrequenz-Zeitkurve, wie sie in Fig. 3 unter I dargestellt ist) berechnet. Unter den berechneten Varianzen wird das Varianzminimum ermittelt (LMS-Estimation). Derjenige Schätzwert des jeweiligen Parametersatzes, dessen zugeordneten Glättungskurven das Varianzminimum ergibt, wird als die Zustandsgröße des Ziels S ausgegeben.From Eq. (7) it can be seen that the Doppler frequencies f _i to be calculated are a function of the independent variables t and the parameters R , v _S , k _S , f _m . With Eq. (1) the Doppler reverberation frequencies f _i are now calculated for a large number of successive times t _i and compiled into smoothing curves f = h ( t ). The unknown parameters R , v _S , k _S , f _m are given as estimated values. The arbitrary but realistic assumptions are varied for each parameter, with the variation steps to be chosen appropriately, and a smoothing curve is created for each estimate. Now the variance σ ² between the smoothing curves f = h ( t ) and the Doppler reverberation frequency-time values obtained from the measured values f _SC = g ( t ) (Doppler reverberation frequency-time curve, as shown in FIG. 3 under I) is calculated . The minimum variance is determined from the calculated variances (LMS estimation). The estimated value of the respective parameter set, the associated smoothing curves of which yield the minimum variance, is output as the state variable of the target S.

Bei den vorhandenen vier Parametern, die alle nacheinander in geeigneten Schritten variiert werden müssen, ist praktisch der Rechenaufwand sehr groß. Dieser kann jedoch wesentlich dadurch vereinfacht werden, daß man mittels der aus dem Nachhall gewonnenen Dopplernachhallfrequenzen f _SCi die Zustandsgrößen für die Mittenfrequenz f _m, die Zielgeschwindigkeit v _S und dem Zielkurs k _S berechnet, so daß lediglich die Zustandsgröße Zielentfernung R als ein Parameter in den Glättungskurven mit der Zeit als unabhängige Variable verbleibt. Die Variation der Schätzwerte für den einzigen Parameter R und die Varianzberechnung erfordert dann nur noch einen Bruchteil des zuvor notwendigen Rechenaufwands.With the four parameters available, all of which have to be varied in succession in suitable steps, the computational effort is practically very large. However, this can be significantly simplified by calculating the state variables for the center frequency f _m , the target speed v _S and the target course k _S using the Doppler reverberation frequencies f _SCi obtained from the reverberation, so that only the state variable target distance R as a parameter in the Smoothing curves over time remain as an independent variable. The variation of the estimated values for the single parameter R and the calculation of the variance then only require a fraction of the previously required computing effort.

Zur Berechnung der Zustandsgröße f _m, v _S und k _S erhält der Empfänger E, wie in Fig. 2 dargestellt, eine zusätzliche selektive Empfangsrichtung 0, die auf das Ziel S ausgerichtet ist. Der Preformed Beam oder gerichteter Empfangskanal wird daher auch als Peilbeam bezeichnet. Der Nachhall wird nunmehr zusätzlich in der zielweisenden Empfangsrichtung 0 erfaßt. In der beschriebenen Weise werden die Frequenzspektren des erfaßten Nachhalls und daraus die Dopplerfrequenz-Zeit-Werte f _SC = g(t) bestimmt. Das Zeitraster t _i beginnt hier mit Eintreffen des direkten Intercept-Signals, das wegen des Direktempfangs mit der Nachhallauffassung, also mit dem Zeitpunkt der Nachhalldetektion, zusammenfällt. Der Verlauf, der sich aus den Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werten ergebenden Dopplernachhallfrequenz-Zeitkurve für die zielweisende Empfangsrichtung 0 ist in Fig. 3 dargestellt und dort mit 0 bezeichnet. Wie dort ersichtlich, wird der Verlauf der Dopplernachhallfrequenz über der Zeit durch eine Sprungfunktion charakterisiert, die zum Zeitpunkt t _i = 0 von einem kleinsten auf einen größten Wert springt - oder bei entgegengesetztem Zielkurs auch umgekehrt - und dann konstant bleibt. Liegt der Kurs des Ziels S in der Verbindungsgeraden Empfänger/Ziel, so entspricht der kleinste und der größte Wert der minimalen und maximalen Dopplernachhallfrequenz. In allen anderen Fällen sind diese Extremwerte an der Nullstelle, im folgenden mit f _ex(+0) und f _ex(-0) bezeichnet, kleiner als die minimale bzw. maximale Dopplernachhallfrequenz f _min bzw. f _max, liegen jedoch immer symmetrisch zur Sende- oder Mittenfrequenz f _m.To calculate the state variables f _m , v _S and k _S , the receiver E , as shown in FIG. 2, receives an additional selective reception direction 0, which is aimed at the target S. The preformed beam or directional receive channel is therefore also referred to as a direction finder. The reverberation is now additionally detected in the directional reception direction 0. The frequency spectra of the detected reverberation and the Doppler frequency-time values f _SC = g ( t ) are determined in the manner described. The time grid t _i begins here with the arrival of the direct intercept signal, which because of the direct reception coincides with the reverberation perception, that is to say with the time of the reverberation detection. The course of the Doppler reverberation frequency-time curve resulting from the Doppler reverberation frequency-time values for the targeted reception direction 0 is shown in FIG. 3 and is designated there by 0. As can be seen there, the course of the Doppler reverberation frequency over time is characterized by a step function that jumps from a smallest to a greatest value at time t _i = 0 - or vice versa if the target course is opposite - and then remains constant. If the course of the target S lies in the connecting line receiver / target, the smallest and the largest value correspond to the minimum and maximum Doppler reverberation frequency. In all other cases, these extreme values at the zero, hereinafter referred to as f _ex (+0) and f _ex (-0), are smaller than the minimum or maximum Doppler reverberation frequency f _min or f _max , but are always symmetrical to the transmission - or center frequency f _m .

Aus dem oberen und unteren Extremwert an der Stelle t = ±0 wird die Mittenfrequenz f _m bestimmt mit und daraus die radiale Geschwindigkeitskomponente des Ziels S zu The center frequency f _{m is} determined from the upper and lower extreme values at the point t = ± 0 and from this the radial velocity component of the target S.

Aus den in der nicht zielweisenden Empfangsrichtung I gewonnenen Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werten wird ein Extremwert f _ex bestimmt, der entweder die maximale oder minimale Dopplernachhallfrequenz f _max bzw. f _min ist. Mit diesem Extremwert f _ex und der errechneten Mittenfrequenz f _m wird die Zielgeschwindigkeit berechnet mit wobei die Differenzfrequenz Δ f = f _ex-f _m üblicherweise als Dopplerverschiebung oder halbe Dopplerbandbreite bezeichnet wird.An extreme value f _{ex is} determined from the Doppler reverberation frequency time values obtained in the non-target receiving direction I, which is either the maximum or minimum Doppler reverberation frequency f _max or f _min . The target speed is calculated with this extreme value f _ex and the calculated center frequency f _m the difference frequency Δ f = f _ex - f _{m is} usually referred to as Doppler shift or half the Doppler bandwidth.

Aus der radialen Geschwindigkeitskomponente v _Srad und der Geschwindigkeit v _S läßt sich der Kurs k _S des Ziels S berechnen mit The course k _{S of} the target S can be calculated from the radial speed component v _Srad and the speed v _S

Bei bestimmten räumlichen Relationen von Ziel S und gewählter nicht zielweisender selektiver Empfangsrichtung I des Empfängers E läßt sich eine minimale oder maximale Dopplernachhallfrequenz f _min bzw. f _max meßtechnisch nicht ermitteln. Besonders für große Zielentfernungen ist für größere Zeiten t _i das S/N-Verhältnis zu klein, so daß die Dopplernachhallfrequenzen stark abfallen. Approximativ festgelegte maximale bzw. minimale Dopplernachhallfrequenzen f _ex (f _max bzw. f _min) wären mit großen Fehlern behaftet, welche die zu schätzenden Zustandsgrößen erheblich verfälschen. Um auch in diesen Fällen eine zuverlässige, wenig fehlerhafte Zustandsgrößenschätzung zu erzielen, erhält der Empfänger E - wie in Fig. 2 gezeigt - eine weitere nicht zielweisende Empfangsrichtung II, über welche ebenfalls der Nachhall erfaßt wird und in gleicher Weise wie in der ersten nicht zielweisenden Empfangsrichtung I die Dopplernachhallfrequenzen f _SCi über ein von Nachhallauffassung an, also vom Zeitpunkt der Nachhalldetektion an, laufendes Zeitraster bestimmt werden. Ein Beispiel der daraus sich ergebenden Dopplernachhallfrequenz- Zeitkurve f _SCi = g(t) in der Empfangsrichtung II ist in Fig. 3 dargestellt und mit II gekennzeichnet. Die zweite nicht zielweisende Empfangsrichtung II ist um einen Winkel gegen die erste nicht zielweisende Empfangsrichtung I geschwenkt und liegt vorzugsweise symmetrisch zu dieser, bezogen auf die zielweisende Empfangsrichtung 0 als Symmetrieachse.With certain spatial relations of target S and selected non-target selective reception direction I of receiver E , a minimum or maximum Doppler reverberation frequency f _min or f _max cannot be determined by measurement. Especially for large target distances, the S / N ratio is too small for larger times t _i , so that the Doppler reverberation frequencies drop sharply. Approximately determined maximum or minimum Doppler reverberation frequencies f _ex ( f _max or f _min ) would be associated with large errors, which significantly distort the state variables to be estimated. In order to achieve a reliable, less erroneous state quantity estimate in these cases as well, the receiver E - as shown in FIG. 2 - receives a further non-targeting reception direction II, via which the reverberation is also recorded and in the same way as in the first non-targeting Direction of reception I, the Doppler reverberation frequencies f _{SCi are determined} via a time grid running from reverberation perception, that is to say from the time of the reverberation detection. An example of the resulting Doppler reverberation frequency-time curve f _SCi = g ( t ) in the receiving direction II is shown in FIG. 3 and identified by II. The second non-directional reception direction II is pivoted by an angle relative to the first non-directional reception direction I and is preferably symmetrical with respect to this, with respect to the directional reception direction 0 as an axis of symmetry.

Aus den in der weiteren nicht zielweisenden selektiven Empfangsrichtung II gewonnenen Dopplernachhallfrequenz- Zeit-Werten f _SCi = g(t) werden in gleicher Weise die extremen Dopplernachhallfrequenzen f _max oder f _min bestimmt. Treten in beiden nicht zielweisenden Empfangsrichtungen I und II jeweils mindestens eine maximale oder minimale Dopplernachhallfrequenz auf, so werden damit die Dopplerverschiebungen Δ f = f _ex-f _m ermittelt. Die größte Dopplerverschiebung wird dann zur Bestimmung von Geschwindigkeit v _S und Kurs k _S des Ziels S gemäß Gl. (10) und (11) benutzt.The extreme Doppler reverberation frequencies f _max or f _{min are} determined in the same way from the Doppler reverberation frequency time values f _SCi = g ( t ) obtained in the further non-targeting selective reception direction II. If at least one maximum or minimum Doppler reverberation frequency occurs in both non-target receiving directions I and II, then the Doppler shifts Δ f = f _ex - f _{m are} determined. The largest Doppler shift is then used to determine the speed v _S and course k _{S of} the target S according to Eq. (10) and (11) are used.

Auch die Erstellung der Glättungskurven f _i = h(t) und die Varianzberechnung erfolgt bezüglich derjenigen der beiden nicht zielweisenden Empfangsrichtungen I und II, in welcher die größte Dopplerverschiebung Δ f _max auftritt. Im Falle, daß in den nicht zielweisenden Empfangsrichtungen I und II insgesamt mindestens zwei gleiche größte Dopplerverschiebungen Δ f _max auftreten, wie dies für das in Fig. 3 gezeigte Beispiel zutrifft, wird diejenige Empfangsrichtung ausgesucht, in welche die größte Dopplerverschiebung zeitlich früher auftritt. In Fig. 3 wäre dies die zweite nicht zielweisende selektive Empfangsrichtung II, in welcher die minimale Dopplernachhallfrequenz f _min zeitlich als erste detektiert wird.The smoothing curves f _i = h ( t ) and the variance calculation are also carried out with respect to that of the two non-target receiving directions I and II in which the largest Doppler shift Δ f _max occurs. In the event that a total of at least two of the same greatest Doppler shifts Δ f _max occur in the non-targeting receiving directions I and II, as is the case for the example shown in FIG. 3, the receiving direction in which the greatest Doppler shift occurs earlier is selected. In FIG. 3, this would be the second non-target-selective reception direction II, in which the minimum Doppler reverberation frequency f _{min is} detected as the first in time.

Bei der Zielgeschwindigkeitsberechnung v _S gemäß Gl. (10) ist der Betrag der Geschwindigkeit v _S vorzeichenbehaftet und weist je nach verwendetem Extremwert f _max oder f _min ein positives oder negatives Vorzeichen auf. Unter Berücksichtigung dieses Vorzeichens und der ausgewählten nicht zielweisenden Empfangsrichtung I oder II läßt sich Gl. (11) für die Zielkursbestimmung k _S allgemeiner schreiben zu wobei x die ausgewählte nicht zielweisende Empfangsrichtung I oder II ist und mit 1 bzw. 2 einzusetzen wäre.When calculating the target speed v _S according to Eq. (10) the amount of the speed v _{S is} signed and, depending on the extreme value f _max or f _{min used, has} a positive or negative sign. Taking into account this sign and the selected non-target receiving direction I or II, Eq. (11) write k _S more generally for the determination of the target course where x is the selected non-target receiving direction I or II and should be used with 1 or 2.

Die durch die Abtastung des Nachhallraums mit Hilfe der drei in Fig. 2 skizzierten selektiven Empfangsrichtungen 0, I, II gewonnenen Zustandsgrößen des Ziels S, wie v _S, k _S, f _m und R, die bereits eine recht gute Genauigkeit aufweisen, lassen sich iterativ noch durch folgende Verfahrensweisen verbessern:By the scanning of the reverberation room using the three in FIG. 2 outlined selective reception directions 0, I, II obtained state variables of the target S, such as v _S, k _S, f _m and R having already a fairly good accuracy, can be Improve iteratively with the following procedures:

Der nach Erstellung der Glättungskurven mittels der Varianzberechnung als fester Schätzwert ermittelte Entfernungswert R wird als Parameter eingesetzt und eine Glättungskurve f _i = h(t) durch Berechnung der Dopplernachhallfrequenzen nach Gl. (1) erstellt. Eine der übrigen Parameter, z. B. die Mittenfrequenz f _m, wird ausgehend von den berechneten Werten, bei f _m nach Gl. (8), in Stufen variiert und hierzu jeweils die Glättungskurven berechnet. Durch Varianzberechnung zu den aus dem Nachhall gewonnenen Dopplernachhallfrequenz- Zeit-Werten f _SCi = g(t) und Bestimmung des Varianzminimums wird ein verbesserter Wert für den jeweiligen Parameter, in Beispielen für die Mittenfrequenz f _m, gewonnen. Mit diesem verbesserten Parameterschätzwert erfolgt wiederum die Berechnung der Zielentfernung R wie eingangs beschrieben und man erhält einen wiederum verbesserten Schätzwert für die Zielentfernung. Mit diesem verbesserten Schätzwert für die Zielentfernung werden wiederum Glättungskurven mit entsprechenden Variationen eines weiteren Parameters, z. B. der Zielgeschwindigkeit v _S, gebildet, wonach sich das beschriebene Verfahren wiederholt. Insgesamt werden die vorstehend geschilderten Verfahrensschritte iterativ so lange wiederholt,bis die Änderung der laufend verbesserten Schätzwerte für die Zielentfernung einen vorgegebenen Betrag nicht mehr überschreitet.The distance value R determined as a fixed estimate after the smoothing curves have been calculated using the variance calculation is used as a parameter and a smoothing curve f _i = h ( t ) by calculating the Doppler reverberation frequencies according to Eq. (1) created. One of the other parameters, e.g. B. the center frequency f _m , based on the calculated values, at f _m according to Eq. (8), varied in steps and the smoothing curves calculated for each. By calculating the variance of the Doppler reverberation frequency time values f _SCi = g ( t ) obtained from the reverberation and determining the minimum of variance, an improved value for the respective parameter, in examples for the center frequency f _m , is obtained. With this improved parameter estimated value, the target distance R is again calculated as described at the beginning, and an again improved estimated value for the target distance is obtained. With this improved estimated value for the target distance, smoothing curves with corresponding variations of a further parameter, e.g. B. the target speed v _S formed, after which the described method is repeated. Overall, the method steps described above are repeated iteratively until the change in the continuously improved estimated values for the target distance no longer exceeds a predetermined amount.

Bei dem mittels der Dopplernachhallfrequenz-Zeitkurve in Fig. 3 erläuterten Verfahren ist vorausgesetzt, daß der Intercept-Sender des Ziels S omnidirektional sendet. In Aktiv-Sonar-Anlagen besteht jedoch häufig die Möglichkeit, die Sendeart zu wechseln. Eine der gebräuchlichsten weiteren Sendearten ist das sog. RDT (Rotational Directional Transmission) mit den Modifikationen CRDT und XRDT. Bei allen diesen Sendearten wird ein gebündelter Sendestrahl oder Sendebeam über einen mehr oder weniger großen Horizontalwinkel geschwenkt. Bei dem RDT-Sender rotiert ein Sendestrahl über dem vollen Horizontalwinkel 360°. Beim CRDT-Sender werden drei jeweils um 120° gegeneinander versetzte Sendebeams gleichsinnig über einen Horizontalwinkel von 120° geschwenkt. Beim XRDT-Sender werden vier jeweils um 90° gegeneinander versetzte Sendebeams gegensinnig über einen Winkelbereich von 90° geschwenkt.The method explained by means of the Doppler reverberation frequency-time curve in FIG. 3 presupposes that the intercept transmitter of the target transmits S omnidirectionally. In active sonar systems, however, it is often possible to change the transmission type. One of the most common other types of transmission is the so-called RDT (Rotational Directional Transmission) with the modifications CRDT and XRDT. With all of these types of transmission, a bundled transmission beam or transmission beam is pivoted over a more or less large horizontal angle. With the RDT transmitter, a transmission beam rotates over the full horizontal angle of 360 °. With the CRDT transmitter, three transmission beams, each offset by 120 °, are pivoted in the same direction over a horizontal angle of 120 °. With the XRDT transmitter, four transmit beams, each offset by 90 °, are pivoted in opposite directions over an angular range of 90 °.

Auch bei Zielen S mit solchen Intercept-Sendern lassen sich die genannten Zustandsgrößen in gleicher Weise ermitteln. In Fig. 4 sind die in den selektiven Empfangsrichtungen 0, I, II aus dem Nachhall gewonnenen Dopplernachhallfrequenz-Zeitkurven beispielsweise für ein Ziel S mit einem RDT-Sender dargestellt. Der Nullpunkt des Zeitrasters zur Ermittlung der Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werte f _SCi = g(t) aus dem Nachhall wird dabei durch den Zeitpunkt des Eintreffens des Schallimpulses bzw. des Intercept-Signals aus der zielweisenden Empfangsrichtung 0 im Empfänger festgelegt. Wie Fig. 4 zeigt, fallen Zeitpunkt des Eintreffens des Direktsignals und Nachhallauffassung, d.h. der Zeitpunkt des Beginns des Nachhallempfangs, in der zielweisenden Empfangsrichtung 0 nicht aufeinander, sondern zeigen einen zeitlichen Versatz. Aus diesem zeitlichen Versatz wird auf das Vorhandensein eines RDT-Senders geschlossen. Die Umlaufzeit T _UM des Sendebeams wird als doppelter zeitlicher Versatz errechnet. Aus der Umlaufzeit T _UM läßt sich die Winkelgeschwindigkeit ω des Sendebeams ohne weiteres bestimmen.For targets S with such intercept transmitters, the state variables mentioned can also be determined in the same way. In FIG. 4, obtained in the selective reception directions 0, I, II of the reverberation echo Doppler frequency-time curves, for example, for a target with an RDT S channel are shown. The zero point of the time grid for determining the Doppler reverberation frequency-time values f _SCi = g ( t ) from the reverberation is determined by the time of arrival of the sound pulse or the intercept signal from the targeted reception direction 0 in the receiver. As shown in FIG. 4, the time of arrival of the direct signal and reverberation perception, ie the time of the start of reverberation reception, do not coincide in the direction of reception 0, but rather show a time offset. The existence of an RDT transmitter is concluded from this time offset. The round trip time T _{UM of} the transmission beam is calculated as a double time offset. The angular velocity ω of the transmission beam can be determined easily from the round trip time T _UM .

Wie aus den Dopplernachhallfrequenz-Zeitkurven der Fig. 4 in den nicht zielweisenden Empfangsrichtungen I und II hervorgeht, fallen auch die Zeitpunkte des Beginns der Nachhallauffassung in den beiden Empfangsrichtungen I und II nicht - wie bei einem ODT-Sender - zusammen, sondern sind ebenfalls zeitlich gegeneinander versetzt. Auch dieser zeitliche Versatz ist charakteristisch für das Vorhandensein eines RDT-Senders im Ziel. Der zeitliche Versatz entspricht exakt der Umlaufzeit T _UM des Sendebeams des RDT-Senders.As can be seen from the Doppler reverberation frequency-time curves of FIG. 4 in the non-directional reception directions I and II, the times of the beginning of the reverberation perception in the two reception directions I and II do not coincide - as with an ODT transmitter - but are also temporal offset against each other. This time offset is also characteristic of the presence of an RDT transmitter in the destination. The time offset corresponds exactly to the round trip time T _{UM of} the transmission beam of the RDT transmitter.

Die Berechnung und Schätzung der unbekannten Zustandsgrößen f _m, v _S, k _S, R, erfolgen in der gleichen Weise wie vorstehend für die Fallgestaltung eines ODT-Senders beschrieben. Wie die Dopplernachhallfrequenz- Zeitkurven f _SCi = g(t) in Fig. 4 zeigen, treten in einer der nicht zielweisenden Empfangsrichtungen, hier in der Empfangsrichtung II, unter Umständen Mehrdeutigkeiten der Funktion auf. Dies ist im wesentlichen dadurch begründet, daß durch die schrittweise räumlich nicht simultane Beschallung des Nachhallraums zu bestimmten Zeitpunkten gleichzeitig zwei unterschiedliche Frequenzen des Nachhallspektrums auftreten können. Die Varianzberechnung wird zweckmäßigerweise bezüglich der Dopplernachhallfrequenz- Zeit-Werte aus derjenigen der beiden nicht zielweisenden Empfangsrichtungen durchgeführt, in welcher keine Mehrdeutigkeiten auftreten. Dies wäre in Fig. 4 die Empfangsrichtung I. Die Berechnung der Dopplernachhallfrequenzen gemäß Gl. (1) und die Erstellung der Glättungskurven f _i = h(t) muß dann selbstverständlich unter Berücksichtigung dieser ausgewählten Empfangsrichtung durchgeführt werden.The calculation and estimation of the unknown state variables f _m , v _S , k _S , R , are carried out in the same way as described above for the case design of an ODT transmitter. As the Doppler reverberation frequency-time curves f _SCi = g ( t ) in FIG. 4 show, ambiguities of the function may occur in one of the non-target receiving directions, here in the receiving direction II. This is essentially due to the fact that the step-by-step, non-simultaneous acoustic irradiation of the reverberation room can simultaneously occur at different times in the reverberation spectrum at certain times. The calculation of the variance is expediently carried out with respect to the Doppler reverberation frequency-time values from that of the two non-target receiving directions in which no ambiguities occur. This would be the direction of reception I in FIG. 4. The calculation of the Doppler reverberation frequencies according to Eq. (1) and the creation of the smoothing curves f _i = h ( t ) must then of course be carried out taking into account this selected reception direction.

In Fig. 5 und 6 ist ein Blockschaltbild einer möglichen Schaltungsanordnung im Empfänger E zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens der Schätzung der unbekannten Zustandsgröße eines Ziels mit Schallabstrahlung schematisch dargestellt.In FIGS. 5 and 6 is a block diagram of a possible circuit arrangement in the receiver E for implementing the method described is the estimate of the unknown state quantity of a target with sound radiation schematically illustrated.

Der Empfänger E weist einen an sich bekannten Beamformer 10 auf, mittels dessen drei gerichtete Empfangskanäle erzeugt werden, so daß der Empfänger E nur in drei selektiven Empfangsrichtungen 0, I, II sensitiv ist. Die gerichteten Empfangskanäle oder Beams sind in Fig. 5 und im folgenden entsprechend den selektiven Empfangsrichtungen mit 0, I und II bezeichnet. Der mittlere Empfangskanal 0, der sog. Peilbeam, ist auf dasZiel S ausgerichtet (zielweisende Empfangsrichtung 0), die beiden anderen Empfangskanäle I und II (nicht zielweisende Empfangsrichtungen I und II) liegen symmetrisch zum Peilbeam 0. Die Empfangssignale der einzelnen Empfangskanäle 0, I, II werden getrennt verarbeitet. Hierzu ist jedem Empfangskanal 0, I, II ein FFT-Prozessor 11, ein Datenextraktor 12 und ein Minimum-Maximum- Sucher 13 nachgeschaltet. Die Zuordnung dieser Bauelemente ist durch eine dem Bezugszeichen angehängte Zahl charakterisiert, die entsprechend den Empfangskanälen 0, I, II gewählt ist, so daß z. B. von den Bauelementen, die dem mittleren Empfangskanal 0 nachgeschaltet sind, der Datenextraktor 12 mit dem Bezugszeichen 120 und der Minimum-Maximum- Sucher 13 mit dem Bezugszeichen 130 gekennzeichnet sind. Die FFT-Prozessoren 11 schätzen jeweils das Betragsspektrum S _n(f) der Empfangssignale s(t). Die Spektrogramme werden jeweils dem Datenextraktor 12 zugeführt. Dieser entscheidet, ob ein Schallimpuls detektiert wird und extrahiert in diesem Fall Anfang und Ende des von diesem erzeugten Nachhalls, sowie dessen Verlauf über der Zeit. Als Ergebnis erhält man alle Dopplerfrequenz-Zeit-Werte f _n = g(n), wie sie in Fig. 3 und 4 als Dopplernachhallfrequenzen f _SC über der Zeit t, beginnend mit Nachhallauffassung zum Zeitpunkt t = 0, dargestellt sind.The receiver E has a beamformer 10 known per se, by means of which three directional reception channels are generated, so that the receiver E is only sensitive in three selective reception directions 0, I, II. The directional reception channels or beams are designated in FIG. 5 and in the following according to the selective reception directions with 0, I and II. The middle receiving channel 0, the so-called direction finder, is aimed at the target S (directional reception direction 0), the other two reception channels I and II (directional reception directions I and II) are symmetrical to the direction finder 0. The reception signals of the individual reception channels 0, I , II are processed separately. For this purpose, an FFT processor 11 , a data extractor 12 and a minimum-maximum searcher 13 are connected downstream of each reception channel 0, I, II. The assignment of these components is characterized by a number appended to the reference number, which is selected in accordance with the reception channels 0, I, II, so that, for. B. of the components that are connected downstream of the middle receiving channel 0, the data extractor 12 with the reference symbol 120 and the minimum-maximum searcher 13 with the reference symbol 130 . The FFT processors 11 each estimate the magnitude spectrum S _n ( f ) of the received signals s ( t ). The spectrograms are each fed to the data extractor 12 . This decides whether a sound pulse is detected and in this case extracts the beginning and end of the reverberation generated by it, as well as its course over time. As a result, all Doppler frequency-time values f _n = g ( n ) are obtained, as shown in FIGS. 3 and 4 as Doppler reverberation frequencies f _SC over time t , starting with reverberation at time t = 0.

Eine mögliche Ausführungsform eines Datenextraktors 12 ist in Fig. 7 dargestellt. Aus den zu den Zeitpunkten n gelieferten Spektrogrammen S _n(f) extrahiert ein Maximum-Sucher 14 die Frequenz mit der größten Amplitude, die Dopplernachhallfrequenz f _n. Die Dopplernachhallfrequenzen f _n werden mittels eines Torgliedes 15 dem jeweiligen Minimum-Maximum-Sucher 13 zugeführt, wenn die Streuung einen vorgegebenen Betrag nicht überschreitet. Hierzu werden alle zu den verschiedenen Zeitpunkten n detektierten Dopplernachhallfrequenzen f _n in ein Schieberegister 16 mit serieller Eingabe und paralleler Ausgabe eingeschrieben. Aus dem jeweiligen Inhalt des Schieberegisters 16 wird zu jedem Zeitpunkt n von einem Mittelwertbildner 17 der arithmetische Mittelwert _n gebildet. Aus diesem Mittelwert und jeder Dopplernachhallfrequenz f _n wird in einer Rechenstufe 18 die Streuung berechnet. Die Rechenstufe 18 ist hierzu eingangsseitig mit dem Ausgang des Mittelwertbildners 17 und mit jedem der parallelen Ausgänge der Schieberegister 16 verbunden. Der Ausgang der Rechenstufe 18 ist mit einem Eingang eines Komparators 19 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Betrag der vorgegebenen zulässigen maximalen Streuung belegt ist. Der Komparator 19 gibt an den Steuereingang des Torglieds 15 einen Durchlaßbefehl, wenn detektiert wird. Der Extraktionsprozeß liefert für jeden Richtungskanal 0, I, II einen Satz von Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werten f = g(n), wie sie als Kurven in Fig. 3 und 4 dargestellt und dort mit 0, I und II bezeichnet sind.A possible embodiment of a data extractor12 is inFig. 7 shown. From the at the times n supplied spectrogramsS _n(f) extracted a maximum seeker14 the frequency with the largest Amplitude, the Doppler reverberation frequencyf _n. The Doppler reverberation frequencies f _n are by means of a gate link 15 the respective minimum-maximum finder13 fed when the scatter is a predetermined Amount does not exceed. To do this, everyone at different timesn detected Doppler reverberation frequenciesf _n into a shift register16 registered with serial input and parallel output. From the respective content of the shift register 16 will at any timen of a Averager17th the arithmetic mean _n educated. From this mean and every Doppler reverberation frequency f _n is in a calculation stage18th the scatter calculated. The computing level18th is on the input side with the output of the averager17th and with each of the parallel outputs of the shift registers 16 connected. The output of the computing stage 18th is with an input of a comparator19th connected, the other input of which amount the specified maximum permissible spread is occupied. The comparator19th gives to the control input of the gate member15 a pass order if is detected. The extraction process provides one for each directional channel 0, I, II Set of Doppler reverberation frequency time valuesf =G(n), like them as curves inFig. 3 and 4 and there are designated 0, I and II.

Die extrahierten Dopplernachhallfrequenzen f _n werden jeweils dem Minimum-Maximum-Sucher 13 zugeführt, der die niedrigste und höchste Dopplernachhallfrequenz f _min und f _max ausgibt. Dem Minimum-Maximum- Sucher 130, der dem mittleren Richtungskanal 0 zugeordnet ist, ist ein Addierer/Dividierer 20 nachgeschaltet, der die Mittenfrequenz f _m nach Gl. (8) berechnet. An dem Ausgang des Addierers/Dividierers 20 ist ein Eingang und an einem der Ausgänge des Minimum- Maximum-Suchers 130 der andere Eingang eines Subtrahierers 21 angeschlossen. Der Subtrahierer 21 berechnet die Differenzfrequenz zwischen einer der größten oder kleinsten Dopplernachhallfrequenz, den sog. Eckfrequenzen zum Zeitpunkt n = 0, und der Mittenfrequenz f _m. Dem Subtrahierer 21 ist ein Multiplizierer/ Dividierer 22 nachgeschaltet, der eingangsseitig wiederum mit dem Ausgang des Addierers/Dividierers 20 verbunden ist und mit der eingegebenen Schallgeschwindigkeit c im Wasser die radiale Geschwindigkeitskomponente v _Srad der Zielgeschwindigkeit v _S gemäß Gl. (9) berechnet.The extracted Doppler reverberation frequencies f _n are each fed to the minimum-maximum searcher 13 , which outputs the lowest and highest Doppler reverberation frequencies f _min and f _max . The minimum-maximum searcher 130 , which is assigned to the central directional channel 0, is followed by an adder / divider 20 which adjusts the center frequency f _m according to Eq. (8) calculated. An input is connected to the output of the adder / divider 20 and the other input of a subtractor 21 is connected to one of the outputs of the minimum-maximum searcher 130 . The subtractor 21 calculates the difference frequency between one of the largest or smallest Doppler reverberation frequency, the so-called corner frequencies at the time n = 0, and the center frequency f _m . The subtractor 21 is followed by a multiplier / divider 22 , which in turn is connected on the input side to the output of the adder / divider 20 and, with the sound speed c entered in the water, the radial speed component v _{Srad of} the target speed v _S according to Eq. (9) calculated.

Jedem Minimum-Maximum-Sucher 131 bzw. 132 ist ein Subtrahierer 23 bzw. 24 nachgeschaltet, der weiterhin mit dem Ausgang des Addierers/Dividierers 20 verbunden ist. Die Subtrahierer 23 und 24 berechnen aus jedem der Extremwerte der Dopplernachhallfrequenzen f _ex (f _max bzw. f _min) die Dopplerverschiebung Δ f durch Differenzbildung Δ f = f _max-f _m bzw. Δ f = f _min-f _m. Die Dopplerverschiebungen Δ f in jedem Richtungskanal werden in einem Vergleicher 25 bzw. 26 miteinander verglichen und die jeweils größte Dopplerverschiebung am Ausgang ausgegeben. Die Ausgänge der beiden Vergleicher 25 und 26 sind mit den beiden Eingängen eines weiteren Vergleichers 27 verbunden, der die größte Dopplerverschiebung Δ f _max der beiden ausgegebenen Dopplerverschiebungen ermittelt und gleichzeitig die Kennungszahl x für denjenigen Empfangskanal I bzw. II, in welchem diese größte Dopplerverschiebung Δ f _max auftritt, ausgibt. Diese Kennungszahl x, die entsprechend dem Richtungskanal "1" oder "2" annehmen kann, bildet eine Steuergröße für einen Elektor 28, z. B. Multiplexer, dem die an den Ausgängen der beiden Datenextraktoren 121 oder 122 anstehenden Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werte zugeführt werden. Diejenigen Dopplernachhallfrequenzen f _n und Zeitwerte n, die aus demjenigen Richtungskanal gewonnen worden sind, dessen Kennungszahl x an dem Steuereingang des Elektors 28 anstehen, werden einem Entfernungs-Schätzprozessor 29 (Fig. 6) zugeführt.Subsequent to each minimum-maximum searcher 131 and 132 is a subtractor 23 and 24 , which is also connected to the output of the adder / divider 20 . The subtractors 23 and 24 calculate the Doppler shift Δ f from each of the extreme values of the Doppler reverberation frequencies f _ex ( f _max and f _min ) by forming the difference Δ f = f _max - f _m and Δ f = f _min - f _m . The Doppler shifts Δ f in each directional channel are compared with one another in a comparator 25 or 26 , and the largest Doppler shift in each case is output at the output. The outputs of the two comparators 25 and 26 are connected to the two inputs of a further comparator 27 , which determines the largest Doppler shift Δ f _{max of} the two Doppler shifts output and at the same time the identification number x for the receiving channel I or II in which this largest Doppler shift Δ f _max occurs, outputs. This identification number x , which can assume "1" or "2" according to the directional channel, forms a control variable for an elector 28 , e.g. B. multiplexer to which the Doppler reverberation frequency time values present at the outputs of the two data extractors 121 or 122 are supplied. Those Doppler reverberation frequencies f _n and time values n , which have been obtained from the directional channel whose identification number x are present at the control input of the electrode 28 , are fed to a distance estimation processor 29 ( FIG. 6).

Der Ausgang des Vergleichers 27, an welchem die maximale Dopplerverschiebung Δ f _max ansteht, ist mit einem von drei Eingängen eines Multiplizierers/Dividierers 30 verbunden, dessen weitere Eingänge einerseits mit der Schallgeschwindigkeit c und andererseits durch Anschluß an den Addierer/Dividierer 20 mit der berechneten Mittenfrequenz f _m belegt sind. Der Multiplizierer/Dividierer 30 berechnet nach Gl. (10) die Zielgeschwindigkeit v _S. Der Ausgang des Multiplizierers/Dividierers 30 und der Ausgang des Multiplizierers/Dividierers 22 sind mit einem Dividierer 31 verbunden, dem ein arc cos-Netzwerk 32 nachgeschaltet ist. Am Ausgang des arc cos-Netzwerkes 32 ist der nach Gl. (11) berechnete Zielkurs k _S abnehmbar. Zur Berücksichtigung der vorzeichenbehafteten Größe der Zielgeschwindigkeit v _S und des ausgewählten Empfangskanals ist dem arc cos- Netzwerk 32 noch ein Addierer 33 nachgeschaltet, der andererseits mit dem Ausgang eines Rechengliedes 34 verbunden ist. Dem Rechenglied 34 wird die von dem Vergleicher 27 ermittelte Kennzahl x und von dem Ausgang des Multiplizierers/Dividierers 30 das Vorzeichen der maximalen Dopplerverschiebung Δ f _max eingegeben. Das Rechenglied 34 berechnet den zweiten Summanden der Gl. (12), der in dem Addierer 33 zu der Ausgangsgröße des arc cos-Netzwerkes 32 hinzu addiert wird. Am Ausgang des Addierers 33 kann der absolute, auf die Verbindungslinie zwischen Empfänger E und Ziel S bezogene Kurs k _S gemäß Gl. (12) abgenommen werden.The output of the comparator 27 , at which the maximum Doppler shift Δ f _max is present, is connected to one of three inputs of a multiplier / divider 30 , the other inputs of which, on the one hand, at the speed of sound c and, on the other hand, by connection to the adder / divider 20 with the calculated one Center frequency f _{m are} occupied. The multiplier / divider 30 calculates according to Eq. (10) the target speed v _S. The output of the multiplier / divider 30 and the output of the multiplier / divider 22 are connected to a divider 31 which is followed by an arc cos network 32 . At the output of the arc cos network 32 , the one according to Eq. (11) calculated target course k _S removable. In order to take into account the signed size of the target speed v _S and the selected receiving channel, the arc cos network 32 is followed by an adder 33 , which on the other hand is connected to the output of a computing element 34 . The arithmetic element 34 is entered the characteristic number x determined by the comparator 27 and by the output of the multiplier / divider 30 the sign of the maximum Doppler shift Δ f _max . The computing element 34 calculates the second summand of Eq. (12) which is added in the adder 33 to the output of the arc cos network 32 . At the output of the adder 33, the absolute, related to the connecting line between the receiver and target E S course can k _S according to Eq. (12) can be removed.

Der Entfernungs-Schätzprozessor 29 weist einen Glättungskurvenrechner 35, einen Varianzrechner 36, einen Speicher 37 in Form eines Schieberegisters mit serieller Eingabe und paralleler Ausgabe und einen Minimumdetektor 38 auf. Dem Glättungskurvenrechner 35 werden alle ermittelten Zustandsgrößen, wie die Mittenfrequenz f _m, die Zielgeschwindigkeit v _S, der Zielkurs k _S sowie der Winkel a zwischen der zielweisenden und nicht zielweisenden Empfangsrichtung O und I bzw. II und die Schallgeschwindigkeit c im Wasser eingegeben. Außerdem erhält der Glättungskurvenrechner 35 willkürlich, aber mit Realitätsbezug gewählte Schätzwerte _j der Zielentfernung, die in Stufen j = 1 bis k variiert werden. Zusätzlich werden dem Glättungsrechner 35 die Zeitwerte n der ausgewählten nicht zielweisenden Empfangsrichtung I bzw. II zugeführt, was über den Elektor 28 erfolgt. Der Glättungskurvenrechner 35 berechnet nunmehr für das Zeitraster n und für jeden Schätzwert _j den Verlauf der Dopplernachhallfrequenzen f _j nach Gl. (1). Das Ergebnis wird dem Varianzrechner 36 zugeführt, der außerdem die aus dem Nachhall gewonnenen Dopplernachhallfrequenzen f _n im ausgewählten, nicht zielweisenden Empfangskanal I bzw. II zugeführt erhält. Der Varianzrechner 36 berechnet die Varianz aller Glättungskurven f _j = h(n, _j) bezüglich der Dopplernachhallfrequenzen f _n nach: The range estimation processor29 has a smoothing curve calculator 35, a variance calculator36, a memory37 in the form of a shift register with serial input and parallel output and a minimum detector38 on. The smoothing curve calculator 35 all determined state variables, like the center frequencyf _m, the target speedv _S, the target coursek _S as well as the anglea between the goal-setting and non-directional reception directionO and I or II and the speed of soundc in the Water entered. The smoothing curve calculator also receives 35 arbitrary, but related to reality selected estimates _j the target distance, the in stagesj = 1 tok can be varied. In addition are the smoothing calculator35 the current valuesn the selected directional reception direction I or II supplied what about the Elektor28 he follows. The smoothing curve calculator35 now calculates for the time gridn and for each estimate _j the Course of the Doppler reverberation frequenciesf _j according to Eq. (1). The result is the variance calculator36 fed, which also the Doppler reverberation frequencies obtained from the reverberation f _n in the selected, non-targeting Received channel I or II receives. The variance calculator36 calculates the variance of all Smoothing curvesf _j =H(n, _j) regarding the Doppler reverberation frequencies f _n to:

Die Varianzen σ ²( _j) für die verschiedenen Schätzwerte R _j werden im Speicher 37 zwischengespeichert. Aus dem Speicherinhalt ermittelt der Minimumdetektor 38 das Varianzminimum und gibt den zugehörigen Schätzwert _min als ermittelte Zielentfernung aus. Die in den Gleichungen in Fig. 6 exponentiell vorangestellte Kennzahl x dient lediglich der Kennzeichnung desjenigen der beiden nicht weisenden Empfangskanäle I bzw. II, in welchem die größte Dopplerverschiebung Δ f _max auftritt und bezüglich dessen Dopplernachhallfrequenz- Zeit-Werte f _n = g(n) die Varianzberechnung erfolgt.The variancesσ ^2nd( _j) for the different estimates R _j are in memory37 cached. The minimum detector determines from the memory content 38 the minimum of variance and gives the corresponding one Estimate _min as the determined target distance out. The in the equations inFig. 6 exponentially preceding identification numberx is only used for identification of the two non-pointing reception channels I or II, in which the largest Doppler shift Δ f _Max occurs and regarding its Doppler reverberation frequency Time valuesf _n =G(n) the variance calculation he follows.

In Fig. 8 ist im Blockschaltbild ein gleiches Verfahren zur Schätzung der Zielzustandsgrößen skizziert, das dahingehend abgewandelt ist, daß mittels Signalverarbeitung der Nachhall nicht nur in drei sondern in einer Vielzahl von im Azimut gegeneinander jeweils um einen gleichen Winkelbetrag versetzten selektiven Empfangsrichtungen, einem sog. Beamfächer 40, erfaßt wird. Von den Empfangsrichtungen ist eine, der sog. Peilbeam 41, auf das Ziel ausgerichtet. Der Peilbeam 41 befindet sich dabei vorzugsweise in der Mitte des Beamfächers 40. Das eigentliche Beamforming erfolgt in dem Block 42 "Signal-Aufbereitung" durch entsprechende Verarbeitung der Ausgangssignale einzelner Antennenelemente einer mit dem Block 42 verbundenen Empfangsantenne 43. In dem Block 42 wird weiter eine Frequenzanalyse der in den einzelnen Beams empfangenen Nachhallsignale und bei bewegtem Empfänger E die Eigendopplerkompensation durchgeführt. Die Datensätze der aus den einzelnen Beams gewonnenen eigendopplerkompensierten Dopplernachhallfrequenzen f _SCi werden in Zuordnung zur Empfangsrichtung a _i und Zeit t _i einem Rechner 44 zugeführt.In Fig. 8, the same method for estimating the target state variables is outlined in the block diagram, which has been modified such that the reverberation not only in three but in a plurality of selective reception directions offset in azimuth from one another by an equal angular amount, a so-called. Beam subjects 40 is detected. One of the receiving directions, the so-called direction finder 41 , is aimed at the destination. The direction finder 41 is preferably located in the middle of the beam fan 40 . The actual beamforming takes place in block 42 "signal conditioning" by corresponding processing of the output signals of individual antenna elements of a receiving antenna 43 connected to block 42 . In block 42 , a frequency analysis of the reverberation signals received in the individual beams and, when the receiver E is moved, the self-Doppler compensation is carried out. The data sets of the self-Doppler reverberation frequencies f _SCi obtained from the individual beams are fed to a computer 44 in association with the reception direction a _i and time t _i .

Der Rechner 44 berechnet einerseits Dopplernachhallfrequenzen f _i als Funktion der Empfangsrichtung α _i und der Zeit t _i gemäß und mit und bildet andererseits nach dem Least-Mean-Square- Schätzverfahren die mittlere quadratische Differenz zwischen den zugeführten Dopplernachhallfrequenzen f _SCi und den durch Empfangsrichtung und Zeit zugeordneten, berechneten Dopplernachhallfrequenzen f _i. Die bei der ersten Berechnung der Dopplernachhallfrequenzen f _i als fiktive Werte vorgegebenen Parameter der Zustandsgrößen f _m, v _S, k _S und R werden dabei iterativ so lange verändert, bis die genannte Differenz ein Minimum ist. Die für das Maximum gefundenen Parameter werden als die gesuchten Zustandsgrößen ausgegeben.On the one hand, the computer 44 calculates Doppler reverberation frequencies f _i as a function of the reception direction α _i and the time t _i and With and, on the other hand, uses the least mean square estimation method to form the mean square difference between the supplied Doppler reverberation frequencies f _SCi and the calculated Doppler reverberation frequencies f _i assigned by the direction of reception and time. In the first calculation of the Doppler reverberation frequencies f _i as fictitious values, the parameters of the state variables f _m , v _S , k _S and R are changed iteratively until the difference mentioned is a minimum. The parameters found for the maximum are output as the sought state variables.

Dabei ist es von Vorteil, die Startwerte für die Parameter bei dem Schätzverfahren möglichst genau vorzugeben. Hierzu wird in einem ebenfalls mit dem Block 42 verbundenen weiteren Rechner 45 der Geschwindigkeitsvektor des Ziels aus den zur Verfügung stehenden Datensätzen der eigendopplerkompensierten Dopplernachhallfrequenzen f _SCi bestimmt. Hierzu werden zu einem bestimmten Zeitpunkt t ₁ aus den Datensätzen aller Beams oder Empfangsrichtungen die Dopplernachhallfrequenzen f _SCi ausgelesen. Daraus werden die größte und die kleinste Dopplernachhallfrequenz f _max und f _min eliminiert. Der Rechner 45 berechnet damit nunmehr die Zustandsgröße Sendefrequenz f _m gemäß und die Zustandsgröße Zielgeschwindigkeit v _S gemäß Außerdem wird im Rechner 45 die Dopplerfrequenz f _D des im Peilbeam 41 einfallenden Schallimpulses, also die Dopplerfrequenz des Direktsignals des Schallimpulses, ausgelesen und die Zustandsgröße Zielkurs k _S gemäß berechnet. Der durch Zielkurs k _S und Zielgeschwindigkeit v _S vorgegebene Geschwindigkeitsvektor des Ziels sowie dessen Sendefrequenz f _m werden dem Rechner 44 als Startwerte für das Schätzverfahren zugeführt.It is advantageous to specify the starting values for the parameters as precisely as possible in the estimation process. For this purpose, the speed vector of the target is determined in a further computer 45, which is also connected to block 42 , from the available data sets of the self-Doppler-compensated Doppler reverberation frequencies f _SCi . For this purpose, the Doppler reverberation frequencies f _{SCi are} read out from the data records of all beams or reception directions at a specific time t ₁ . This eliminates the largest and smallest Doppler reverberation frequencies f _max and f _min . The computer 45 thus now calculates the state variable transmission frequency f _{m in} accordance with and the state variable target speed v _S according to In addition, the Doppler frequency f _D of the sound pulse incident in the direction finder 41 , ie the Doppler frequency of the direct signal of the sound pulse, is read out in the computer 45 and the state variable target course k _{S in} accordance with calculated. The speed vector of the target predetermined by the target course k _S and target speed v _S and its transmission frequency f _m are fed to the computer 44 as starting values for the estimation method.

Im Rechner 45 kann weiterhin auch ein Startwert für den Parameter Zielentfernung R berechnet werden. Hierzu liest der Rechner 45 aus den zur Verfügung stehenden Datensätzen in einer Empfangsrichtung α ₁ eine Dopplernachhallfrequenz f _SCi und den Zeitpunkt t ₁ ihres Eintreffens, gerechnet von dem Eintreffen des Direktsignals im Peilbeam 41, aus und berechnet aus den Gl. (15) und (17) unter Verwendung der gemäß Gl. (18) bis (20) ermittelten Zustandsgrößen v _S, k _S, f _m die Zielentfernung R, die dann als Startwert an den Rechner 44 gegeben wird.A starting value for the target distance R parameter can also be calculated in the computer 45 . For this purpose, the computer 45 reads a Doppler reverberation frequency f _SCi and the time t _{1 of} their arrival, calculated from the arrival of the direct signal in the direction finder 41 , from the available data sets in a reception direction α ₁ and calculates them from Eq. (15) and (17) using the method described in Eq. (18) to (20) determined state variables v _S , k _S , f _m the target distance R , which is then given to the computer 44 as a starting value.

Stehen mehr als ein Schallimpuls des Zielsenders zur Auswertung zur Verfügung, so kann die Zustandsgröße Zielentfernung noch auf eine weitere Art geschätzt werden. Mittels des Peilbeams 41 wird fortlaufend die Peilung zum Ziel S hinsichtlich einer Bezugsrichtung, z. B. Norden, genommen und als Funktion der Zeit festgehalten. Die Peilwinkelwerte ϑ _i als Funktion der Zeit t werden einem Rechner 46 zugeführt. Dieser eliminiert aus den Meßwerten die Eigenbewegung des Empfängers E und bestimmt aus den kompensierten Meßwerten die zeitlichen Peilwinkeländerungen Δϑ/Δ t. Außerdem berechnet der Rechner 46 gemäß oder die zeitliche Peilwinkelveränderung Δϑ/Δ t im Bogen- oder Gradmaß. Die Werte v _S und k _S werden dem Rechner 46 vom Rechner 45 zugeführt. Während die unbekannte Zustandsgröße R als Fiktivwert vorgegeben wird. In einem Least-Mean-Square-Schätzverfahren wird der vorgegebene Parameterwert so lange iterativ verändert, bis die mittlere quadratische Differenz der berechneten und gemessenen Peilwinkeländerung ein Minimum ist. Der dazugehörige Parameterwert der Entfernung R wird als Zustandsgröße Zielentfernung ausgegeben. Die Zielentfernung ist bei bekanntem Standort des Empfängers und bekannter Peilrichtung 41 ein unmittelbares Maß für den Ort des Ziels.There is more than one sound impulse from the target transmitter available for evaluation, so the state variable Target distance in yet another way to be appreciated. By means of the direction finder41 becomes continuously bearing to the targetS regarding a reference direction, e.g. B. North, taken and recorded as a function of time. The bearing angle values ϑ _i as a function of timet become one computer46 fed. This eliminates from the Measured values the own movement of the receiverE and determines the temporal from the compensated measured values Bearing angle changesΔϑ/Δ t. Also charged the computer46 according to or the change in the bearing angle over timeΔϑ/Δ t in the bow or Degree. The valuesv _S andk _S be the calculator46 from the computer45 fed. While the unknown state variableR is specified as a fictitious value. In A least mean square estimation method is used predefined parameter value changed iteratively as long as until the mean square difference of calculated and measured bearing angle change Minimum is. The associated parameter value of the distance R is used as the state variable target distance spent. The target distance is known Location of the recipient and known bearing direction41 an immediate measure of the location of the destination.

Bei dem vorstehenden Schätzverfahren kann auch der von dem Rechner 45 wie vorstehend beschrieben ermittelte Wert des Parameters F als Startwert eingegeben werden, so daß sich der erforderliche Rechenaufwand erheblich reduziert. Da nunmehr auf zwei getrennten Wegen die Zustandsgröße Zielentfernung R bestimmt worden ist, kann zur Verbesserung des Schätzergebnisses zwischen den beiden Ergebnissen noch eine Fehlerausgleichsrechnung durchgeführt werden.In the above estimation method, the value of the parameter F determined by the computer 45 as described above can also be entered as the starting value, so that the computation effort required is considerably reduced. Since the state variable target distance R has now been determined in two separate ways, an error compensation calculation can be carried out between the two results to improve the estimation result.

Anstelle der hier angesprochenen Least-Mean-Square- Estimation können auch andere geeignete Schätzverfahren verwendet werden, z. B. das Maximum-Liklihood- Schätzverfahren. Jeweils die Parameterwerte, die die Bedingungen des Schätzkriteriums erfüllen, werden als die gesuchten Zustandsgrößen des Ziels S ausgegeben. Das Schätzverfahren kann sowohl eindimensional als auch zweidimensional durchgeführt werden. Im ersten Fall werden die Dopplernachhallfrequenzen f _i als Funktion der Empfangsrichtung α _i für einen vorgegebenen Zeitpunkt t ₁ berechnet und mit den zugeordneten, zum Zeitpunkt t ₁ gemessenen Dopplernachhallfrequenzen f _SCi als Funktion der Empfangsrichtung α _i verglichen. Im zweiten Fall werden die Dopplernachhallfrequenzen f _i als Funktion von Zeit t _i und Empfangsrichtung α _i berechnet und mit den entsprechenden gemessenen Dopplernachhallfrequenzen f _SCi verglichen.Instead of the least mean square estimation mentioned here, other suitable estimation methods can also be used, e.g. B. the maximum likelihood estimation method. In each case the parameter values that meet the conditions of the estimation criterion are output as the sought state variables of the target S. The estimation method can be carried out both one-dimensionally and two-dimensionally. In the first case, the Doppler reverberation frequencies f _i as a function of the reception direction α _i for a predetermined time t ₁ is calculated and with the associated, at the time t ₁ measured Doppler reverberation frequencies f _SCi as a function of the reception direction α _i is compared. In the second case, the Doppler reverberation frequencies f _{i are} calculated as a function of time t _i and reception direction α _i and compared with the corresponding measured Doppler reverberation frequencies f _SCi .

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele des Verfahrens beschränkt. Begnügt man sich mit der Schätzung der Zustandsgrößen Zielgeschwindigkeit, Zielkurs und Senderfrequenz des Zielsenders und beschränkt sich auf die Vermessung des Ziels von einem stationären oder quasistationären Empfänger aus, so kann auf den elektrischen Aufwand des Beamformings zur Erzeugung von möglichst schmalen Empfangsbeams bzw. einer im Azimut hochauflösenden Empfangscharakteristik des Empfängers verzichtet werden. Selbstverständlich entfällt dann auch die Notwendigkeit der Eigendopplerkompensation des Empfängers, da die vom ruhenden Empfänger detektierten Dopplernachhallfrequenzen unmittelbar den von den Streuzentren SC _i abgestrahlten Frequenzen f _SCi entsprechen. In diesem Fall des ungerichteten Empfangs des Nachhalls können ebenfalls im Nachhallsignal die extremen Dopplernachhallfrequenzen f _max und f _min und die Dopplerfrequenz des Sendeimpulses f _D ermittelt und daraus - wie vorstehend beschrieben - die Zustandsgrößen Zielgeschwindigkeit v _S, Zielkurs k _S und Sendefrequenz f _m ermittelt werden. Die Zustandsgröße Zielentfernung R läßt sich dann allerdings nur ermitteln, wenn mehrere Sendeimpulse des Zielsenders zur Verfügung stehen. Wie vorstehend beschrieben wird diese dann iterativ mittels eines geeigneten Schätzverfahrens aus berechneten und gemessenen zeitlichen Peilwinkeländerungen bestimmt, wobei die zuvor berechneten Zustandsgrößen Zielgeschwindigkeit v _S und Zielkurs k _S als Startwerte eingesetzt werden.The invention is not restricted to the exemplary embodiments of the method described. If one is satisfied with the estimation of the state variables target speed, target course and transmitter frequency of the target transmitter and is limited to measuring the target from a stationary or quasi-stationary receiver, then the electrical expenditure of beamforming to produce the narrowest possible reception beam or one in azimuth can be used high-resolution reception characteristics of the receiver can be dispensed with. Of course, the need for self-Doppler compensation of the receiver is then also eliminated, since the Doppler reverberation frequencies detected by the stationary receiver correspond directly to the frequencies f _SCi emitted by the scattering centers SC _i . In this case of non-directional reception of the reverberation, the extreme Doppler reverberation frequencies f _max and f _min and the Doppler frequency of the transmission pulse f _D can also be determined in the reverberation signal and - as described above - the state variables target speed v _S , target course k _S and transmission frequency f _m can be determined from this . The state variable target distance R can, however, only be determined if several transmission pulses from the target transmitter are available. As described above, this is then determined iteratively by means of a suitable estimation method from calculated and measured changes in the bearing angle over time, the previously calculated state variables target speed v _S and target course k _{S being used} as starting values.

Claims

1. Passive method for estimating state variables, such as distance, speed, course and / or transmission frequency of a moving target that emits sound impulses into the water, such as ship, torpedo or the like with active sonar, from a receiver remote from the target, characterized in that that occurring in the reverberation Doppler frequencies (f _SCi) are detected and that by means of the Doppler reverberation frequencies (f _SCi), the state variables (R, v _S, k _S, f _m) of the target (S) to be determined.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Doppler reverberation frequencies ( f _SCi ) are obtained from the frequency spectra of the reverberation.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the maximum and minimum Doppler reverberation frequency occurring in the reverberation ( f _max , f _min ) is selected and that the state variable transmission frequency ( f _m ) as an arithmetic mean of the maximum and minimum Doppler reverberation frequency ( f _max , f _min ) is determined.

4. The method according to claim 3, characterized in that the state variable target speed (v _S) when the speed of sound (c) from the difference of the maximum in water multiplied quotient and minimum Doppler reverberation frequency (f _max, f _min) and twice the transmit frequency (f _m ) is determined.

5. The method according to claim 4, characterized in that the Doppler frequency ( f _D ) of the transmission pulse is eliminated and the state variable target course ( k _S ) as the arc cosine of the quotient from the difference between Doppler frequency ( f _D ) and transmission frequency ( f _m ) on the one hand and half the difference from the maximum and minimum Doppler reverberation frequency ( f _max , f _min ) on the other hand.

6. A method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the reverberation is detected direction-selective and that the Doppler frequency (f _D) of the transmit pulse from the in target-oriented selective reception direction (boresight 41) incident direct sound of the sound pulse and the extreme Doppler reverberation frequencies (f _max , f _min ) are obtained from the reverberation signal which is in each case understood in two non-targeting selective reception directions extending on both sides of the direction of direction ( 41 ).

7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the reverberation is detected in a plurality of selective reception directions offset in azimuth by an angular amount from each other, one of which is targeting, that the Doppler frequency ( f _D ) of the transmission pulse is obtained from the reverberation signal in the directional selective reception direction (direction of direction 41 ) and that the extreme Doppler reverberation frequencies ( f _max , f _min ) are read out from the Doppler reverberation frequencies ( f _SCi ) which are at a predeterminable point in time in the reverberation signals recorded in the non-directional reception directions ( t _i ) occur after the arrival of the direct signal of the sound pulse in the direction of direction ( 41 ) in the receiver.

8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that with the state variables transmission frequency ( f _m ), target speed ( v _S ) and target course ( k _S ) of the target ( S ) according to a selected Doppler reverberation frequency ( f ₁ ) is calculated, with δ being assumed arbitrarily, and that in a non-target receiving direction ( α ₁ ) the time period ( t ₁ ) from arrival of the direct signal in direction finding direction ( 41 ) to detection of the selected Doppler reverberation frequency ( f ₁ ) and the state variable distance ( R ) from the measured time period ( t ₁ ) according to With is calculated.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that for at least one predeterminable point in time ( t ₁ ) after receipt of the direct signal of the sound pulse incident in the direction of direction ( 41 ) for a plurality of mutually offset in azimuth by an angular amount, not target pointing selective reception directions (α _i) the Doppler reverberation frequencies (f _i) in accordance with and With are calculated, the parameter-forming unknown state variables ( R , v _S , k _S , f _m ) being specified as fictitious values that in a suitable estimation method, e.g. B. Least Mean Square Estimation, the parameter values are iteratively changed until the estimation criterion is met, e.g. B. the mean quadratic difference between the calculated Doppler reverberation frequencies ( f _i ) and the associated Doppler reverberation frequencies ( f _SCi ) detected at that time in the receiving directions ( α _i ) is minimized, and that the parameter values fulfilling the estimation criterion are sought as state variables ( R , v _S , k _S , f _m ) are output.

10. The method according to claim 9, characterized in that the calculation of the Doppler reverberation frequencies ( f _i ) for a multiplicity of times ( t _i ), calculated from the arrival of the direct signal of the sound pulse incident in the direction of direction ( 41 ), is carried out and the estimation method as a two-dimensional one Estimation method for the calculated Doppler reverberation frequencies ( f _i = g ( t _i , α _i )) is carried out.

11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that when determining the fictitious values for the parameters, the determined state variables ( R , v _S , k _S , f _m ) are at least partially used as starting values.

12. The method according to any one of claims 3 to 11, characterized in that the transmitter ( S ) from the receiver ( E ) is continuously passively bearing and after compensation for a possible self-movement of the receiver ( E ) the temporal changes in the bearing ( ϑ ) is measured that a change in direction bearing ( Δϑ / Δ t ) according to are calculated using the determined state variables target speed ( v _S ) and target course ( k _S ), the unknown state variable target distance ( R ) being specified as a fictitious parameter value, so that the parameter values are changed iteratively until the estimation criterion is met using a suitable estimation method and that the parameter value fulfilling the estimation criterion is output as the state variable target distance ( R ).

13. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Doppler reverberation frequencies ( f _SCi ) are determined in at least one non-targeted selective reception direction for a large number of times of a reverberation perception of the current time frame ( t _i ) that are independent of this reception direction (I or II) the Doppler reverberation frequencies ( f _i ) for the same time grid ( t _i ) are calculated as a smoothing curve ( f _i = h ( t _i , R , v _S , k _S , f _m )), whereby the unknown state variables ( R , v _S , k _S , f _m ) of the target ( S ) form parameters that are specified as estimated values, that the estimated values are varied for at least one parameter and that a smoothing curve is created for each estimated value that the variance ( σ ² ) between each of the smoothing curves and the Doppler reverberation frequency-time values obtained from the reverberation ( f _SCi = g ( t )) and that those estimates of the parameters of a smoothing curve, for which the variance ( σ ² ) is a minimum, are output as state variables of the target ( S ).

14. The method according to claim 13, characterized in that the reverberation is simultaneously detected via a targeted selective reception direction (0) and the Doppler reverberation frequencies ( f _SCi ) for a from the arrival of the transmission pulse in the receiver (direct signal) to the current time grid ( t _i ) and that the largest and smallest Doppler reverberation frequency ( f _ex (+0), f _ex (-0)) are detected and half their sum is given as the transmission frequency ( f _m ) of the target ( S ).

15. The method according to claim 14, characterized in that the radial speed component ( v _Srad ) of the target ( S ) as a product of the difference between the largest or smallest Doppler _{reverberation frequency} ( f _ex (+0) or f _ex (-0)) and the transmission frequency ( f _m ) and the quotient of the speed of sound ( c ) in the water and the transmission frequency ( f _m ) is calculated.

16. The method according to claim 14 or 15, characterized in that from the Doppler reverberation frequency time values obtained from the reverberation ( f _SCi = g ( t )) in the non-target receiving direction (I or II) the maximum and / or minimum Doppler reverberation frequency ( f _max , f _min ) is determined and from this and from the transmission frequency ( f _m ) the speed ( v _S ) of the target ( S ) as a product of the maximum Doppler shift ( Δ f _max ) and the quotient of the speed of sound ( c ) in water and transmission frequency ( f _m ) is calculated.

17. The method according to claim 15 and 16, characterized in that the course ( k _S ) of the target ( S ) related to the target receiving direction (0) as the arc cosine of the quotient of the radial target speed _component ( v _Srad ) and target speed ( v _S ) is calculated.

18. The method according to any one of claims 13 to 17, characterized in that the determination of the Doppler reverberation frequencies ( f _SCi ) as a function of time ( t _i ) is carried out in a further, non-target-selective direction of reception (II or I) a predetermined direction angle is pivoted with respect to the first receiving direction (I or II), preferably in such a way that the two non-target receiving directions (I, II) are symmetrical to the target receiving direction (0).

19. The method according to claim 18, characterized in that the maximum and / or minimum Doppler reverberation frequency ( f _max , f _min ) is determined in the further non-target receiving direction (II or I) that with the maximum and / or minimum Doppler reverberation frequencies ( f _max , f _min ) in both non-target receiving directions (I, II) the maximum Doppler shift ( Δ f _max ) is determined and this is used to calculate the speed ( v _S ) and course ( k _S ) of the target ( S ) .

20. The method according to claim 19, characterized in that the variance calculation with respect to the Doppler reverberation frequency-time values ( f _SCi = g ( t )) is carried out from that of the two non-target receiving directions (I or II) in which the maximum Doppler shift ( Δ f _max ) is determined.

21. The method according to claim 20, characterized in that when several identical maximum Doppler shifts occur, that receiving direction (I or II) is selected in which the maximum Doppler shift ( Δ f _max ) is associated with the smallest time value ( t _i ).

22. The method according to any one of claims 13 to 21, characterized in that the calculated values for transmission frequency ( f _m ), course ( k _S ) and speed ( v _S ) of the target ( S ) in the calculation of the smoothing curves ( f _i = h ( t _i , R , v _S , k _S , f _m )) are used as estimates and only the distance ( R ) forms a parameter.

23. The method according to claim 22, characterized in that that the calculation of the smoothing curves with the obtained state variable target distance ( ) as an estimate and with at least one of the other state variables (k _S,v _S,f _m) as a parameter repeated with a different estimate, that in the same way the calculation of variance and the minimum variance was determined and that with the calculated value of the State variable (k _S,v _S,f _m) of the target (S) the above Process steps with at least one further state variable (k _S,v _S,f _m) as a parameter be repeated until the change the state variable output in each case (k _S,v _S,f _m) does not exceed a specified value.

24. The method according to any one of claims 14 to 23, characterized in that the zero point of the Time grid in the non-target receiving directions (I, II) by the time the arrival of the in the target receiving direction (0) incident direct signal of the sound pulse is determined.

25. The method according to claim 24, characterized in that when a time offset occurs between the reverberation detection in the two non-target receiving directions to a target ( S ) with circulating transmission beam and the time offset is determined as the round trip time ( T _UM ) of the transmission beam.

26. The method according to claim 24 or 25, characterized in that when a time offset of the reverberation perception occurs in the target receiving direction (0) relative to the zero point of the time grid on a target ( S ) with a circulating transmission beam and the double time offset as the circulation time ( T _UM ) of the transmission beam is determined.

27. The method according to claim 25 or 26, characterized in that the variance calculation with respect to the Doppler reverberation frequency-time values ( f _SCi = g ( t )) is carried out from that of the two non-target receiving directions (I or II) in which none ambiguous Doppler reverberation frequencies ( f _SCi ) occur.