DE2816332C3

DE2816332C3 - Vorrichtung zur Identifizierung einer bewegten Schallquelle

Info

Publication number: DE2816332C3
Application number: DE2816332A
Authority: DE
Inventors: Guen Kawasaki Nishinomiya; Fumiyoshi Tokio Sasaki; Fumiyoshi Kawasaki Suzuki
Original assignee: NIPPON HOSO KYOKAI TOKIO
Current assignee: NIPPON HOSO KYOKAI TOKIO
Priority date: 1977-04-15
Filing date: 1978-04-14
Publication date: 1980-09-25
Also published as: JPS53140079A; DK149725B; DE2816332A1; US4208735A; DK149725C; JPS6113169B2; DE2816332B2; DK164278A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Identifizierung einer bewegten Schallquelle, mit einer Mehrzahl von Schallauffangeinrichtungen, die getrennt voneinander auf einer Achse angeordnet sind, die die Bewegungsrichtung einer bewegten Schallquelle kreuzt, und mit einer Einrichtung zur Bildung eines Korrelationsfunktionssignals bezüglich der Mehrzahl von Schallsignalen.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-PS 14 48 622 bekannt, wobei eine Korrelationsanalyse zur Störunterdrückung verwendet wird und wobei zur Peilung in der Elektroakustik, in der Funkmeßtechnik oder in der Radioastronomie richtungsabhängige Meßgrößen erfaßt und nach passender Verarbeitung der Anzeige gebracht werden.

Ferner ist es aus der DE-OS 25 02 342 bekannt, für die Ortung von Schiffen Sonar-Anlagen mit Wasserschallwandlern und einem elektronischen Richtungsbildner einzusetzen. Dabei empfangen die Wasserschallwandler Geräusche, die beispielsweise von Schiffen abgestrahlt werden, und Umgebungsgeräusche durch Seegang und setzen sie in elektrische Empfangssignale um, wobei die Empfangssignale benachbarter Wasserschallwandler im Richtungsbildner zu einem Ausgangssignal verarbeitet werden, indem sie mit einer keulenförmigen Richtcharakteristik bewertet werden, die, um in einem größeren Peilwinkeibereich verschiedene Geräuschquellen, z. B. verschiedene Schiffe, zu orten, durch den Richtungsbildner elektronisch schwenkbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die zwischen einem durch Luftfahrzeuge verursachten Schall und einem auf der Erde verursachten Schall durch Fahrzeuge oder Bauarbeiten oder durch stationäre Schallquellen in bestimmter Höhe unterscheiden kann.

Eine derartige Vorrichtung ist im hohen Maße zur Durchführung von Lärmbekämpfungsprogrammen erwünscht, die dadurch mit größerer Genauigkeit und mit geringerem Einsatz von Arbeitszeit als mit bisher bekannten Vorrichtungen ermöglicht werden,

Dabei zielt die Erfindung darauf ab, eine Identifizierung von bewegten ^Schallquellen in der Luft auf vollständig automatische Weise zu erreichen, ohne daß eine Überwachung der Vorrichtung zur Identifizierung einer jeweiligen Schallquelle erforderlich ist Messungen dieser Art haben beispielsweise dazu geführt, daß japanischen Rundfunkhörern in Gebieten mit hoher Fluglärmbelastung eine Verringerung der Fernsehgebühren zugestanden wurde.

Die vorausgehend genannte Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Korrelationsfunktions-Berechnungseinrichtung zur Bildung des Korrelationssignals, eine Mehrzahl von Filtereinrichtungen zum Herauslösen jeweils einer Mehrzahl von Schallsignalen in einem vorbestimmten Frequenzband des von den Auffangseinrichtungen eingefangenen Schalls, eine Maximum-Minimum-Detektoreinrichtung zum Erfassen wenigstens der Maximalpegel oder der Minimalpegel des Korrelationsfunktionssignals, wobei sich die jeweiligen Zeiten, zu denen die Maximalpegel und zu denen die Minimalpegel erscheinen, jeweils in Obereinstimmung mit dem Neigungswinkel gegenüber der bewegten Schallquelle verändern, so daß die b /egte Schallquelle durch Unterscheidung der Veränderung der jeweiligen Zeiten identifiziert werden kann und durch ein Bestandteil der Korrelationsfunktions-Berechnungseinrichtung bildende Schieberegistereinrichtung, in der eine Mehrzahl von Gruppen von Abtastpegeln, die durch Abtastung der Mehrzahl von Schallsignalen in einem vorbestimmten kurzen Intervall gebildet werden, aufeinanderfolgend gespeichert wird, und ferner in der Korrelationsfunktions-Berechnungsein-ichtung jeweils die Produkte aus aufeinanderfolgenden Abtastpegeln berechnet werden, die zu einer aus der Mehrzahl von Gruppen von Abtastpegeln gehören, welche jeweils einem genormten Abtastpegel vorausgehen und nachfolgen, der in der Mitte einer anderen aus der Mehrzahl von Gruppen von Abtastpegeln und dem genormten Abtastpegel liegt, wobei die aufeinanderfolgenden Abtastpegel in paralleler Form der Schieberegistereinrichtung entnommen werden, so daß eine Gegeiseitigkeitskorrelationsfunktion zwischen der Mehrzahl von Schallsignalen als Gruppenmittelwert der jeweiligen Produkte erhalten wird, die aufeinanderfolgend in dem vorbestimmten kurzen Intervall gewonnen werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, zwischen Geräuschen zu unterscheiden, die von einem in der Luft fliegenden Flugzeug ausgehen, gegenüber beispielsweise von einem Kraftfahrzeug, das nahe an der Meßposition am Boden vorbeifährt, ohne daß es wie bisher erforderlich ist, eine große Anzahl von Personen während vieler Stunden für die Messung einzusetzen, und zwar neben der Identifizierung der verschiedenen Schallquellen, durch die Meßvorrichtung auch durch das menschliche Gehör.

Mi' der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Messung zur Identifizierung von Schallquellen selbst dann leicht durchgeführt werden, wenn die Meßbedingungen schwierig sind, beispielsweise spät in der Nacht oder morgens, wenn es äußerst kalt oder warm ist und wenn der Pegel der Hintergrundgeräusche an der Meßstelle äußere hoch ist, wobei die Identifizierung automatisch erfolgen kann.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird anschließend anhand Von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Von den figuren zeigt

F i g, 1 eine graphische Darstellung einer herkömmlichen Technik, bei der die Identifizierung einer bewegten

Schallquelle erfolgt,

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausfüh* rungsform der erfindüngsgerhäßen Vorrichtung zum Identifizieren einer bewegten Schallquelle,

F i g. 3a, 3b, 3c, 3d und 3e graphische Darstellungen der aufeinanderfolgenden Zustände in der Veränderung der Wellenform des Korrelatiofisfünktiönssignäls, das bei der obigen Ausführungsform erhalten wird,

Fig.4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Abstand zwischen den zwei Mikrofonen und dem Auflösungsvermögen der obigen Ausführungsform,

F i g. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Höhe des Mittelpunktes der zwei Mikrofone und dem Abstand, der fine auf dem Boden stehende Schallquelle von der MeDstelle trennt,

Fig.6 ein Blockschaltbild einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungSEemäßen Vorrichtung zum Identifizieren einer bewegten Schallquelle,

Fig. 7a ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels von Schaltungsanordnungen, die insgesamt eine Glättungsanordnung, eine Differenzierungseinrichtung, einen Maximum-Minimum-Detektor und eine Schallquellenidentifizierungseinrichtung enthält, die alle in den Ausführungsformen nach F i g. 2 und F i g. 6 enthalten sind,

F i g. 7b ein Blockschaltbild der Ausbildung der Glättungsanordnung, die in den F i g. 7a gezeigten Schaltungsanordnungen enthalten ist,

F i g. 7c ein Blockschaltbild der Ausbildung der Differenzierungseinrichtung und des Maximum-Minimum-Detektors, die in den in Fig.7a gezeigten Schaltungsanordnungen enthalten sind,

F i g. 7d ein Blockschaltbild der Ausbildung der Schallquellenidentifizierungseinrichtung, die in den in Fig. 7a gezeigten Schaltungsanordnungen enthalten ist und dazu verwendet wird, die Einfallsrichtung des von der Schallquelle ausgehenden Schalls zu unterscheiden, und

F i g. 7e ein Blockschaltbild der Ausbildung der Schallquellenidentifizierungseinrichtung, die in den in F i g. ?a gezeigten Schakungsanordnungen enthalten ist und dazu verwendet wird herauszufinden, ob die Schallquelle sich bewegt oder ortsfest ist, und zwar mittels Vergleich aufeinanderfolgender Ergebnisse bei der Unterscheidung der Einfallsrichtung, was durch die in F i g. 7d gezeigte Anordnung erfolgt.

Zur Identifizierung einer bewegten Schallquelle und Unterscheidung der Einfallsrichtung des Schalls, der aus einer bewegten Schallquelle herrührt, wird nach einer herkömmlichen Technik, die in F i g. 1 der beigefügten Zeichnung dargestellt ist, eine bergförmige Veränderung der Schalldruckpegel, im allgemeinen Geräusche, die von einer bewegten Schallquelle ausgehen, einfach gemessen, wobei diese Veränderung verursacht wird durch den Zeitablauf bei der Annäherung und der Entfernung der bewegten Schallquelle gegenüber der Meßposition und die Zeitlänge ΔΤ\ zwischen den Punkten, an denen die Schalldruckpegel um einen bestimmten Betrag « dB gegenüber dem Spitzenwert der genannten bergförmigen Änderung abgefallen sind, oder durch die Zeitdauer Δ Ti, in der die Schalldruckpegel, die einen vorbestimmten Pegel überschreiten, für den vorgenannten Zweck gewonnen werden können.

Dieses herkömmliche Verfahren weist jedoch den schwerwiegenden Nachteil auf, daß der von verschiedenen Schallquellen ausgehende Gesamtschall, der die obengenannten Bedingungen erfüllt, so betrachtet wird.

als ginge er nur von einer selben Schallquelle aus, Unabhängig von den Arten der verschiedenen Schallquellen, beispielsweise entweder eine bewegte Quelle oder eine feststehende Quelle oder auch eine in der Luft fliegende Schallquelle oder eine sich am Boden bewegende Schallquelle. Auch wenn also gewünscht wird, die Messung nur bezüglich des Geräusches durchzuführen, das von einem in der Luft fliegenden Flugzeug ausgeht, so können ähnliche Meßergebnisse auch für das vort einem Fahrzeug ausgehende Geräusch erhalten werden, beispielsweise von einem Kraftfahrzeug, das nahe an der Meßposition am Boden fährt, so daß es unmöglich ist, die angepeilte bewegt«* Schal'quelle, d. h. das fliegende Flugzeug, zu identifizieren.

Es wird nun zunächst ein Ausführungsbeispiel der grundlegenden Ausbildung des in F i g. 2 gezeigten erfindungsgemäßen Systems zur Identifizierung einer bewegten Schallquelle beschrieben. Bei der in F i g. 2 gezeigten Anordnung sind zwei Mikrofone 1 und 2, vorzugsweise mit Kugelcharakteristik, auf einer Achse angeordnet, die senkrecht auf dem Boden steht, mit einem Abstand r₀ voneinander, wobei die Höhe jeweils Γι bzw. r₂ beträgt. Zwei Schallsignale, die jeweils dem Schall entsprechen, der von den Mikrofonen 1 und 2 aufgenommen wird und die aus einer entfernten Schallquelle herrühren, beispielsweise ein Flugzeug 9, das in der Luft fliegt, oder ein Kraftfahrzeug 10, das über die Erde fährt, werden zwei Spektralfiltern 3 bzw. 4 zugeführt. In diesen Spektralfiltern 3, 4, deren Frequenzcharakteristik zusammenfällt mit dem Spektrum des von der angepeilten Schallquelle ausgehenden Schalls, beispielsweise das fliegende Flugzeug 9, werden die den Typ der angepeilten Schallquelle repräsentierenden Frequenzkomponenten in verstärktem Zustand jeweils den zwei Schallsignalen entnommen. Die herausgelösten Frequenzkomponenten werden an eine Kreuzkorrelationsfunktions-Berechnungseinheit 5 angelegt, in der auf wohlbekannte, herkömmliche Weise eine Kreuzkorrelationsfunktion für ein kurzes Intervall anhand der zwei Schallsignale aus der angepeilten Schallquelle berechnet In der Berechnungseinheit 5 zur

DCl cniiiuug uci gcgcnätiiigCn ΐΛ.ΟΓΓ€ιάίϊΟΠ3ιΰϊΪΛίΐΟΠ

werden die Frequenzkomponenten dieser zwei aus den zwei Mikrofonen 1 und 2 erhaltenen Schallsignale jeweils mit geeigneter Periode abgetastet, beispielsweise 100 us, und zwei Gruppen von abgetasteten Signalpegeln, die innerhalb eines vorbestimmten kurzen Intervalls mit geeigneter Zeitdauer gewonnen wurden, werden jeweils in einer Speichereinrichtung zum

so aufeinanderfolgenden Speichern, beispielsweise in einem Schieberegister, in den aufeinanderfolgenden neuen Zuständen gespeichert

Aufeinanderfolgend werden dann zu jedem Meßzeitpunkt der an einem geeigneten Intervall vorbestimmt ist, jeweils die Produkte zwischen aufeinanderfolgenden abgetasteten Signalpegeln berechnet, die parallel aus der Speichereinrichtung abgerufen werden und die zu einer Gruppe der abgetasteten Signalpegaln, entsprechend einem der zwei Mikrofone, gehören, beispielsweise Mikrofon 2, und welche nacheinander einem abgetasteten Signalpegel vorausgehen und nachfolgen, der in der Mitte der anderen Gruppe von abgetasteten Signalpegeln liegt, die dem anderen Mikrofon 1 enünprechen und aus der Speichereinrichtung als Nennwert bzw. genormter Signalpegel abgerufen wird. Als Ergebnis der obigen Berechnung kann die Kreuzkorrelationsfunktion zwischen den Schallsignalen, die jeweils von den Mikrofonen 1, 2 abgeleitet

werden, in Form eines Gesamtmittelwertes der jeweiligen obigen berechneten Produkte bezüglich des genannten vorbestimmten kurzen Intervalls gewonnen werden. Es wird nun zunächst erläutert, was in diesem Zusammenhang Unter einer Autokorfelatiönsfunktion eines informationssignals, beispielsweise eines Schallsignals, zu verstehen ist,

Wenn λ·(>) eine Funktion darstellt, die ein stationärer stochastiseher Vorgang ist, so Ist der Gesamtmittelwert ΨΜ von X(i)· X(_l+T) durch

der jeweils Von den Mikrofonen 1 und 2 abgeleiteten Schallsignale miteinander gleich sind, d. h.

^xim = ^xiu\«
' so daß das folgende Ergebnis erhalten wird;

~ ^Λ1(Ι) ' ^X

) ' ^XIU

gegeben.

Diese Größe wird als Autokorrelationsfunktion von ty;bezeichnet, wobei es sich um eine Größe handelt, die anzeigt, wie eng die Korrelation zwischen zwei Werten der stationären stochastischen Ablauffunktion ty; ist, weiche Werte bei zwei Zeitpunkten gewonnen werden, die voneinander durch eine Zeitlänge τ getrennt sind. Wenn beispielsweise zwei zu diesen Zeitpunkten, die durch die Zeitlänge τ getrennt sind, erhaltene Werte keinerlei Korrelation zueinander aufweisen, wenn sie also voneinander unabhängig sind, so gilt

Wenn andererseits die Schallquelle 9 in einer Richtung liegt, die einen Neigungswinkel Θ gegenüber den zwei wie erwähnt angeordneten Mikrofonen 1, 2 aufspannt, so kann anhand des Berechnungsergebnisses aus der Korrelationsfunktions-Berechnungseinr'ichtung 5 beobachtet werden, daß der beispielsweise vom Mikrofon 2 aufgefangene Schall in ein Schallsignal umgesetzt wird, das eine Wellenform aufweist, die die gleiche ist wie eine Normwellenform eines Schallsignals, üas aus dein νύϊι dcil'i änderen mikrofon 1 äüfgcfängcrien Schall gewonnen wird, jedoch diesem vorauseilt, wobei folgende Beziehungen gelten:

Schallgeschwindigkeit

- sin (-)

25

so daß

Vi-I — ^λ"[ι| ' *<! + M

^xu) — -^vii + ■ ι — " ■

wobei angenommen wird, daß sowohl ty; als auch ty_+r) keine Gleichstromkomponente enthalten. Andererseits ist die Funktion ty; stationär, und folglich ändert sich die Größe des Gesamtmittelwertes ψ(_Γ) nicht durch den Übergang von i-» t+v, so daß folgende Beziehung gilt:

Die Kreuzkorrelationsfunktion zwischen diesen Schallsignalen, die bei dem oben beschriebenen Fall aus den Mikrofonen 1 und 2 gewonnen werden, wird also wie folgt berechnet:

Vi.2(M — ^x

-·οι — Vn --»οι ·

'/Vi ~ -^X(D "-^x(i + 'i ~ ^xii-'i' ^xw ~ Vi-η ·

d.h., die angeführte Autokorrelationsfunktion ist eine gerade Funktion bezüglich der Abtastzeitdifferenz τ.

Im Gegensat? hierzu wird eine Kreuzkorrelationsfunktion von ty; folgendermaßen definiert:

V'l.2(r) — -^Kr) '*2(r + 'l ·

Wenn zwei Mikrofone dieselbe Charakteristik aufweisen und von einer Schallquelle weit genug entfernt sind, so können zwei Schallsignale, die jeweils aus der Umsetzung des Schalls von der entfernten Schallquelle durch die zwei Mikrofone herrühren, als dieselben Signale mit einer bestimmten Phasendifferenz dazwischen aufgefaßt werden. Folglich kann die Kreuzkorrelationsfunktion zwischen diesen zwei Schallsignalen als Autokorrelationsfunktion eines Schallsignals behandelt werden, das aus einem einzelnen Mikrofon gewonnen wird, wobei dieses Schallsignal aus zwei Komponenten besteht, die dieselbe Wellenform besitzen, mit einer geringen zeitlichen Differenz dazwischen.

Wenn beispielsweise die Schallquelle 10 in einer waagerechten Ebene liegt, die die durch die zwei Mikrofone 1,2 an deren Mittelpunkt verlaufende Achse senkrecht schneidet, so kann anhand des Rechenergebnisses der Korrelationsfunktions-Berechnungseinheit 5 beobachtet werden, daß ein von der Schallquelle 10 ausgesendeter Schall an den beiden Mikrofonen 1, 2 gleichzeitig ankommt und zwei Wellenzüge X\(,) und xyo Falls also beobachtet wird, daß die gleichzeitig erzeugten Schallsignale von den zwei Mikrofonen 1 und 2 im wesentlichen gleichzeitig aufgefangen werden, ähnlich wie im Fall der Schallquelle 10, die auf dem Boden steht, wie in Fig.2 gezeigt, so sind die Wellenformen der aus diesen zwei Mikrofonen 1, 2 gewonnenen Schallsignale jeweils zueinander gleich, so daß, wenn die Abtastzeitdifferenz τ auf Null gesetzt wird, d. h. τ = 0, die Größe des erläuterten Gesamtmittelwertes der jeweiligen Produkte aus den entsprechenden, gleichzeitig abgetasteten Signalpegeln, beispielsweise aus den beiden abgetasteten Signalpegeln, die jeweils in der entsprechenden Mitte der zwei Gruppen von abgetasteten Signalpegeln, die jeweils zu den Mikrofonen 1, 2 gehören, liegen, den höchsten Kreuzkorrelationswert zeigt, und dann nimmt der Kreuzkorrelationswert in Übereinstimmung mit der Zunahme der Abtastzeitdifferenz r ab.

Wenn im Gegensatz hierzu jedoch beobachtet wird, daß die gleichzeitig erzeugten Schallsignale von den getrennt aufgestellten Mikrofonen 1 und 2 mit einer zeitlichen Differenz aufgefangen werden, die der Weglängendifferenz von der Schallquelle zu den jeweiligen Mikrofonen 1 und 2 entspricht, ähnlich wie im Fall der Schallquelle 9, d. h. ein in der Luft fliegendes Flugzeug, das in Fig.2 gezeigt ist, so ist die Kreuzkorrelation zwischen den jeweils abgetasteten Signalpegeln, zwischen denen eine Abtastzeitdifferenz vorliegt, die der Weglängendifferenz entspricht, genau die gleiche wie bei der oben erläuterten Kreuzkorrelation, die erhalten wird, wenn die Abtastzeitdifferenz τ gleich Null ist und die Schallquelle 10 auf dem Boden steht, so daß erwartet werden kann, daß der größte

Kfeuzkoffelaiionskoeffizient erhalten wird, wenn die Abtastzeitdifferenz gleich derjenigen Zeitdifferenz ist, die der Weglängendifferenz entspricht.

Bei dem von oben von der Luft kommenden Schall Unterscheidet sich jedoch der Korrelationszustand von demjenigen be· einer auf dem Boden stehenden Schallquelle, und zwar weil der am Boden reflektierte Schall zu demjenigen aus der Höhe hinzukommt. Der genannte größte Wert, d. h. der Maximalwert der Kreuzkorrelation, ist also nur einer der jeweiligen Maximalwerte der Kreuzkorrelation, die durch die zusätzlich ankommenden Schallsignale verursacht werden. Die Wellenform des Kreuzkorrelationsfunktionssignals, das den am Boden auftreffenden Schall betrifft, ist also »bergförmig«, besitzt also nur einen sogenann- ii ten Mode, wenn die Abtastzeitdifferenz r gleich Null ist, wie in Fig.3a gezeigt, in gleicher Weise wie bei einem hoch aus der Luft kommenden Schall wie ein fliegendes Flugzeug, da? in upHpfiniertfir Höhe fliegt, während die Wellenform eines Kreuzkorrelationsfunktionssignals, 2ö das zu einem Schall gehört, der von einem Flugzeug ausgeht, das relativ nahe über dem Boden fliegt, zwei symmetrische Maximalwerte zeigt, die zwei Abtastzeitpunkten entsprechen, die symmetrisch von τ gleich Null um eine bestimmte Abtastzeitdifferenz τ entfernt sind, wie in F i g. 3c gezeigt.

Die Abtastzeitdifferenz τ, die den Maximalwert des kreuzkorrelationsfunktionssignals verursacht, ändert sich ferner in Übereinstimmung mit der Veränderung der Zeitdifferenz des ankommenden Schalls, der von dem fliegenden Flugzeug ausgeht, zwischen den zwei getrennt aufgestellten Mikrofonen, wobei diese Veränderung durch die Bewegung der Schallquelle, d. h. das fliegende Flugzeug, verursacht wird; in gleicher Weise wird gleichzeitig die Abtastzeitdifferenz τ verändert, deren minimaler Wert zwischen den genannten Maximalwerten erscheint.

Je nach dem Erscheinungszustand der Maximal- und Minimalwerte des Kreuzkorrelationsfunktionssignals und der Abtastzeitdifferenz, bei der diese Werte verursacht werden, gemeinsam mit deren Veränderung, kann also bestimmt bzw unterschieden werden, ob der einfallende Schall von einer bewegten Schallquelle, beispielsweise ein fliegendes Flugzeug, oder nicht stammt und in welcher Richtung die bewegte Schallquelle liegt.

Die Erfindung beruht auf dem vorstehend beschriebenen Identifizierungsverfahren der bewegten Schallquelle.

Bei der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform wird das aus der Korrelationsfunktions-Berechnungseinrichtung 5 gewonnene Korrelationsfunktionssignal an eine Glättungseinrichtung 6 angelegt, in der nur die besondere Frequenzkomponente, die die erläuterte Veränderung der Wellenform des Korrelationsfunktionssignals zeigt, herausgefiltert wird durch Unterdrükkung der ungewünschten Frequenzkomponenten, die im Vergleich zu der Abtastperiode äußerst hoch sind, und zwar mittels Glättung. Was die Identifizierung bzw. Unterscheidung des Korrelationsfunktionssignals betrifft, so zeigt deren gewonnene Wellenform praktisch nicht die einfache und glatte Form mit einer Mode, wie in F i g. 3a gezeigt, und zwar aufgrund der zusätzlichen Geräuschkomponente, die durch die zu kurze Zeitintegrationsdauer entsprechend der Abtastzeitperiode des Schallsignals unverändert bleibt

Das aus der Glättungseinrichtung 6 gewonnene geglättete Korrelationsfunktionssignal wird dann an eine Differenziereinrichtung 7 angelegt, in der ein Signal gewonnen wird, das den Differentialkoeffizienten des geglätteten Korrelationsfunktionssignals enthält, und dann wird dieses Signal an den Maximum-Minimum-Detektor 8 angelegt. In dem Maximum-Minimum-Detektor 8 werden die erläuterten maximalen und minimalen Werte des geglätteten Korrelationsfunktionssignals auf der Zeitachse entsprechend der Neigungsrichtung des Differentialkoeffizienten-Signals erfaßt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen System zum Identifizieren einer bewegten Schallquelle kann entsprechend der Abtastzeitdifferenz τ zwischen den jeweiligen Abtastzeitpunkten, an denen die maximalen und minimalen Werte jeweils auftreten, ein Winkel ψ ermittelt werden, der zwischen der senkrechten Achse durch die zwei Mikrofone 1, 2 und einer Linie aufgespannt wird, die durch den Mittelpunkt dieser getrennt aufgestellten Mikrofone und die in F i g. 2 gezeigte bewegte Schallquelle 9 verläuft, also die Richtung, in der die angepeilte Schallquelle 9 zur vorliegenden Meßzeit liegt; aufgrund der Gestalt des Korrelationsfunktionssignals, das die maximalen und minimalen Werte darstellt, oder der Veränderung des Winkels ψ, der die Richtung der angepeilten Schallquelle darstellt, kann festgestellt werden, daß die angepeilte Schallquelle sich bewegt.

Das Prinzip, welches der Identifizierung der bewegten Schallquelle mit der in Fi g. 2 gezeigten Anordnung zugrunde liegt, wird nun im einzelnen erläutert, und zwar wird dabei angenommen, daß die angepeilte bewegte Schallquelle ein Flugzeug ist, das gerade über der Meßposition, an der die zwei Mikrofone senkrecht aufgestellt sind, vorüberfliegt.

Wie in F i g. 2 gezeigt, sind die Mikrofone 1 und 2 auf einer senkrechten Achse in der Höhe λ bzw. Γ2 vom Boden und mit einem Abstand ro dazwischen aufgestellt, und die zu dem fliegenden Flugzeug 9 zeigende Richtung spannt einen Winkel ψ auf, welcher der Komplementärv/inkel der Neigung gegenüber der senkrechten Achse ist. Dann ist der Abstand zwischen den beiden Mikrofonen 1, 2 und dem fliegenden Plugzeug 9 im wesentlichen gleich ro cos ψ, so daß eine

Ankunftszeitdifferenz von ~ cos φ Sek., worin C die

Schallgeschwindigkeit bedeutet, zwischen den jeweiligen Ausgangssignalen auftritt, die aus den Mikrofonen 1 und 2 gewonnen werden, wobei diese Schallsignale jeweils durch die Mikrofone zur gleichen Zeit aus demselben Schall gewonnen werden, der von dem fliegenden Flugzeug 9 ausgeht.

Wie bereits erwähnt, gibt in Übereinstimmung mit der Abtastzeitdifferenz τ, die der genannten Ankunftszeitdifferenz entspricht, die Kreuzkorrelationsfunktion, welche als Gesamtmittelwert der jeweiligen Produkte aus den jeweiligen abgetasteten Signalpegeln berechnet wird, die jeweils aus den Schallsignalen bestehen, die aus den zwei Mikrofonen t und 2 gewonnen werden, die Maximalwerte an, und die Abtastzeitdifferenz τ, die diesen Maximalwerten entspricht, wird ansprechend auf die Veränderung der Ankunftszeitdifferenz ^S- cos φ, die durch die Flugbewegung des Flugzeugs 9 verursacht wird, geändert.

Wenn das die bewegte Schallquelle bildende fliegende Flugzeug 9 sich in waagerechter Richtung an aufeinanderfolgenden Meßpunkten ft, t% h, U, h usw. bewegt, wie in Fig.2 gezeigt, so ändert sich die

IO

Wellenform des Korrelationsfunktionssigfmls, das aus der Korrelationsfunktions-Berechnungseinrichtung 5 gewonnen wird, aufeinanderfolgend, wie in Fig.3a bis 3e gezeigt.

Wenn der Winkel ψ gleich Null ist, d. h., das Flugzeug 9 gerade über den zwei Mikrofonen 1, 2 ankommt und die senkrechte Achse schneidet, also zum Meßzeitpunkt ti, zeigt das Korrelationsfunktionssignal die in Fig.3c gezeigte Form, dessen erste Spitze p\ durch die

Ankunftszeitdifferenz ψ zwischen den jeweiligen, an den beiden Mikrofonen 1 und 2 direkt aus dem Flugzeug 9 auftreffenden Schallsignalen verursacht wird, während die zweite Spitze pi durch die Ankunftszeitdifferenz zwischen dienen direkt ankommenden Schallsignalen i> und den nach Reflektion am Boden ankommenden Schallsignalen verursacht wird.

Wenn der einfallende Schall nur von dem bewegten Flugzeug herrührt, so zeigt das Korrelationsfunktionssignal den Spitzenwert p\, der der Abtastzeitdifferenz ν mit einer bestimmten Zeitlänge entspricht, die, ansprechend auf die Veränderung der Ankunftszeitdifferenz des angepeilten Schalls, verändert wird, wobei die Veränderung verursacht wird durch die Bewegung der angepeilten Schallquellen, d. h. das fliegende Flugzeug. Da das fliegende Flugzeug praktisch unendlich weit entfernt ist, zeigt das Korrelationsfunktionssigrial, wenn die Ankunftszeitdifferenz praktisch als Null angenommen werden kann, die in F i g. 3a gezeigte Form.

Wenn die Ankunftszeitdiftjrenz vergleichsweise größer wird, während sich das fliegende Flugzeug nähert, so zeigt das Korrelationsfunktionssignal die in Fig.3b gezeigte Form mit zwei Moden. Der Abstand zwischen zwei Spitzen des Korrelationsfunktionssignals steigt mit zunehmender Annäherung des Flugzeugs an, und entsprechend fällt der Signalpegel des Korrelationsfunktionssignals nach und nach ab, der am Mittelpunkt zwischen den beiden Spitzen erhalten wird, wenn die Abtastzeitdifferenz τ gleich Null ist Wenn das fliegende Flugzeug direkt über den zwei Mikrofonen ankommt, so daß die Ankunftszeitdifferenz den Wert

•ζχ erreicht so wird der abgeschwächte Signalpegel am

Mittelpunkt praktisch minimal, also vernachlässigbar im Vergleich zu dem Spitzenpegel p\.

Da die Abtastzeitdifferenz τ, entsprechend der die ersten Spitzen p\ des Korrelationsfunktionssignals verursacht werden, sich in Übereinstimmung mit der Flugbewegung des Flugzeugs 9 verändert, das die bewegte Schallquelle bildet, kann die Identifizierung des angepeilten Schallsignals aus der bewegten Schallquelle durch Unterscheidung der Abtastzeitdifferenz τ durchgeführt werden, durch welche die ersten Spitzen p\ verursacht werden. Auf diese Weise kann leicht unterschieden werden, ob der Schall aus einer feststehenden Schallquelle, beispielsweise eine Sirene, oder aus einem fliegenden Flugzeug herrührt, obwohl die feststehende Schallquelle ebenso wie das Flugzeug sich hoch in der Luft befindet

Wenn der Schall aus einer sich am Boden bewegenden Schallquelle herrührt, beispielsweise ein fahrendes Kraftfahrzeug, das sich praktisch auf derselben Höhe über dem Boden befindet wie die Schallaufnahmevorrichtungen, nämlich die Mikrofone, so wird Ger zwischen den senkrechten Achsen aufgespannte Winke! φ gleich 90°, so daß die jeweiligen Winkel, unter denen der Schall aus der sich über den Boden bewegenden Schallquelle auf die Mikrofone 1 und 2 auffällt, stets untereinander im wesentlichen gleicn sind, unabhängig von der Bewegung der Schallquelle über den Boden. Da keine Ankunftszeitdifferenz zwischen denselben von den beiden Mikrofonen aufgefangenen Schallsignalen entsteht, wird der Maximalwert der Kreuzkorrelationsfunktion zu den obigen selben Schallsignalen nur erhalten, wenn die Abtastzeitdifferenz τ gleich Null ist.

Selbst wenn beide Schallquellen, nämlich die bewegte Schallquelle 9 in der Luft, beispielsweise das fliegende Flugzeug, und die bewegte oder ortsfeste Schallquelle 10 am Boden, gleichzeitig vorhanden sind, und selbst wenn ferner die Schallgeräusche aus diesen beiden Schallquellen 9,10 an der Meßposition mit vergleichbarem Schalldruckpegel und in Form eines Gemisches ankommen, so können leicht die erläuterten Spitzenwerte erfaßt werden, die der Abtastzeitdifferenz entsprechen, welche nur zu der bewegten Schallquelle in der Nähe gehören, und zwar durch Unterscheidung der gewünschten Komponenten gegenüber den unerwünschten Komponenten der Schallsignale, die aus den Mikrofonen gewonnen werden, in Übereinstimmung mit der jeweils festgelegten Charakteristik der in F i g. 2 gezeigten Spektralfilter 3 und 4.

Da die den Spitzenwerten p\ des Korrelationsfunktionssignals entsprechende Abtastzeitdifferenz ν ansprechend auf die

Ankunftszeitdifferenz '-£ cos φ

zwischen der Aufnahme des Schalls aus der bewegten Schallquelle 9 am Himmel durch die beiden Mikrofone 1 und 2 bestimmt wird, kann das Auflösungsvermögen für die Unterscheidung der Abtastzeitdifferenz zwischen den maximalen und minimalen Pegeln des Korrelations-.funktionssignals verbessert werden, indem der Abstand ro zwischen den beiden Mikrofonen 1 und 2 vergrößert wird, wobei die übrigen Meßbedingungen unverändert bleiben.

Bei Versuchen mit der in Fig.2 gezeigten Anordnung, wobei der Winkel θ der Neigung gegenüber der bewegten Schallquelle 9 in der Luft auf den Wert 10° festgelegt wird, erscheinen die ersten Spitzen p\ des in F i g. 3c gezeigten Korrelationsfunktionssignals mit der

r₀ zwischen den Mikrofonen 1 und 2 auf den Wert 1 Meter festgelegt wird, und die Spitzen p\ erscheinen mit der Abtastzeitdifferenz v_pl = 2,5 msek, wenn der Abstand r₀ auf den Wert 5 Meter festgelegt wird, so daß im letzteren Fall die Auflösung bedeutend verbessert wird.

Die Breite der in Fig.3a gezeigten einzelnen Mode wird im übrigen durch die Frequenzbandbreite des Schallsignals bestimmt so daß bei zu großen Bandbreiten der der Abtastzeitdifferenz ν = 0 entsprechende Signalpegel nicht genügend absinkt, wie in Fig.3b gezeigt Selbst in derartigen Fällen können jedoch die ersten Spitzen p\ voneinander getrennt werden, wie in Fig.3c gezeigt und zwar durch Vergrößern des Abstandes ro zwischen den beiden Mikrofonen 1 und 2, beispielsweise auf den Wert 5 Meter.

Wenn jedoch der Abstand r₀ übermäßig vergrößert wird, so entsteht auch eine Zeitdifferenz hinsichtlich der jeweiligen Ankunftszeiten, zu denen derselbe Schall aus der sich am Boden bewegenden Schallquelle von den zwei Mikrofonen 1, 2 aufgenommen wird, und es wird schwierig, zwischen dem Schall aus dem in der Luft fliegenden Flugzeug und aus der am Boden fahrenden Schallquelle zu unterscheiden.

Bei der Anordnung der Mikrofone muß also die

jeweilige Höhe über dem Boden und der Abstand der Mikrofone voneinander so eingestellt werden, daß der Neigungswinkel gegenüber der am Boden fahrenden Schallquelle im Vergleich zum Neigungswinkel der in der Luft fliegenden Schallquelle vernachlässigt werden ϊ kann. Um eine Unterscheidung bei einem ankommenden Schall aus einem fliegenden Flugzeug, das einen Neigungswinkel β größer als 10° aufspannt, durchzuführen, ist es notwendig, daß die am Boden fahrende unerwünschte Schallquelle mehr als 29 Meter von der Meßposition entfernt ist, wenn der Abstand ro zwischen den beiden Mikrofonen auf 5 Meter eingestellt wird.

F i g. 4 zeigt die Verhältnisse zwischen den Abständen ro zwischen den getrennt aufgestellten Mikrofonen nach Fig. 2 und den Abtastzeitdifferenzm r_pl, entsprechend is denen die ersten Spitzen p\ des Korrelationsfunktionssignals verursacht werden, also das Auflösungsvermögen bei der Unterscheidung zwischen den Spitzen p\ hinsichtlich der verschiedenen Werte des Neigungswinkeis ö gegenüber der bewegten Schallquelle in der Luft.

F i g. 5 zeigt die Beziehungen zwischen der Höhe des Mittelpunktes zwischen den beiden Mikrofonen am Boden und den Abständen, in denen die unerwünschte bewegte Schallquelle am Boden von den Mikrofonen liegen, die durch die Abstände r<> getrennt sind, und zwar bei verschiedenen Werten für den Neigungswinkel gegenüber der unerwünschten bewegten Sehallquelle.

In F i g. 6 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zum Identifizieren einer bewegten Schallquelle gezeigt Bei der in F i g. 6 gezeigten Anordnung, die ähnlich der in F i g. 2 gezeigten ist, ist eine herkömmliche variable Verzögerungsvorrichtung 11 beispielsweise zwischen das zum Mikrofon 1 gehörende Spektralfilter 3 und die Korrelationsfunktions-Berechnungseinrichtung 5 geschaltet. Nachdem in gleicher Weise wie bei der Anordnung nach F i g. 2 festgestellt wurde, daß der ankommende Schall aus der angepeilten bewegten Schallquelle von den Mikrofonen aufgenommen wurde, die zum Identifizieren der bewegten Schallquelle vorgesehen sind, wird die von der Verzögerungsvorrichtung 11 verursachte Zeitverzögerung ansprechend auf das Ausgangssignal des Maximum-Minimum-Detektors 8 geregelt, um so die jeweiligen Abtastzeiten gegeneinander zu verschieben, an denen die Schallsignale aus den Mikrofonen 1 und 2 jeweils abgetastet werden, und zwar derart, daß. w;nn das angepeilte fliegende Flugzeug 9 gerade über den Mikrofonen 1, 2 ist, die Ankunftszeitdifferenz bei den Schallsignalen aus dem angepeilten fliegenden Flugzeug 9 den Maximalwert ^r°. erreicht oder, wenn das angepeilte fliegende

Flugzeug 9 sich bis auf die geringstmögliche Entfernung annähert, so erreicht die Ankunftszeitdifferenz den ersten Maximalwert, so daß diese maximalen oder minimalen Werte ansprechend auf die Abtastzeitdifferenz verursacht werden, die gleich der geregelten Verzögerungszeit ist. Folglich ist es möglich, das angepeilte fliegende Flugzeug, welches eine typische bewegte Schallquelle bildet, automatisch zu verfölgen₍ indem der Winkel ψ bzw- der Neigungswinkel θ des fliegenden Flugzeugs 9 in Übereinstimmung mit der richtigen Einstellung bzw, Eichung der geregelten Verzögerungszeit unterschieden bzw. erfaßt wird.

Statt der vorstehend beschriebenen elektrisch gesteuerten automatischen Verfolgung mit der hinzugefügten variablen Verzögerungsvorrichtung 11 ist es auch möglich, das angepeilte fliegende Flugzeug 9 mechanisch zu verfolgen, indem die Richtung der Achse verändert wird, auf der die Mikrofone liegen.

F i g. 7a züigt ein Ausführungsbeispiel von Schaltungsanordnungen für die Durchführung der Identifizierung und der automatischen Verfolgung der bewegten Schallquelle gemäß der Erfindung, wobei die Glättungseinrichtung 6, die Differenziereinrichtung 7 und der Maximum-Minimum-Detektor 8, welche in F i g. 2 und 6 gezeigt sind, und eine zusätzliche Schallquellen-Identifizierungseinrichtung in der Anordnung enthalten ist

In dem erfindungsgemäßen Identifizierungssystem wird die Berechnung der abgetasteten Werte der Schallsignalpegel durchgeführt, um die K >-euzko TeIationsfunktion bezüglich des angepeilten Schallsign* Is zu erhalten. Dabei wird angestrebt, die Schaltungsanordnungen zu miniaturisieren und möglichst leicht zu machen, indem diese Anordnungen integriert ausgeführt werden, so daß es bevorzugt wird, das in der Korrelationsfunktions-Berechnungseinheit 5 gebildeten Korreiationsfunktiunssignai in digitale Form zu bringen. Die in Fig.7a gezeigte Schaltungsanordnung ist also zur Verarbeitung eines in digitaler Form vorliegenden Korrelationsfunktionssignals ausgebildet

In Fig. 7a sind Steuersysteme durch einzelne unterbrochene Linien angedeutet, und Adressierungssysteme sind durch doppelte unterbrochene Linien bezeichnet, wobei die in Fig. 7a gezeigten Teile, die jeweils der übungseinrichtung 6, der Differenziereinrichtung 7. dem Maximum-Minimum-Detektor 8 und der Schallquellen-Identifizierungseinrichtung entsprechen, jeweils in F i g. 7b bis 7e gezeigt sind, wo dann die entsprechenden Teile mit durchgezogenem Strich eingezeichnet sind.

Bei der in Fig. 7b gezeigten Anordnung, die der Glättungseinrichtung 6 entspricht, werden die digitalisierten Korrelationsfunktionssignale, die an den Eingangsanschluß 12 angelegt werden, über einen Eingangsschalter 25 nacheinander in einen Korrelations-Ausgangsspeicher 13 eingeschrieben, und dann werden zur Entfernung von Geräuschkomponenten aus den Ausgangsdaten des Speichers 13, um eine Unterscheidung hinsichtlich der möglichst genauen und zutreffenden Korrelation zu e -möglichen, drei oder fünf benachbarte Ausgangsd.iten in einem Addierer 15 addiert, um die Wellenform des Korrelaiionsfunktionssignals zu glätten. Diese aus dem Addierer 15 gewonnenen geglätteten Daten werden dem anderen Eingangsanschluß des Eingangsschalters 25 zugeführt, der von einer zentralen Steuerung 14 derart gesteuert wird, daß er diese geglätteten Ausgangsdaten zu dem Korrelations-Ausgangsspeicher 13 zurückführt, um diese nacheinander anstelle der ursprünglichen Daten zu speichern.

Bei der in Fig. 7c gezeigten Anordnung, die der Differenziereinrichtung 7 entspricht, werden die geglätteten Ausgangsdaten, die aus dem Korrelations-Ausgangsspeicher 13 gewonnen werden, nacheinander einer Subtraktionseinrichtung 16 zugeführt, in der der um eine Abtastperiode vorausgehende Datenwert nacheinander von dem darauffolgenden Datenwert subtrahiert wird. Wenn das Ergebnis der Subtraktion positiv ist, so wird der Subträktiönseinrichtung 16 ein Ausgangssignal»1« entnommen, wenn das Ergebnis der Subtraktion jedoch negativ ist, so wird ein Ausgangssi' gnal »0« entnommen, und diese Ausgangssignale Werden nacheinander in einen PolaritätstabellenspeU eher 17 eingeschrieben. Die Ausgangssignale »1« oder »Ö«, die aus dem Polaritätstabellenspeiclief 17 gewön·¹

nen werden, werden nacheinander einer Koinzidenz-Identifizierungseinrichtung 18 zugeführt, um zwischen maximalen und minimalen Werten der Korrelationsausgangsdaten zu unterscheiden. In der Koinzidenz-Identifizierungseinrichtung 18 wird nämlich der Änderungspunkt, an dem die Korrelationsausgangsdaten sich von Positiv bzw. »1« nach Negativ bzw. »2« ändern, erfaßt, und eine Adresse entsprechend dem Änderungspunkt wird in einem Adressenspeicher 19 für Maximum-Minimum als Maximalpunkt gespeichert Wenn hingegen ein to Änderungspunkt, an dem die Korrelationsausgangsdaten sich von Negativ bzw. auf »0« zu Positiv bzw. auf »1« ändern, in der Koinzidenz-Identifizierungseinrichtung 18 erfaßt wird, so wird eine andere Adresse entsprechend dem anderen Änderungspunkt in dem Adressenspeicher 19 für Maximum-Minimum gespeichert

Die in Fig.7d gezeigte Anordnung ist zur Unterscheidung der Richtung vorgesehen, in der die angepeilte Schallquelle liegt Bei der in Fig.7d gezeigten Anordnung wird der genormte Korrelationsausgangsdatenwert, der an der Adresse entsprechend der Abtastzeitdifferenz τ = 0 gespeichert ist die aus dem Korrelations-Ausgangsspeicher 13 gewonnen wird, subtrahiert von den Korrelationsausgangsdaten, die aus dem Korrelations-Ausgangsspeicher 13 gewonnen werden, und zwar in Übereinstimmung mit den Adressen, die jeweils den Abtastzeitdifferenzen τί und Γ2 entsprechen, ansprechend auf welche die ersten Snitzen p\ und die zweiten Spitzen pi des Korrelationsfunktionssignals jeweils verursacht werden, wobei diese Adressen aus dem Adressenspeicher 19 für Maximum-Minimum gewonnen werden und dann über einen Adressenleitungsschalter 26 in der Subtraktionseinrichtung 16 an den Korrelations-Ausgangsspeicher 13 angelegt werden. Falls das Subtraktionsergebnis positiv ist. wenn also

so wurde festgestellt, daß die angepeilte Schallquelle sich hoch in der Luft befindet, so daß die Adressen, die jeweils den Abtastzeitdifferenzen v\ und T2 in dem Adressenspeicher 19 für Maximum-Minimum entsprechen, in keiner Weise geändert werden, während bei negativem Subtraktionsergebnis, d. h.

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festgestellt wurde, daß die angepeilte Schallquelle sich am Boden befindet, so daß die Adressen in dem Adressenspeicher 19 für Maximum-Minimum in diejenige von T₀ geändert werden.

Die Ergebnisse der oben beschriebenen Identifizierung der Richtung, in der die angepeilte Schallquelle liegt, werden einem Ausgangsanschluß 21 an einem Ausgangsgatter 29 entnommen, und der Spitzenwert der geglätteten Korrelationsausgangsdaten wird dem Ausgangsanschluß 20 an einem Ausgangsgatter 28 entnommen.

Ansprechend auf die aufeinanderfolgende Zuführung 6ö der Korrelationsausgangsdaten vom Eingangsanschlüß 12 zum Korrelations-Ausgangsspeicher 13 werden dann die aufeinanderfolgenden Verarbeitungen der Korrela* lionsäüsgangsdaten wiederholt, die anhand der Fi g. 7b bis 7d beschrieben wurden, und bei jeder Wiederholung werden die in dem Adressenspeicher 19 für Maximum^ Minimum gespeicherten Adressen erneuert.

Die in F i g. 7e gezeigte Anordnung ist dazu bestimmt zu unterscheiden, ob die angepeilte Schallquelle sich bewegt oder ortsfest ist, und zwar durch Vergleich der aufeinanderfolgend erneuerten Adressen, jeweils eine nach der anderen, die nacheinander den Abtastzeitdifferenzen entsprechen, ansprechend auf welche die Spitzenwerte der Korrelationsausgangsdaten verursacht werden. Bei der in Fig.7e gezeigten Anordnung werden die aufeinanderfolgend erneuerten Adressen, die aus dem Adressenspeicher 19 für Maximum-Minimum gewonnen werden, nacheinander einer Subtraktionseinrichtung 27 zugeführt in der die Subtraktion nacheinander an den aufeinanderfolgenden erneuerten Adressen durchgeführt wird. Wenn das Subtaktionsergebnis Null ist wenn also keinerlei Änderung zwischen den aufeinanderfolgend erneuerten Adressen auftritt die nacheinander den Abtastzeitdifferenzep entsprechen, ansprechend auf welche die Spitzenwerte der Korrelationsausgangsdaten verursacht werden, so wurde festgestellt daß die angepeilte Schallquelle ortsfest ist; wenn jedoch das Subtraktionsergebnis nicht gleich Null ist wenn also bestimmte Änderungen zwischen den aufeinanderfolgend erneuerten Adressen auftreten, so wurde festgestellt daß die angepeilte Schallquelle sich bewegt Diese Subtraktionsergebnisse werden an einem Ausgangsanschluß 22 eines Ausgangsgatters 30 gewonnen, um für die elektrisch gesteuerte oder mechanische automatische Verfolgung der angepeilten Schallquelle derart verwendet zu werden, daß das Subtraktionsergebnis stets gleich Null gehalten wird.

Um eine vollständig automatische Verfolgung der bewegten Schallquelle in der Praxis durchzuführen, ist es im übrigen erforderlich, die erläuterte Behandlung der Korrelationsausgangsdaten bei sowohl einer vertikalen als auch einer horizontalen Anordnung von wenigstens zwei Mikrofonen durchzuführen, um sowohl den Neigungswinkel als auch die Anpeilrichtung der angepeilten Schallquelle zu unterscheiden.

Durch die Erfindung wird es also ermöglicht, ein Schallgeräusch aus einer angepeilten bewegten Schallquelle zu identifizieren und eine automatische Messung der Einfallsrichtung der angepeilten Geräuschquelle durchzuführen, selbst wenn der Pegel des Hintergrundgeräusches an der Meßstellung äußerst hoch ist. Durch die Erfindung wird also ein System zur Identifizierung einer bewegten Schallquelle ermöglicht, mit der die Identifizierung der angepeilten bewegten Schallquelle automatisch und kontinuierlich über eine äußerst lange Zeit selbst dann durchgeführt werden kann, wenn die Meßposition an einer Stelle mit schwierigen Umgebungsbedingungen gewählt wird, wie bereits anläßlich der angeführten Aufgabenstellung erwähnt wurde, wobei das System als automatisches Überwachungssystem für von Flugzeugen verursachte Umweltgeräusche eingesetzt werden kann, für die heutzutage ein großer Bedarf besteht.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Identifizierungssystems für bewegte Schallquellen auf den Empfang von Rundfunksendungen können geeignete Schutzmaßnahmen gegen Störungen durch den Lärm eines fliegenden Flugzeugs getroffen Werden, beispielsweise derart, daß die Lautstärke des Vom Empfänger wiedergegebenen Tons ausreichend erhöht wird, um das Störgeräusch zu überdecken, Und zwar ansprechend auf eine frühzeitige Erfassung der Annäherung des fliegenden Flugzeugs.

Durch die Erfindung wird es ferner ermöglicht, Zwischen einer Schallquelle, die sich in einer senkrechten imaginären Ebene in der Nähe der Meßstelle

bewegt, und einer anderen Schallquelle zu unterscheiden, die sich in einer anderen senkrechten imaginären Rbene bewegt, die von der MeBstelle entfernt ist, und auch zwischen bewegten und unbewegten Schallquellen zu unterscheiden, so daß es auch möglich ist, eine automatische Messung der von einem auf einer Straße

fahrenden Kraftfabrzeug verursachten Geräusche im Umgebungslärm beispielsweise von Bauarbeiten durchzuführen, und zwar durch Verwendung von zwei waagerecht entlang der Straße angeordneten Mikrofonen.

Hierzu IO Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Identifizierung einer bewegten Schallquelle, mit einer Mehrzahl von Schallauffangeinrichtungen, die getrennt voneinander auf einer Achse angeordnet sind, die die Bewegungsrichtung einer bewegten Schallquelle kreuzt, und mit einer Einrichtung zur Bildung eines Korrelationsfunktionssignals bezüglich der Mehrzahl von Schallsignalen, gekennzeichnet durch eine Korrelationsfunktions-Berechnungseinrichtung (5) zur Bildung des Korrelationssignals, eine Mehrzahl von Filtereinrichtungen (3, 4) zum Herauslösen jeweils einer Mehrzahl von Schallsignalen in einem vorbestimmten Frequenzband des von den Auf fang- is einrichtungen (1, 2) eingefangenen Schalls, eine Maximum-Minimum-Detektoreinrichtung (8) zum Erfassen wenigstens der Maximalpegel oder der Minimalpegel des Korrelationsfunktionssignals. wobei sich die jeweiligen Zeiten, zu denen die Maximalpegel und zu denen die Minimalpegel erscheinen, jeweils in Übereinstimmung mit dem Neigungswinkel gegenüber der bewegten Schallquelle verändern, so daß die bewegte Schallquelle durch Unterscheidung der Veränderung der jeweiligen Zeiten identifiziert werden kann und durch ein Bestandteil der Korrelationsfunktions-Berechnungseinrichtung bildende Schieberegistereinrichtung, in der eine Mehrzahl von Gruopen von Abtastpegeln, die durch Abtastung der Mehrzahl von Schallsignalen in einem vorbestimmten kurzen Intervall gebildet werden, aufeinanderfolgend gespeichert wird, und ferner in e'er Ko; "elationsfunktions-Berechnungseinrichtung (5) jeweils die Produkte aus Aufeinanderfolgenden Abiastpr -;eln berechnet werden, die zu einer aus der Mehrzahl von Gruppen von Abtastpegeln gehören, weiche jeweils einem genormten Abtastpegel vorausgehen und nachfolgen, der in der Mitte einer anderen aus der Mehrzahl von Gruppen von Abtastpegeln und dem genormten Abtastpegel liegt, wobei die aufeinanderfolgenden Abtastpegel in paralleler Form der Schiebergistereinrichtung entnommen werden, so daß ei.iS Gegenseitigkeitskorrelationsfunktion zwischen der Mehrzahl von Schallsignalen als Gruppenmittelwert der jeweiligen Produkte erhalten wird, die aufeinanderfolgend in dem vorbestimmten kurzen Intervall gewonnen werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, gekennzeichnet durch eine Glättungseinrichtung (6), die vorgesehen ^o ist zur Glättung des Korrelationsfunktionssignals, das aus der Korrelationsfunktions-Berechnungseinrichtung (5) gewonnen wird, und zwar bezüglich einer Zeitachse, auf der die Kurzintervall-Korrelationsfunktion berechnet wird, so daß unerwünschte höhere Komponenten des Korrelationsfunktionssignals entfernt werden, und eine Differenziereinrichtung (7), die vorgesehen ist zum Differenzieren des Korrelationsfunktionssignals, das aus der Glättungseinrichtung (6) gewonnen wird, und zur Zuführung des differenzierten Korrelationsfunktionssignals zu der Maximürri'Minimum-Detektoreinrichtung (8).

3. Vorrichtung nach Anspruch i oder 2, gekenn* zeichnet durch eine Identifizierungseinrichtung zum Identifizieren des Zustandes und der Bewegungs· richtung der bewegten Schallquelle (9, 10) gegenüber der Achse, auf der die Mehrzahl von Schallauffangeinrichtungen (1, 2) angeordnet ist, durch Unterscheidung der Veränderung der jeweiligen Zeiten, zu denen die Maximalpegel bzw. Minimalpegel des Korrelationsfunktionssignals erscheinen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse, auf der die Mehrzahl von Schallauffangeinrichtungen (1, 2) angeordnet ist, im wesentlichen senkrecht zum Boden verläuft, so daß ein fliegendes Flugzeug als bewegte Schallquelle identifiziert wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse, auf der die Mehrzahl von Schallauffangeinrichtungen (1,2) liegt, im wesentlichen waagerecht zum Boden verläuft, so daß ein am Boden fahrendes Fahrzeug als bewegte Schallquelle identifiziert wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Verzögerungseinrichtung (11) zum Verzögern des Schallsignals, das von einer Filtereinrichtung aus der Mehrzahl von Filtereinrichtungen (3,4) herausgelöst wird, und zum Anlegen des verzögerten Schalisignals an die Korrelationsfunktions-Berechnungseinrichtung (5), wobei die Verzögerungszeit der Verzögerungseinrichtung durch ein Ausgangssignal der Maximum-Minimum-Detektoreinrichtung (8) geregelt wird, so daß die Unterscheidung der Bewegungsrichtung der bewegten Schallquelle gegenüber der Achse ermöglicht wird, auf der die Mehrzahl von Schallauffangeinrichtungen (1, 2) angeordnet ist, und zwar entsprechend dar Verzögerungszeit

7. Vorrichtung nach einem .ier Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch eine Ablenkeinrichtung zur mechanischen Ablenkung der Achse, auf der die Mehrzahl von Schallauffangeinrichtungen (1, 2) angeordnet ist, entsprechend einem Ausgangssignal der Identifizierungseinrichtung, derart, daß die bewegte Schallquelle (9, 10) automatisch verfolgt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Verfolgung der bewegten Schallquelle (9, 10) entsprechend der Zeitverzögerung der Verzögerungseinrichtung (11) durchgeführt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Ablenkeinrichtung zum mechanischen Ablenken der Achse, auf der die Mehrzahl von Schallauffangeinrichtungen (1, 2) angeordnet ist, entsprechend der Zeitverzögerung der Zeitverzögerungseinrichtung (11) derart, daß die bewegte Schallquelle automatisch verfolgt wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Glättungseinrichtung (6), die Differenziereinrichtung (7) und die Maximum-Minimum-Detektoreinrichtung (8) insgesamt aus Schaltungsanordnungen bestehen, die wenigstens folgende Elemente enthalten:

eine Speichereinrichtung (13) zum aufeinanderfolgenden Speichern des Korrelationsfunktionssignals, das der Korrelationsfunktions-BerechnUngseinrichtung (5) entnommen wird und in Digitalförrri Vorliegt,

eine Addiereinrichtung (15) zur Glättung des aus der Speichereinrichtung (13) entnommenen Korrelationsfunktionssignals, mittels Addierens aufeinanderfolgender digitalisierter Komponenten des Korrelationsfunktionssignals, und

zum Substituieren des geglätteten Korrelationsfunktionssignals anstelle des ursprünglichen in der Speichereinrichtung gespeicherten Korrelationsfunktionssignals, eine Subtraktionseinrichtung (16) zum aufeinanderfolgenden Subtrahieren jeder digitalisierten Komponente der jeweils aufeinanderfolgenden digitalisierten Komponenten des geglätteten Korrelationsfunktionssignals, das der Speichereinrichtung entnommen wird, eine Polaritätsunterscheidungseinrichtung zum Unterscheiden der Polarität des Ausgangssignals der Subtraktionseinrichtung, so daß entweder die Maximalpegel oder die Minimalpegel des geglätteten Korrelationsfunktionssignals erfaßt werden, und
eine Adressenspeichereinrichtung (19) zum aufeinanderfolgenden Speichern von Adressen der Speichereinrichtung, wobei diese Adressen jeweils entweder den Maximalpegeln oder den Minimalpegeln entsprechen, die von der Polaritätsunierscheidungseinrichtung erfaßt wurden.