DE3345021C2

DE3345021C2 -

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Publication number: DE3345021C2
Application number: DE19833345021
Authority: DE
Inventors: Jochen Dipl.-Phys. Dr. 5308 Rheinbach De Ziegenbein; Manfred Dipl.-Ing. Siegel; Goetz Dipl.-Phys. Dr. 2800 Bremen De Boedecker
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 1982-12-18
Filing date: 1983-12-13
Publication date: 1989-07-20
Also published as: DE3345021A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem passiven Verfahren zur Schätzung von Zustandsgrößen, wie Entfernung, Geschwindigkeit, Kurs und/oder Sendefrequenz, eines sich bewegenden Ziels, z. B. Schiff oder Torpedo mit Aktiv-Sonar, durch einen zielfernen Empfänger aufgrund von vom Ziel ins Wasser ausgesendeten Schallimpulsen. Unter Zustandsgrößen werden hier Zieldaten oder Kenngrößen verstanden, welche den für Ortungsaufgaben interessierenden Zustand der Zielschallquelle beschreiben, so deren Sendefrequenz, Geschwindigkeitsvektor und/oder Entfernung zum Empfänger.

Ein passives Verfahren zur Gewinnung von Zustandsgrößen eines Ziels ist in der DE 32 04 874 A1 beschrieben. Es setzt voraus, daß das Ziel Schall in zwei aneinandergrenzende nichtfeste Medien, z. B. Wasser und Luft, aussendet. Im Empfänger sind dementsprechend zwei Schallaufnehmer vorhanden, von denen der eine als Hydrofon im Wasser und der andere als Mikrofon in Luft angeordnet ist. Aufgrund der unterschiedlichen Schallgeschwindigkeiten in den beiden Medien wird der Schall an den beiden Schallaufnehmern im Empfänger zeitlich versetzt empfangen. Aus der gemessenen Zeitdifferenz werden die Zustandsgrößen, z. B. Entfernung zwischen Ziel und Empfänger, bestimmt.

Ein bekanntes Verfahren der eingangs genannten Art, das zur Gewinnung der Zustandsgrößen des Ziels mit der Schallerfassung in einem einzigen Medium, nämlich Wasser, auskommt, nutzt demgegenüber 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 als "ping steeling technique" bezeichnete 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.

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.

Die Aufgabe ist bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 oder Anspruchs 10 oder Anspruchs 16 angegebenen Merkmale gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9, 11 bis 15 und 17 bis 29 angegeben.

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%.

Bei dem in den Ansprüchen 1 bis 6 angegebenen Verfahren werden insgesamt die Zustandsgrößen Sendefrequenz, Geschwindigkeit und Kurs des Ziels bestimmt. Ein ruhender oder quasi ruhender Empfänger kann dabei omnidirektional oder richtungsselektiv empfangen. Bei sich bewegendem Empfänger ist richtungsselektiver Empfang erforderlich, da sich nur dann der durch die Eigenbewegung des Empfängers im Empfangssignal auftretende Eigendoppler mit Kenntnis von Geschwindigkeit und Kurs des Empfängers ohne weiteres rechnerisch eliminieren läßt. 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.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich auch aus Anspruch 4. 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.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich auch aus Anspruch 5. Durch diese Maßnahmen vermeidet man Meßungenauigkeiten, die bei den Verfahrensschritten gemäß Anspruch 4 dann entstehen können, wenn die beiden nicht zielweisenden selektiven Empfangsrichtungen bezüglich des noch unbekannten Zielkurses ungünstig gewählt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus Anspruch 7. 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.

Für das vorstehend beschriebene Verfahren genügt nach Peilung des Ziels im Prinzip nur ein einziger vom Ziel abgestrahlter Sendeimpuls, um das Ziel mit seinen definierten Zustandsgrößen zu erfassen. Die Auswertung weiterer Sendeimpulse in der gleichen Weise dient lediglich noch der Verbesserung des Schätzergebnisses der Zustandsgrößen.

Stehen jedoch eine Serie von Sendeimpulsen zur Verfügung, so läßt sich die Zustandsgröße Zielentfernung zusätzlich noch gemäß der weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 8 schätzen. In Verbindung mit den in Anspruch 7 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.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 10 werden die Zustandsgrößen Sendefrequenz, Geschwindigkeit und Entfernung des Ziels gleichzeitig und mit einer höheren Zuverlässigkeit geschätzt. Durch die Vielzahl der zur Schätzung verwendeten Stützwerte aus den verschiedensten Empfangsrichtungen können Störungen in der Nachhallstruktur und damit falsche Stützstellen eliminiert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen 12 bis 15. Die Verwendung der gemäß den in den einzelnen Ansprüchen angegebenen Verfahrensschritten gewonnenen Zustandsgrößen als Startwerte bei der Vorgabe der Fiktivwerte für die Parameter im Verfahren gemäß Anspruch 10 reduziert den Rechenaufwand für dieses Schätzverfahren erheblich.

Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 16 hat den Vorteil, bei hoher Schätzgenauigkeit der Zustandsgrößen mit nur einer selektiven Empfangsrichtung auszukommen. Da während der Empfangsdauer die vollständige Nachhallstruktur zur Bestimmung der Dopplernachhallfrequenzen herangezogen wird - und nicht nur ausgewählte Stützstellen daraus -, können Störungen in der Nachhallstruktur leicht erkannt und bei der Schätzung der Zustandsgrößen ohne weiteres eleminiert werden. Der elektronische Aufwand zur Belegung der selektiven Empfangsrichtung, dem sog. Preformed Beam, ist relativ gering.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen 17 bis 25. Bei Hinzutreten mindestens eines weiteren, maximal jedoch zwei weiterer selektiver Empfangsrichtungen (Preformed Beams), die im Azimut um einen Winkelbetrag gegeneinander versetzt sind, lassen sich einzelne Zustandsgrößen vorab und zuverlässig berechnen und in die Glättungskurve einsetzen, so daß lediglich die Zielentfernung einen Parameter darstellt. Dadurch kann der Rechenaufwand erheblich reduziert und die Schnelligkeit des Schätzverfahrens wesentlich erhöht werden.

Durch die Peilung des Senders mittels eines separaten Peilstrahls gemäß Anspruch 17 lassen sich infolge des recht hohen Nutz-/Störverhältnisses sowohl der Zeitpunkt der Nachhallauffassung, also der Empfangsbeginn, als auch ein Höchst- und Niedrigstwert der Dopplerfrequenzen zuverlässig detektieren, wobei der Höchst- und Niedrigstwert symmetrisch zur Mittenfrequenz des Sendeimpulses liegen. Die im Pfeilstrahl auftretende Sprungfunktion im zeitlichen Verlauf der Dopplernachhallfrequenz ermöglicht eine sichere Bestimmung der Mittenfrequenz, also der Sendefrequenz.

Ebenso wie bei dem eingangs beschriebenen Verfahren wird bei der Ausgestaltung dieses Verfahrens gemäß den Ansprüchen 18 bis 20 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 dem erstbeschriebenen Verfahren hier für jeweils eine Empfangsrichtung der gesamte zeitliche Verlauf der Dopplernachhallfrequenzen, die sog. Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Kurve, 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.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ergibt sich dabei aus Anspruch 21. 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 kann jedoch aus den Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werten in der zweiten nicht zielweisenden selektiven Empfangsrichtung, die eine andere räumliche Relation zu dem Sender hat, die in der ersten Empfangsrichtung nicht erfaßbare minimale oder maximale Dopplernachhallfrequenz bestimmt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ergibt sich weiterhin aus Anspruch 22. 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.

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.

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. Lediglich der Nullpunkt des Zeitrasters muß anders gewählt werden. Während bei omnidirektionalem Sender der Nullpunkt durch den Empfangsbeginn in der zielweisenden Empfangsrichtung festgelegt wird, das ist mit Eintreffen des Direktsignals am Empfänger, kann beim RDT-Betrieb der Sender in einer der nicht zielweisenden Empfangsrichtungen früher aufgefaßt werden als in der zielweisenden Empfangsrichtung.

Gemäß der weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 28 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.

Die Erfindung wird anhand von durch die Zeichnung verdeutlichten Ausführungsbeispielen eines Verfahrens zur passiven Schätzung von Zustandsgrößen eines Ziels im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

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. 2 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 1 bei einem Empfänger mit insgesamt drei selektiven Empfangsrichtungen,

Fig. 3 eine prinzipielle Darstellung der in den einzelnen selektiven Empfangsrichtungen erfaßten Dopplernachhallfrequenz-Zeitkurven bei einem ODT-Sender,

Fig. 4 eine gleiche Darstellung von Dopplernachhallfrequenz- Zeitkurven bei einem RDT-Sender,

Fig. 5 und Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Realisierung des Verfahrens der Zustandsgrößen-Schätzung,

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Datenextraktors in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 und 6,

Fig. 8 ein Blockschaltbild des Verfahrensablaufs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

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 ist 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.

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.

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.

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.

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

Mit dem aus Fig. 1 ersichtlichen Zusammenhang

β _i = Π-k _S-δ _i (2)

und der Beziehung

wobei

gesetzt sind, ergibt sich

f _i = h (t _i, R, v _s, k _S, f _m) (7).

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 σ² 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 (Least Mean Square)-Estimation). Derjenige Schätzwert des jeweiligen Parametersatzes, dessen zugeordneten Glättungskurven das Varianzminimum ergibt, wird als die Zustandsgröße des Ziels S ausgegeben.

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.

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 Nachhallerfassung, 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.

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

v _Srad = (f _ex(-0) - f _m) · c · f _m ^-1 (9).

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.

Aus der radialen Geschwindigkeitskomponente v _Srad und der Geschwindigkeit v _S läßt sich der Kurs k _S des Ziels S berechnen mit

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.

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.

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.

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.

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:

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 σ 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.

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 ("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 Sendestrahlen gleichsinnig über einen Horizontalwinkel von 120° geschwenkt. Beim XRDT-Sender werden vier jeweils um 90° gegeneinander versetzte Sendestrahlen gegensinnig über einen Winkelbereich von 90° geschwenkt.

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 Sendestrahls wird als doppelter zeitlicher Versatz errechnet. Aus der Umlaufzeit T _UM läßt sich die Winkelgeschwindigkeit ω des Sendebeams ohne weiteres bestimmen.

Wie aus den Dopplernachhallfrequenz-Zeitkurven der Fig. 4 in den nicht zielweisenden Empfangsrichtungen I und II hervorgeht, fallen auch die Zeitpunkte des Beginns der Nachhallerfassung 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.

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.

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.

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 das Ziel S ausgerichtet (zielweisende Empfangsrichtung 0), die beiden anderen Empfangskanäle I und II (nicht zielweisende Empfangsrichtungen I und II) liegen symmetrisch zum Peilstrahl 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 Nachhallerfassung zum Zeitpunkt t = 0, dargestellt sind.

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 σ einen vorgegebenen Betrag σ 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 σ belegt ist. Der Komparator 19 gibt an den Steuereingang des Torglieds 15 einen Durchlaßbefehl, wenn σ k detektiert wird. Der Extraktionsprozeß liefert für jeden Richtungskanal 0, I, II einen Satz von Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werten f _n = g(n), wie sie als Kurven in Fig. 3 und 4 dargestellt und dort mit 0, I und II bezeichnet sind.

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.

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.

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.

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 α 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:

Die Varianzen σ ²( _j) für die verschiedenen Schätzwerte _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.

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. Peilstrahl 41, auf das Ziel ausgerichtet. Der Peilstrahl 41 befindet sich dabei vorzugsweise in der Mitte des Beamfächers 40. Die eigentliche Strahlformung 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 Strahlkeulen gewonnenen eigendopplerkompensierten Dopplernachhallfrequenzen f _SCi werden in Zuordnung zur Empfangsrichtung α _i und Zeit t _i einem Rechner 44 zugeführt.

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.

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.

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 Peilstrahl 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.

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 Peilstrahls 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 Peilwinkeländerung 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.

Bei dem vorstehenden Schätzverfahren kann auch der von dem Rechner 45 wie vorstehend beschrieben ermittelte Wert des Parameters R 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.

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.

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.

Claims

1. Passives Verfahren zur Schätzung von Zustandsgrößen, wie Sendefrequenz, Geschwindigkeit, Kurs und/oder Entfernung, eines sich bewegenden Ziels, z. B. Schiff oder Torpedo mit Aktivsonar, durch einen zielfernen Empfänger aufgrund von vom Ziel ins Wasser ausgesendeten Schallimpulsen, dadurch gekennzeichnet, daß der von mindestens einem Schallimpuls im Wasser erzeugte Nachteil mittels des Empfänges (E) empfangen und das Empfangssignal einer Spektralanalyse unterzogen wird, daß im Spektrum des Empfangssignals die kleinste und größte Frequenz als minimale bzw. maximale Dopplernachhallfrequenz ( _max, f _min) detektiert werden und daß die Zustandsgröße Sendefrequenz (f _m) als arithmetisches Mittel der minimalen und maximalen Dopplernachhallfrequenz (f _max, f _min) bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustandsgröße Zielgeschwindigkeit (v _s) als mit der Schallgeschwindigkeit (c) in Wasser multiplizierter Quotient aus der Differenz der maximalen und minimalen Dopplernachhallfrequenz (f _max, f _min) und der doppelten Sendefrequenz (f _m) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfang des Nachhalls bei stationärem oder quasistationärem Empfänger (E) omnidirektional durchgeführt wird und daß die im Spektrum des Empfangssignals enthaltene Spektrallinie mit dem größten Empfangspegel ermittelt und deren Frequenz als Dopplerfrequenz (f _D) des Sendeimpulses ausgegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfang des Nachhalls richtungsselektiv in einer zielweisenden Empfangsrichtung und in zwei beiderseits dieser, vorzugsweise symmetrisch, liegenden, nicht zielweisenden Empfangsrichtungen durchgeführt wird, daß die maximale und minimale Dopplernachhallfrequenz (f _max, f _min) aus den Spektren der Empfangssignale der beiden nicht zielweisenden Empfangsrichtungen entnommen werden und daß die im Spektrum des Empfangssignals der zielweisenden Empfangsrichtung enhaltene Spektrallinie mit dem größten Empfangspegel ermittelt und deren Frequenz als Dopplerfrequenz (f _D) des Sendeimpulses ausgegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfang des Nachhalls richtungsselektiv in einer Vielzahl von im Azimut jeweils um einen Winkelbetrag gegeneinander versetzten selektiven Empfangsrichtungen, von denen eine zielweisend ist, durchgeführt wird, daß die im Spektrum des Empfangssignals der zielweisenden Empfangsrichtung enthaltene Spektrallinie mit dem größten Empfangspegel ermittelt und deren Frequenz als Dopplerfrequenz (f _D) des Sendeimpulses ausgegeben wird und daß die maximale und minimale Dopplernachhallfrequenz (f _max, f _min) aus der Vielzahl der Spektren der Empfangssignale entnommen werden, die in der Vielzahl der Empfangsrichtungen zu einem von Empfangsbeginn in der zielweisenden Empfangsrichtung an gerechneten, vorgebbaren Zeitpunkt (t _i) empfangen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustandsgröße Zielkurs (k _S) als Arcus Cosinus des Quotienten aus der Differenz von Dopplerfrequenz (f _D) und Sendefrequenz (f _m) einerseits und der halben Differenz aus der maximalen und minimalen Dopplernachhallfrequenz (f _max, f _min) andererseits bestimmt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Zustandsgrößen Sendefrequenz (f _m), Zielgeschwindigkeit (v _S) und Zielkurs (k _S) des Ziels (S) eine ausgewählte Dopplernachhallfrequenz (f₁) gemäß berechnet wird, wobei δ willkürlich angenommen wird, und daß die Zeitspanne (t₁) von Empfangsbeginn in der zielweisenden Empfangsrichtung bis zum Auftreten der ausgewählten Dopplernachhallfrequenz (f₁) im Empfangssignal einer nicht zielweisenden Empfangsrichtung (α₁) gemessen und die Zustandsgröße Entfernung (R) aus der gemessenen Zeitspanne (t₁) gemäß mit berechnet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (S) vom Empfänger (E) aus fortlaufend passiv gepeilt wird und nach Kompensation einer eventuellen Eigenbewegung des Empfängers (E) die zeitlichen Änderungen der Peilungen (ϑ) gemessen wird, daß eine zeitliche Peiländerung (Aϑ/Δ t) gemäß unter Verwendung der ermittelten Zustandsgrößen Zielgeschwindigkeit (v _S) und Zielkurs (k _S) berechnet wird, wobei die unbekannte Zustandsgröße Zielentfernung (R) als fiktiver Parameterwert vorgegeben wird, daß mittels der Likelihood-Methode oder der Least-Mean-Square-Estimation der Parameterwert iterativ so lange verändert wird, bis das Schätzkriterium erfüllt ist, d. h. die Likelihood-Funktion (Wahrscheinlichkeitsfunktion) ein Maximum bzw. die Summe aller mittleren Fehlerquadrate ein Minimum ist,und daß der das Schätzkriterium erfüllende Parmeterwert als Zustandsgröße Zielentfernung (R) ausgegeben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Vorgabe des fiktiven Parameterwerts für die Zustandsgröße Zielentfernung (R) die berechnete Zustandsgröße Zielentfernung (R) als Startwert eingesetzt wird.

10. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von mindestens einem Schallimpuls im Wasser erzeugte Nachhall mittels des Empfängers (E) richtungsselektiv in einer Vielzahl von im Azimut jeweils um einen Winkelbetrag gegeneinander versetzten Empfangsrichtungen (α _i), von denen eine zielweisend ist, empfangen wird, daß die zu mindestens einem vorgebbaren Zeitpunkt (t₁) nach Empfangsbeginn in der zielweisenden Empfangsrichtung in den Empfangssignalen der nicht zielweisenden Empfangsrichtungen enthaltenen Frequenzen als Dopplernachhallfrequenzen (f _SCi) detektiert werden, daß für diesen Zeitpunkt (t₁) für die nicht zielweisenden Empfangsrichtungen die Dopplernachhallfrequenzen (f _i) gemäß und mit berechnet werden, wobei die Parameter bildenden unbekannten Zustandgrößen (R, v _S, k _S, f _m) als Fiktivwerte vorgegeben werden, daß mittels der Maximum Likelihood-Methode oder der Least-Mean-Square-Estimation die Parameterwerte iterativ so lange verändert werden, bis das Schätzkriterium erfüllt ist, d. h. die Likelihood-Funktion (Wahrscheinlichkeitsfunktion) ein Maximum bzw. die Summe aller mittleren Fehlerquadrate ein Minimum ist, und daß die das Schätzkriterium erfüllenden Parameterwerte als gesuchte Zustandsgrößen (R, v _S, k _S, f _m) ausgegeben werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektion der Dopplernachhallfrequenzen (f _SCi) in den Empfangsrichtungen und die Berechnung der Dopplernachhallfrequenzen (f _i) für eine Vielzahl von Zeitpunkten (t _i), jeweils gerechnet vom Empfangsbeginn in der zielweisenden Empfangsrichtung an, durchgeführt und das Schätzverfahren als zweidimensionales Schätzverfahren für die berechneten Dopplernachhallfrequenzen (f _i = g(t _i, α _i)) ausgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß aus den detektierten Dopplernachhallfrequenzen (f _SCi) die kleinste und die größte Frequenz als minimale bzw. maximale Dopplernachhallfrequenz (f _max, f _min) ausgelesen wird und daß die Zustandsgröße Sendefrequenz (f _m) als arithmetisches Mittel der minimalen und maximalen Dopplernachhallfrequenz (f _max, f _min) bestimmt und als Startwert bei der Vorgabe der Fiktivwerte für die Parameter eingesetzt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustandsgröße Zielgeschwindigkeit (v _S) als mit der Schallgeschwindigkeit (c) in Wasser multiplizierter Quotient aus der Differenz der maximalen und minimalen Dopplernachhallfrequenz (f _max, f _min) und der doppelten Sendefrequenz (f _m) bestimmt und als Startwert bei der Vorgabe der Fiktivwerte für die Parameter eingesetzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfangssignal der zielweisenden Empfangsrichtung einer Spektralanalyse unterzogen und die Frequenz der Spektrallinie mit dem größten Empfangspegel als Dopplerfrequenz (f _D) des Sendeimpulses detektiert wird und daß die Zustandsgröße Zielkurs (k _S) als Arcus Cosinus des Quotienten aus der Differenz von Dopplerfrequenz (f _D) und Sendefrequenz (f _m) einerseits und der halben Differenz aus der maximalen und minimalen Dopplernachhallfrequenz (f _max, f _min) andererseits bestimmt und als Startwert bei der Vorgabe der Fiktivwerte für die Parameter eingesetzt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Zustandsgrößen Sendefrequenz (f _m), Zielgeschwindigkeit (v _S) und Zielkurs (k _S) des Ziels (S) eine ausgewählte Nachhallfrequenz (f₁) gemäß berechnet wird, wobei δ willkürlich angenommen wird, und daß die Zeitspanne (t₁) von Empfangsbeginn in der zielweisenden Empfangsrichtung bis zum Auftreten der ausgewähltenDopplernachhallfrequenz (f₁) im Empfangssignal einer nicht zielweisenden Empfangsrichtung (α₁) gemessen und dieKenngröße Entfernung (R) aus der gemessenen Zeitspanne (t₁) gemäß mit berechnet und als Startwert bei der Vorgabe der Fiktivwerte für die Parameter eingesetzt wird.

16. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von mindestens einem Schallimpuls im Wasser erzeugte Nachhall mittels des Empfängers (E) richtungsselektiv in mindestens einer nicht zielweisenden Empfangsrichtung empfangen wird, daß für eine Vielzahl von Zeitpunkten (t _i) eines von Empfangsbeginn an laufenden Zeitrasters mittels Frequenzanalyse Spektren des Empfangssignals gebildet werden, daß aus jedem Spektrum die Frequenz der Spektrallinie mit dem größten Empfangspegel als Dopplernachhallfrequenz (f _SCi) detektiert und dem Zeitpunkt (t _i) zur Gewinnung eines Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Wertes (f _SCi = g(t)) zugeordnet wird, daß davon unabhängig für diese Empfangsrichtung (I bzw. II) die Dopplernachhallfrequenzen (f _i) für das gleiche Zeitraster (t _i) als Glättungskurve (f _i = h (t _i, R, v _S, k _S, f _m) berechnet werden, wobei die unbekannten Zustandsgrößen (R, v _S, k _S, f _m) des Ziels (S) Parameter bilden, die als Schätzwerte vorgegeben werden, daß die Schätzwerte für jeweils mindestens einen Parameter variiert werden und für jeden Schätzwert eine Glättungskurve erstellt wird, daß jeweils die Varianz (σ²) zwischen jeder der Glättungskurven und den Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werten (f _SCi = g(t)) berechnet wird und daß diejenigen Schätzwerte der Parameter einer Glättungskurve, für welche die Varianz (σ²) ein Minimum ist, als Zustandsgrößen des Ziels (S) ausgegeben werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfang gleichzeitig in einer zielweisenden Empfangsrichtung durchgeführt wird, daß für eine Vielzahl von Zeitpunkten (t _i) eines von Empfangsbeginn an laufenden Zeitrasters mittels Frequenzanalyse Spektren des Empfangssignals gebildet werden, daß aus jedem Spektrum die Frequenz der Spektrallinien mit dem größten Empfangspegel als Dopplernachhallfrequenz (f _SCi) detektiert wird, und daß die größte und kleinste Dopplernachhallfrequenz (f _ex(+0), f _ex(-0)) detektiert werden und deren halbe Summe als Sendefrequenz (f _m) des Ziels (S) ausgegeben wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Geschwindigkeitskomponente (v _Srad) des Ziels (S) als Produkt aus der Differenz zwischen der größten oder kleinsten Dopplernachhallfrequenz (f _ex(+0 bzw. f _ex(-0)) und der Sendefrequenz (f _m) und dem Quotienten aus Schallgeschwindigkeit (c) im Wasser und Sendefrequenz (f _m) berechnet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werten (f _SCi = g(t)) in der nicht zielweisenden Empfangsrichtung (I bzw. II) die maximale und/oder minimale Dopplernachhallfrequenz (f _max, f _min) ermittelt wird und daraus und aus der Sendefrequenz (f _m) die Geschwindigkeit (v _S) des Ziels (S) als Produkt aus der maximalen Dopplerverschiebung (f _max) und dem Quotienten aus Schallgeschwindigkeit (c) im Wasser und Sendefrequenz (f _m) berechnet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die zielweisende Empfangsrichtung (0) bezogene Kurs (k _S) des Ziels (S) als Arcus Cosinus des Quotienten aus radialer Zielgeschwindigkeitskomponente (v _Srad) und Zielgeschwindigkeit (v _S) berechnet wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfang des Nachhalls und die Gewinnung der Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werte (f _SCi = g(t)) in einer weiteren, nicht zielweisenden selektiven Empfangsrichtung (II bzw. I) durchgeführt werden, die um einen fest vorgegebenen Richtungswinkel gegenüber der ersten Empfangsrichtung (I bzw. II) geschwenkt ist, vorzugsweise derart, daß die beiden nicht zielweisenden Empfangsrichtungen (I, II) symmetrisch zu der zielweisenden Empfangsrichtung (0) liegen.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale und/oder minimale Dopplernachhallfrequenz (f _max, f _min) in der weiteren nicht zielweisenden Empfangsrichtung (II bzw. I) bestimmt wird, daß mit den maximalen und/oder minimalen Dopplernachhallfrequenzen (f _max, f _min) in jeder der beiden nicht zielweisenden Empfangsrichtungen (I, II) einerseits und der Sendefrequenz (f _m) anderereits Dopplerverschiebungen (Δ f) als deren Differenz bestimmt werden und daß mit der maximalen Dopplerverschiebung (Δ f _max) die Berechnung von Geschwindigkeit (v _S) und Kurs (k _S) des Ziels (S) durchgeführt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Varianzberechnung bezüglich der Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werte (f _SCi = g(t)) für diejenige der beiden nicht zielweisenden Empfangsrichtungen (I bzw. II) durchgeführt wird, in welcher die maximale Dopplerverschiebung (Δ f _max) festgestellt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten gleicher maximaler Dopplerverschiebungen (Δ f _max) in den Empfangsrichtungen (I, II) diejenige Empfangsrichtung (I bzw. II) ausgewählt wird, in welcher der maximalen Dopplerverschiebung (Δ f _max) der kleinste Zeitwert (t _i) zugehörig ist.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die berechneten Werte für Sendefrequenz (f _m), Kurs (k _S) und Geschwindigkeit (v _S) des Ziels (S) bei der Berechnung der Glättungskurven (f _i = h (t _i, R, v _S, k _S, f _m)) als Schätzgrößen eingesetzt werden und lediglich die Entfernung (R) einen Parameter bildet.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Glättungskurven mit der gewonnenen Zustandsgröße Zielentfernung () als Schätzgröße und mit mindestens einer der anderen Zustandsgrößen (k _S, v _S, f _m) als Parameter mit variierter Schätzgröße wiederholt wird, daß in gleicher Weise die Varianzberechnung und die Bestimmung des Varianzminimums durchgeführt wird und daß mit dem dabei berechneten Wert der Zustandsgröße (k _S, v _S, f _m) des Ziels (S) die vorstehenden Verfahrensschritte mit mindestens einer weiteren Zustandsgröße (k _S, v _S, f _m) als Parameter so lange wiederholt werden, bis die Änderung der jeweils ausgegebenen Zustandsgröße (k _S, v _S, f _m) einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Nullpunkt des Zeitrasters in den nicht zielweisenden Empfangsrichtungen (I, II) durch den Zeitpunkt des Eintreffens des in der zielweisenden Empfangsrichtung (0) einfallenden Direktsignals des Schallimpulses festgelegt wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten eines zeitlichen Versatzes zwischen dem Empfangsbeginn in den beiden nicht zielweisenden Empfangsrichtungen auf ein Ziel (S) mit umlaufendem Sendestrahl geschlossen und der zeitliche Versatz als Umlaufzeit (T _UM) des Sendestrahls bestimmt wird.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Varianzberechnung bezüglich der Dopplernachhallfrequenz-Zeit-Werte (f _SCi = g(t)) aus derjenigen der beiden nicht zielweisenden Empfangsrichtungen (I bzw. II) durchgeführt wird, in welcher keine mehrdeutigen Dopplernachhallfrequenzen (f _SCi) auftreten.