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Verfahren zur automatischen Peilwertbestimmung Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur automatischen Peilwertbestimmung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Die automatische Peilwertbestimmung mit Hilfe von Rechenschaltungen
ermöglicht den Peilbetrieb auch ohne Beobachtungspersonal, was insbesondere für
abgesetzte Peiler von Vorteil ist. Eine einzelne Meßprobe kann im allgemeinen aber
nicht mit hinreichender Sicherheit als der wahre Peilwert angeschen werden, da vorschiedene
Einflässe wie Rauschen oder veränderliche Eigenschaften des Ausbreitungsmediums
statistische Fehler im Ergebnis verursachen.
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Zeitlich nacheinander genommene Meßproben sind daher statistisch um
den wahren Peilwert verteilt. Durch Mittelung über sehr viele Meßproben kann mit
guter Genauigkeit der wahre Peilwert ermittelt werden. Eine reine arithmetische
Mittelwertbildung berücksichtigt aber nicht die
Verteilung der Werte
der einzelnen Meßproben und liefert daher kein zufriedenstellendes, im Falle mehrerer
gleichzeitig einfallender Sender sogar völlig falsches Ergebnis.
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Aus der DE-OS 30 39 413 ist ein Peiler bekannt, bei dem 'himUt Ulid
L"leva tion in feine Koordinatenschritte unterteilt sind und für jede durch einen
Azimut- und einen Elevationsschritt charakterisierte Richtungsauflösungszelle ein
Speicherplatz reserviert ist. Bei Auftreten eines Peilereignisses wird der Speicherinhalt
des entsprechenden Speicherplatzes um ein Inkrement erhöht. Mit dieser Anordnung
ist zwar eine sehr übersichtliche und eindeutige Darstellung einer beliebigen Anzahl
von Sendern möglich, der Speicherplatzbedarf ist jedoch erheblich und nur ein geringer
Teil der Speicherkapazität wird tatsächlich belegt. Eine automatische Bestimmung
der Peilwerte ist bei diesem Peiler nicht vorgesehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben,
das zuverlässig und vor allem auch bei mehreren gleichzeitig ei nfal 1otden Setidern
eine au Loina tische Peilwertbestimmung ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruchs 1 gegeben.
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Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Clusteranalyseverfahren sind an sich beispielsweise aus dem Buch 2'Automatische
Klassifikation" von H. H. Bock, 1974, in verschiedenen Variationen bekannt. Diese
an sich bekannten Verfahren werden erfindungsgemäß zur Peilwertbestimmung aus einer
Mehrzahl statistisch verteilter Meßproben eingesetzt.
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Die Meßproben bilden in ihrem Koordinatensystem (z. B.
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Azimut und Elevation) eine Punktverteilung, von der die Koordinatenwerte
der einzelnen Punkte bekannt sind. Ein Cluster entspricht einer Punktgruppe in einem
zusammenhängenden Gebiet der Koordinatenebene, in dem die Meßpunkte überdurchschnittlich
dicht liegen,und umfaßt alle Punkte, die nicht durch eine Region niedriger Punktdichte
abgetrennt sind.
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Die Anzahl der gleichzeitig einfallenden Sender und damit die Anzahl
solcher Punktgruppen ist von vornherein unbekannt. Clusteranalyseverfahren ermöglichen
die Bestimmung der Anzahl der Punktgruppen und innerhalb einer Gruppe die I3estimmung
der Stelle der höchsten Punktdichte, das Zentrum des Clusters. Die Koordinatenwerte
der bestimmten Clusterzentren werden als Peilergebnis ausgegeben, wobei davon ausgegangen
wird, daß die Wahrscheinlichkeit dafür, daß die Einfallsrichtung eines einem Cluster
zuzuordnenden Senders durch einen Clusterpunkt beschrieben wird, im Zentrum des
Clusters maximal wird.
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Im Prinzip kann jedes der an sich bekannten Clusterverfahren eingesetzt
werden. Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird aus den Koordinatenwerten der Meßproben
für jede der beiden Koordinaten eine Häufigkeitsverteilung aufge-.stellt. Deren
Maxima werden kombiniert und ergeben den gesucllbon lJeilwert.
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Die Aufstellung einer Häufigkeitsverteilung ist für den Azimutwinkel
aus der DE-PS 25 00 698 bereits bekannt. Die Maxima der aufgestellten Verteilung
werden als Azimutwinkel einfallender Wellen angenommen. Die Elevationswinkel können
bei Azimutpeilungen als weitere Prioritätsinformation ermittelt und der Häufigkeitsverteilung
zugeordnet werden.
g i. zwei. oder mehr gleichzeitig einfallenden
Sendern ergeben sich entsprechend mehrere Maxima für jede Häufigkeitsverteilung,
so daß die Kombination keine eindeutigen Ergebnisse liefert. Für diesen Fall ist
vorgesehen, den Wertebereich einer der Koordinaten in mehrere Teilbereiche zu unterleilen,
die jeweils nur eines der¢Maxima enthalten, und für jeden Teilbereich eine neue
Häufigkeitsverteilung für die andere Koordinate aufzustellen, deren Maximum zu ermitteln
und mit dem Maximum der einen Koordinate zu einem eindeutigen Peilwert zu kombinieren.
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Die Ermittlung der Häufigkeitsverteilungen sowie deren Maxima für
die einzelnen Koordinaten ist an sich bekannt.
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Die Feststellung, ob innerhalb einer Verteilung mehrere jeweils einen
Sender anzeigende Maxima auftreten, ist dem Fachmann geläufig, ebenso die Gewinnung
der einzelnen Meßproben.
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Der für die Praxis besonders bedeutsame Fall der Trennung zweier Sender
ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ( i.nfach gegenu'ber anderen Verfahren bearbeitbar.
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Die Erfindung ist nachfolgend an einigen Beispielen anhand der Abbildungen
noch veranschaulicht. Dabei zeigt STEG. 1 die Entsthung zweier Häufigkeitsverteilungen
aus den Meßproben bei Einfall eines Senders FIG. 2 eine vereinfachte Darstellung
der beiden Häufigkeitsverteilungen nach FIG. 1 FIG. 3A, 3B Verteilungen der Meßproben
bei Zweiwelleneinfall
IvIG. 4A, 4B erfindungsgemäße Aufteilung einer
Häufigkeitsverteilung in zwei neue Häufigkeitsverteilungen.
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Als Beispiel seien Meßproben von einem Interferometerpfeiler mit einer
in Nord-Süd-Richtung und einer in Ost-West-Richtung orientierten Basis angeführt.
Die Nord-Süd-Basis liefert eine Ausbreitungskomponente y, die Ost-West-Basis eine
Ausbreitungskomponente x. Eine einzelne Meßprobe P stellt damit einen Vektor mit
den Koordinatenwertell xp, yp im in FIG. 1 skizzierten xy-Koordinatensystem dar.
Die Abweichung des Vektors von der Nordrichtung gibt den Azimutwinkel CC an. Die
Länge des Vektors e,itspricht dem Cosinus dos Elevationswinkels g. Jede Meßprobe
ergibt einen Punkt im Koordinatensystem mit jeweils bekanntem Koordinatenwertepaar
(x, y). Alle Punkte liegen innerhalb eines Kreises mit Radius cos 0°. Die Häufigkeitsverteilungen
für die beiden Koordinaten werden in an sich bekannter Weise gebildet, indem der
Wertebereich von -1 bis +1 in eine Mehrzahl kleiner, vorzugsweise gleicher Abschnitte
unterteilt ist und für jeden Abschnitt die Anzahl der davon erfaßten Meßproben-Koordinatenwerte
gezählt wird. Hierzu ist jedem Abschnitt der x-Achse und jedem Abschnitt der y-Achse
ein eigener Speicherplatz eines Speichers zugewiesen. Auf diese Weise outstoht für
jede der beiden Koordinaten ein Histogramm Hx bzw. H als Häufigkeitsverteilung.
Aus diesen Verteilungen y wird in an sich bekannter Weise jeweils das als Peilwertkoordinate
zu interpretierende Maximum Mx bzw. M ermittelt. In FIG. 2 y sind die Häufigkeitsverteilungen
vereinfacht skizziert und deren Maximumskoordinaten gestrichelt eingetragen. Die
Linien schneiden sich im Gebiet der höchsten Punktdichte.
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Der Schnittpunkt wird als der wahre Peilwert angenommen.
ci
zwei gleichzeitig einfallenden Sendern ergeben sich in entsprechender Weise zwei
Punkthaufen und je zwei Maxima für jede der beiden Häufigkeitsverteilungen. Die
beiden Maxima einer Verteilung sind mehr oder weniger deutlich getrennt (FIG. 3A)
und köniien auch zu scheinbar nur einem Maximum verschmelzen (x in FIG, 3B). Aus
der Kombination der jeweils zwei Maxima jeder Häufigkeitsverteilungen in FIG. 3A
ergeben sich aus den vier Schnittpunkten der gestrichelten Linien vier Peilwerte,
die ein richtiges Peilwertpaar und ein falsches Peilwertpaar bilden.
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Die durch ein Koordinatenwertepaar (x, y) charakterisierten Meßproben
werden zwischengespeichert. Beim Auftreten zweier Maxima in einer Häufigkeitsverteilung,
z. B. bei Hx x in FIG. 3A, 4A, wird der Wertebereich dieser Koordinate in zwei Teilbereiche
I und II (FIG. 4A) getrennt, deren Grenzlinie bevorzugt in die Mitte zwischen die
beiden Maxima gelegt wird. Aus den zwischengespeicherten Meßproben werden getrennt
nach den beiden Teilbereichen neue Häufigkeitsverteilungen Hy, H" der anderen Koordinate
y y ermittelt, die nurmehr je ein Maximum aufweisen. Die Festlegung der Maxima M'
und M" der neuen Häufigkeitsvery y teilungen Hyw H" erfolgt wiederum in bekannter
Weise. y In jedem Teilbereich tritt nur jeweils ein Maximum in den Häufigkeitsverteilungen
auf, so daß nach Teilbereichen getrennt durchgeführte Kombinationen von Maximum-Koordinatenwerten
in jedem Teilbereich einen einzigen und damit eindeutigen Schnittpunkt als wahren
Peilwert ergeben.
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Das Verfahren erweist sich nicht nur zur Auflösung einer mehrdeutigen
Situation geeignet, sondern verbessert in
einer Situation mit zwei
nicht auflösbaren Maxima einer Koordinate (x in FIG. 3B) die Peilgenaugkeit. Durch
Trennung des y-Wertebereichs in zwei Teilbereiche und Bildung neuer Häufigkeitsverteilungen
für die x-Koordinate in jedem Teilbereich kann ein gegenseitiger Versatz der x-Werte
der beiden Maxima erkannt werden (.FIG. 4B).
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Aus den Beispielen wird deutlich, daß nur bei einer Koordinate der
Wertebereich in zwei Teilbereiche aufzuteilen ist. Wenn in den Häufigkeitsverteilungen
beider Koordinaten zwei Maxima auftreten, wird vorteilhafterweise der Wertebereich
derjenigen Koordinate in zwei Teilbereiche aufgeteilt, derem Maxima deutlicher getrennt
sind.
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Wie leicht ersichtlich ist, ist das Verfahren auch bei mehr als zwei
gleichzeitig gepeilten Sendern anwendbar durch Aufteilung in mehr als zwei Teilbereiche
oder weitere Anwendung auf in einem ersten Schritt neu gebildete Häufigkeitsverteilungen.