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49,80 €ISBN 978-3-8440-5626-6Softcover260 pages97 figures345 g21 x 14,8 cmGermanThesis
December 2017
Valentina Zeiger
Modellbasierte akustische Entfernungsbestimmung und Positionierung in Meeren
Diese Arbeit widmet sich dem Thema der genauen akustischen Ortung und Navigation in den Meeren und Ozeanen. Eine genaue akustische Positionsschätzung in den Unterwasserumgebungen muss sich verschiedenen Herausforderungen annehmen, denn die Ausbreitung der Schallsignale im Übertragungskanal unterliegt einer Anzahl von Einflussfaktoren wie der Wirkung von Wassertemperatur, -salzgehalt und -druck, welche die Ausbreitungsgeschwindigkeit und -richtung des Schalls bestimmen, ebenso wie der Wirkung der Beschaffenheit des Meeresbodens, der Rauhigkeit der Meeresoberfläche, u.a.
In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz für eine modellbasierte akustische Entfernungsbestimmung vorgeschlagen und untersucht. Der Ansatz berücksichtigt die durch Schallbrechung verursachte Strahlkrümmung in den algorithmischen Berechnungen der Distanzschätzung für besseres Orten und Navigieren. Dafür wurde in dem Ansatz ein akustisches Unterwasserschallausbreitungsmodell integriert, das die Umgebungscharakteristik einberechnet. Für die akustische schiffsbasierte Schätzung der Position eines akustischen, ortsfesten Unterseetransponders schlägt diese Arbeit einen neuartigen Positionierungsalgorithmus vor. Der vorgeschlagene Positionierungsalgorithmus basiert auf einer modifizierten Hough-Transformation (MHT), welche im Rahmen der Arbeit für eine Schnittpunktsuche konzipiert wurde. Mit diesem Ansatz wird eine möglichst genaue Transpondereinmessung und eine zeitliche Optimierung im Einmessungsprozess durch eine Schiffsroutenplanung verfolgt. Die numerischen Ergebnisse zeigen auf eine Verbesserung der Güte mit der modellbasierten Distanzschätzmethode und mit der MHT-basierten Positionierungsmethode hin, auch konnte die angestrebte Reduzierung der Schiffszeit durch verkürzte Routenformen erreicht werden.
In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz für eine modellbasierte akustische Entfernungsbestimmung vorgeschlagen und untersucht. Der Ansatz berücksichtigt die durch Schallbrechung verursachte Strahlkrümmung in den algorithmischen Berechnungen der Distanzschätzung für besseres Orten und Navigieren. Dafür wurde in dem Ansatz ein akustisches Unterwasserschallausbreitungsmodell integriert, das die Umgebungscharakteristik einberechnet. Für die akustische schiffsbasierte Schätzung der Position eines akustischen, ortsfesten Unterseetransponders schlägt diese Arbeit einen neuartigen Positionierungsalgorithmus vor. Der vorgeschlagene Positionierungsalgorithmus basiert auf einer modifizierten Hough-Transformation (MHT), welche im Rahmen der Arbeit für eine Schnittpunktsuche konzipiert wurde. Mit diesem Ansatz wird eine möglichst genaue Transpondereinmessung und eine zeitliche Optimierung im Einmessungsprozess durch eine Schiffsroutenplanung verfolgt. Die numerischen Ergebnisse zeigen auf eine Verbesserung der Güte mit der modellbasierten Distanzschätzmethode und mit der MHT-basierten Positionierungsmethode hin, auch konnte die angestrebte Reduzierung der Schiffszeit durch verkürzte Routenformen erreicht werden.
Keywords: Unterwasserpositionierung und -navigation; Akustische Entfernungsmessung; Signallaufzeit; Wasserschall; Unterwasserschallausbreitungsmodell; Strahlverfolgung; Transpondereinmessung; Modifizierte Hough-Transformation
Digital Communications
Edited by Prof. Dr.-Ing. Peter Adam Höher, Kiel
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