DE69714876T2

DE69714876T2 - Funkkommunikations/Ortungs-Vorrichtung

Info

Publication number: DE69714876T2
Application number: DE69714876T
Authority: DE
Inventors: Gerard Auger; Olivier Bacelon
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1996-01-23
Filing date: 1997-01-14
Publication date: 2003-03-06
Anticipated expiration: 2017-01-15
Also published as: US5812092A; FR2743893A1; EP0786668A1; EP0786668B1; FR2743893B1; CA2195620A1; DE69714876D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Funkkommunikations- und Lokalisationsvorrichtung, die einem mit einem Horchhelm ausgerüsteten Abhörenden das Lokalisieren der Gesprächspartner ermöglicht.
Unter den terrestrischen Lokalisierungssystemen ist die Verwendung von Radiogoniometern bekannt. Ihre Systeme sorgen für die Messung des Winkels, in dem elektromagnetische Wellen an Antennen ankommen. Ihr Sinn besteht darin, daß sie einer Bedienungsperson, die sich innerhalb einer bestimmten geographischen Zone in bezug auf beispielsweise eine Gruppe von Funkemissionsbaken befindet, oder auch unter Verwendung mehrerer Radiogoniometer das Erlangen einer allgemeinen Kenntnis der geographischen Position mehrerer Funkemissionsquellen ermöglicht.
Diese Systeme sind für die Positionierung und Führung von mechanischen bewegten Objekten angemessen, jedoch ist ihr Einsatz bei Benutzern zu Fuß, die sich in einer eventuell feindlichen Umgebung in der Gruppe voranbewegen müssen, wobei jeder zu Fuß Gehende zwangsläufig eine sowohl genaue als auch schnelle Kenntnis seiner tatsächlichen geographischen Position sowie seiner Position in bezug auf die anderen sich zu Fuß Bewegenden der Gruppe haben muß. Dieser Art von Situation wird vor allem im militärischen Bereich, beispielsweise beim Sammeln von Fallschirmspringern, begegnet. Eine solche Situation kann auch im zivilen Bereich bei der Führung von Fußgängern in einer Ausstellung vorliegen. Im Stand der Funktechnik sind die einzigen verwendbaren Mittel in diesem Fall Tonübertragungsmittel, durch die jede Bedienungsperson seine eigene Position in bezug auf die Position der anderen der Gruppe aufgrund des Inhalts der von ihm empfangenen Nachrichten definieren kann. Jedoch bleiben die von diesen Nachrichtungen gelieferten Auskünfte unzureichend und zu ungenau, um einen Gesprächspartner schnell einzuordnen, und erleichtern keinesfalls eine schnelle Koordination der Aktionen und insbesondere der Bewegungen der Gruppe.
Das Ziel der Erfindung ist das Beseitigen der obengenannten Nachteile.
Dazu hat die Erfindung eine Funkkommunikations- und Lokalisationsvorrichtung des Typs zum Gegenstand, der eine Gruppenantenne umfaßt, die an eine Goniometrievorrichtung bzw. an einen Funkempfänger, der Tonsignale an eine Bedienungsperson über zwei entsprechende Hörer ausgibt, angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Ortungsvorrichtung für die Position des Kopfes der Bedienungsperson und eine Tonsignal-Erzeugungsvorrichtung, die an die Goniometrievorrichtung, an den Funkempfänger und an die Ortungsvorrichtung angeschlossen ist, umfaßt, um in die Hörer zueinander phasenverschobene Tonsignale einzugeben, derart, daß in der Bedienungsperson der Eindruck erweckt wird, daß das Tonsignal, das sie hört, aus der Ankunftsrichtung der Funkwellen, die durch die Goniometrievorrichtung bestimmt wird, ankommt.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie dank der Empfangs-Gruppenantenne ermöglicht, jedem empfangenen Tonfrequenzsignal eine Richtung des Raums zuzuordnen, die in den Hörern der Bedienungsperson rekonstruiert wird und die Bedienungsperson glauben läßt, daß der Ton nicht von den Hörern, sondern von einem genauen Punkt des Raums, in dem sich ihr Gesprächspartner befindet, stammt.
Sie hat außerdem den Vorteil, das Lokalisieren der Herkunftsrichtung von Emissionen zu ermöglichen, indem bei der Bedienungsperson ein Eindruck von der Entfernung hinterlassen wird, ohne daß sich Sender und Empfänger unbedingt in unmittelbarer Sichtweite befinden, wobei mehrere gleichzeitige Emissionen empfangen werden können.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung deutlich, die in Gegenüberstellung der beigefügten Zeichnung angefertigt wurde, wobei:
Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Empfängers zeigt;
Fig. 2 ein Vektordiagramm zeigt, das das Bestimmen der Herkunftsrichtung eines Tonfrequenzsignals in bezug auf den Kopf einer Bedienungsperson ermöglicht; und
Fig. 3 ein Vektordiagramm zeigt, das ermöglicht, in einer Bedienungsperson den Eindruck zu erwecken, daß sie den Ton von einem genauen Punkt des Raums empfängt, in dem sich ihr Gesprächspartner befindet.
Die in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine Gruppenantenne 1, die an eine Goniometrievorrichtung 2 bzw. an einen Funkempfänger 3 angeschlossen ist. Sie umfaßt außerdem eine Ortungsvorrichtung 4, die die Bedienungsperson auf ihrem Kopf trägt und die beispielsweise aus einem Magnetometer eines Querneigungsmessers oder einer gleichwertigen Vorrichtung besteht, die das Bestimmen der Orientierung des Kopfes in bezug auf feste Richtungen des Raums wie beispielsweise den geographischen Norden oder die Horizontalebene des Standorts ermöglicht. Eine Tonsignal-Erzeugungsvorrichtung 5, die an die Goniometrievorrichtung 2, den Funkempfänger 3 und die Ortungsvorrichtung 4 angeschlossen ist, liefert Tonsignale an zwei linke und rechte Hörer 6 und 7. Ein nicht gezeigter Sender kann der Vorrichtung zugeordnet sein, um gesprochene Nachrichten, die eventuell mit entsprechenden Synchronisationsmustern versehen sind, ungerichtet zu senden.
Die Goniometrievorrichtung 2 und der Funkempfänger 3 arbeiten parallel. Wenn die Goniometrievorrichtung 2 eine Funktätigkeit erfaßt, versucht sie deren Herkunftsrichtung zu bestimmen, indem sie beispielsweise, wie in der französischen Patentanmeldung 2 718 246 beschrieben ist, Berechnungen der Phasendifferenz zwischen den auf dem Antennenpaar der Gruppe 1 empfangenen Signale ausführt. Falls eine Gruppe aus lediglich zwei um eine Länge d beabstandeten Antennen zusammengesetzt ist, kann die Berechnung der Ankunftsrichtung θ1 einer Funkemission einfach durch die folgende Beziehung erhalten werden:
θ1 = arcsin(λ·φ/2·π·d) (1)
Der Winkel θ1 wird in der Signalerzeugungsvorrichtung 5 gemäß dem Vektordiagramm von Fig. 2 zu einem von der Ortungsvorrichtung 4 gelieferten Winkel θ2, der die Orientierung des Kopfes der Bedienungsperson in bezug auf die Referenzrichtung repräsentiert, addiert. Das Ergebnis dieser Addition liefert einen Winkel θ, der die Herkunftsrichtung θ des Funksignals in bezug auf den Kopf repräsentiert. Die durch den Winkel θ definierte Herkunftsrichtung wird in der Signalerzeugungsvorrichtung 5 verwendet, um die Signale zur Erregung der Hörer und 7 in der Phase zu verschieben und in der Bedienungsperson den Eindruck zu erwecken, daß das Schallsignal, das sie hört, aus der Richtung θ und nicht von den Hörern kommt, was dadurch verwirklicht werden kann, daß beispielsweise eine Phasenverschiebung φ auf jede Frequenz F des Sprachsignals angewendet wird, die eventuell durch eine herkömmliche schnelle Fourier-Transformation gemäß einer Beziehung der Form:
Φ = 2π·F·a·sinθ/V (2)
erhalten wird, wobei:
- a den Abstand zwischen den beiden Ohren der Bedienungsperson repräsentiert
- und V die Schallgeschwindigkeit repräsentiert.
Die Beziehung (2) spiegelt die Zeitdifferenz wider, die erforderlich ist, um die Laufzeitdifferenz des Schallsignals, von dem angenommen wird, daß es von einem entfernten Punkt des Raums stammt, so zu simulieren, daß es jedes Ohr nacheinander oder gleichzeitig unter dem Herkunftswinkel θ erreicht.
Da die Leistung der empfangenen Funksignale vom Abstand, der die erfindungsgemäße Vorrichtung von der Emissionsquelle trennt, abhängt, ermöglicht eine nicht gezeigte Vorrichtung in der Signalerzeugungsvorrichtung 5 die mittlere Leistung des auf die Hörer aufgebrachten Schallsignals zur Leistung des empfangenen Funksignals proportional zu machen, um der Bedienungsperson die Möglichkeit zu geben, den Abstand, der den Sender von der Sendung, die er empfängt, trennt, zu bewerten. Natürlich taugt diese Vorrichtung nur, wenn die mittleren Leistungen der Emissionsquellen zuvor geeicht wurden. Die Dämpfung des Schallsignals kann in der durch den Graphen von Fig. 3 gezeigten Weise erhalten werden.
Die obenbeschriebene Vorrichtung ist bei einer Sendekonfiguration, die nur einen Sender umfaßt, besonders geeignet. In diesem Fall kann sie einen digitalen Funkempfänger mit einer festen Frequenz, die zur Frequenz des Senders kompatibel ist, und ein Mehrkanalradiogoniometer mit beispielsweise 5 Antennen, dessen Frequenzband zum Frequenzband des Funkempfängers kompatibel ist, enthalten. Bei einer Konfiguration mit mehreren Sendern kommt in Betracht, einen Mehrkanalempfänger, der gleichzeitig mehrere Gespräche empfangen kann, und ein Mehrkanalradiogoniometer vorzusehen, um jede der Ankunftsrichtungen der betreffenden Funkemissionen zu lokalisieren. In dieser Weise kann die Bedienungsperson mehrere gleichzeitige Gespräche verfolgen und für jedes von diesen dessen Herkunftsrichtung lokalisieren.
Die Nutzung der Vorrichtung von Fußgängern wird dadurch erleichtert, daß hohe Verkehrsfrequenzen verwendet werden, die beispielsweise über 1 GHz liegen, so daß durch Verwendung der herkömmlichen Metallisierungstechniken die Integration der Gruppenantenne in einem Helm möglich wird. In diesem Fall kann die Vorrichtung vereinfacht werden, indem ein Goniometer verwendet wird, das den Ankunftswinkel der Sendungen in den drei Dimensionen des Raums lokalisieren kann, was aufgrund dessen, daß die Antennen vom Helm getragen werden, die Notwendigkeit der Verwendung einer Lokalisierungsvorrichtung der Gruppenantenne in bezug auf den Kopf der Bedienungsperson erübrigt.
Natürlich sind die Ausführungsformen der Erfindung nicht auf diese beschränkt, sondern es können weitere Varianten in Abhängigkeit von den verwendeten Kommunikationsmodi und Radiogoniometriemitteln eingebracht werden. Diese Varianten können außerdem von den übertragenen Nachrichtentypen abhängen. Wenn die Nachrichten beispielsweise in Form von digitalen Daten übertragen werden, reicht es aus, eine Sprachsynthetisierungsvorrichtung zu verwenden, um diese Nachrichten in Laute umzusetzen.

Claims

1. Funkkommunikations- und Lokalisationsvorrichtung des Typs, der eine Gruppenantenne (1) umfaßt, die an eine Goniometrievorrichtung (2) bzw. an einen Funkempfänger (3), der Tonsignale an eine Bedienungsperson über zwei entsprechende Hörer (6, 7) ausgibt, angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Ortungsvorrichtung (4) für die Position des Kopfes der Bedienungsperson und eine Tonsignal-Erzeugungsvorrichtung (5), die an die Goniometrievorrichtung (2), an den Funkempfänger (3) und an die Ortungsvorrichtung (4) angeschlossen ist, umfaßt, um in die Hörer zueinander phasenverschobene Tonsignale einzugeben, derart, daß in der Bedienungsperson der Eindruck erweckt wird, daß das Tonsignal, das sie hört, aus der Ankunftsrichtung der Funkwellen, die durch die Goniometrievorrichtung (2) bestimmt wird, ankommt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ortungsvorrichtung (4) einen Neigungsmesser und ein Magnetometer, die mit dem Kopf der Bedienungsperson fest verbunden sind, umfaßt.

3. Funkkommunikations- und Lokalisationsvorrichtung des Typs, der eine Gruppenantenne (1) umfaßt, die an eine Goniometrievorrichtung (2) bzw. an einen Funkempfänger (3), der Tonsignale an eine Bedienungsperson über zwei entsprechende Hörer (6, 7) ausgibt, angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppenantenne mit dem Kopf der Bedienungsperson fest verbunden ist und daß sie eine Tonsignal-Erzeugungsvorrichtung (5) aufweist, die an die Goniometrievorrichtung (2) und an den Funkempfänger (3) angeschlossen ist, um in die Hörer entsprechende Tonsignale einzugeben, die zueinander phasenverschoben sind, derart, daß in der Bedienungsperson der Eindruck erweckt wird, daß das Tonsignal, das sie hört, aus der Ankunftsrichtung der Funkwellen, die durch die Goniometrievorrichtung (2) bestimmt wird, ankommt, wobei die Goniometrievorrichtung (2) so beschaffen ist, daß sie die Emissionen in den drei Raumrichtungen ortet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonsignal-Erzeugungsvorrichtung (5) in die Hörer Tonsignale mittlerer Leistung, die zur Leistung des empfangenen Tonsignals proportional ist, eingibt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Funkempfänger (3) und das Funkgoniometer (2) Mehrkanalempfänger sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Funkempfänger (3) ein Einkanalempfänger ist und das Funkgoniometer (2) ein Mehrkanalempfänger ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (3) eine Sprachsynthetisierungsvorrichtung umfaßt, um digitale Nachrichten in Töne umzusetzen.