DD240825A3 - LOCATION PROCESS WITH DIRECTIONS, ESPECIALLY FOR THE PANORAMIC PRESENTATION OF ROOMED AND / OR LIGHTED ROOMS, PREFERABLY OF UNDERWATER ROOMS - Google Patents
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- DD240825A3 DD240825A3 DD17031673A DD17031673A DD240825A3 DD 240825 A3 DD240825 A3 DD 240825A3 DD 17031673 A DD17031673 A DD 17031673A DD 17031673 A DD17031673 A DD 17031673A DD 240825 A3 DD240825 A3 DD 240825A3
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Panoramaortung, zur Messung der Entfernung und der Winkelposition eines reflektierenden Objektes, etwa eines Fischschwarmes im Unterwasserraum. Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der Nachteile, die bei der Panoramaortung mittels der bisher verwendeten Verfahren zur elektronischen bzw. mechanischen Strahlschwenkung auftraten. Die Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer Ortungsanlage, die es gestattet, ohne Strahlschwenkung einen grossen Winkelbereich gleichzeitig zu durchstrahlen, nach reflektierenden Objekten abzusuchen und deren Position zu bestimmen. Das Wesen der dazu benoetigten Vorrichtung besteht in einer Sende-Empfangs-Antenne mit Bezirken unterschiedlicher, vor allem linear ansteigender Resonanzfrequenz (z. B. keilfoermige piezokeramische Platte), einem frequenzmodulierte Impulse (vor allem mit linear ansteigender Frequenz) erzeugenden Generator sowie einer Serienschaltung von vielen Kompressionsnetzwerken im Empfangskanal. Ein unter einem bestimmten Lagewinkel befindliches Objekt reflektiert den gesendeten Impuls auf den Empfaenger, wo auf Grund der Nr. jenes Kompressionsnetzwerkes, hinter welchem die Maximalamplitude gemessen wird, der Lagewinkel auf Grund von vorher durchgefuehrten Eichungen oder Berechnungen festgestellt werden kann. Denn die Anzahl der zu durchlaufenden Kompressionsnetzwerke bis zur Maximalkompression haengt unmittelbar mit dem Lagevergleich des Objektes zusammen.The invention relates to a method for panoramic detection, for measuring the distance and the angular position of a reflecting object, such as a school of fish in the underwater space. The aim of the invention is the elimination of the disadvantages that occurred in the panoramic positioning by means of the previously used methods for electronic or mechanical beam steering. The object of the invention is the specification of a locating system which allows to radiate a large angular range without beam sweep at the same time, to search for reflective objects and to determine their position. The essence of the device required for this purpose consists in a transmitting-receiving antenna with regions of different, above all linearly increasing resonance frequency (eg wedge-shaped piezoceramic plate), a frequency-modulated pulses (especially with linearly increasing frequency) generating generator and a series circuit of many compression networks in the receiving channel. An object located at a certain angle of reflection reflects the transmitted pulse to the receiver where, due to the number of that compression network behind which the maximum amplitude is measured, the attitude angle can be determined based on previously performed calibrations or calculations. Because the number of compression networks to be traversed up to the maximum compression is directly related to the position comparison of the object.
Description
Die Erfindung betrifft ein Ortungsverfahren mit Richtungsbestimmung, insbesondere für die Panoramadarstellung von durchstrahlten und/oder abgesuchten Räumen, vorzugsweise von Unterwasserräumen mittels Schall- oder Ultraschall-Sende- und/oder -Empfangswandler.The invention relates to a positioning method with direction determination, in particular for the panoramic representation of irradiated and / or scanned rooms, preferably of underwater spaces by means of sound or ultrasonic transmitting and / or receiving converter.
Eine Panoramadarstellung beinhaltet die Angabe oder Darstellung von Ortskoordinaten der schallreflektierenden, angeloteten Objekte im Raum, d. h. die Angabe oder Darstellung der Entfernung sowie des horizontalen und vertikalen Winkels, unter welchen das Objekt vom Standort der Lotanlage aus erscheint.A panorama representation includes the specification or representation of spatial coordinates of the sound-reflecting, angeloteten objects in space, d. H. the indication or representation of the distance as well as the horizontal and vertical angles under which the object appears from the location of the plumb line.
Die Ermittlung der Entfernung ist relativ einfach, da sie äquivalent der Laufzeit des Schall- oder Ultraschallimpulses vom Sendewandler zum reflektierenden Objekt und zurück zum Empfangswandler ist. Jedes Echolot oder Radargerät ermittelt auf diese Weise die Entfernung des reflektierenden Objektes.The determination of the distance is relatively simple, since it is equivalent to the duration of the sonic or ultrasonic pulse from the transmitting transducer to the reflecting object and back to the receiving transducer. Each sonar or radar device determines the distance of the reflecting object in this way.
Wesentlich schwieriger ist es, den horizontalen und vertikalen Winkel zu ermitteln, unter denen das Objekt vom Standort der Lotanlage aus erscheint.It is much more difficult to determine the horizontal and vertical angles at which the object appears from the location of the plumb line.
Es ist bereits bekannt, die seitliche bzw. horizontale Winkellage nach dem Radarprinzip dadurch zu ermitteln, daß ein Wandler mit hoher Richtwirkung, der mit relativ hohen Frequenzen betrieben wird, wie eine Radarantenne mechanisch gedreht wird. Die Winkelstellung des Wandlers beim Empfang eines Echosignales ist dann mit der gesuchten Winkelgröße identisch.It is already known to determine the lateral or horizontal angular position according to the radar principle in that a converter with high directivity, which is operated at relatively high frequencies, such as a radar antenna is mechanically rotated. The angular position of the transducer when receiving an echo signal is then identical to the desired angular size.
Die hohe Richtwirkung des Wandlers ist für eine brauchbare Winkelauflösung unbedingt erforderlich.The high directivity of the transducer is essential for a useful angular resolution.
Da die Gruppengeschwindigkeit der Schallwellen im Wasser jedoch gegenüber der Gruppengeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen der Radartechnik in Luft etwa 2 · 105fach geringer ist, darf sich der Wandler nur relativ langsam drehen, damit auch die Echos weit entfernter Objekte noch empfangen werden, d. h. noch zu dem Winkelbereich gehören, für den der Wandler auf Grund seiner hohen Richtwirkung empfindlich ist.However, since the group velocity of the sound waves in the water is about 2 × 10 5 times lower than the group velocity of the radar electromagnetic waves in air, the transducer may only rotate relatively slowly so that the echoes of distant objects are still received, ie still too belong to the angular range for which the transducer is sensitive due to its high directivity.
So dürfte sich ein Wandler mit einer Hauptkeulenbreite Δα = 1° in dem Zeitschritt At = 4sec nur um 1° weiterdrehen, wenn Echos aus 3km Entfernung empfangen werden sollen. Das Abtasten eines Winkelbereiches von 60° wäre damit erst nach 4min beendet.Thus, a transducer with a main lobe width Δα = 1 ° in the time step At = 4sec should continue to turn only by 1 °, if echoes from 3km distance are to be received. The scanning of an angular range of 60 ° would thus be finished only after 4 minutes.
Die Anwendung dieses Prinzips ist daher und wegen der mitunter großen Schiffsgeschwindigkeit bzw. Objektgeschwindigkeit schon aus navigatorischen Gründen nicht sinnvoll. Außerdem ist bei diesem relativ hohen Zeitaufwand nur erst einer der beiden gewünschten Winkel bestimmt.The application of this principle is therefore not useful because of navigational reasons and because of the sometimes large ship speed or object speed. In addition, only one of the two desired angles is determined at this relatively high cost.
Die weiterhin bekannte elektronische Strahlschwenkung, die die mechanische Drehung jdes Wandlers ersetzen kann, bringt bezüglich der zeitlichen Auflösung keine Vorteile.The still known electronic beam sweep, which can replace the mechanical rotation of the transducer, brings no advantages in terms of temporal resolution.
— ζ — ^. tu οί-'-j - ζ - ^. tu οί -'- j
Zur Lösung dieses Problems wurde vorgeschlagen, eine Vielzahl hochauflösender, leicht gegeneinander geneigter Wandler zu verwenden, die gleichzeitig einen Impuls in die ihnen jeweils zugeordnete Richtung aussenden, wobei sich diese Wandler hinsichtlich ihrer Resonanzfrequenz oder einer anderen Kennung unterscheiden. Die von den einzelnen Wandlern abgestrahlten und im Fall der Existenz reflektierender Objekte auch empfangenen Impulse besitzen unterschiedliche, den Resonanzfrequenzen der Wandler angepaßte Trägerfrequenzen. Aus der Frequenz des empfangenen Impulses läßt sich daher leicht auf den Wandler schließen, der diesen Impuls empfangen hat, und somti auch auf die Richtung, aus der der Impuls empfangen wurde.To solve this problem, it has been proposed to use a plurality of high-resolution, slightly mutually inclined transducers, which simultaneously emit a pulse in their respective assigned direction, these transducers differing in their resonance frequency or another identifier. The pulses emitted by the individual transducers and also received in the case of the existence of reflecting objects have different carrier frequencies adapted to the resonance frequencies of the transducers. From the frequency of the received pulse, therefore, it is easy to deduce the transducer which has received this pulse, and also the direction from which the pulse was received.
Für diese Anordnung zur Erreichung eines Panoramaempfanges wird insbesondere die Menge der erforderlichen Wandler, aber auch der elektronische Aufwand beträchtlich, denn auf der Sendeseite ist für jeden Wandler ein eigener Impulsgenerator zur Erzeugung der spezifischen Trägerfrequenz erforderlich.For this arrangement to achieve a panoramic reception in particular the amount of required transducers, but also the electronic effort considerably, because on the transmitting side for each converter a separate pulse generator for generating the specific carrier frequency is required.
Eine wesentliche Verringerung des Aufwandes bringt auch die Verwendung mehrerer Wandler mit gleicher Resonanzfrequenz nicht. Da jeder Wandler zwecks hoher Winkelauflösung eine gute Richtwirkung besitzen muß, ist es zunächst möglich, mehrere gleichartige Wandler so anzuordnen, daß sie nicht unmittelbar benachbart sind, so daß sich ihre Hauptkeulen nicht gegenseitig überlappen. Für die Gruppe dieser Wandler mit der gleichen Resonanzfrequenz genügt ein Impulsgenerator. Damit nun aber die Richtung des einlaufenden Impulses festgestellt werden kann, benötigt jeder Wandler einen separaten Verstärker.A substantial reduction of the effort does not bring the use of multiple transducers with the same resonant frequency. Since each transducer must have a good directivity for high angular resolution, it is first possible to arrange a plurality of similar transducers so that they are not immediately adjacent, so that their main lobes do not overlap each other. For the group of these transducers with the same resonant frequency, a pulse generator is sufficient. But now that the direction of the incoming pulse can be determined, each converter requires a separate amplifier.
Bei dieser Anordnung ist praktisch der elektronische Aufwand von der Sendeseite auf die Empfangsseite verlagert worden. Die Verringerung der Anzahl unterschiedlicher Wandler muß mit einer Vergrößerung der einzelnen Wandler erkauft werden, da diese jetzt eine bessere Richtwirkung besitzen müssen.In this arrangement, practically the electronic effort has been shifted from the transmitting side to the receiving side. The reduction in the number of different transducers must be paid for by an increase in the individual transducers, since these must now have a better directivity.
Andere Vorschläge beruhen darauf, diese Wandler mit den gegeneinander geneigten Richtkeulen an die Kontakte einer Schalterebene anzuschließen und diese Wandler mittels des rotierenden Schalters chronologisch abzufragen bzw. an den Impulsgenerator zu legen.Other proposals are based on connecting these converters with the mutually inclined directional lobes to the contacts of a switch level and query these converters by means of the rotary switch chronologically or to put on the pulse generator.
Der Unterschied zu den bereits eingangs diskutierten drehbaren Wandlern bzw. Wandlern mit elektronisch schwenkbarer Richtcharakteristik besteht lediglich darin, daß ein anderes Element, nämlich der Schalter, die Funktion des Schwenkens übernommen hat. Der wesentliche Nachteil der geringen Zeitauflösung wird dadurch jedoch-nicht beseitigt.The difference to the already discussed at the beginning rotatable transducers or transducers with electronically pivotable directional pattern is only that another element, namely the switch, has taken over the function of pivoting. However, the main disadvantage of the low time resolution is not eliminated.
Falls der gesamte Winkelbereich innerhalb der Zeitdauer eines Impulses abgetastet wird, beispielsweise durch die Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit des abfragenden Schalters oder dadurch, daß die elektronische Strahlschwenkung mit der erforderlichen Schwenkgeschwindigkeit durchgeführt wird, ist der Nachteil der geringen Zeitauflösung beseitigt. Da aber einerseits der mechanischen Winkelgeschwindigkeit Grenzen gesetzt sind und andererseits für den Nachweis des empfangenen Impulses ein Mindestwirkungsquantum erforderlich ist, wird die Impulslänge in diesem Fall relativ groß gewählt, wodurch die Entfernungsauflösung der Anlage relativ gering wird und somit kein einwandfreies Ergebnis liefert.If the entire angular range is sampled within the duration of a pulse, for example, by increasing the angular velocity of the interrogating switch or by performing the electronic beam sweep at the required sweep rate, the disadvantage of the low time resolution is eliminated. However, since on the one hand the mechanical angular velocity limits are set and on the other hand a minimum action quantum is required for the detection of the received pulse, the pulse length is chosen to be relatively large in this case, whereby the distance resolution of the system is relatively low and thus does not provide a perfect result.
Ein anderes bekanntes Verfahren bedient sich nicht mehr einer großen Anzahl hochauflösender, gegeneinander geneigter Wandler mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen, um in die verschiedenen Richtungen Signale mit unterschiedlicher Kennung zu senden bzw. aus diesen Richtungen solche Signale zu empfangen, sondern es werden Breitbandwandler in einer Reihe angeordnet, die an eine Laufzeit-oder Allpaßkette angeschlossen sind. Beim Senden wird ein Breitbandsignal auf den Eingang der Laufzeitkette gegeben. Es erreicht die einzelnen Wandler nach den durch die Laufzeitkette vorgegebenen Laufzeitdifferenzen. Gleiche Laufzeitdifferenzen ergeben für unterschiedliche Frequenzen unterschiedliche Phasendifferenzen.Another known method no longer uses a large number of high-resolution, mutually inclined transducers with different resonance frequencies in order to transmit signals with different identifiers in the different directions or to receive such signals from these directions, but broadband transducers are arranged in a row, which are connected to a runtime or all-pass chain. When sending a broadband signal is given to the input of the delay line. It reaches the individual transducers according to the transit time differences specified by the delay line. The same differences in transit times result in different phase differences for different frequencies.
Da die vektorielle Addition der Signale aller Wandler das resultierende, abgestrahlte akustische Signal ergibt, entsteht das Maximum dieser Summe für jede Frequenz in einer anderen Richtung. Auf dem gleichen Wege wird aus jeder Richtung eine andere Frequenz empfangen. Für jede Frequenz wird ein selektiver Empfangsverstärker verwendet. Ein Frequenzanalysator läßt bei geeigneter Eichskala unmittelbar die Herkunftsrichtung des eintreffenden Impulses erkennen.Since the vectorial addition of the signals from all the transducers yields the resulting radiated acoustic signal, the maximum of this sum for each frequency arises in a different direction. In the same way, a different frequency is received from each direction. For each frequency, a selective receive amplifier is used. A frequency analyzer can be seen with a suitable calibration scale directly the origin direction of the incoming pulse.
Der Aufwand hat sich gegenüber den zuvor beschriebenen Verfahren wegen der Verwendung einer großen Zahl von selektiven Empfangsverstärkern nicht verringert. Entscheidende Schwierigkeiten aberergeben sich bei der Realisierung dersendeseitigen Laufzeitkette, die für große Leistungen ausgelegt werden muß.The expense has not decreased over the previously described methods because of the use of a large number of selective receive amplifiers. However, crucial difficulties arise in the realization of the transmission-side delay chain, which must be designed for high power.
Moderne Verfahren bedienen sich vorwiegend des Prinzips der ungerichteten Energieabstrahlung und der Richtungsselektion bzw. Richtungserkennung der empfangenen.Echos durch die Empfangsanordnung. Dabei werden also die Sendewandler mit einer Frequenz betrieben und sind so ausgebildet, daß der gesamte Suchsektor durchschallt wird. Der Empfangswandler besteht aus einem System von in einer Ebene angeordneten Elementen, die nach dem Prinzip der elektronischen Strahlschwenkung zusammengeschaltet werden. Das Eintreffen einer Wellenfront aus der Normalrichtung der Ebene führt dazu, daß alle Wandlerelemente gleichzeitig diese akustische Welle in elektrische Signale umwandeln. In einem Addierglied, das die vektorielle Summe bildet, werden wegen der Gleichphasigkeit aller Signale die Amplituden zu einer Gesamtamplitude addiert.Modern methods mainly use the principle of undirected energy radiation and the directional selection or direction detection of the received echoes by the receiving arrangement. In this case, therefore, the transmit transducers are operated at a frequency and are designed so that the entire search sector is durchschallt. The receiving transducer consists of a system of elements arranged in one plane, which are interconnected according to the principle of electronic beam tilting. The arrival of a wavefront from the normal direction of the plane causes all the transducer elements to simultaneously convert this acoustic wave into electrical signals. In an adder, which forms the vectorial sum, the amplitudes are added to a total amplitude because of the in-phase of all signals.
Beim Eintreffen der Wellenfronten aus einer anderen Richtung treten dagegen Laufzeitdifferenzen auf, die dazu führen, daß jedes Element ein Signal mit anderer Phase abgibt. Die vektorielle Summe ergibt nur dann eine Amplitude, die der Summe der Einzelamplituden entspricht, wenn die durch die Laufzeitdifferenzen entstandenen Phasendifferenzen durch Phasenschieber kompensiert werden.When the wave fronts arrive from another direction, on the other hand, runtime differences occur, which cause each element to emit a signal with a different phase. The vectorial sum only gives an amplitude which corresponds to the sum of the individual amplitudes if the phase differences resulting from the propagation time differences are compensated by phase shifters.
Variable Phasenschieber gestatten somit eine Schwenkung der Richtkeule, wobei je nach Einstellung der Phasenschieber das Maximum der Empfindlichkeit an eine andere Einfallsrichtung der akustischen Welle gekoppelt ist.Variable phase shifters thus allow a pivoting of the directional lobe, depending on the setting of the phase shifter, the maximum of the sensitivity is coupled to another direction of incidence of the acoustic wave.
Aus den bereits dargelegten Gründen hat sich eine elektronische Strahlschwenkung zur Panoramaanzeige in der Praxis jedoch nicht durchgesetzt. Im allgemeinen wird deshalb eine ganze Gruppe unterschiedlich eingestellter Phasenschieber parallel an jedes Wandlerelement angeschlossen und ebenso die Anzahl der Summierglieder erhöht. Die Anzahl der pro Wandlerelement benötigten Phasenschieber sowie die dazugehörige Anzahl der Summierglieder richtet sich nach der erforderlichen Winkelauflösung sowie dem Gesamtwinkelbereich, d. h. nach der Anzahl der gleichzeitig erfragten Winkel.For the reasons already outlined, however, electronic beam tilting for panoramic display has not been successful in practice. In general, therefore, an entire group of differently adjusted phase shifters is connected in parallel to each transducer element and also increases the number of summing. The number of phase shifters required per transducer element and the associated number of summing elements depends on the required angular resolution and the total angular range, ie. H. according to the number of simultaneously requested angles.
Der Aufwand für diese Art der Panoramaanzeige wird also erheblich, insbesondere dann, wenn größere Winkelbereiche abgesucht werden sollen.The cost of this type of panoramic display is so significant, especially when larger angular ranges are to be searched.
Zweck der Erfindung ist es, die aufgeführten Nachteile zu beseitigen.The purpose of the invention is to eliminate the disadvantages listed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydroakustische Anlage zur Richtungsbestimmung georteter Objekte, vorzugsweise eine Panoramaanlage, zu schaffen, bei der die geschilderten Nachteile beseitigt sind und der bisher übliche Aufwand wesentlich verringert ist.The invention has for its object to provide a hydroacoustic system for directional determination of georteter objects, preferably a panoramic system, in which the disadvantages are eliminated and the hitherto customary effort is substantially reduced.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in der Weise gelöst, daß die durch ausgedehnte Sende- und/oder Empfangsantennen verursachten winkelabhängigen Verzerrungen der ausgesendeten udn empfangenen modulierten Impulse durch zusätzliche in den Empfangskanal eingebrachte Signalwandler, vorzugsweise angepaßte Filter zu optimalen Impulsverzerrungen ergänzbar sind, wobei die Größe der ergänzten Verzerrungen kennzeichnend für die Winkel ist, aus denen das empfangene Signal erscheint.According to the invention, the object is achieved in such a way that caused by extensive transmitting and / or receiving antennas angle-dependent distortions of the transmitted udn received modulated pulses can be supplemented by additional introduced into the receiving channel signal converter, preferably matched filters to optimal pulse distortion, the size of the supplemented Distortions are indicative of the angles from which the received signal appears.
Im einzelnen ist die Sende- und/oder Empfangsantenne derart ausgebildet, daß sie gestattet, von einzelnen Orten auf dieser Antennenbelegung zeitlich nacheinander Signale bestimmter Kennung auszusenden, diese Signale nach dem Empfang auf Grund ihrer unterschiedlichen Kennung in einem Kompressionsnetzwerk zu einem unter-, optimal oder überkomprimierten Signal zu verzerren und aus den zur optimalen Kompression führenden Netzwerkparametern den Ortungswinkel abzulesen.In detail, the transmitting and / or receiving antenna is designed such that it allows to send out of individual locations on this antenna assignment in succession signals of certain identifier, these signals after reception on the basis of their different identifier in a compression network to a sub-optimal or Distort the super-compressed signal and read the location angle from the network parameters leading to optimal compression.
Als Kennung der von den unterschiedlichen Orten der Antenne ausgehenden Signale findet die Frequenz Verwendung, die als Funktion des Ortes diskret oder stetig, linear oder nichtlinear, monoton oder nichtmonoton variabel ist.As an identifier of the signals emanating from the different locations of the antenna, the frequency is used, which as a function of the location is discrete or continuous, linear or nonlinear, monotone or non-monotone variable.
Zusammen mit der Frequenz oder auch unabhängig von ihr werden Amplituden als Kennungen benutzt, die analog oder nach entsprechender Wandlung digital verarbeitbar sind.Together with the frequency, or independently of it, amplitudes are used as identifiers which can be digitally processed analogously or after appropriate conversion.
Als Schall- oder Ultraschallwandler kommen alle Materialien in Frage, die es gestatten, auf Grund stetig oder diskret in Abhängigkeit vom Ort veränderlicher Konstruktionsparameter dem Signal bestimmte Kennungen aufzuprägen, wie beispielsweise Wandler mit diskreter oder stetiger Resonanzfrequenzverteilung.Sound or ultrasonic transducers are all materials which make it possible to impose certain identifiers on the signal, such as, for example, converters with a discrete or constant resonance frequency distribution, due to constant or discrete function of the location of variable design parameters.
Dazu gehören insbesondere keilförmige piezoelektrische oder magnetische Keramikwandler, aber auch Nickelwandler mit ortsabhängigen Konstruktionsparametem. Die Anordnung ist auch für passive Ortungsanlagen anwendbar, wenn die vom Sender abgestrahlte Kennung bekannt ist.These include, in particular, wedge-shaped piezoelectric or magnetic ceramic transducers, but also nickel transducers with location-dependent design parameters. The arrangement is also applicable to passive locating systems when the identifier radiated by the transmitter is known.
In die zu bestimmten Winkeln gehörenden Auskopplungsleitungen können Verstärker oder andere signalverändernde elektronische Schaltungen eingefügt sein.Amplifier or other signal altering electronic circuits may be included in the output coupling lines at certain angles.
Die Wandler selbst können aus Einzelelementen mitteilweise separaten Anschlüssen bestehen oder aber auch aus ungeteiltenThe transducers themselves can consist of individual elements teilteil separate connections or even undivided
Wandlern mit nur einer Speiseleitung. .Converters with only one feedline. ,
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show:
Fig. 1: einen piezoelektrischen Wandler mitx-abhängiger Resonanzfrequenz;Fig. 1: a piezoelectric transducer with x-dependent resonant frequency;
Fig.2a: dieAbstrahlungeineslmpulsesinNormalenrichtung;Fig. 2a: the radiation of a pulse in the normal direction;
Fig. 2 b: die Abstrahlung der gleichen Erregung in Richtung γ <0; 'FIG. 2 b: the radiation of the same excitation in the direction γ <0; FIG. '
Fig.2c: dieAbstrahlungdergleichenErregunginRichtungY>O;Fig. 2c: the radiation of the same excitation in the direction Y> O;
Fig. 3 a: die Zweiweg-Richtwirkung bei Raum-Zeit-Verkopplung der Erregungs- und Empfindlichkeitsverteilung mit nachträglicher Kompression für die Wandlerlänge χ = 0,5 mund den Frequenzhub 2 βτ = 4π· 13,61 kHz zwecks Panoramadarstellung (Parameter ist die Laufzeitsteilheit δ in der Einheit-10"11s2; Impulslänge τ = 2,1 ms; spezielle Resonanzf requenz ω0 = 2 π · 40 kHz);Fig. 3a: the two-way directivity at space-time coupling of the excitation and sensitivity distribution with subsequent compression for the transducer length χ = 0.5 m and the frequency deviation 2 βτ = 4π · 13.61 kHz for the sake of panoramic representation (parameter is the delay time δ in the unit 10 " 11s 2 ; pulse length τ = 2.1ms; special resonance frequency ω 0 = 2π * 40kHz);
Fig. 3 b die Zweiweg-Richtwirkung mit der veränderten Impulslänge τ = 20 ms Fig. 4 relative Amplitude als Funktion der Laufzeitsteilheit, dargestelltfür Signale aus zwei unterschiedlichen Winkeln3 b shows the two-way directivity with the changed pulse length τ = 20 ms. FIG. 4 shows relative amplitude as a function of the delay time, shown for signals from two different angles
(Parameter: Frequenzhub 2 βτ = 4π · 13,61 kHz und Impulslänge τ = 20 ms).(Parameter: Frequency deviation 2 βτ = 4π · 13,61 kHz and pulse length τ = 20 ms).
In dem Ausführungsbeispiel vertritt die Trägerfrequenz die unterschiedlichen Kennungen der von den einzelnen Orten der Sende- und/oder Empfangsantenne ausgehenden Signale.In the exemplary embodiment, the carrier frequency represents the different identifiers of the signals emanating from the individual locations of the transmitting and / or receiving antenna.
In Fig. 1 ist ein piezoelektrischer Wandler dargestellt, der so ausgebildet ist, daß die Resonanzfrequenz des Wandlers nicht mehr eine einzelne, den gesamten Wandler kennzeichnende Größe ist, sondern daß sie je nach dem gerade zu betrachtenden Ort auf der Wandlerfläche einen bestimmten und somit ortsabhängigen Wert besitzt.In Fig. 1, a piezoelectric transducer is shown, which is formed so that the resonant frequency of the transducer is no longer a single, the entire transducer characterizing size, but that they depending on the just to be considered location on the transducer surface a specific and thus location-dependent Owns value.
Auf der Seite mit der größten Wandlerplattendicke 1 der Wandlerstrahlfläche 2 betrage die Resonanzfrequenz ω = ωο mit ω0 als eine spezielle Resonanzfrequenz, während sie sich auf der Seite mit der geringsten Wandlerplattendicke 3 auf die Resonanzfrequenz ω = ω0 + 2βτ> ωο erhöht.On the side with the largest converter plate thickness 1 of the converter beam surface 2, the resonance frequency ω = ω o with ω 0 as a specific resonance frequency, while increasing on the side with the smallest converter plate thickness 3 to the resonance frequency ω = ω 0 + 2βτ> ω ο ,
Solche Wandler sind zwar an sich bekannt und hinreichend erprobt, aber ihr Einsatz zur Richtungsbestimmung, insbesondere zur Panoramadarstellung auf dem erfindungsgemäßen Wege, ist noch nicht angegeben worden.Although such transducers are known per se and sufficiently tested, but their use for direction determination, in particular for the panoramic representation on the way according to the invention, has not yet been specified.
Statt dieses piezoelektrischen Wandlers können auch piezomagnetische Keramik- oder Nickelwandler, bestehend aus Blechen mit ab- oder zunehmender Resonanzfrequenz, sowie Wandler aus anderen Materialien mit stetiger oder diskreter Resonanzfrequenzverteilung eingesetzt werden.Instead of this piezoelectric transducer and piezomagnetic ceramic or nickel converter can be used, consisting of sheets with decreasing or increasing resonant frequency, as well as converters of other materials with a constant or discrete resonant frequency distribution.
Dieser Wandler wird mit einem frequenzmodulierten Impuls gespeist, der zweckmäßigerweise als Trägerfrequenzen die speziellen Resonanzfrequenzen ω0 bis ωο + βτ enthält. Dadurch werden zeitlich nacheinander die einzelnen Abschnitte auf der Wandlerstrahlfläche 2 zum Schwingen angeregt, so daß ein wellenartiger Erregungsimpuls über die gesamte Wandlerstrahlfläche 2 läuft. Die Laufrichtung ist je nach Art der Frequenzmodulation und der örtlichen Verteilung der Resonanzfrequenzen auf dem Wandler die Richtung der positiven oder negativen x-Achse, ggf. auch in alternierender Reihenfolge.This converter is fed with a frequency-modulated pulse, which expediently contains the special resonant frequencies ω 0 to ω ο + βτ as carrier frequencies. As a result, the individual sections on the transducer beam surface 2 are excited to oscillate successively in time, so that a wave-like excitation pulse runs over the entire transducer beam surface 2. Depending on the type of frequency modulation and the local distribution of the resonance frequencies on the transducer, the direction of rotation is the direction of the positive or negative x-axis, possibly also in alternating sequence.
In anderen Fällen können auch monoton oder alternierend andere Ausbreitungsrichtungen der Erregung auf der Wandlerfläche bzw. im Wandlerraum verwendet werden, beispielsweise die y-und/oder z-Richtung. Für die folgenden Erläuterungen sei angenommen, daß die Frequenzmodulation von den geringeren zu den höheren Frequenzen erfolgt, so daß die Laufrichtung der Erregungswelle gemäß der in-Fig. 1 dargestellten Lage des Wandlers mit der x-Richtung übereinstimmt. Die von den einzelnen Orten auf der Wandlerfläche χ herrührenden Schwingungen unterschiedlicher Frequenz werden in das Ausbreitungsmedium übertragen und setzen sich in Richtung des Ausbreitungswinkels γ = Oim Fernfeld, wo die zum Auf punkt führenden Wellennormalen von jedem Punkt des Wandlers als parallel zu betrachten sind, wieder zu dem frequenzmodulierten Impuls zusammen. In Richtung des Ausbreitungswinkels γ > 0 allerdings folgen die höheren Frequenzen schneller auf die niedrigeren, dagegen liegen in Richtung des Ausbreitungswinkels γ < 0 zwischen den von den einzelnen Orten auf der Wandlerfläche χ herrührenden Schwingungen größere zeitliche Abstände. Diese Sachverhalte werden durch die laufzeitbedingten Impulsverzerrungen hervorgerufen und in Fig. 2 näher erläutert.In other cases, monotonic or alternating other directions of propagation of the excitation on the transducer surface or in the transducer space can be used, for example, the y and / or z-direction. For the following explanations, it is assumed that the frequency modulation is from the lower to the higher frequencies, so that the direction of the excitation wave according to the in-FIG. 1 position of the transducer coincides with the x-direction. The oscillations of different frequencies originating from the individual locations on the transducer surface χ are transmitted into the propagation medium and settle again in the direction of the propagation angle γ = Oim far field, where the wave normal to each point of the transducer is considered to be parallel the frequency modulated pulse together. In the direction of the propagation angle γ> 0, however, the higher frequencies follow faster to the lower, while in the direction of the propagation angle γ <0 between the vibrations of the individual locations on the transducer surface χ greater time intervals. These facts are caused by the propagation-related pulse distortions and explained in more detail in FIG.
Fig. 2a zeigt die mit der geringsten speziellen Resonanzfrequenz ω0 an der Wandlerseite mit der größten Wandlerplattendicke 1 der Wandlerstrahlfläche 2 beginnende Erregung 4. Sie bewegt sich je nach dem Verhältnis der Resonanzfrequenzänderung Δω im Wandler pro Ortsabschnitt Δχ und entsprechend der mit dieser Resonanzfrequenzänderung Δω übereinstimmenden Frequenzänderung im Erregungsimpuls pro Zeitschritt Δι mit einer gewissen AusbreitungsgeschwindigkeitFIG. 2a, the ω with the lowest specific resonant frequency 0 beginning at the transducer face with the largest transducer plate thickness 1 of the transducer radiating surface 2 excitation shows 4. moves depending on the ratio of the resonance frequency change Δω in the transducer per spatial section Δχ and matching according to this change in resonant frequency Δω Frequency change in the excitation pulse per time step Δι with a certain propagation speed
(D ν = χ/τ(D ν = χ / τ
in Richtung der positiven x-Achse, wenn χ die Wandlerlänge bedeutet, die alle speziellen Resonanzfrequenzen ω0 bis ω0 + 2 βτ linear verteilt enthält und wenn die Impulslänge τ die Länge des linear in den gleichen Frequenzgrenzen modulierten Impulses bedeutet. Im Ausbreitungsmedium dagegen setzt sich die Erregung längs der Wellennormalen in Richtung des Ausbreitungswinkels γ mit der Gruppengeschwindigkeit c fort.in the direction of the positive x-axis, if χ means the transducer length, which contains all specific resonant frequencies ω 0 to ω 0 + 2 βτ linearly distributed and if the pulse length τ means the length of the pulse linearly modulated in the same frequency limits. In the propagation medium, on the other hand, the excitation along the wave normal continues in the direction of the propagation angle γ with the group velocity c.
Die in Fig. 2 a dargestellten Verhältnisse c > ν werden in den meisten praktischen Fällen Anwendung finden. Auf die dargestellten Fälle selbst ist aber die Erfindung nicht beschränkt. Da zwei benachbarte Wandlerelemente nicht gleichzeitig, sondern nacheinander erregt werden, ergibt sich aus Fig.2a, daß die Abstrahlung in Normalenrichtung ti keine besonderen Effekte hervorbringt. Vielmehr ist es im Fernpunkt v> belanglos, ob die Erregungswelle über die Wandlerfläche läuft oder nicht. Wenn der gesamte Impuls einschließlich aller Frequenzen von der Wandlerseite mit der größten Wandlerplattendicke 1 abgestrahlt werden könnte, so würde der Empfänger im Fernpunkt u> den gleichen frequenzmodulierten Impuls empfangen wie im tatsächlich vorliegenden Fall, der durch die Erregungswanderung gekennzeichnet ist.The ratios c> ν shown in Fig. 2a will find application in most practical cases. However, the invention is not limited to the cases shown itself. Since two adjacent transducer elements are not excited simultaneously, but successively, it follows from FIG. 2a that the radiation in the normal direction ti does not produce any special effects. Rather, it is irrelevant at the remote point whether the excitation wave runs over the converter surface or not. If the entire pulse including all frequencies could be radiated from the transducer side with the largest transducer plate thickness 1, the receiver would receive u> the same frequency modulated pulse at the far point as in the actual case indicated by the excursion hike.
Dagegen ist es für Ausbreitungswinkel γ Φ 0 nicht gleichgültig, ob der gesamte frequenzmodulierte Impuls nur von der Wandlerseite mit der größten Wandlerplattendicke 1 oder wie im tatsächlich vorliegenden Fall, nacheinander von den verschiedenen Orten auf der Wandlerfläche χ des Wandlers ausgestrahlt wird.On the other hand, it is not irrelevant for the propagation angle γ Φ 0 whether the entire frequency-modulated pulse is radiated successively only from the transducer side with the largest transducer plate thickness 1 or, as in the actual case, from the different locations on the transducer surface χ of the transducer.
Fig. 2 b veranschaulicht, daß die von der Wandlerseite mit der geringsten Wandlerplattendicke 3 ausgestrahlten hohen Frequenzen gegenüber den von der Wandlerseite mit der größten Wandlerplattendicke 1 abgestrahlten nicht nur eine Impulslänge τ später am Empfänger ankommen, sondern zusätzlich noch ein LaufzeitintervallFIG. 2 b illustrates that the high frequencies radiated from the transducer side with the smallest transducer plate thickness 3 arrive later at the receiver than the pulse width τ radiated from the transducer side with the largest transducer plate thickness 1, but additionally a delay interval
(ID(ID
I ATI =|/ sin fI I ATI = | / sin fI
benötigen. Der gesamte Impuls wird also von τ aufneed. So the whole impulse is on τ
(III)(III)
T+/ ΔΠ-Τ-ΔΤT + / ΔΠ-Τ-ΔΤ
gedehnt.stretched.
Dagegen ist aus Fig. 2c ersichtlich, daß zwar der Wandlerrandpunkt mit der geringsten Wandlerplattendicke 3 die hohen Frequenzen eine Impulslänge τ später abstrahlt, aber diese Abstrahlung erfolgt an einem Ort, der gegenüber dem Wandlerrandpunkt mit der größten Wandlerplattendicke 1 ein LaufzeitintervallIn contrast, it can be seen from Fig. 2c, that although the transducer edge point with the smallest transducer plate thickness 3, the high frequencies a pulse length τ radiates later, but this radiation takes place at a location opposite the transducer edge point with the largest converter plate thickness 1 a delay interval
(IV) Δ Χ (IV) Δ Χ
näher dem Fernpunkt io liegt, bei dem der Impuls zusammengesetzt gedacht werden kann. Der gesamte Impuls wird also bezüglich seiner Länge von τ auf τ — Δτ gestaucht. Damit erhält man eine winkelabhängige Frequenzmodulation des sich ausbreitenden Impulses.closer to the far point io where the impulse can be thought of as being composed. The entire pulse is thus compressed with respect to its length from τ to τ - Δτ. This results in an angle-dependent frequency modulation of the propagating pulse.
Der Wandler wirkt somit allein auf Grund seiner räumlichen Ausdehnung und der besonderen Anordnung der Resonanzfrequenzen ω wie ein winkelabhängiges Laufzeitverzerrungsfilter.The transducer thus acts solely on the basis of its spatial extent and the particular arrangement of the resonance frequencies ω as an angle-dependent delay propagation filter.
Man kann errechnen, daß ein elektrischer Sendeimpuls von der FormIt can be calculated that an electrical transmission pulse of the form
(V) U5=U50 sin (LOot +Pt2) [9U) ~(V) U 5 = U 50 sin (LOot + Pt 2 ) [9U) ~
am Empfangsort alsat the place of receipt as
(VI)(VI)
wahrgenommen wird, wobeiis perceived, where
(VII)(VII)
cos cos
LDoLDO
*2i* 2i
=Jl sin*·= Jl sin * ·
Hierin bedeuten Us die Sendespannung, Uso die Amplitude der Sendespannung, t die Zeitkoordinate, β den Frequenzmodulationsfaktor, θ die Sprungfunktion, Ue die Empfangsspannung, Ueo die Amplitude der Empfangsspannung, η die relative Impulslängenänderung und t* die retardierte Zeit.Here, U s is the transmission voltage, U is the amplitude of the transmission voltage, t is the time coordinate, β is the frequency modulation factor, θ is the step function, U e is the reception voltage, U eo is the amplitude of the reception voltage, η is the relative pulse length change and t * is the retarded time.
Von wesentlicher Bedeutung sind hierin die Argumente der trigonometrischen Funktionen, die die besprochene Frequenzänderung, aber insbesondere auch dieÄnderung des Frequenzmodulationsfaktors von β auf ß/(1 - η) anzeigen, sowie die Argumente der Sprungfunktionen, aus denen die Impulskompression bzw. Impulsdilatation für den Ausbreitungswinkel γ > O bzw. γ < O ablesbar ist.Essential here are the arguments of the trigonometric functions indicating the frequency change discussed, but in particular also the change of the frequency modulation factor from β to β / (1-η), as well as the arguments of the step functions which make up the pulse compression for the propagation angle γ> O or γ <O is readable.
Ein ähnlicher Effekt tritt beim Empfang des durch das Ortungsobjekt reflektierten Impulses bei einem monostatisch arbeitenden Wandlerauf. Derwinkelabhängige Laufzeitverzerrungseffekt wird dabei noch einmal verstärkt, wenn auch nicht verdoppelt, wie es auf den ersten Blick erwartet werden könnte. Der Frequenzmodulationsfaktor β hat sich nunmehr auf den durch die Laufzeitverzerrung geänderten FrequenzmodulationsfaktorA similar effect occurs when receiving the pulse reflected by the locating object in a monostatic converter. The angle-dependent time-of-flight distortion effect is reinforced once again, although not doubled, as might be expected at first glance. The frequency modulation factor β now has the frequency modulation factor changed by the propagation delay
Geändert, der nach Gleichung (VII) stark winkelabhängig ist.Changed, which is strongly dependent on the angle according to equation (VII).
Man kann die auf diese Weise erzeugte winkelabhängige Frequenzmodulation durch ein Laufzeitverzerrungsfilter im Empfangskanal analysieren und damit den Winkel ermitteln, aus dem das Ortungssignal am Empfänger eintrifft. Laufzeitverzerrungsfilter in der bekannten Form von Kreuzgliedern lassen bekanntlich die höheren Frequenzen schneller passieren als die geringeren. Der Unterschied der Laufzeitgeschwindigkeit benachbarter Frequenzen wird durch die sogenannte Laufzeitsteilheit δ charakterisiert.One can analyze the angle-dependent frequency modulation generated in this way by a delay filter in the receiving channel and thus determine the angle from which the locating signal arrives at the receiver. Runtime distortion filters in the known form of cross members are known to pass the higher frequencies faster than the lower ones. The difference in the transit time velocity of adjacent frequencies is characterized by the so-called transit time gradient δ.
Impulse, die eine linear ansteigende Frequenz besitzen, können durch eine entsprechende Wahl der Laufzeitsteilheit överdichtet werden. Je mehr Frequenzen mit der gleichen Phase am Ausgang auftreten, desto größer wird die Amplitude des Impulses am Ausgang. Es gibt eine optimale Laufzeitsteilheit δ0, die eine maximale Amplitudenüberhöhung erzeugt. Geringere Beträge der Laufzeitsteilheit δ haben zur Folge, daß die hohen Frequenzen noch nicht schnell genug laufen, um die vorangegangenen geringeren Frequenzen „einzuholen". Zu große Beträge der Laufzeitsteilheit δ bewirken, daß die höheren Frequenzen die geringeren „überholen", so daß auch in diesem Fall der Impuls auseinanderläuft.Pulses which have a linearly increasing frequency can be densified by an appropriate choice of the delay time. The more frequencies with the same phase appear at the output, the greater the amplitude of the pulse at the output. There is an optimal runtime steepness δ 0 , which generates a maximum amplitude increase. Lower amounts of the time-of-flight slope δ mean that the high frequencies are not yet running fast enough to "catch up" with the previous lower frequencies. Too large amounts of the time-of-flight slope δ cause the higher frequencies to "overtake" the lower frequencies In this case, the pulse diverge.
Es läßt sich angeben, wie die optimale Laufzeitsteilheit δο des Filters beschaffen sein muß, der auf den durch den erfindungsgemäß verwendeten Wandler ortsveränderlicher Resonanzfrequenz erzeugten Impuls wirken soll. Man errechnet:It is possible to specify how the optimum delay time δ ο of the filter must be designed to act on the pulse generated by the converter used in accordance with the invention of a positionally variable resonance frequency. One calculates:
1+1+
:a^-n-Tz : a ^ -n-Tz
für den Ausbreitungswinkel γ > 0 undfor the propagation angle γ> 0 and
(X) O0 =(X) O 0 =
für den Ausbreitungswinkel γ < 0.for the propagation angle γ <0.
Die optimale Laufzeitsteilheit δ0 ist über die relative Impulslängenänderung η gemäß Gleichung (VII) ebenfalls stark winkelabhängig.The optimal delay δ 0 is also strongly dependent on the relative pulse length change η according to equation (VII).
Wenn ein Impuls ein Filter mit einem fest eingestellten Wert der optimalen Laufzeitsteilheit δ0 passiert, so ist für einen bestimmten optimalen Ausbreitungswinkel γ0 dieser Wert optimal, für benachbarte Winkel jedoch nicht. Die Impulse, die nicht aus dem zur optimalen Laufzeitsteilheit δ0 gehörenden optimalen Ausbreitungswinkel γ0 stammen, werden also nicht optimal verdichtet. Es entsteht eine Richtwirkung, deren Maximum bei einem optimalen Ausbreitungswinkel γο liegt. Ein benachbarter Wert der optimalen Laufzeitsteilheit δ0 ist optimal für einen benachbarten Ausbreitungswinkel.If an impulse passes through a filter having a fixed value of the optimum time-of-flight steepness δ 0 , this value is optimal for a certain optimum propagation angle γ 0 , but not for adjacent angles. The pulses which do not originate from the optimal propagation angle γ 0 associated with the optimum time-of-flight slope δ 0 are thus not optimally compressed. The result is a directivity whose maximum is at an optimal propagation angle γ ο . An adjacent value of the optimum term steepness δ 0 is optimal for an adjacent propagation angle.
Auf diese Weise können durch Laufzeitverzerrungsfilter unterschiedlicher Laufzeitsteilheit Richtwirkungen erzeugt werden, die ihre Hauptkeule bei einem jeweils anderen optimalen Ausbreitungswinkel γο besitzen.In this way, directional effects can be generated by time-delay distortion filters of different transit time steepness which have their main lobe at a respectively different optimum propagation angle γ o .
Die Richtwirkungen sind bei geeignet gewählter Wandlerlänge χ. Impulslänge τ und Frequenzmodulationsfaktor β in bestimmten Sektoren recht schmal.The directional effects are at suitably chosen transducer length χ. Pulse length τ and frequency modulation factor β in certain sectors quite narrow.
Fig. 3 a zeigt eine Serie solcher Richtwirkungen für einen Wandler mit einer Wandlerlänge χ von 0,5 m bei einem Frequenzhub 2 βτ des Sendeimpulses von 2 · 13,61 kHz und einer Impulslänge τ = 2,1 ms. Es wird eine Kette von Laufzeitverzerrungsgliedern benutzt und nach jedem Glied die Amplitude U des Impulses untersucht. Der relativ größte unter den Impulsen benachbarter Laufzeitglieder gibt jenes Glied der Kette an, nach dessen Wirkung die optimale Laufzeitsteilheit δ0 erreicht wird und somit den Winkel, aus dem der Impuls eingetroffen ist.FIG. 3 a shows a series of such directivities for a transducer with a transducer length χ of 0.5 m at a frequency sweep 2 βτ of the transmission pulse of 2 × 13.61 kHz and a pulse length τ = 2.1 ms. A chain of propagation delay terms is used and after each term the amplitude U of the pulse is examined. The relatively largest among the pulses of adjacent delay elements indicates that link of the chain, after the effect of the optimal term steepness δ 0 is reached and thus the angle from which the pulse has arrived.
Fig. 3 b zeigt ebenso wie Fig. 3 a die Zweiweg-Richtwirkung. Geändert wurde hierbei jedoch die Impulslänge τ auf 20 ms.Fig. 3 b shows as well as Fig. 3 a, the two-way directivity. However, the pulse length τ has been changed to 20 ms.
Hier wird beispielsweise hinter jenem Glied, das einschließlich aller vorangegangenen Glieder eine optimale Laufzeitsteilheit δο = —5653 · 10~11s2 bewirkt, eine Maximalamplitude fürSignalemiteinem optimalen Ausbreitungswinkel γ0 = 30°festgestellt, wie aus der Richtwirkungskurve 5 ablesbar ist. Signale aus benachbarten Winkeln werden stark gedämpft.Here 30 °, which including all the preceding members δ optimal running time of rise of, for example, behind that member ο = -5,653 x 10 ~ s causes 11 2, a maximum amplitude fürSignalemiteinem optimal propagation angle γ 0 = as noted is read from the directional effect curve. 5 Signals from neighboring angles are strongly attenuated.
Fig.4 veranschaulicht noch einmal die Verfahrensweise auf der Empfangsseite. Es wird eine Laufzeitkette 6 verwendet, die ausschnittsweise dargestellt ist. Nach jedem der vorzugsweise in Form von Kreuzgliedern dargestellten Kettenglieder kann das durchlaufende Signal über die Abgriffe a, b,..., g ausgekoppelt werden. Jedes zusätzliche Glied bewirkt ein weiteres Ansteigen des Betrages der Laufzeitsteilheit δ des Kettenabschnittes, an den dieses Kreuzglied angekoppelt ist. Damit entspricht jeder Abgriff einem bestimmten Wert der Laufzeitsteilheit δ, der in bezug auf einen bestimmten Winkel optimal ist, in bezug auf benachbarte Winkel jedoch nicht. Betrachtet manbeispielsweise ein aus einem optimalen Ausbreitungswinkel γο von 30° von einem Ortungsobjekt reflektiertes und vom Wandler empfangenes Signal hinter jedem Kettenglied der Laufzeitkette 6, so erhält man unterschiedliche Amplituden. Für die gewählten Signalparameter ergibt sich die Amplitudenverteilung 7, deren Maximum beim Abgriff b liegt, also etwa bei einer optimalen Laufzeitsteilheit δ0 = 5653· 10"11s2.4 again illustrates the procedure on the receiving side. A runtime chain 6 is used, which is shown in sections. After each of the chain links, preferably in the form of cross links, the continuous signal can be coupled out via the taps a, b,..., G. Each additional link causes a further increase in the amount of the time of flight steepness δ of the chain section, to which this cross member is coupled. Thus, each tap corresponds to a certain value of the term steepness δ, which is optimal with respect to a certain angle, but not with respect to adjacent angles. Considering a manbeispielsweise from an optimum propagation angle γ ο of 30 ° reflected from a positioning object and received by the transducer signal after each chain link of the delay line 6, we obtain different amplitudes. For the selected signal parameter, the amplitude distribution 7 shows the maximum thereof located at tap b, ie, approximately at an optimal slope term δ 0 = 5653 × 10 "11 s 2.
Benachbarte Ausgänge liefern dagegen nur noch sehr stark gedämpfte Amplituden. Desgleichen erhält man das Maximum für Signale aus einem optimalen Ausbreitungswinkel γο von -30° hinter dem Kettenglied der Laufzeitkette 6 mit dem Abgriff f. Es liegt also bei den jetzt betrachteten Signalparametern die Amplitudenverteilung 8 vor mit dem Maximum bei einer optimalen Laufzeitsteilheit δ0 = -6043 · 10"11S2. Andere Abgriffe liefern für ein solches Signal nur sehr geringe Amplituden.Neighboring outputs, on the other hand, provide only very strongly damped amplitudes. Likewise, one obtains the maximum for signals from an optimal propagation angle γ o of -30 ° behind the chain link of the delay line 6 with the tap f. It is located in the recently observed signal parameters, the amplitude distribution 8 prior to the maximum at optimum maturity slope δ = 0 -6,043 x 10 "11 S 2nd Other taps provide such a signal only very small amplitudes.
Mit steigender Gliederzahl und dementsprechend geringeren Sprüngen der Laufzeitsteilheit δ pro Glied steigt das Auflösungsvermögen. Im allgemeinen wird ein hohes Auflösungsvermögen nurfüreinen bestimmten Winkelbereich gefordert, beispielsweise zwischen -30° und +30°. Dann werden gemäß Fig.4 die vier Kettenglieder mit den Abgriffen c, d, e, f und einerWith increasing number of links and correspondingly smaller jumps of the delay time δ per link, the resolution increases. In general, high resolving power is required only for a certain angular range, for example, between -30 ° and + 30 °. Then, according to Figure 4, the four links with the taps c, d, e, f and a
Gesamtlaufzeitsteilheitszunahme von 0,004(ms)2, die pro Glied also eine Zunahme von 0,001 (ms)2 erfordern, durch eine höhere Zahl Kettenglieder, beispielsweise 40 Stück, ersetzt, wobei dann jedes Glied nur eine Zunahme von 0,0001 (ms)2 der Laufzeitsteilheit δ besitzt. Das ergibt eine Auflösung von 1,5°.Total run time increase of 0.004 (ms) 2 , which requires an increase of 0.001 (ms) 2 per link, replaced by a higher number of links, for example 40, with each link only increasing 0.0001 (ms) 2 Runtime slope δ has. This results in a resolution of 1.5 °.
Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht nur auf Unterwasserräume beschränkt, sondern sie kann für alle modulierte Wellenzüge aussendenden Antennen angewendet werden.The solution according to the invention is not limited to underwater rooms, but it can be applied to all modulated wave trains emitting antennas.
Sie ist ferner nicht beschränkt auf die aktive Ortung, sondern kann auch bei passiven Ortungsanlagen Verwendung finden.It is also not limited to the active location, but can also be used in passive location systems use.
Wenn beispielsweise hinsichtlich seiner Lage ein ständig zu kontrollierendes Objekt mit einem Sender ausgerüstet ist, der ein Signal mit beispielsweise linear ansteigender Frequenz aussendet, wobei der Frequenzmodulationsfaktor β bekannt ist, wird ein Wandler ähnlich Fig. 1 als Empfangswandler benutzt und die dadurch empfangenen richtungsabhängigen frequenzmodulierten Ausgangssignale auf eine Laufzeitkette gegeben, wobei die Anzapfung mit maximaler Amplitude die Bestimmung des Einfallswinkels gestattet.For example, if an object to be constantly monitored is equipped with a transmitter emitting a signal of linearly increasing frequency, for example, where the frequency modulation factor β is known, a converter similar to FIG. 1 is used as the receiving transducer and the direction-dependent frequency-modulated output signals received thereby given to a delay line, wherein the maximum amplitude tap allows the determination of the angle of incidence.
Besondere Vorteile ergeben sich bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung zur Panoramadarstellung, wenn außer der Lage des Objektes auch die Form des Objektes näher bestimmt werden soll.Particular advantages arise in the application of the solution according to the invention for panorama display, if in addition to the position of the object and the shape of the object to be determined in more detail.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD17031673A DD240825A3 (en) | 1973-04-19 | 1973-04-19 | LOCATION PROCESS WITH DIRECTIONS, ESPECIALLY FOR THE PANORAMIC PRESENTATION OF ROOMED AND / OR LIGHTED ROOMS, PREFERABLY OF UNDERWATER ROOMS |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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DD240825A3 true DD240825A3 (en) | 1986-11-19 |
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Family Applications (1)
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Country | Link |
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- 1973-04-19 DD DD17031673A patent/DD240825A3/en unknown
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