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Verfahren zur Abbildung ebener schallreflektierender Objekte, vorzugsweise
von Teilen des Meeresbodens, mit Hilfe von Schallwellen Es ist ein Verfahren zur
Abbildung von schallreflektierenden Gegenständen im Wasser bzw. des Meeresboden
durch Echolotung bekannt, bei welchem ungerichtete Lotimpulse ausgesendet und die
Echos vermittels einer gerichteten Empfangsanordnung aufgenommen und zur Erzeugung
eines Lichtbildes benutzt werden. Bei diesem Verfahren wird eine Vielzahl von einzeln
für sich gerichteten Schallempfängern derart verwendet, daß sie die Echos aus getrennten
Bildfeldern des Gesamtblickbereiches empfangen und nach Verstärkung als Lichtbild
zur Anzeige bringen.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens kann der gesamte Bildbereich
in mehreren aufeinanderfolgenden Lotungen abgetastet werden, wobei eine Gruppe von
einzeln gerichteten Empfängern benutzt wird, die in einer Zeile angeordnet sind,
wobei diese Gruppe geschwenkt werden kann. Das Lichtbild wird mit Hilfe eines Tableans
von Anzeigelampen erzeugt, deren Zahl und Anordnung derjenigen der einzelnen Empfänger
entspricht. Bei diesem bekannten Abbildungsverfahren wird entsprechend wie beim
Fotografieren ein räumlicher Sektor großer Öffnung auf eine Ebene projiziert, die
senkrecht zur Peilrichtung liegt.
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Es ist ferner ein Abbildungsverfahren mit Hilfe reflektierter Schallwellen
bekannt, bei dem die in einer Horizontalebene liegenden Objekte nach Richtung und
Entfernung auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre abgebildet oder durch Registrieren
festgehalten werden. Bei diesem Verfahren werden die Lotimpulse gleichzeitig nach
allen Richtungen eines Bereiches oder des gesamten Umkreises ausgesendet, während
durch eine Empfangseinrichtung mit einer der gewünschten Peilschärfe entsprechenden
schmalen Richtcharakteristik empfangen wird, deren Richtvektor in so schneller Folge
über den Bereich wandert, daß er ihn während der Dauer eines Lotimpulses mindestens
einmal durchläuft.
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Erfindungsgemäß wird die Abbildung ebener reflektierender Objekte
dadurch erreicht, daß die zeitliche Länge des Lotimpulses in Abhängigkeit von der
Entfernung des ebenen Objektes zwischen einem Zehntel und der gesamten Dauer der
Schallaufzeit zum Meeresboden hin und zurück eingestellt wird, daß die empfängerseitige
Abtastung des Meeresbodens in dem unmittelbar dem Ende der Impulsaussendung folgenden
Zeitintervall derart vorgenommen wird, daß ein in der Abtastrichtung liegender Streifen
der Objektebene in einer maximal der Impulsdauer entsprechenden Zeit durch Schwenken
der Empfangsrichtcharakteristik abgetastet wird, und daß die Aufzeichnung der Echoimpulse
mittels eines Registriergerätes erfolgt, bei welchem der Vorschub der Registrierfläche
einerseits und die quer zur Vorschubrichtung verlaufende Bewegung des Schreibstiftes
andererseits
mit den Abtastbewegungen der Empfangsanordnung synchronisiert ist.
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Dadurch ergibt sich für den Anzeigeteil des Gerätes eine erhebliche
Vereinfachung gegenüber dem Anzeigegerät des bekannten Abbildungsverfahrens, das
eine umfangreiche, sehr spezielle und nur für diesen Zweck brauchbare Lampenanlage
enthält. Weiterhin ist es Zweck der Erfindung, die beim bekannten Verfahren benutzte
Anordnung einer Vielzahl von gerichteten Einzelschwingern zu vermeiden, was gemäß
einem Merkmal der Erfindung durch Verwendung eines gerichteten Einzelschwingers
bzw. einer als Ganzes gerichteten Gruppe von Schwingern möglich ist, die körperlich
geschwenkt werden kann oder deren Richtcharakteristik mit elektrischen Mitteln in
an sich bekannter Weise schwenkbar ist.
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Die angegebene große Bemessung der Dauer der lotimpulse macht es
möglich, daß auch bei kurzen Meßentfernungen noch eine genügend lange Zeit zur Verfügung
steht, um bei mechanischer Drehung die Empfangsanordhung durch den Suchbereich in
einer Richtung durchschwenken und den Schreibstift des Registriergerätes über die
nutzbare Breite der Schreibfläche hinwegführen zu können; bei Verwendung der sonst
üblichen Impulsdauer ist dies keinesfalls möglich. Beim Verfahren der Erfindung
kann nämlich gerade bei kurzen Meßentfernungen die maximal zur Verfügung stehende
Zeit, nämlich die Laufzeit eines Lotimpulses zum Meeresboden und zurück, dadurch
voll ausgenutzt werden, daß die Impulsdauer fast so groß wie die Gesamtlaufzeit
gewälht wird. Bei größeren Meßentfernungen kann gegebenenfalls die Dauer des Lotimpulses
auch erheblich kürzer, etwa bis zu einem Zehntel der Gesamtlaufzeit,
gewählt
werden, falls diese Zeit für die Aufschreibung eines Bijdstreifens ausreichend ist.
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Das erfindungsgemäß angegebene Verfahren kann auch dahin abgeändert
werden, daß die Empfangscharakteristik sich über einen hreiten räumlichen Sektor
erstreckt, während die Sendecharakteristik in der Abtastrichtung scharf gebündelt
ist und während der Impulsaussendung über den ganzen räumlichen Sektor des Empfängers
geschwenkt wird, so daß der Empfang nur während der Pause des Sendeimpulses erfolgen
kann, wobei die Anzeigemittel für die Echoimpulse mit der Schwenkbewegung der Sendecharakteristik
synchronisiert sind.
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Dieses Verfahren stellt lediglich die Umkehrung des oben beschriebenen
Verfahrens hinsichtlich der Wirkung der Sende- und Empfangscharakteristik dar.
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Zweckmäßig wird im Rahmen der Erfindung die Charakteristik sowohl
des Senders als auch des Empfängers in einer Richtung mit großem Offnungswinkel,
in der dazu senkrechten Richtung mit möglichst kleinem tSffnungswinkel ausgebildet,
wobei die Charakteristiken mit ihrer großen Ausdehnung senkrecht zueinander angeordnet
sind, derart, daß sie sich überschneiden. Dabei kann, wie dies bereits oben ausgeführt
ist, entweder die eine der beiden Charakteristiken feststehend und die andere in
Richtung der großen Ausdehnung der anderen schwenkbar sein, oder es können auch
beide Charakteristiken quer zu ihrer großen Ausdehnung schwenkbar ausgebildet sein.
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Im letzteren Fall ergibt sich die Möglichkeit, auch bei feststehender
Sende-Empfangs-Anordnung eine größere Fläche durch Bewegung der beiden Charakteristiken
abzutasten, wobei jeweils die dem Schnitt der beiden Charakteristiken in der angepeilten
Fläche entsprechenden Flächenelemente nacheinander von der Peilung erfaßt werden.
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In der Zeichnung ist eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
dargestellt, wobei zur Anzeige ein Registriergerät nach Art der bekannten Funkenschreiber
Verwendung findet. Bei einem solchen Registriergerät, wie es für Zwecke der Echolotung
üblich ist, werden sowohl der Schreibstift als auch die Registrierfläche durch einen
gemeinsamen Motor angetrieben.
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Fig. 1 zeigt im Blockschaltbild eine Anordnung, bei welcher der Sender
1 für die Schallwellenimpulse fest eingebaut ist und eine Charakteristik hat, deren
Breite dem eingezeichneten Winkeln entspricht. Der Empfänger 2 für die Schallwellenimpulse
ist um eine senkrecht durch die Zeichnungsebene laufende Achse drehbar derart, daß
seine Empfangscharakteristik den ganzen Winkelbereich a des Senders überstreichen
kann. In der Zeichnungsebene ist die Charakteristik des Empfängers sehr scharf gebündelt
ausgebildet, wie dies durch den eingezeichneten Winkel e dargestellt ist.
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Die Grenzen des von der Peilanordnung erfaßten Sektors sind auf der
zu erfassenden Fläche F, beispielsweise dem Meeresboden, mit A und B angegeben.
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Bei C ist ein zwischen diesen Grenzen liegender Punkt erhöhten Reflexionsvermögens
dargestellt, der einen starken Echoimpuls erzeugen soll.
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Der Schallwellensender 1 ist an einen Generator 3 angeschlossen,
der bei Tastung elektrische Impulse erzeugt. Der Empfänger 2 wird mechanisch durch
die Empfängerautomatik 4 aus seiner Ausgangsstellung über den Winkelbereich a geschwenkt
und nach Durchlaufen dieses Winkelbereiches wieder in die Ausgangsstellung zurückgeschwenkt.
Der Empfänger 2 ist an den Verstärker 5 angeschlossen, der
seinerseits wieder auf
das Anzeigegerät, in diesem Fall ein Registriergerät 6, arbeitet. Ferner ist ein
Synchronisiergerät 7 vorgesehen, das die Aussendung der Schallwellen durch den Sender
1 sowie die Auslösung der Empfangsbereitschaft des Verstärkers 5 und die Betätigung
der Empfängerautomatik in Ahhängigkeit von dem Lauf des Registriergerätes 6 steuert.
Das Synchronisiergerät 7 kann, wie durch die strichpunktierte Linie zwischen den
beiden Geräten angedeutet, mechanisch mit der Antriebsvorrichtung des Registriergerätes
6 gekuppelt sein.
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Die Steuerung der Geräte 3, 4 und 5 erfolgt gemäß dem vorliegenden
Beispiel durch elektrische Übertragung vom Synchronisiergerät 7 aus, wie dies an
Hand von Fig. 2 näher ausgeführt wird.
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In Fig. 2 sind die für die Steuerung und Registrierung wesentlichen
Teile des Registriergerätes 6 dargestellt, das auf die mechanische Synchronisierungsvorrichtung
7 einwirkt. Der Registrierstreifen 9, der in Richtung des Pfeiles 10 über die Umlenkrolle
11 geführt ist, läuft in diesem Falle von oben nach unten entsprechend der Bewegung
des Schiffes nach vorn.
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Der Schreibstift 12 befindet sich auf dem endlosen Band 13, das über
die Führungsrolle 14 und die Antriebsrolle 15 gelegt ist und in Richtung des eingezeichneten
Pfeils 16 von links nach rechts über die Registrierfläche 9 geführt wird. Die gemäß
Fig. 1 vom Verstärker 5 auf das Anzeigegerät 6 gelangenden Meßimpulse werden in
an sich bekannter Weise dem Schreibstift 12 über eine gehäusefeste Kontaktschieile
zugeleitet, die der Übersichtlichkeit halber in der Figur nicht dargestellt ist.
In der eingezeichneten Stellung befindet sich der Schreibstift am linken Rande des
Registrierstreifens 9 in der StellungA', die der linken Bereichsgrenze A des durch
den Sender 1 gemäß Fig. 1 erfaßten Sektors entspricht.
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Ebenso entspricht die rechte Bereichsgrenze B nach Fig. 1 dem Punkt
B' am rechten Rande des Registrierstreifens. In diesem Falle ist eine volle Ausnutzung
der Registrierfläche in der Querrichtung gewährleistet.
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Ein von einem gemäß Fig. 1 zwischen den Grenzen A und B liegenden
Objekt C erzeugter Echoimpuls ist auf dem Registrierstreifen bei C' dargestellt.
Der Antriebsmotor 17 des Registriergerätes treibt einerseits über das Getriebe 18
die Antriebsrolle 15 mit dem endlosen Band 13 und dem darauf befindlichen Schreibstift
12, andererseits ist über das Getriebe 18 vermittels einer strichpunktiert angedeuteten
zweiten Welle 8 eine Nockenscheibenanordnung im Sxnchronisiergerät 7 gekoppelt,
die aus den drei Nockenscheiben 19, 21 und 23 und den gehäusefesten Schaltkontakten
20, 22 und 24 besteht. Die Nockenscheibe 19 mit dem Sendekontakt 20 dient zur Auslösung
der Meßimpulse über den Generator3, wobei die Länge des Meßimpulses durch die Länge
des Nockens 19' und die Umdrehungsgeschwindigkeit der Scheibe 19 bestimmt wird.
In der eingezeichneten Stellung hat der Nocken 19' den Kontakt 20 freigegeben und
damit die Aussendung von Wellenimpulsen über den Generator 3 und den Schallsender
1 unterbrochen. Die Nockenscheibe 21 mit dem Kontakt 22 dient zur Blockierung der
Verstärkers 5 während der Sendezeit. Bei geschlossenem Schalter 22 ist beispielsweise
an eine der im Verstärker 5 befindlichen Verstärkerröhren eine negative Vorspannung
derartiger Höhe gelegt, daß der Verstärker gesperrt ist. Im Bild der Fig. 2 hat
der Nocken 21' den Kontakt 22 soeben freigegeben, wodurch der Verstärker 5 entsperrt
und zur Aufnahme von Echoimpulsen bereit ist. Die dritte Nockenscheibe
23
mit dem Kontakt 24 dient zur Betätigung der Automatik 4. welche so konstruiert ist,
daß sie nach Auslösung die Hin- und Zurückschwenkung des Empfänger 2 über den Sendesektor
bewirkt. Zur Auslösung kann an den Schalter 24 ein Relais angeschlossen sein, welches
bei Schließung des Schalters betätigt wird und damit den angedeuteten Bewegungsablauf
der Empfängerautomatik 4 bzw. des Empfängers 2 startet.
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Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abänderungen der beschriebenen
und in den Figuren dargestellten Ausführungsformen möglich; so kann z. B. bei einem
Registriergerät, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, der Vorschub des Registrierstreifens
9 auch durch die Fahrgeschwindigkeit eines Schiffes gesteuert werden, wodurch eine
maßstäbliche Zuordnung der entsprechenden Abmessungen des Meeresbodens und der Darstellung
auf dem Registrierstreifen ermöglicht wird. in einer einfacheren Ausführungsform
ist es auch möglich den Papiervorschub von Hand so einzuregeln, daß er der durch
einen besonderen Fahrtmesser ermittelten Fahrgeschwindigkeit entspricht.
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Das Synchronisiergerät braucht nicht, wie dies in den Figuren der
Übersichtlichkeit halber dargestellt ist, getrennt vom Registriergerät bzw. Anzeigegerät
angeordnet zu sein. Im allgemeinen werden vielmehr die Teile der Synchronisiervorrichtung
innerhalb des Gehäuses der Anzeigevorrichtung an geeigneter Stelle untergebracht.
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Die Synchronisierung braucht auch nicht in der dargestellten Art
zu erfolgen, sondern es kann auch der synchrone Antrieb beispielsweise des Registriergerätes
einerseits und der Schwenkvorrichtung für den Empfänger andererseits durch getrennte
Antriebsvorrichtungen erfolgen, die auf elektrischem Wege in an sich bekannter Weise
synchronisiert sind.
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Die Abtastung der ebenen Objektfläche braucht auch nicht durch Schwenkung
der Richtcharakteristik des Senders und/oder Empfängers in einer Ebene zu erfolgen,
sondern beispielsweise auch auf einem Kegelmantel, wobei in einer abgetasteten Ebene
durch den Peilstrahl ein Kreis, eine Spirale oder eine andere dem gewünschten Zweck
angepaßte Linie beschrieben wird.
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PATitNTANspi<i;ciii 1. Verfahren zur Abbildung ebener schallreflektierender
Objekte, vorzugsweise von Teilen des Meeresbodens, mit Hilfe von Schallwellen unter
Verwendung ungerichteter Lotimpulse und einer gerichteten Empfangsanordnung für
die Echo-
impulse zur Feststellung von etwa vorhandenem unterschiedlichem Reflexionsvermögen
von Teilen des abzubildendes Objektes, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche
Länge des Lotimpulses in Abhängigkeit von der Entfernung des ebenen Objektes zwischen
einem Zehntel und der gesamten Dauer der Schallaufzeit zum Meeresboden hin und zurück
eingestellt wird, daß die empfängerseitige Abtastung des Meeresbodens in dem unmittelbar
dem Ende der Impulsaussendung folgenden Zeitintervall derart vorgenommen wird, daß
ein in der Abtastrichtung liegender Streifen der Objektebene in einer maximal der
Impulsdauer entsprechenden Zeit durch Schwenken der Empfangsrichtcharakteristik
abgetastet wird, und daß die Aufzeichnung der Echoimpulse mittels eines Registriergerätes
erfolgt, bei welchem der Vorschub der Registrierfläche einerseits und die quer zur
Vorschubrichtung verlaufende Bewegung des Schreibstiftes andererseits mit den Abtastbewegungen
der Empfangsanordnung synchronisiert ist.