DE1048517B

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Publication number: DE1048517B
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Description

BÜNDESREPFEDERAL REP

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAIJT ^„^"Sfö^Ti.PATENTAIJT ^ "^" Sfö ^ Ti.

A 19697 VIII Al 74 dA 19697 VIII Al 74 d

ANMELDETAG: 13. FEBRUAR 1954REGISTRATION DATE: FEBRUARY 13, 1954

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF THE EDITORIAL:

8. JANÜAR 1959JANUARY 8, 1959

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ausbildungsform des im Hauptpatent beschriebenen Verfahrens zur Echolotung. Das Wesen des bekannten Verfahrens besteht darin, daß auf beiden Seiten eines Schiffes, vorzugsweise in geneigten Richtungen, nach Steuerbord und Backbord getrennt, gelotet wird und die Echos vergleichbar angezeigt werden. Dadurch wird es z. B. ermöglicht, auch seitlich vom Schiff stehende Fischsahwärme aufzufinden und festzustellen, auf WelclTef ^-Sdhiffsseite sich die Hauptmasse des Schwarmes befindet, so daß der Kurs danach eingerichtet werden kann. Gegenstand des Hauptpatents ist es weiter, die Aufzeichnung der Lotergebnisse auf beiden Schiffsseiten in getrennten Feldern eines gemeinsamen Schreibstreifens vorzunehmen.The invention relates to an embodiment of the method for echo sounding described in the main patent. The essence of the known method is that on both sides of a ship, preferably in inclined directions, separately to starboard and port, sounding is carried out and the echoes are displayed in a comparable manner. This makes it z. B. makes it possible to find Fischsahwärme standing to the side of the ship and to determine whether the main mass of the school is on WelclTef ^- south side of the ship, so that the course can then be set up. The subject of the main patent is also to record the plumbing results on both sides of the ship in separate fields on a common writing strip.

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens' nach dem Hauptpatent durch die Verwendung von Lotschwingern mit Richtcharakteristiken, die eine besondere Form und Lage zum Schiff aufweisen.The invention relates to an improved device for carrying out the method according to the main patent through the use of plumbing transducers with directional characteristics that have a special shape and Exhibit position to the ship.

Die Echoloteinrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die auf beiden Schiffsseiten eingebauten Schwinger langgestreckte Form besitzen, deren Strahlflächen eine im wesentlichen in Fahrtrichtung liegende Längsausdehnung von mehr als zehn Wellenlängen und in vertikaler Richtung eine Breite von etwa einer Wellenlänge haben, die infolgedessen in durch ihre Längsachse gelegten, mehr oder weniger geneigten Ebenen eine große Richtschärfe aufweisen, während sich ihre Strahlung in der zur Fahrtrichtung bzw. zur Längsachse der Schwinger senkrechten Ebene auf den Winkelbereich von der Horizontalen bis nahezu senkrecht nach unten verteilt. Durch ständige Echolotung mit diesen Schwingern bei der Fahrt des Schiffes wird der Meeresraum um die Fahrtlinie getrennt nach Schiffsseiten in aneinandergereihten, quer zur Fahrtrichtung liegenden schmalen SclTichten abgesucht. Insbesondere bei Fahrt in tiefem Wasser hat der abgesuchte Raum halbzylindrische Gestalt, mit der Fahrtlinie des Schiffes als Achse (abgesehen von einer kleinen Lücke unter dem Schiff, die aber durch das normale Echolot ausgefüllt werden kann).According to the invention, the echo sounder device is characterized in that the transducers installed on both sides of the ship have an elongated shape, the beam surfaces of which have a longitudinal extent essentially in the direction of travel of more than ten wavelengths and in the vertical direction a width of approximately one wavelength, which consequently runs through their longitudinal axis laid, more or less inclined planes have a great directionality, while their radiation in the plane perpendicular to the direction of travel or to the longitudinal axis of the transducer is distributed over the angular range from the horizontal to almost vertically downwards. Through constant echo sounding with these transducers while the ship is moving, the sea area around the cruise line is searched, separated according to the ship's sides, in rows of narrow slits lying across the direction of travel. Especially when sailing in deep water, the searched space has a semi-cylindrical shape, with the ship's line of travel as the axis (apart from a small gap under the ship, which can be filled by the normal echo sounder).

Die bekannten Absuchverfahren, bei denen ein drehbarer Richtstrahler oder eine Mehrzahl fest~eingebäuter, verschieden gerichteter TRichtsifaEler benutzt wird, efföffJefn "eifie" in Herstellung und Einbau wesentlich kostspieligere Einrichtung. Da bei jeder Lotung die Rückkehr der Echos von Gegenständen, die an der Grenze der vorgesehenen Reichweite liegen, abgewartet werden muß, ehe eine neue Aussendung erfolgen kann, können die einzelnen Lotungen nicht beliebig schnell hintereinander erfolgen. Die Folge ist, daß trotz großen Aufwandes die Absuchleistung bei den bekannten Verfahren, gemessen an dem in der Verfahren zur Echolotung mit SchallwellenThe known screening method in which a rotatable he Rich T-radiators, or a plurality of fixed ~ eingebäuter, miscellaneous directional TRichtsifaEler is used efföffJefn "eifie" in manufacture and installation much more expensive device. Since with each sounding the return of the echoes from objects that are at the limit of the intended range has to be waited for before a new transmission can take place, the individual soundings cannot be carried out in quick succession. The result is that, despite the great effort, the search performance in the known methods, measured against that in the method for echo sounding with sound waves

Zusatz zum Patent 822 515Addendum to patent 822 515

2020th

Anmelder:
Atlas -Werke Aktiengesellschaft,
Bremen, Stephanikirchenweide 1/19Applicant:
Atlas -Werke Aktiengesellschaft,
Bremen, Stephanikirchenweide 1/19

Dr. Hans Kietz, Bremen, ist als Erfinder genannt wordenDr. Hans Kietz, Bremen, has been named as the inventor

Zeiteinheit während der Fahrt des Sohiffes ausgeloteten Wasservolumen, zu wünschen übrigläßt. Es ist auch nicht ohne weiteres möglich, die Absuchleistung unter Herabsetzung der Ansprüche an die Genauigkeit der Ortung durch Verwendung von Schwingern mit weiter öffnung des Strahlkegels zu steigern, wie nachfolgend dargelegt wird.Time unit during the journey of the Sohiff plumbed water volume, leaves a lot to be desired. It is also not easily possible, the search performance reducing the demands on accuracy to increase the localization by using transducers with a wider opening of the beam cone, such as is set out below.

Die Reichweite und. damit die Wirksamkeit der Horizontallotung bei der Auffindung kleiner Körper im Meere hängt eng mit der Richtschärfe der Schallaussendung zusammen. Nach Aussendung eines Schallimpulses werden bis zur Reichweitengrenze ständig Echos von Inhomogenitäten des Wassers empfangen, die einen gewissen Störpegel, den sogenannten Nachhall, bedingen, der, bei Voraussetzung einer bestimmten Strahlungsintensität in einem beschallten Raumsektor, um so höher liegt, je größer die öffnung des Strahlkegels ist. Das Echo von einem angeloteten Ziel, das nur einen kleinen Teil des Querschnitts des Strahlkegels ausfüllt, ist im Verhältnis zu den aus dem gleichen Abstand empfangenen Störechos so schwach, daß es darin untergeht. Erst bei ausreichend verkleinerter öffnung des Strahlkegels hebt sich das Nutzeciho deutlich von dem verringerten Störechopegel ab.The range and. thus the effectiveness of the horizontal plumbing in finding small bodies in the sea is closely related to the directivity of the sound emission. After sending out a sound pulse echoes from inhomogeneities in the water are constantly received up to the range limit, which cause a certain level of interference, the so-called reverberation, which, if a certain The greater the opening of the, the higher the radiation intensity in a sector of the room Beam cone is. The echo from a calibrated target that is only a small part of the cross-section of the beam cone is so weak in relation to the false echoes received from the same distance that that it goes down in it. Only when the opening of the jet cone is sufficiently reduced does this become apparent Beneficial ciho clearly depends on the reduced false echo level.

Bei einfacher ^vergrößerung der Öffnung der Strahlkegel der im Hauptpatent beschneBenen'; sch"rägfladv unfen~gerichteten Schwinger, so daß sie etwa einen Quadranten ausfüllen, könnten nur sehr ausgedehnte Ziele aufgefunden werden; das Echo von kleineren Zielen, z. B. Minen, würde im Störpegel verschwinden. Die Vergrößerung der Öffnung des Strahlkegels in der Querebene muß daher durch eine Verringerung der Öffnung in durch die Schiffslängsachse gelegten Ebenen ausgeglichen werden. Dabei spielt auch der Umstand mit, daß ein wesentlicher Teil des NachhallsIn simple ^ the opening magnifying the beam cone of beschneBenen in the main patent '; obliquely flatv uninformed oscillators, so that they approximately fill a quadrant, only very extensive targets could be found; the echo from smaller targets, e.g. mines, would disappear in the interference level. The enlargement of the opening of the beam cone in the transverse plane must therefore be compensated for by reducing the opening in the planes laid through the longitudinal axis of the ship

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in oberflächennahen VVasserschichten entsteht, c1, h. daß die unteren Teile des Strahlungsfächers wesentlich weniger Nachhall liefern als die oberen. (Bei flachem Wasser trägt auch der Meeresboden zum Nachhall bei, ohne daß sich die hier dargestellten Verhältnisse grundsätzlich ändern.) Dadurch liegen günstigere Verhältnisse vor, als dies bei reiner Horizontallotung, d. h. bei einer Schallaussendung ausschließlich in die Meeresoberfläche streifenden Richtungen, der Fall ist, und die räumliche öffnung des Strahlungstrichters braucht nicht so klein gemacht zu werden wie die eines im wesentlichen horizontal gerichteten Strahlungskegels. Dies ist insofern von Bedeutung, als bei zu scharfer Bündelung um die Ouerebene kleine Kursschwankungen des Schiffes sich störend bemerkbar machen würden. Durch Versuche ist festgestellt, daß die durch den Nachhall gegebene untere Grenze der Brauchbarkeit bei einer Schwingerlänge von etwa zehn Wellenlängen des ausgesandten Schalles liegt. Diese Erkenntnis ist ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung.in V-layers of water near the surface, c1, h. that the lower parts of the radiation fan are essential deliver less reverberation than the above. (When the water is shallow, the sea floor also contributes to the reverberation without fundamentally changing the conditions shown here.) This results in more favorable Conditions than with pure horizontal plumbing, d. H. if sound is emitted exclusively into the Sea surface grazing directions, the case, and the spatial opening of the radiation funnel need not be made as small as that of a substantially horizontally directed cone of radiation. This is important in that at to sharp bundling around the outer plane, small course fluctuations of the ship are noticeable disturbing would do. Experiments have shown that the lower limit given by the reverberation is Usefulness with an oscillator length of about ten wavelengths of the emitted sound lies. This finding is an essential part of the invention.

Die scharfe Bündelung der Strahlung um die Querebene ist nicht durch den Wunsch der Erzielung einer genauen Richtungsbestimmung quer zur Schiffslängsachse bestimmt. Eine Bemessung nach diesem Gesichtspunkte wäre als mehr oder weniger willkürlich anzusehen, da sie mit dem Verzicht auf eine genaue Richtungsbestimmung in der Querebene kaum zu vereinen wäre. Nach der voher gegebenen Begründung ist aber die große Genauigkeit der Richtungsbestimmung quer zur Schiffslängsachse nur als Nebenergebnis einer Bemessung der öffnung des Strahlkegels zwecks ausreichender Senkung des Nachhallpegels anzusehen.The sharp focus of the radiation around the transverse plane is not due to the desire to achieve one precise directional determination transversely to the ship's longitudinal axis. A dimensioning according to this Viewpoints would be viewed as more or less arbitrary, since they are not an exact one Determination of direction in the transverse plane would hardly be able to be combined. According to the reason given above However, the high accuracy of the direction determination transversely to the ship's longitudinal axis is only a side result a dimensioning of the opening of the beam cone for the purpose of sufficiently reducing the reverberation level to watch.

Die Wahl der Breite der Schwinger zu größenordnungsmäßig einer Wellenlänge folgt zwangläufig aus der Forderung der Erfassung eines Winkelbereiches von nahezu 90° und aus der Lehre von den Richtcharakteristiken. Wegen der geringen Richtschärfe der Schwinger in vertikaler Ebene ist eine Unterscheidung zwischen in gleichem Abstände vom Schiff, aber in verschieden gegen die Meeresoberfläche geneigten Richtungen gelegenen Objekten nicht möglich, außer nach der Schiffsseite, auf der sie sich befinden, was aber auch für den allgemeinen Zweck des Aufsuchens reflektierender Objekte kaum von Bedeutung ist. Die geringe Richtschärfe in vertikaler Ebene hat den Vorteil, daß der Einfluß von Schlingerbewegungen des Schiffes auf die Echolotung weitgehend ausgeschaltet ist.The choice of the width of the oscillators to be of the order of magnitude of a wavelength follows inevitably from the requirement of capturing an angular range of almost 90 ° and from the teaching of the Directional characteristics. Because of the poor directivity of the oscillator in the vertical plane is a Differentiation between at the same distance from the ship, but at different distances from the sea surface objects in inclined directions are not possible, except to the side of the ship on which they are located, but this is hardly of any importance for the general purpose of finding reflective objects is. The low directivity in the vertical plane has the advantage that the influence of rolling movements of the ship on the echo sounding is largely switched off.

Wegen ihrer schmalen, langgestreckten Form mit parallel zur Schiffslängsachse liegender Längsausdehnung können die Schwinger leicht außen am Schiff angebracht werden, ohne daß sich der Wasserwiderstand wesentlich erhöht. Es ist weiter möglich, mit niedrigeren Schallfrequenzen als sonst bei Horizontallotgeräten mit Rücksicht auf die Schwingerabmessungen üblich zu arbeiten, da durch eine Vergrößerung der Schwingerabmessungen entsprechend der größeren Wellenlänge für den Einbau der Schwinger keine Schwierigkeiten entstehen. Niedrige Schallfrequenzen haben den Vorteil einer geringen Ausbreitungsdämpfung. Because of their narrow, elongated shape with a longitudinal extension parallel to the ship's longitudinal axis the transducers can easily be attached to the outside of the ship without affecting the water resistance significantly increased. It is still possible to use lower sound frequencies than other horizontal plumbing devices with consideration of the transducer dimensions usual to work, because by an enlargement the transducer dimensions corresponding to the longer wavelength for the installation of the transducer none Difficulties arise. Low sound frequencies have the advantage of low propagation attenuation.

Die mit der Einrichtung nach der Erfindung erreichbare hohe Absuchleistung gründet sich letzten Endes darauf, daß einerseits bei jeder Lotung ein großer Winkelbereich erfaßt wird und andererseits eine mehrfache Durchschallung von Teilen des abzusuchenden Meeresbereiches, wie dies besonders bei im Voraussektor schwenkbaren Horizontallotgeräten der Fall ist,The high search performance that can be achieved with the device according to the invention is ultimately based on the one hand that a large angular range is covered with each plumbing and on the other hand a multiple one Sounding through parts of the sea area to be searched, as this is particularly the case in the forward sector swiveling horizontal plumbing devices is the case,

weitgehend eingeschränkt ist. Um auch bei größeren Fahrtgeschwindigkeiten und hoher Richtschärfe eine lückenlose Auslotung des Gesamtgebietes zu erzielen, kann die Lotfolge durch zeitlich gestaffelte Echolotungen mit verschiedenen Frequenzen erhöht werden.is largely restricted. In order to have a To achieve a complete sounding of the entire area, the sounding sequence can be achieved by staggered echo sounding can be increased with different frequencies.

Die Betriebsweise der Einrichtung nach der Erfindung ist denkbar einfach. DieschichtweiseAbsuchung des Meeres auf beiden Schiffsseiten erfolgt selbsttätig bei der Fahrt des Schiffes, ohne daß es erforderlich ist, die Schwinger zu schwenken. Für die Aufzeichnung der Echos sind zwei Lotschreiber mit bewegten Schreibgriffeln von der gleichen Art, wie sie für Tiefenlotungen benutzt werden, vorzusehen. Zweckmäßig werden diese in einem gemeinsamen Schreibgerät zusammengefaßt, derart, daß auf beiden Schiffsseiten empfangene Echos mit gegensinnig bewegten Schreibgriffeln rechts und links von einer der Nullinie entsprechenden Mittellinie eines gemeinsamen Schreibstreifens aufgezeichnet werden.The operation of the device according to the invention is very simple. The layer-by-layer scan of the sea on both sides of the ship takes place automatically when the ship moves, without it being necessary is to swivel the transducers. For the recording of the echoes there are two moving plumb bobs To provide pens of the same type as those used for depth plumbing. These are expediently combined in a common writing implement in such a way that on both Echoes received on the sides of the ship with writing pens moved in opposite directions to the right and left of one of the The center line of a common writing strip corresponding to the zero line can be recorded.

Bei Lotung in flachem Wasser, wobei die Schallstrahlen der Schwinger in mehr oder weniger stark geneigter Richtung auf den Meeresboden treffen, erhält man mit der Echoloteinrichtung nach der Erfindung ein fortlaufendes Bild der Lage von Gegenständen, z. B. Minen, am Meeresgrunde zu beiden Seiten des Schiffes in Form einer Streifenkarte. Dabei stört es kaum, daß das Lagebild in der Nähe des Schiffes etwas verzerrt ist.When plumbing in shallow water, the sound beams of the transducer in more or less strong hit the sea floor in an inclined direction, is obtained with the echo sounder device according to the invention a continuous image of the location of objects, e.g. B. mines, on the seabed on both sides of the ship in the form of a strip map. It hardly disturbs that the situation is close to the ship is somewhat distorted.

Die Erfindung sei an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.The invention is illustrated using an exemplary embodiment.

Abb. 1 zeigt die Richtcharakteristik einer Echolotbasis nach der Erfindung, in Fahrtrichtung des Schiffes gesehen,Fig. 1 shows the directional characteristic of an echo sounder base according to the invention, in the direction of travel of the Ship seen,

Abb. 2 eine Draufsicht zur Abb. 1,Fig. 2 is a plan view of Fig. 1,

Abb. 3 ein Schreibgerät zur Panoramaabbildung mit einer Echolotbasis nach Abb. 1 und 2.Fig. 3 a writing implement for panoramic imaging with an echo sounder base according to Figs. 1 and 2.

In die Bordwand des Schiffes ist auf der Backbord- und Steuerbordseite parallel zum Kiel je eine Echclotbasis 1 und 2 zum Aussenden und Empfangen von 30-kHz-Impulsen eingebaut, deren Richtcharakteristik 3 bzw. 4 durch Wahl einer horizontalen Ausdehnung von 3 m, d. h. von etwa fünfzig Wellenlängen λ in der Fahrtrichtung weniger als 3° beträgt (Abb. 2). In der vertikalen Richtung kann eine geringe Richtschärfe zugelassen werden, so daß der Bereich von der Wasseroberfläche bis nahezu senkrecht nach unten durch die Echolotung erfaßt wird. Die vertikale Ausdehnung der Basis beträgt im Beispiel nur 2 cm. Eine Unterscheidung zwischen Objekten in verschieden gegen die Meeresoberfläche geneigten Richtungen ist hierbei zwar nicht möglich, aber auch für den Zweck des Aufsuchens reflektierender Objekte kaum von Bedeutung. Stampfen und Schlingern des Schiffes ist wegen der geringen vertikalen Richtschärfe nur von geringem Einfluß. In der Horizontalrichtung dagegen ist es zur Erzielung genügenden Auflösungsvermögens entscheidend, mit möglichst scharfer Richtcharakteristik zu arbeiten. Man wird die Richtschärfe außerdem sowohl dem zu erfassenden Entfernungsbereich als auch der maximalen Fahrtgeschwindigkeit des Schiffes bei der Echolotung anpassen, um zu erreichen, daß sich die einzelnen aufeinanderfolgenden Lotabbildungen möglichst lückenlos anreihen. Um auch bei größeren Fahrtgeschwindigkeiten und hoher Richtstärke eine lückenlose Auslotung des Gesamtgebietes zu erzielen, kann die Lotfolge durch zeitlich überlappte Echolotung mit voneinander abweichenden Frequenzen erhöht werden.An echclot base 1 and 2 for transmitting and receiving 30 kHz pulses is built into the ship's side on the port and starboard side, parallel to the keel about fifty wavelengths λ in the direction of travel is less than 3 ° (Fig. 2). A low level of directivity can be permitted in the vertical direction, so that the area from the water surface to almost vertically downwards is covered by the echo sounder. The vertical extension of the base is only 2 cm in the example. A distinction between objects in different directions inclined towards the sea surface is not possible here, but it is hardly of any significance for the purpose of searching for reflective objects. The ship's pitching and rolling has little effect because of the poor vertical focus. In the horizontal direction, on the other hand, it is crucial to work with the sharpest possible directional characteristic in order to achieve sufficient resolution. The focus will also be adapted both to the distance range to be detected and to the maximum speed of the ship during echo sounding in order to achieve that the individual successive plumb images line up as seamlessly as possible. In order to achieve a complete sounding of the entire area even at higher speeds and with a high directional strength, the sounding sequence can be increased by overlapping echo sounding with frequencies that differ from one another.

Jeder Echolotbasis auf der Steuerbord- und Backbordseite ist eine getrennte Anzeigevorrichtung, z. B.Each echo sounder base on the starboard and port sides is a separate display device, e.g. B.

Claims

in the form of a pen with stylus 5, 6 and registration area 7, 8, assigned. The two pens 5, 6 run in opposite directions, starting from the center of the writing strip, corresponding to the opposite plumbing on the port and starboard side with a measuring range of z. R. 0 to 500 m. The center line 9 of the writing strip, which can also consist of a median strip separating the zero lines of the two echo sounders, then corresponds to the location or the line of travel of the ship, from which the port and port lines viewed to the right and left Starboard side is shown. Is z. B. on the starboard side at a certain distance identified an object that has come to the display through several successive soundings, it is possible to solder this object more precisely by changing course of the ship and z. B. if it is a mine to clear it or, if it is a school of fish, to steer the ship over the school of fish and cast the net in the right place. The. The invention is not limited to the example shown; rather, various modifications and other designs are still possible. In particular, instead of permanent registration on writing strips, the display can be erased in an erasable manner, e.g. B. caused by light pointer on an afterglow film. Furthermore, the two echo sounders can also advance at an angle, for. B. take place at 60 ° against the direction of travel and, if necessary, work with correspondingly mutually inclined time deviations of the stylus. To compensate for the distance-dependent echo strength, an automatic amplifier regulation can be provided in a manner known per se. When using tape pens with pens carried by two circumferential tapes, it is advisable to work with three pens that are switched on alternately in order to achieve non-stop plumbing and recording. P Λ T CLAIMS:

1. Device for carrying out the method for echo sounding with sound waves, in which on the Starboard and port side of a ship with two permanently installed oscillators with downwards inclined main beam direction with continuous registration of the received echoes in for the both sides of the ship separate recording fields of a writing strip plumbed separately is, according to patent 822 515, characterized in that the built-in on both sides of the ship Oscillators have an elongated shape, the beam surfaces of which are essentially in the direction of travel lying longitudinal extension of more than ten wavelengths and one in the vertical direction Have a width of about one wavelength, which as a result are laid through their longitudinal axis, more or less inclined planes have a great directivity, while their radiation in the plane perpendicular to the direction of travel or to the longitudinal axis of the transducer Angular range distributed from the horizontal to almost vertically downwards.

2. Device according to claim 1, characterized in that the registration device is set up is that the received echoes are in separate fields to starboard and port of a writing strip with each plumbing in the opposite direction from the center of the writing strip outside moving writing members in the solder distance corresponding distances from the center of the strip to be recorded.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that it is arranged so that alternately can be sounded at two or more different frequencies.

Considered publications:
German patent specification No. 510 043.

1 sheet of drawings