-
Vorrichtung zur Anzeige der Richtung und Entfernung eines Objektes
mit Unterwasserschall auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige der Richtung und Entfernung eines Objektes
mit Unterwasserschall auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre unter Verwendung
eines Sendeorgans und mindestens zweier Empfangsorgane.
-
Zur Anzeige der Einfallsrichtung von Unterwasserschallimpulsen ist
bereits vorgeschlagen worden, zwei Wandler anzuordnen und dabei die Phasendifferenz
der auf die beiden Wandler eintreffenden Unterwasserschallimpulse als Maß für die
Einfallsrichtung zu verwenden. Die von den Unterwasserschallimpulsen herrührenden
phasenverschobenen Spannungen werden in einer nachfolgenden Vorrichtung zu Rechteckimpulsen
umgeformt, deren Amplitude von dieser Phasendifferenz abhängt. Diese Rechteckimpulse
werden anschließend auf ein Ablenkplattenpaar einer Kathodenstrahlröhre geleitet,
wodurch der Kathodenstrahl bei Echoankunft an eine Stelle des Bildschirmes gelenkt
wird, die der jeweiligen Einfallsrichtung entspricht.
-
Die Erfindung bringt nun nicht nur die Richtung, sondern auch die
Entfernung eines angeloteten Objektes mit Unterwasserschall auf der Kathodenstrahlröhre
unter Verwendung eines Sende- und mindestens zweier Empfangsorgane in der Weise
zur Anzeige, daß erfindungsgemäß die Aufzeichnung der Richtung und Entfernung des
angeloteten Objektes auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre mittels Helltastung
in der Weise erfolgt, daß der mit Hilfe der ersten Ablenkrichtung geradlinig im
Takt der Impulssendung über den Bildschirm vertikal geführte dunkelgetastete Elektronenstrahl
beim Empfang des eine Anzahl von Sinusschwingungen enthaltenden Echoimpulses mit
den Empfangsorganen eine mehrmalige, der Entfernung entsprechende, horizontale Ablenkung
erfährt, die durch eine Anzahl aufeinanderfolgender sägezahnförmiger Impulse an
der zweiten, senkrecht zur ersten stehenden Ablenkvorrichtung bewirkt wird, die
im gleichen Takt aus der Anzahl der Sinusschwingungen im Echoimpuls über das erste
Empfangsorgan und über eine Umformerschaltung gewonnen werden, und daß aus der Anzahl
der Sinusschwingungen im Echoimpuls am zweiten Empfangsorgan, die mit einer der
Einfallsrichtung entsprechenden Phasendifferenz gegenüber denjenigen am ersten Empfangsorgan
eintreffen, über eine Umformerschaltung sehr kurzzeitige Rechteckimpulse im Vergleich
zur Zeit der Horizontalauslenkung des Elektronenstrahles mit der Frequenz der Sinusschwingungen
gewonnen werden, die entsprechend ihrer Zeitdauer entsprechende Teile des horizontal
abgelenkten Elektronenstrahles an einer Stelle helltasten, die der Empfangsrichtung
entspricht.
-
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
-
Gemäß Fig. 1, in der ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung im
Blockschaltbild dargestellt ist, sind mit 1 bis 3 drei Wandler bezeichnet, von denen
der Wandler 1 zur Aussendung der Lotimpulse vorgesehen ist, während die Wandler
2 und 3, die nebeneinander mit zueinander paralleler Empfangscharakteristik angeordnet
sind, zum Empfang der Echoimpulse vorgesehen sind. Mit 4 ist ein Taktgeber bezeichnet,
der vorzugsweise periodisch Taktimpulse erzeugt, die einerseits den Lotimpulsgenerator
5 auftasten und somit die Auslösung eines Lotimpulses, der aus einer Anzahl von
sinusförmigen Schwingungen besteht, bewirken und andererseits einen Rastergenerator
6 tasten. Mit 7 ist ein Ablenkgenerator, mit 8 ein Impulsgenerator und mit 9 eine
Kathodenstrahlröhre zur Anzeige der Echoimpulse bezeichnet.
-
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Gleichzeitig mit den
Lotimpulsen werden in dem Rastergenerator 6 sägezahnförmige Impulse ausgelöst, deren
Länge einer Lotperiode entspricht. Diese sägezahnförmigen Impulse gelangen an das
vertikal auslenkende Ablenksystem der Kathodenstrahlröhre 9, wodurch der Kathodenstrahl
im Takt der Lotimpulse senkrecht über den Bildschirm geführt wird. Bei Empfang eines
reflektierten Unterwasserschallimpulses in dem Wandler 2 entsteht eine sinusförmige
Wechselspannung am Wandler 2, die von den sinusförmigen Schwingungen des reflektierten
Unterwasserschallimpulses
herrührt und dem Ablenkgenerator 7 zugeleitet
wird. In dem Ablenkgenerator 7 wird hierdurch eine sägezahnförmige Wechselspannung
ausgelöst, die mit der empfangenen sinusförmigen Wechselspannung frequenz- und phasengleich
ist. Diese sägezahnförmige Wechselspannung gelangt an das horizontal auslenkende
Ablenksystem der Kathodenstrahlröhre 9 und bewirkt eine zeilenweise Auslenkung des
Kathodenstrahles bei Empfang eines reflektierten Unterwasserschallimpulses bzw.
Echoimpulses. Bei Empfang des gleichen Echoimpulses in dem Wandler 3, der dort zeitlich
früher oder später je nach Lage des angeloteten Objektes eintrifft, entsteht eine
sinusförmige Wechselspannung, deren Phasenlage zu der sinusförmigen Wechselspannung
aus dem Wandler 2 von der Einfallsrichtung des Echoimpulses abhängt.
-
Diese sinusförmige Wechselspannung wird dem Impulsgenerator 8 zugeleitet.
In dem Impulsgenerator 8 werden dann aus dieser sinusförmigen Wechselspannung im
Vergleich zur Horizontalauslenkung des Elektronenstrahles sehr kurzzeitige periodische
Rechteckimpulse konstanter Impulsdauer erzeugt, deren Impulsfolgefrequenz gleich
der Frequenz der eintreffenden sinusförmigen Wechselspannung ist. Diese Rechteckimpulse
haben zur der Sinusspannung aus dem Wandler 3 eine bestimmte Phasenlage, die der
Empfangsrichtung entspricht. Die in dem Impulsgenerator 8 erzeugten Rechteckimpulse
werden einer an dem Widerstand 10 abgegriffenen Gleichspannung überlagert und dem
Wehnelt-Zylinder der Kathodenstrahlröhre 9 zugeleitet. Sie bewirken eine Helltastung
des normalerweise dunkelgetasteten Kathodenstrahles und dienen als Lichtfleck in
bezug auf ein auf dem Schirm angebrachtes Achsenkreuz zur Anzeige der Entfernung
vom Standpunkt des Beobachters und der seitlichen Winkelablage zu einer gegebenen
Bezugsrichtung. Die sich auf diese Weise auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre
9 ergebende Anzeige der Laufzeit und Einfallsrichtung der Echoimpulse wird nun an
Hand der Fig. 2 erläutert, in der der Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 9 vergrößert
dargestellt ist.
-
Bei der Auslösung eines Lotimpulses befindet sich der dunkelgetastete
Kathodenstrahl an der Steller Er wandert nun infolge der Wirkung des Rastergenerators
6 senkrecht nach unten, um bei Erreichen des Punktes B, der dem Ende einer Lotperiode
entspricht, wieder auf den Punkt A zurückzuspringen.
-
Wird ein Echoimpuls empfangen, dann wird der Kathodenstrahl infolge
der Wirkung des Ablenkgenerators 7 senkrecht zu dieser Bewegung ausgelenkt und schreibt
je nach der Länge des empfangenen Echoimpulses bzw. der Anzahl der in ihm enthaltenen
sinusförmigen Schwingungen mehrere Zeilen 11 bis 13. Da die Auslenkung des Kathodenstrahles
von A nach B zeitproportional und im Takt der Lotimpulse erfolgt, erfolgt die zeilenweise
Auslenkung an einer Stelle, die der Laufzeit, d. h. der Entfernung, des empfangenen
Echoimpulses entspricht. Beim Schreiben der Zeilen 11 bis 13 ist der Kathodenstrahl
so lange dunkelgetastet, bis er infolge der Wirkung des Impulsgenerators 8 im Takt
der Zeilenauslenkung kurzzeitig hellgetastet wird. Die Stellen, an denen dies geschieht,
sind in Fig. 3 kräftiger ausgezogen. Die Lage der Stellen, an denen der Kathodenstrahl
hellgetastet wird, hängt von der Phasendifferenz zwischen der in dem Ablenkgenerator
7 erzeugten sägezahnförmigen Wechselspannung und den in dem Impulsgenerator 8 erzeugten
Impulsen ab. Da diese Phasendifferenz der Phasendifferenz entspricht, mit der ein
Echoimpuls
in den beiden Wandlern 2 und 3 empfangen wird und diese Phasendifferenz wiederum
ein Maß für die Einfallsrichtung des Echoimpulses ist, ist durch die Lage der durch
Helltastung bewirkten Anzeigemarken 14 bis 16 die Einfallsrichtung der empfangenen
Echoimpulse gekennzeichnet. Zweckmäßigerweise justiert man die Anordnung derart,
daß die aufleuchtenden Marken in der Mitte des Bildschirms bei senkrecht einfallenden
Echoimpulsen entstehen.
-
Auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre werden auf diese Weise
Reflektoren abgebildet, die sich in einem fächerförmigen Bereich befinden, an dessen
Spitze die Wandler sich befinden. Die Abbildung dieses Fächers erfolgt gemäß Fig.
2 in Form eines Rechtecks. Man kann den Fächer aber auch formgetreu als ein gleichseitiges
Dreieck abbilden. Zu diesem Zweck wird der Kathodenstrahl durch Wahl einer geeigneten
Vorspannung an den horizontal auslenkenden Platten in seine Ruhelage auf den oberen
Teil der Mittellinie des Bildschirms gebracht. Dieser Punkt ist in Fig. 3 mit A'
bezeichnet. Die sägezahnförmige Spannung des Rastergenerators 6 wird nun zusätzlich
an das horizontal auslenkende Plattenpaar der Kathodenstrahlröhre 9 geleitet, so
daß der Kathodenstrahl statt auf der Linie A-B gemäß der Fig. 2 entlang der Linie
24'-B' gemäß der Fig. 3 geführt wird. Eine entsprechende Verbindungsleitung zwischen
dem Rastergenerator 6 und dem horizontal auslenkenden Plattenpaar der Kathodenstrahlröhre
9 ist in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet. Der Rastergenerator 6 wird nun außerdem,
wie durch eine zweite gestrichelte Linie angedeutet, an den Ablenkgenerator 7 gekuppelt.
-
Die sägezahnförmigen Rasterimpulse bewirken in dem Ablenkgenerator
7 eine Steuerung der Amplitude der in dem Ablenkgenerator 7 erzeugten sägezahnförmigen
Wechselspannung nach Maßgabe der Amplitude der Rasterimpulse. Die beim Eintreffen
eines Echoimpulses infolge der Wirkung des Ablenkgenerators 7 geschriebenen Zeilen
sind dann bei Echoimpulsen kleiner Laufzeit klein und bei Echoimpulsen großer Laufzeit
entsprechend größer. Der in Fig. 2 durch die Marken 14, 15, 16 gekennzeichnete Echoimpuls
wird in einem solchen Fall durch die Marken 14', 15', 16' gemäß der Fig. 3 angezeigt.
Der in Fig. 2 in Form eines Rechtecks ABCD abgebildete fächerförmige Lotbereich
wird gemäß Fig. 3 in Form eines gleichseitigen Dreiecks A'B'D' abgebildet. Der Rastergenerator
6 kann auch als Potentiometer mit umlaufendem Mittelabgriff ausgebildet sein, dem
von einer angelegten Gleichspannung sägezahnförmige Impulse als Rasterimpulse abgegriffen
werden. Zur sägezahnförmigen Steuerung der Amplitude der Ablenkimpulse kann dann
ein zweites Potentiometer mit synchron umlaufendem Kontaktarm als den Verstärkungsgrad
bestimmendes Element für den Ablenkgenerator 7 vorgesehen sein.
-
Ist die Phasendifferenz der in den Wandler 2 und 3 empfangenen Wellenstrahlung
größer als + 1800 oder kleiner als - 1800, dann wird die Anzeige mehrdeutig.
-
Um dies zu vermeiden, verwendet man zweckmäßigerweise Wandler 1, 2,
3, deren Richtcharakteristik auf den eindeutigen Bereich beschränkt ist.
-
Zur Ermittlung des Raumwinkels, -unter dem Echoimpulse einfallen,
kann man zwei gekreuzt angeordnete Empfangswandler vorsehen und an jedes Paar eine
Kathodenstrahlröhre zur Anzeige je einer Komponente des Raumwinkels kuppeln.
-
Man kann aber auch zu dem gleichen Zweck drei Wandler vorsehen, die
an den Ecken eines vorzugsweise
rechtwinkligen Dreiecks angeordnet
sind. Den der Hypotenuse gegenüberliegenden Wandler kann man dann an einen Impulsgenerator
für die Helltastung und die den Katheten gegenüberliegenden Wandler an je einen
Ablenkgenerator kuppeln. Die beiden Ablenkgeneratoren können dann je an das horizontal
ablenkende Ablenksystem einer zugehörigen Kathodenstrahlröhre gekuppelt werden,
während der Impulsgenerator zur Helltastung beider Kathodenstrahl röhren vorgesehen
werden kann. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel, bei dem noch zusätzlich eine
dritte Kathodenstrahlröhre zur gleichzeitigen Anzeige beider Komponenten des Raumwinkels
unter Verzicht auf die Echolaufzeitanzeige vorgesehen ist, ist in Fig. 4 im Blockschaltbild
dargestellt.
-
Gemäß Fig. 4 sind mit 20 und 21 die zwei den Katheten gegenüberliegend
angeordneten Wandler und mit 23 der der Hypotenuse gegenüberliegend angeordnete
empfangende Wandler bezeichnet. Mit 22 ist ein Wandler zur Aussendung der Lotimpulse
bezeichnet. Entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden
in dem Taktgeber 25 periodisch Taktimpulse ausgelöst, die ihrerseits den Lotimpulsgenerator
26 zur Aussendung der Lotimpulse in dem Wandler 22 anstoßen und sägezahnförmige
Rasterimpulse in dem Rastergenerator 27 auslösen. In den Ablenkgeneratoren 28 und
29 werden entsprechend der Phasenlage des einfallenden Echoimpulses sägezahnförmige
Ablenkspannungen erzeugt, die den horizontal auslenkenden Ablenksystemen der Kathodenstrahlröhre
30 und 31 zugeleitet werden. In dem Impulsgenerator 32 werden entsprechend dem in
Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel Rechteckimpulse erzeugt, deren Phasenlage
von der Phasenlage des in dem Wandler 23 empfangenen Echoimpulses abhängig. Diese
Rechteckimpulse werden den Wehnelt-Zylindern der Kathodenstrahlröhre 30 und 31 zur
Helltastung den normalerweise dunkelgetasteten Kathodenstrahlen zugeleitet. Auf
den Bildschirmen der Kathodenstrahlröhren 30 und 31 werden auf diese Weise die beiden
Komponenten des Raumwinkels der Einfallsrichtung und die Echolaufzeit angezeigt.
Die Anzeige erfolgt in derselben Weise wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
und kann in der im Text zu Fig. 3 beschriebenen Weise abgewandelt werden.
-
Zur Anzeige beider Komponenten des Raumwinkels unter Verzicht auf
die Echolaufzeitanzeige ist die Kathodenstrahlröhre 33 vorgesehen. An die beiden
Ablenksysteme der Kathodenstrahlröhre 33 ist je einer der Ablenkgeneratoren 28 und
29 gekuppelt.
-
Der Kathodenstrahl 33 wird infolge dessen bei Eintreffen eines Echoimpulses
diagonal oder parallel zur Diagonalen periodisch über den Bildschirm geführt.
-
Zur Helltastung des normalerweise dunkelgetasteten Kathodenstrahles
ist der Wehnelt-Zylinder der Kathodenstrahlröhre 33 an den Impulsgenerator 32 gekuppelt.
Die Rechteckimpulse des Impulsgenerators 30 bewirken dann eine derartige Helltastung
des Kathodenstrahles, daß Lichtmarken entstehen, die beide Komponenten des Raumwinkels
kennzeichnen.
-
Um eine Überladung der Anzeige auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre
33 zu vermeiden, ist das Sperrglied 34 vorgesehen, das von den Rasterimpulsen gesteuert
wird und derart an den Wehnelt-Zylinder der Kathodenstrahlröhre 33 gekuppelt ist,
daß Rechteckimpulse des Impulsgenerators 32 nur dann wirksam werden, wenn sie von
Echoimpulsen herrühren, die eine an dem Betätigungsorgan 34' einstellbare ausgezeichnete
Laufzeit haben. Das Sperr-
glied 34 kann auch vom Taktgeber 25 gesteuert werden.
Weitere Sperrglieder zur Verhinderung der Helltastung beim Rücklauf der Kathodenstrahlen
können vorgesehen sein.
-
Für die Kathodenstrahlröhren können Skalen vorgesehen sein, an denen
die Laufzeit und/oder Einfallsrichtung der Echoimpulse abgelesen werden kann.
-
In Abänderung der dargestellten Ausführungsbeispiele kann auch auf
besondere sendende Wandler verzichtet werden und einer der empfangenden Wandler
zusätzlich zur Aussendung der Lotimpulse vorgesehen sein. Die Erfindung ist naturgemäß
nicht auf Echolotgeräte beschränkt. Sie kann auch zur Peilung dienen.
-
In einem solchen Falle würde die Richtung unter der eine Wellenstrahlung,
die von dem anzupeilenden Gegenstand ausgeht, angezeigt werden. Vorrichtungen nach
der Erfindung können auch bei halbaktiver Peilung Verwendung finden.