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Verfahren zur unterschiedlichen Anzeige bewegter reflektierender Objekte
nach der Echomethode Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur unterschiedlichen
Anzeige reflektierender Objekte, die verschiedene Geschwindigkeiten relativ zur
Beobachtungsstelle haben, nach der Echomethode unter Ausnutzung des Dopplereffekts.
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Bei einem bekannten Verfahren dieser Art sind, um bewegte Objekte
erfassen zu können, entweder bei fester Sendefrequenz im Empfangskreis ein stellbare
selektive Abstimm- oder Siebmittel vorgesehen, oder es kann bei fester Einstellung
dieser Mittel die Sendefrequenz variiert werden. Bei diesem Verfahren können jeweils
nur Objekte eines bestimmten, durch die Selektivität der genannten Abstimmittel
gegebenen Geschwindigkeitsbereiches angezeigt werden; Objekte aus verschiedenen
Geschwindigkeitsbereichen können nur nacheinander durch Verstellung der Sendefreqenz
bzw. der Abstimmittel zur Anzeige gebracht werden.
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Die Erfindung ermöglicht die gleichzeitige Beobachtung von Objekten
verschiedener Relativgeschwindigkeit gegenüber dem Lotgerät, sofern sie nur im Beobachtungssektor
und innerhalb der Reichweite des Echolotgerätes liegen, wobei optische Anzeigemittel
vorgesehen sind.
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Erfindungsgemäß wird die Dopplerfrequenz, d. h. die Frequenz der
empfangenen Echoimpulse, von den Empfangswandlern zwei Kanälen zugeleitet, die zur
Frequenztransformation Modulatoren enthalten, in denen aus der Dopplerfrequenz und
der Frequenz eines vorzugsweise einstellbaren Oszillators in be kannter Weise die
Differenzfrequenz gebildet wird, die anschließend über Transformatoren je einem
gleichdimensionierten Netzwerk, bestehend aus einer Reihenschaltung eines ohmschen
Widerstandes und eines Parallelschwingkreises, dessen Resonanzwiderstand gleich
dem vorgeschalteten Widerstand ist, zugeleitet wird, daß in dem einen Kanal die
an dem Parallelschwingkreis auftretende Ausgangsspannung über einen Verstärker an
das eine Plattenpaar und in dem zweiten Kanal die um die halbe Eingangs sp annung
des Parallelschwingkreises ebenfalls über einen Verstärker an das zweite, senkrecht
zum ersten angeordnete Plattenpaar der Kathodenstrahlröhre geführt ist, daß Mittel
zum Ausgleich des konstanten Phasenunterschiedes von 900 zwischen den an den beiden
Plattenpaaren liegenden Spannungen vorgesehen sind und daß die Apparatur derart
justiert ist, daß der Dopplerverschiebung Null eine bestimmte Lage, vorzugsweise
die senkrechte, des auf dem Bildschirm der Anzeigeröhre erscheinenden - Leuchtstriches
entspricht.
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Nach diesem Verfahren erfolgt die Echoanzeige auf dem Bildschirm
einer Kathodenstrahlröhre als Leuchtstricb, wobei die Neigung dieses Leuchtstriches
gegen eine Bezugsgerade, beispielsweise die Vertikale, ein Maß für die Relativgeschwindigkeit
des angeloteten Objektes gegenüber dem Lotgerät ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung wird an das eine Plattenpaar
der Kathodenstrahlröhre in bekannter Weise eine im Takt der Lotimpulsaussendung
ausgelöste Sägezahnspannung angelegt, wodurch gleichzeitig mit der Doppleranzeige
eine Anzeige der Entfernung des angeloteten Objektes erfolgt.
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Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
erläutert.
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Die Zeichnung stellt lediglich die elektrische Schaltungsanordnung
dar, durch-welche die Anzeige der Relativgeschwindigkeit aus dem Dopplereffekt nach
der Erfindung bewirkt wird, nicht aber die eigentliche Echoloteinrichtung, die in
an sich bekannter Weise aus einem Schallimpulsgenerator als Sender und einem elektroakustischen
Wandler als Empfänger bestehen kann.
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Die Dopplerfrequenz Vd, d. h. die von den Wandlern empfangene Frequenz
der Echoimpulse, wird den Modulatoren Mj und M2 zugeführt. In diesen Modulatoren
wird die ~ Dopplerfrequenz in bekannter Weise durch Überlagerung mit der vorzugsweise
einstellbaren Frequenz des Oszillators 0 transponiert. Zwischen den - Oszillator
0 und den Modulator M2 ist ein Phasenschieber Ph geschaltet, der eine Phasenverschiebung
von 900 zwischen den gleichen aus den Doppierfrequenzen und der Oszillatorfrequenz
gewonnenen Differenzfrequenzen in beiden Kanälen bewirkt, die über zwei gleiche
Transformatoren T1 und T2 zwei einander gleichen Netz-
werken zugeführt
werden, die je' aus der Serienschaltung eines ohmschen Widerstandes R11 bzw. R2t
und eines Parallelschwingkreises C1, L1, R12 bzw.
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C2,L2, R22 bestehen, wobei Rlt=2i2=R2l =R22^ C1=C2 und L1=L2 ist.
Die Sekundärspannung der Transformatoren T, und T2 sei Q, und die Ausgangsspannung
der Parallelschwingkreise C1, L1, R12 und C2,L2,R22 sei U2. In dem Kanal 1 wird
die Eingangsspannung des Verstärkers V1 zwischen einer Mittelanzapfung der Sekundärwicklung
des Transformators T1 und der Klemme zwischen dem Widerstand R11 und dem Schwingkreis
C1, L1, R12 abgegriffen. Durch diese Schaltung wird den Horizontalplatten der Kathodenstrahlröhre
K über den Verstärker V1 die Spannung U2t U1 zugeführt.
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In dem Kanal 2 wird die Ausgangsspannung U2 des Schwingkreises C2,
L2, R22 über den Verstärker V2 dem vertikalen Plattenpaar der Kathodenstrahlröhre
K zugeführt. Wie allgemein bekannt ist, durchläuft die Spitze des Vektors der Ausgangsspannung,
im vorliegenden Fall Ug, eines mit einem ohmschen Widerstand in Reihe an eine Spannung,
beispielsweise U1, geschalteten Parallelschwingkreises bei Variation der Frequenz
einen Kreis, dessen Durchmesser gleich dem Betrag der Resonanzspannung des Schwingkreises,
im Beispiel t U1 wegen Rll =Rl2=R2l =R22v ist. Da U2 eine Sehne in einem Kreis mit
dem Durchmesser 2 Ul ist, sind die Spannungen U2 und U22 Ut für alle Frequenzen
gegeneinander 90° phasenverschoben. Diese Phasenverschiebung wird durch die bereits
vor den Transformatoren T1und T2 mit dem Phasenverschieber Ph zwischen dem Oszillator
0 und dem Modulator M2 erzeugte Phasenverschiebung von 900 zwischen den Schwingungen
in den beiden Kanälen kompensiert. Die Wechselspannungen U2 und U22 U1 an den Ablenkplatten
der Kathodenstrahlröhre sind also konphas, und auf dem Bildschirm erscheint die
Anzeige in Gestalt eines Leuchtstriches. Würde der Phasenschieber Ph nicht genau
die Phasenverschiebung zwischen U2 und U2 21¼ kompensieren, so würde auf dem Bildschirm
eine Ellipse erscheinen.
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Die Relativgeschwindigkeit zwischen dem lotenden Schiff und angeloteten
Objekten kann bei fest eingestelltem Oszillator 0 aus der Neigung des Leuchtstriches
beispielsweise gegen die Vertikale, die vorzugsweise der Relativgeschwindigkeit
Null entspricht, ermittelt werden. Die Frequenz des Oszillators 0 wird beispielsweise
bei der Relativgeschwindigkeit Null so eingestellt, daß der Leuchtstrich senkrecht
steht, d. h. daß an den X-Platten die Spannung ¼ - 2 ¼ - 0 und an den Y-Platten
die Spannung ¼=u' U1 ist, was nur in dem Fall eintritt, wenn der Oszillator O so
eingestellt ist, daß die in den Modulatoren M1 und M2 durch Überlagerung aus der
Dopplerfrequenz mit der Oszillatorfrequenz gebildete Differenzfrequenz gleich der
Resonanzfrequenz der Schwingkreise C1, L1, R12 und C2, L2, R22 ist. Die Relativgeschwindigkeit
zwischen lotendem Schiff und angeloteten Objekten kann vorzugsweise bei fest eingestelltem
Oszillator O unmittelbar aus der Neigung des Leuchtstriches abgelesen werden. Es
kann aber auch jeweils der Oszillator so eingestellt werden, daß der Leuchtstrich
senkrecht steht, und die Relativgeschwindigkeit an dem Einstellorgan des Oszillators
abgelesen werden.
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Wird die Oszillatorfrequenz so eingestellt, daß der Anzeigestrich
senkrecht steht, wenn vom fahrenden Schiff ein ruhendes Objekt angelotet wird, so
ist die
Neigung des-Anzeigestriches bei fest eingestelltem Oszillator ein Maß für
die absolute Geschwindigkeitskomponente des angeloteten Objektes in Richtung auf
das lotende Schiff.
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Ist, wie in der Zeichnung dargestellt, an das Plattenpaar, an dem
die Spannung U,-BU, liegt, zusätzlich ein Sägezahngenerator angeschlossen, der durch
den Sendeimpulsgenerator der Lotanlage in bekannter Weise im Takt der Lotimpulse
ausgelöst wird, so ist gleichzeitig mit der Doppleranzeige eine Entfernungsanzeige
möglich. Dabei wird der Mittelpunkt des Leuchtstriches in bekannter Weise durch
die Sägezahnspannung innerhalb jeder Lotperiode entsprechend der Laufzeit der Lotimpulse
vom linken Rand des Bildschirmes, der dem Nullpunkt entspricht, beginnend in horizontaler
Richtung über den Bildschirm geführt. Im Falle des Echoempfanges leuchtet also ein
Leuchtstrich auf, wobei der Abstand des Mittelpunktes dieses Striches vom linken
Rand des Bildschirmes ein Maß für die Entfernung des angeloteten Objektes und seine
Neigung gegen die Vertikale ein Maß für die Relativgeschwindigkeit des angeloteten
Objektes zum lotenden Schiff ist. Entspricht der senkrechten Stellung des Leuchtstriches
die Relativgeschwindigkeit Null, so wird beispielsweise durch eine Schräglage des
Striches nach rechts angezeigt, daß sich lotendes Schiff und angelotetes Objekt
einander nähern, und durch eine Schräglage des Striches nach links, daß sich beide
voneinander entfernen. Ist keine Entfernungsanzeige vorgesehen, so wird der Mittelpunkt
des Leuchtstriches zweckentsprechend in den Mittelpunkt des Bildschirmes gelegt.