DE1162727B - Vorrichtung zur Anzeige der Einfallsrichtung von Unterwasserschallwellen - Google Patents

Vorrichtung zur Anzeige der Einfallsrichtung von Unterwasserschallwellen

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DE1162727B
DE1162727B DEA29305A DEA0029305A DE1162727B DE 1162727 B DE1162727 B DE 1162727B DE A29305 A DEA29305 A DE A29305A DE A0029305 A DEA0029305 A DE A0029305A DE 1162727 B DE1162727 B DE 1162727B
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DE
Germany
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distance
cathode ray
incidence
voltage
overflow
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Pending
Application number
DEA29305A
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English (en)
Inventor
Dr Heinz Thiede
Richard Dahlke
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Atlas Werke AG
Original Assignee
Atlas Werke AG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S1/00Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/72Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using ultrasonic, sonic or infrasonic waves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

  • Vorrichtung zur Anzeige der Einfallsrichtung von Unterwasserschaliwellen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Anzeige der Einfallsrichtung von Unterwasserschallwellen mit Hilfe von zwei Empfängern oder Empfängergruppen einer drehbaren Schallwandleranordnung und einer Kathodenstrahlröhre. Die bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art haben den Mangel, daß sie keine sinnfällige Darstellung ergeben, wie sie von den Panoramageräten der Wasserschallteclmik oder Radartechnik bekannt ist.
  • Bei Einrichtungen zur Richtungsanzeige mittels elektromagnetischer Wellen auf Flugzeugen ist es zwar bekannt, die Antenne und die anzeigende Kathodenstrahlröhre starr mit dem Flugzeug zu verbinden, so daß die Winkelstellung der Kathodenstrahlröhre immer mit der Winkeleinstellung der Antenne übereinstimmt; eine solche Einrichtung ist jedoch bei willkürlich zum Fahrzeug drehbaren Schallempfangsgeräten nicht bekannt.
  • Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß bei einer Vorrichtung mit drehbarer Schallwandleranordnung der oben bezeichneten Art die Kathodenstrahlröhre drehbar angeordnet ist und gleichsinnig mit der Basis der Empfängeranordnung verstellt wird, so, daß der Entfernungsüberlauf in Richtung der Basisnormalen zeigt und daß Signale, die schräg zu dieser Richtung einfallen, eine in Querrichtung dazu wirksame Ablenkspannung erzeugen, welche aus der Phasendifferenz an den beiden Empfängern gewonnen wird und dem Produkt aus der Winkelabweichung gegenüber der Normalen und der Entfernung proportional ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Phasendifferenzanzeige am Braunschen Rohr automatisch auf die Hauptstrahlrichtung der Drehbasis bezogen ist und daß dem Beobachter eine sinnfällige Anzeige geboten wird, aus der die Abweichung der Peilrichtung von der gesuchten Einfallsrichtung der Wellenenergie nach der einen oder anderen Seite klar zu erkennen ist und die Drehrichtung für die Basis zur Herstellung zur Übereinstimmung von Peilrichtung und Einfallsrichtung der Wellenenergie unmittelbar zur Anzeige kommt.
  • Die Zeichnung veranschaulicht zwei Ausführungsbeispiele nach der Erfindung.
  • F i g. 1 und 2 zeigen den Aufbau eines Gerätes zur Anzeige der Richtung und Entfernung von Schallwellen in Vorder- und Seitenansicht; Fig. 3 zeigt eine Schaltung mit aus der Phasendifferenz der Empfangsspannungen abgeleiteter Querablenkungsgleichspannung für ein Gerät nach F i g. 1 und 2, F i g. 4 eine Schaltung mit phasendifferenzabhängiger Aufhellung einer aus der einen Empfangsspan- nung abgeleiteten, mit der Entfernung anschwellenden Dreieckspannung durch eine aus der anderen Empfangsspannung abgeleitete Aufhellspannung für ein Gerät nach F i g. 1 und 2.
  • Das in F i g. 1 und 2 dargestellte Anzeigegerät besteht aus einem pultförmigen Gehäuse 1, in dessen Pultfläche 2 nebeneinander ein Sichtfenster für den Anzeigeschirm. 3 einer Braunschen Röhre 4 und ein Fenster für den Schreib streifen 5 eines Entfernungsschreibers vorgesehen ist.
  • Die Kathodenstrahlröhre 4 ist um ihre Achse 6 drehbar. Auf der Achse 6 sitzt ferner ein Geber 7 zur synchronen Fernübertragung der Drehstellung der Kathodenstrahlröhre über eine sogenannte elektrische Achse 8 auf einen Empfänger 9 mit einer Drehbasis, die aus zwei im Abstand d=A/2 angeordneten Unterwasserschallempfängern 10 und 11 besteht, welche an einem gemeinsamen, um die Mittelachse drehbaren Träger 12 angeordnet sind.
  • Die Kathodenstrahlröhre 4 ist mit einem Handrad 13 verbunden und trägt einen Zeiger 14, der über einer festen, am Gehäuse angebrachten Winkelskala 15 spielt.
  • Durch einen in den Zeichnungen nicht dargestellten Sender werden Unterwasserschallsignale in bestimmten Zeitabständen (Lotfolge) ausgesandt. Die Aussendung kann gerichtet z. B. mit einer Richtkeule von etwa 300 Breite erfolgen. Dabei ist der Sender fest mit der Drehbasis verbunden, so daß seine Hauptstrahlrichtung mit der Hauptempfangsrichtung der Empfangsbasis 10, 11 übereinstimmt. Der Kathodenstrahl wird im Takte der Signalaussendungen von einem Nullpunkt A aus in Durchmesserrichtung n über den Schirm 3 abgelenkt, derart, daß die Kippüberlaufrichtung n stets mit der jeweiligen Peilrichtung n der Drehbasis 10, 11 übereinstimmt und mit der Vorausrichtung 0, d. h. Fahrtrichtung des Beobachtungsfahrzeuges, den gleichen Winkel « einschließt. Dabei ist das Anzeigegerät so angeordnet, daß die Vorausrichtung sinnfällig mit dem Nullpunkt der Skala 15 zusammenfällt. Der Zeiger 14 gibt dann an der Skala 15 die Backbord- oder Steuerbordlage des Zieles richtig wieder, wenn die Schalleinfallsrichtung m mit der Peilrichtung n zusammenfällt. Um diese Einstellung zu erleichtern, wird die Winkelabweichung zwischen der Peilrichtung n und der Schalleinfallsrichtung m durch eine Querablenkung des Kathodenstrahles zur Anzeige gebracht.
  • Fig. 3 und 4 zeigen zwei verschiedene Schaltungen zur Erzeugung einer solchen Querablenkung aus der Phasendifferenz der Empfangsspannung der Empfänger 10 und 11.
  • Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, werden die beiden Empfangs spannungen auf je eine auf die Signalfrequenz abgestimmte Verstärkerstufe 16, 17 gegeben. Das Signal ul des Empfängers 10 wird nach Vorverstärkung in der Verstärkerstufe 16 einmal direkt auf das Steuergitter einer Enneode 18 gegeben, zum zweiten nach Phasendrehung um 900 im Phasenglied 19 auf das zweite Steuergitter der Enneode 18. Das Signal u. des Empfängers 11 wird nach Verstärkung in der Verstärkerstufe 17 auf das Steuergitter einer zweiten Enneode 20 gegeben, die auf ihr anderes Steuergitter das um 900 gedrehte Signal vom Empfänger 10 bekommt. Die beiden Enneoden 18 und 20 liegen in einer Brückenschaltung 21 und erhalten über ihre Anoden eine Kippspannung im Takte der Echoaussendung aus der für die Erzeugung des Entfernungskipps an dem Plattenpaar a vorgesehenen Kippschaltung22 für das Braunsche Rohr 4. Die an den Anoden abgenommenen Spannungen werden gleichgerichtet mit Hilfe zweier Gleichrichter 23 und 24. Die als Differenz an diesen beiden Gleichrichtern entstehende Gleichspannung wird durch einen Gleichspannungverstärker 25 nachverstärkt und auf das zum Entfernungskippüberlauf senkrechte Plattenpaar b der Braunschen Röhre 4 geschaltet.
  • Zur Lichtaufhvellung wird das Signal vom Empfänger 11 benutzt, und zwar wird es anschließend an die Verstärkerstufe 17 mit einem Gleichrichter 26 gleichgerichtet. Die dadurch entstehende Hüllkurve des Signals wird in einem Verstärker 27 nachverstärkt und direkt auf das zur Hellsteuerung des Kathodenstrahlfleckes dienende Gitter der Kathodenstrahlröhre 4 gegeben.
  • Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgendermaßen. Der Anodenstrom in einer Enneode ist zwischen 0 und 180° im wesentlichen umgekehrt proportional der Phasendifferenz zwischen den an ihre Gitter gelegten Spannungen. In der Enneode 18 ist aber diese Phasendifferenz stets gleich 90°, während sich in der Enneode 20 eine Abweichung von 90° oben oder unten ergibt, welche der Phasendifferenz der beiden Empfangsspannungen entspricht. Die Differenz der gleichgerichteten Spannungen an den Gleichrichtern 23, 24 ist also der Phasendifferenz der Empfangs spannungen proportional. Da die Phasendifferenz zwischen den Empfangsspannungen bei einem Abstand der Empfänger 10 und 11 von s/2 gleich z sie , ist, ergibt sich für kleine Werte von 1 auch Proportionalität zwischen der Querablenkungsspannung an Plattenpaar b und dem Einfallswinkel y.
  • Der Anodenstrom in den Enneoden ist ferner der angelegten Speisespannung proportional. Da nun diese Speisespannung vom Kippspannungsgenerator 22 für die Entfernungskippspannung des Braunschen Rohres geliefert wird, ist auch die Differenz der Spannung an den Gleichrichtern 23, 24 ebenso wie die Kippspannung des Generators 22 der von der Signalaussendung bis zur Echorückkehr verflossenen Zeit bzw. der von dem Signal zurückgelegten Entfernung r proportional.
  • Die Querablenkung s am Braunschen Rohr 4 ist somit für kleine Werte von dem Produkt aus der Entfernung r des reflektierenden Objektes und dem Winkel « zwischen Einfallsrichtung und Hauptstrahlrichtung der Drehbasis 10, 11 proportional, während die Längsablenkung r der Laufzeit oder Entfernung entspricht.
  • Bei Beginn einer Lotperiode bewegt sich, bei der Stelle A am Braunschen Rohr beginnend, der zunächst verdunkelte Leuchtfleck in Richtung der Nulllinie. Wird während dieses Überlaufes ein Signal empfangen, das gegenüber der Haupteinfallsrichtung eine Winkelabweichung , hat, so wird durch die an den beiden Gleichrichtern 23, 24 erzeugte Differenzgleichspannung eine Auslenkung senkrecht zur Überlaufrichtung proportional dem Produkt aus Entfernung r und Winkel ^ und über den Verstärker 27 gleichzeitig eine Hellsteuerung für die Dauer des Signals hervorgerufen. Es entsteht also entweder ein Leuchtfleck oberhalb oder unterhalb der an sich verdunkelten Nullinie je nachdem ob der Einfallswinkel; nach der einen oder anderen Seite von der Hauptstrahlrichtung abweicht. Die Aufhellung P des Leuchtfleckes erfolgt somit an einer Stelle, deren Lage zum Ausgangspunkt A der Ablenkung der Lage des reflektierenden Objektes zum Beobachtungspunkt entspricht.
  • F i g. 4 ist ein Beispiel für eine zweite Art der Ablenkung. 10 und 11 sind wieder Empfänger einer Drehbasis mit dem Empfängerabstand s./2, 16 und 17 Vorverstärker für die beiden Empfangsspannungen ul und u.2. Das Signal ul 1 vom Empfänger 10 wird in einem Doppelbegrenzer 28 zu einer Rechteckspannung u1, umgeformt und in einem Verstärker 29 nachverstärkt. Das Signal u. vom Empfänger 11 wird in einem Phasendrehglied 30 um 900 phasenverschoben und die so erhaltene Spannung u2, in einer Begrenzerstufe 31 ebenfalls zu einer Rechteckspannung u" umgeformt und in einer Verstärkerstufe 32 nachverstärkt. Das Signal vom Empfänger 10 wird hinter der Begrenzerstufe in einer Integrierstufe 33 in eine Dreieckspannung u1,, umgeformt. Die Dreieckspannung u1'' wird in einer Verstärkerstufe 34 nachverstärkt. In dem Verstärker 34 wird die Anodenspannung wieder mit dem Kippüberlauf für die Entfernungsablenkung am Plattenpaar a moduliert. Dieses modulierte Signal rc,"' wird nunmehr auf die senkrecht zum Kippüberlauf liegenden Platten b des Braunschen Rohres 4 gegeben.
  • Zunächst ist die hierbei entstehende Dreieckspanspannung, die allmählich mit dem Überlauf anschwillt, noch verdunkelt. Die Hellsteuerung erfolgt nunmehr durch das Signal vom Empfänger 11, das anschließend durch eine Begrenzer- und Verstärkerstufe 31 und 32 einer Differenzierung durch ein Differenzierungsglied 35 unterworfen wird. Die so erhaltene Spannung u wird in einer Verstärkerstufe 36 nachverstärkt und zur Hellsteuerung in einer definierten Lage während des Dreiecküberlaufes benutzt. Dadurch entsteht im Braunschen Rohr ein Bild, das ebenfalls eine Auslenkung erfährt, die der Entfernungr, vom Nullpunkt A her gesehen, und dem Winkel r proportional ist.
  • Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgendermaßen. Durch die 900-Phasenverschiebung der Spannung u.2 im Phasendrehglied 30 wird die mit der Integration der Spannung U1' in der Integrierstufe 33 verbundene 900 -Phasenverschiebung der abgeleiteten Dreieckspannung ausgeglichen, so daß für y = 0 die Spitzen von u.,"' auf die Nulldurchgänge von um''' zu liegen kommen. Durch die Begrenzerstufe 28 mit dem anschließenden Verstärker 29 wird erreicht, daß die Spitzengröße h in der Querablenkung unabhängig von der Amplitude des einfallenden Signals ist, sie hängt nur von der bei Echoankunft seit der Signalaussendung verflossenen Zeit oder der Entfernung r ab und ist auch an sich unabhängig von der Größe des Einfallswinkels y. Dagegen hängt die Momentangröße der Dreieckspannung zur Zeit der Aufhellung durch die positiven Spitzen der Spannung u2"' vom Einfallswinkel y ab, und zwar ist der Phasenwinkel zwischen jeder positiven Spitze der Spannung u2"' und dem Nulldurchgang der Dreieckspannung u"' gleich gr sin ;.. Für kleinere Werte von I, ist infolgedessen der Abstand s der durch die Spannung u2"' aufgehellten Stellen P der Dreieckkurve um''' proportional der Größe des Einfallswinkels y. Da anderseits durch die Modulation mit der entfernungsabhängigen, vom Kippgenerator 22 gelieferten Kippspannung die Größe der Querablenkungsspannung u1 für jede Phase der Entfernung r proportional ist, besteht auch, wie im ersten Ausführungsbeispiel, Proportionalität zwischen dem Abstand s und dem Produkt aus Entfernung r und Einfallswinkel ,.
  • Durch Bemessung der Proportionalitätsfaktoren für die Querablenkspannung läßt sich erreichen, daß der Winkel a zwischen Nullrichtung und Verbindungsstrahl m vom Nullpunkt A zum Punkt P der Aufhellung mit dem Einfallswinkel r übereinstimmt oder mit einem gewünschten Faktor multipliziert erscheint.
  • Durch Erhöhung beispielsweise der Verstärkung in der Gleichspannungsverstärkerstufe 25 nach Fig. 1 oder in der Verstärkerstufe 34 nach F i g. 2 kann der Winkel a vergrößert werden. Durch Umschaltung des Verstärkungsgrades könnte daher von einer Grobeinstellung bei z. B. naturgetreuer Winkelabbildung auf eine Feineinstellung bei übernatürlich großer Winkelabbildung übergangen werden.
  • Die Querablenkung erfolgt in beiden Ausführungsbeispielen nur, solange das Echosignal einfällt, und zwar in einem Abstand vom Nullpunkt A des Kippüberlaufes, welcher dem zeitlichen Ablauf vom Be- ginn der Lotperiode proportional ist und der damit die Entfernung r des reflektierenden Objektes vom Beobachtungspunkt anzeigt.
  • Mit den dargestellten Schaltungen lassen sich Phasendifferenzen zwischen - 90 und + 900 eindeutig darstellen. Bei einem Abstand der beiden Empfänger von ,î./2 lassen sich damit Winkelabweichungen y im Einfallbereich von 1300 gegenüber der Normalen eindeutig darstellen. Da bei den üblichen Suchstrahlverfahren die Breite des Suchstrahls gewöhnlich schmaler als 600 ist, läßt sich das Verfahren also zur Darstellung von angeloteten Objekten benutzen.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Anzeige der Einfallsrichtung von Unterwasserschallwellen mit Hilfe von zwei Empfängern oder Empfängergruppen einer drehbaren Schallwandleranordnung und einer Kathodenstrahlröhre, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenstrahlröhre drehbar angeordnet ist und gleichsinnig mit der Basis der Empfängeranordnung verstellt wird, so, daß der Entfernungsüberlauf in Richtung der Basisnormalen zeigt und daß Signale, die schräg zu dieser Richtung einfallen, eine in Querrichtung dazu wirksame Ablenkspannung erzeugen, welche aus der Phasendifferenz an den beiden Empfängern gewonnen wird und dem Produkt aus der Winkelabweichung gegenüber der Normalen und der Entfernung proportional ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, zur Bestimmung von Richtung und Entfernung nach dem Rückstrahlverfahren und Ablenkung des Kathodenstrahles mittels eines geradlinigen, im Takte der Lotung sich wiederholenden Überlaufes, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippüberlauf in Hauptstrahlrichtung der Basis erfolgt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenstrahl durch die Empfangsspannungen hellgesteuert wird.
  4. 4. Vorrichtung, insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenstrahl durch die Empfangsspannungen so senkrecht zur Kipprichtung abgelenkt und aufgehellt wird, daß die Ablage des Anzeigepunktes vom Normalkippüberlauf dem Produkt aus Entfernung und Einfallswinkel zur Hauptstrahlrichtung proportional ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 734909.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE734909C (de) * 1939-12-20 1943-05-03 Telefunken Gmbh Auf einem Fahrzeug angeordnete Einrichtung zur Ermittlung der Richtung eines elektromagnetische Wellen ausstrahlenden Senders

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE734909C (de) * 1939-12-20 1943-05-03 Telefunken Gmbh Auf einem Fahrzeug angeordnete Einrichtung zur Ermittlung der Richtung eines elektromagnetische Wellen ausstrahlenden Senders

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