DE1284334B - Anordnung zur winkelmaessigen Trennung reflektierender Objekte bei der Echolotung mittels Schallwellen - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur winkelmäßigen Trennung reflektierender Objekte bei der Echolotung mittels Schallwellen, bei der sendeseitig in jede Einzelrichtung eines größeren Gesamtsektors ein Sendeimpuls verschiedener Kennung gesendet wird und bei der jeder Einzelrichtung ein richtungs- und kennungsselektiver Empfangskanal zugeordnet wird.
• Bei einer bekannten Anordnung dieser Art, insbesondere für die Fischerei, wird die Richtungszuordnung der Anzeige von Objekten dadurch erreicht, daß man einen Sinusimpuls konstanter Frequenz über einen breiteren Sektor von z. B. ± -10° ausstrahlt und empfangsseitig durch eine Kombination von Verzögerungskette, mehrfach unterteiltem Empfangsschwinger hoher Richtwirkung und einer überlagerungsfrequenzmodulation einen scharf gebündelten Empfangsstrahl von beispielsweise 1° Breite innerhalb der Dauer einer Impulslänge von Steuerbord nach Backbord schwenkt.
• Diese Schwenkung erfolgt periodisch in kontinuierlicher Wiederholung. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß nicht jede Richtung dauernd beobachtet wird, vielmehr arbeitet die bekannte Anordnung mit der Abtastung sämtlicher scharf gebündelter Sektoren innerhalb eines Impulses, was einen Informationsverlust bedeutet.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs gekennzeichneten Art zu schaffen, die weniger aufwendig und weniger störanfällig, insbesondere gegen Nachhall, ist und bei der ferner Informationsverluste, wie bei der oben beschriebenen bekannten Anordnung, vermieden werden.
• Dies läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß zur Richtungsbildung der Einzelsektoren ein in Streifen unterteilter Wandler verwendet wird, der sende- und empfangsseitig an die Abgriffe eines kennungsselektiven Kompensationsnetzwerkes angeschlossen ist, das sendeseitig von einem breitbandigen Sendeimpuls erregt wird und empfangsseitig über Abgriffe mit getrennten, den verschiedenen Kennungen und damit Richtungen zugeordneten Kanälen verbunden ist, die abgetastet werden. Eine solche Anordnung zeichnet sich dadurch aus, das einerseits keine Informationsverluste in Kauf genommen werden müssen und daß andererseits die Schwierigkeiten im Nachhallverhalten vermeidbar sind.
• Vorteilhaft wird an den Ausgängen des Empfangskanals die vollständige Echoinformation mittels eines an sich bekannten Abtastverfahrens, dessen Informationsfluß größer als der Informationsfluß der Einzelkanäle zusammen ist, abgefragt und anschließend dargestellt.
• Als Sendeimpuls kann entweder ein Rauschbandimpuls verwendet oder kann für jede Einzelrichtung je eine feste Frequenz genommen werden und der Sendeimpuls, der auf das Kompensationsnetzwerk geschaltet wird, aus einer überlagerung der verschiedenen Frequenzen bestehen.
• Besonders vorteilhaft ist es, als Sendeimpuls ein frequenzmoduliertes Signal zu verwenden. Dadurch gelangt man zu einem besonders einfachen Aufbau der elektronischen Einrichtung, bei dem mit einfachen Mitteln die Schwierigkeiten im Nachhallverhalten vermeidbar sind.
• Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher veranschaulicht. Es zeigt F i g. 1 in schematischer Darstellung die Sendeseite, F i g. 2 die Empfangsseite einer Anordnung nach der vorliegenden Erfindung in einer ersten Ausführungsform, F i g. 3 eine Abwandlung der Anordnung nach F i g. 1 und F i g. 4 eine weitere Abwandlung des sendeseitigen Teils der Anordnung.
• Bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung ist ein in 20 Streifen S, bis S2o unterteilter Strahler an eine Verzögerungskette V bekannterBauart angeschlossen. Die Streifen haben untereinander den Abstand d. Die Verzögerungskette ist so bemessen, daß sie für eine mittlere Frequenz fo zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Anschlüssen eine Phasenverschiebung von 2 k (k = ganze Zahl 0, 1, 2 ... ) erzeugt.
• Auf diese Kette wird sendeseitig ein Impulsgenerator G geschaltet, der für eine Zeitdauer r ein Frequenband im Frequenzbereich fo ± A f an den Eingang der Kette V abgibt. Die mittlere Frequenz f. betrage beispielsweise 120 kHz, A f 10 kHz. Bei der Frequenz f. ist die Wellenlänge im Wasser Die Abstrahleinrichtung, wie sie in F i g. 1 dargestellt ist, habe den Winkel y gegenüber der Normalen auf der Streifenbasis. Zwischen y und den einzelnen Größen besteht folgende Beziehung: Um einen Winkelbereich von ± 10° zu überdecken, muß sin y = ± 0,173 sein.
• Man erhält geeignete Bedingungen, wenn man den Wert k = 1, den Wert wählt.
• Mit diesen Konstanten beschallt man den Sektor von -10 bis -f-10° so, daß auf je 1° ein Frequenzband von rund 1 kHz abgestrahlt wird, links beginnend mit 110 bis 111, rechts endend mit 130 bis 131 kHz. Die Impulslänger sollte dann nicht kürzer als 1 ms sein, um empfangsseitig ein Frequenzband von 1 kHz, wie es dem Einzelsektor von 1° Breite zugeordnet ist, voll zu erfassen.
• In F i g. 2 ist die empfangsseitige Funktion der Anordnung dargestellt. In diesem Fall dienen die Streifen Si bis S2o als Empfänger und sind, in derselben Schaltung wie auf der Sendeseite, an die Verzögerungskette V angeschlossen.
• Am Ausgang der Verzögerungskette V liegt empfangsseitig nach Umschaltung des Sende-Empfangs-Schalters W von Stellung S (Sender) in Stellung E (Empfang) eine Serie von Verstärkern f1 bis f2., die die Frequenzbänder 110 bis 111, 111 bis 112... 130 bis 131 kHz selektiv ausfiltern. Die Ausgangsspannungen dieser Verstärker werden von einem Abtaster A bekannter Bauart abgefragt und auf einem Kathodenstrahlrohr K dargestellt.
• Die Wirkungsweise der Anordnung sei sendeseitig an Hand der F i g. 1 beschrieben. Als Impulsgenerator dient ein Rauschgenerator, der das Frequenzband von beispielsweise 110 bis 131 kHz abstrahlt. Die Verzögerungskette ist so ausgelegt, daß zwischen je zwei Abgriffe für die Mittenfrequenz 120 kHz eine Verzögerung von 1/12o ms zustande kommt, mit anderen Worten, daß eine Phasenverschiebung von 2n für diese Frequenz erreicht wird. Die Frequenzen des Rauschbandes, die tiefer als 120 kHz liegen, also beispielsweise bei 110 kHz, erfahren die gleiche Zeitverzögerung, aber eine kleinere Phasenverschiebung. Umgekehrt erfahren die höher liegenden Frequenzen, also die bei 130 kHz, eine größere Phasenverschiebung als 2,-c. Infolgedessen werden die Frequenzen im 120-kHz-Bereich senkrecht zur Strahlfläche der Basis abgestrahlt, die tiefer liegenden Frequenzen nach links, die höher liegenden Frequenzen nach rechts.
• Die Anordnung wirkt bei einem Abstand der Schwinger von 0,5 so, daß einem Frequenzband von rund 1 kHz je ein Sektor von etwa 1° zugeordnet ist, links beginnend mit 110, rechts endend mit 130 bis 131 kHz.
• Empfangsseitig wird, wie es aus F i g. 2 hervorgeht, für jede Richtung von 1° Breite je ein Verstärker verwendet, dessen Bandbreite 1 kHz beträgt, beginnend mit 110 bis 111, 111 bis 112 kHz, endend mit 130 bis 131 kHz.
• Diese Verstärker sind an die Abgriffe der Kompensationskette angeschlossen, und zwar so, daß sich für die zugeordnete Richtung die Empfangskeule richtig einstellt. Dadurch wird ein doppelter Effekt im Nutzzu Stör-Verhalten erreicht. Einmal hat die Frequenzselektion von 1 kHz Bandbreite bereits eine Richtungszuordnung, die ja sendeseitig schon gegeben ist. Außerdem aber verschwindet infolge der durch die Kompensation bedingten Richtungszuordnung der Einfluß der Nebenpegel von Signalen aus den Nachbarsektoren, die bei bekannten Verfahren stören, weil beispielsweise die Nebenpegel eines Bandes von 113 bis 114 kHz in den Nachbarbändern von 112 bis 113 bzw. 114 bis 115 kHz gar nicht mehr empfangen werden und in den fernabliegenden um so weniger. Außerdem bietet die Anwendung der Geräuschimpulse den Vorteil, daß sich Störungen im Nachhallverfahren leicht vermeiden lassen. Die bekannten Verfahren, die in mehrere Richtungen Signale verschiedener Frequenz aussenden, arbeiten mit Sinustonimpulsen, die bekanntlich deshalb eine so schwierige Trennung von stillstehenden Objekten gegenüber dem Nachhall ergeben, weil sich starke Interferenzen ausbilden, die von den verschiedenen »insonifizierten« (vom Schallerregen) Zonen stammen. Diese Interferenzschwierigkeiten entstehen nicht bei der Anwendung von Geräuschimpulsen. Das gleiche gilt für frequenzmodulierte Impulse und breitbandige Impulse mit pseudostatistischer Kennung.
• Der Informationsverlust, der bei den Verfahren entsteht, die innerhalb der Impulsdauer den Gesamt-Winkelbereich abtasten, kann hier vermieden werden, indem man die Echoinformation in den einzelnen Verstärkerkanälen ständig empfängt. Die Bandbreite der einzelnen Verstärker ist um den Faktor ihrer Anzahl kleiner als die Bandbreite bei dem bekannten Verfahren. Dadurch erzielt man eine Verbesserung des Nutz- zu Stör-Verhältnisses, die den Informationsverlust aufhebt. Voraussetzung ist, daß der Abtaster, der die einzelnen Verstärker - im obigen Beispiel wären es 20 - abfragt, so ausgelegt ist, daß sein Informationsfiuß größer als der Informationsfluß der Einzelkanäle zusammen ist.
• F i g. 3 zeigt eine Abwandlung der Sendeseite. Dabei wird an Stelle eines Richtstrahles ein dreifach aufgefiederter Richtstrahl geschwenkt. Das hat den Vorteil, daß die Schwenkung nur über einen kleinen Winkelbereich erfolgt, was insbesondere bei Anwendung eines frequenzmodulierten Signals eine kürzere Zeit erfordert.
• F i g. 4 zeigt eine weitere Abwandlung der Sendeseite, bei der das Kompensationsnetzwerk nicht durch eine Verzögerungskette erster Ordnung, sondern durch einen Allpaß P höherer Ordnung gebildet wird. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Aufteilung der Richtigen symmetrisch zur Mittenfrequenz erfolgt.
• Im Rahmen der Erfindung sind noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich. Insbesondere lassen sich für die einzelnen Sektoren verschiedene Kennungsarten anwenden, wobei die Grenzen des Gesamt-Frequenzbandes für jede Kennung die gleichen wären, z. B. eine Kennung durch pseudostatistische Impulsfolgen.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Anordnung zur winkelmäßigen Trennung reflektierender Objekte bei der Echolotung mittels Schallwellen, bei der sendeseitig in jede Einzelrichtung von beispielsweise 1° Breite eines größeren Gesamtsektors von z. B. 20° Breite ein Sendeimpuls verschiedener Frequenz oder verschiedenen Frequenzbandes oder verschiedener Kennung gesendet wird und bei dem jeder Einzelrichtung ein richtungs- und frequenzselektiver oder richtungs- und kennungsselektiver Empfangskanal zugeordnet wird, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß zur Richtungsbildung der Einzelsektoren ein in Streifen unterteilter Wandler (S1 bis S2() verwendet wird, der sende- und empfangsseitig an die Abgriffe eines trennungsselektiven Kompensationsnetzwerkes (V) angeschlossen ist, das sendeseitig von einem breitbandigen Sendeimpuls erregt wird und das empfangsseitig über Abgriffe mit getrennten, den verschiedenen Kennungen und damit Richtungen zugeordneten Kanälen (f1 bis f..) verbunden ist, die abgetastet werden.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgängen der Empfangskanäle (f1 bis f") die vollständige Echoinformation mittels eines an sich bekannten Abtasters, dessen Informationsfluß größer als der Informationsfluß der Einzelkanäle zusammen ist, abgefragt und dann dargestellt wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Sender ein Rauschbandirnpulserzeuger verwendet wird.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsnetzwerk (V) an das der Rauschbandimpulserzeuger angeschlossen ist, so bemessen ist, daß jeder Einzelrichtung je eine feste Frequenz zugeordnet ist, wobei der Sendeimpuls aus der Überlagerung der verschiedenen Frequenzen besteht.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeimpulserzeuger als Sendeimpuls ein frequenzmoduliertes Signal liefert.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Richtung sendeseitig je ein Kompensationsnetzwerk vorgesehen ist, auf das von einem Sendeimpulsgeber Signale unterschiedlicher Kennung, aber sonst gleichen Frequenzbandes gegeben werden.
7. 7. Anordnung nach .Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für mehrere, nicht benachbarte Einzelsektoren dieselbe Frequenz bzw. dasselbe Frequenzband und/oder dieselbe Kennung vorgesehen sind. B. ,Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Verzögerungskette eine solche mit Gliedern höherer Ordnung (Allpaß) vorgesehen ist.