DE1516605B1

DE1516605B1 - Receiver system for underwater sound location for recording and processing of multiple input signals with different frequencies

Info

Publication number: DE1516605B1
Application number: DE19661516605D
Authority: DE
Inventors: Cyr Reginald John; Dixon Alexander Murphy
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1966-06-13
Filing date: 1966-06-13
Publication date: 1970-01-02
Also published as: GB1089085A

Description

Die Erfindung betrifft ein Empfängersystem für großen dynamischen Bereichs der empfangenen Sidie Unterwasser-Schallortung zur Aufnahme und ^ gnale bekannte Filterschaltkreise allein nicht die erVerarbeitung von mehreren Eingangssignalen mit forderliche Diskriminatorwirkung zustande bringen, verschiedenen, nahe beieinanderliegenden Frequenzen die in dem oben beschriebenen Anwendungsfall notmit Hilfe von mehreren Schmalbandfütern, wobei 5 wendig ist, da solche Schaltkreise eine Kennlinie jedes Filter eine Durchlaßcharakteristik hat, die die haben, welche das Durchlassen einiger Frequenzen Frequenz eines bestimmten Eingangsimpulses durch- gestattet, die erheblich von der Mittelfrequenz abläßt, und wobei auf einen Schwellwert übersteigende liegen (skirt characteristic). Wenn diese neben dem Signale ansprechende Anzeigemittel vorgesehen sind. gewünschten Band liegenden Signale in der Ampli-The invention relates to a receiving system for a wide dynamic range of received signals Underwater sound location for recording and known filter circuits alone not the processing bring about several input signals with a necessary discriminatory effect, different, closely spaced frequencies that are necessary in the application described above With the help of several narrow-belt feeders, 5 of which are maneuverable, as such circuits have a characteristic each filter has a pass characteristic similar to that of the pass of some frequencies Frequency of a certain input pulse, which deviates considerably from the mean frequency, and where lying on a threshold value exceeding (skirt characteristic). If this is next to the Signals responsive display means are provided. the desired band, signals in the amplitude

Es gibt eine Vielzahl von Fällen, in denen man i° tude mehrfach größer sind als die Signale, die durch unter einer Vielzahl von Eingangsimpulsen verschie- das Filter hindurchkommen sollen, dann können dener Frequenzen, die verschiedene Informationen auch solche größere seitlich liegende Signale durch tragen können, diskriminieren will, wobei aber die das Filter gelangen und dadurch Fehler verursachen, Impulse in sehi;. kurzen zeitlichen Abständen und in so daß falsche logische Schaltkreise erregt werden statistisch verteilter Folge am Empfänger ankommen. 15 oder andere unerwünschte falsche Reaktionen aus-Dies ist z. B. der Fall bei der Verarbeitung von Ein- gelöst werden.There are a multitude of cases in which one i ° tude are several times greater than the signals that are passing through under a multitude of input impulses different filters are supposed to pass through, then can Those frequencies that carry different information also carry such larger lateral signals can wear, wants to discriminate, but which can reach the filter and thereby cause errors, Impulses in sehi ;. short time intervals and in such a way that false logic circuits are excited statistically distributed sequence arrive at the recipient. 15 or other undesirable wrong reactions from-this is z. B. the case in the processing of redemption.

gangssignalen, .die von einer Vielzahl von Unter- Bei einem bekannten System der eingangs genann-input signals, which are transmitted by a large number of

wassersendern kommen, welche selbst so ausgebildet ten Art werden z. B. an den Ausgängen von Schmalsind, daß sie auf Aisffagesignale'vom Sender auf bandfiltern Glühlampen angeschlossen, die jeweils einem Schiff antworten. Solche Antwortsender hegen 20 beim Vorhandensein einer in der Durchlaßbandbreite in bekannten Positionen auf dem Meeresgrund, und des entsprechenden Filters auftretenden Signalfrejeder solcher Antwortsender sendet nach Abfrage quenz aufleuchten. Beim Vorhandensein von relativeinen Impuls mit einer kennzeichnenden Frequenz. großem Hinfergrundsgeräusch wird diese bekannte Wenn man die Zeit kennt, die zum Senden eines Einrichtung jedoch unzuverlässig, da der Pegel des Abfrageimpulses erforderlich ist, und wenn man wei- 25 spektral beschaffenen Geräusches den Ansprechwert ter die Zeit kennt, die zum Empfang einer Antwort der Glimmlampe bzw. Glimmlampen überschreiten von einem gegebenen Antwortsender erforderlich ist, kann und daher falsche Informationen gegeben werdann kann die Entfernung des Schiffes vom Anwort- den (deutsche Auslegeschrift 1135 344). ';
sender errechnet werden. Wenn eine Vielzahl von Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestehtwater transmitters come, which are even so trained th type z. B. at the outputs of Schmalsind that they are connected to Aisffagesignale'vom the transmitter on band-filter incandescent lamps that each respond to a ship. Such transponders cherish 20 in the presence of a signal frequency in the pass bandwidth in known positions on the seabed, and the corresponding filter, each such transponder sends light up after query. In the presence of a relative pulse with a characteristic frequency. If you know the time, but it is unreliable to send a device, since the level of the interrogation pulse is required, and if you know the response value ter the time it takes to receive a response from the glow lamp, if you know the time it takes to receive a response from the glow lamp or exceed glow lamps is required by a given responder, and therefore incorrect information can be given, then the distance of the ship from the responder (German Auslegeschrift 1135 344). ';
transmitter can be calculated. When there is a variety of The object of the present invention

Antwortsendern auf den Abfrageimpuls antworten, 3° im wesentlichen darin, ein Ernpfängersystem der eindann kann man durch Triangulation der erhaltenen gangs genannten Art zu verbessern und die bei beInformation die exakte Position des Schiffes in bezug kannten Geräten dieser-Gattung- auftretenden Nachaufdie bekannten. Positionen .der Antwortsender be- teile dadurch zu beseitigen, daß ein bestimmtes Einstimmen. -Die's erfordert .eine■'klarer Trennung und' gangssignal zu identifizieren und von anderen sol-Identifizierung dör einzelnen Emgangsimpulse'; Diese 35-chen Eingangssignalen oder von eventuell auftreten-Impulse werden dann dazu verwendet, eine Eingangs-f - dem Rauschen zu trennen ist, wobei der auftretende information an einen Digitalrechner herzustellen, der Rauschpegel sogar über der Amplitude des gesuchseinerseits die genaue Position des Schiffes aus- ten Signals liegen kann,, und daß man nahe beieinrechnet. ~ anderliegende Eingangsimpulse empfangen kann undResponders respond to the interrogation pulse, 3 ° essentially in a receiver system that then can be improved by triangulation of the type mentioned above and that of beInformation the exact position of the ship in relation to known devices of this type of post-event known. Positions of the responder can be eliminated in that a certain attunement. -This requires .a ■ 'clear separation and' signal to identify and identify from other sol dör individual input impulses'; These 35-th input signals or from possibly occurring impulses are then used to separate an input f - which is the noise, being the occurring to produce information on a digital computer, the noise level even above the amplitude of the person being sought the exact position of the ship can be based on the signal, and that it is close to it. ~ can receive other input pulses and

Dieses Verfahren ist jedoch mit einer Vielzahl von 4° dabei das Verhältnis; .',von Empfang zu falschen Schwierigkeiten verbunden. Bei der Signalübertra- Alarmmeldungen voraussagen kann. Der erzeugte gung mit akustischen-AVellen, unter Wasser besteht 'Ausgang soll dabei als:Eingangssignal für eine digizunächst das Problem eines ständig vorhandenen tale Rechenanlage verwendbar sein.
Rauschens. Dieses Rauschen kommt insbesondere von Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daßHowever, this method is with a multiplicity of 4 ° doing the ratio; . ', connected by reception to false troubles. Can predict the signal transmission alarm messages. The generated generation with acoustic A-cells, under water exists' output should be used as: input signal for a digital first the problem of a constantly available valley computer system.
Noise. This noise comes in particular from The invention achieves this object in that

den Lebewesen.im Wässer und von .Schiffen, wobei! 45 em Breitbandfilter zum-Sperren aller außerhalb des die Intensität oder Amplitude des Rauschens am Frequenzbereichs der Eingangssignale befindlichen Empfängereingang größer sein kann als die des ge- Frequenzen vorgesehen ist und an das Breitbandsuchten Signals. Weiter erzeugen Unterwasserexplo- filter ein Begrenzer mit in an sich bekannter Weise sionen akustische Signale von großer Amplitude, dauernd voll ausgesteuertem Ausgang angeschlossen durch die ,»falsche, Alarme« entstehen. .Es besteht 50 ist, daß die an dem Ausgang des Begrenzers angeweiter die Notwendigkeit, ^Jdie verwendete Bandbreite ■- schlossenen mehreren Schmalbandfilter ein festes zu begrenzen, weil Unterwasser-Wandler, welche aku- Bandbreiteverhältnis zur Bandbreite des Breitbandstische Energie-in elektrische Energie für den Emp- filters aufweisen und auf die Schwellenwerte ansprefanger umwandeln, einen relativ engen Frequenz- chende und Impulse erzeugende Schaltkreise an die bereich haben. Um nicht eine Vielzahl von Wand- 55 Schmalbandfilter angeschlossen sind, um dann Imlern einschließlich der erförderlichen Schaltelemente pulse zu erzeugen, wann immer der Energiepegel verwenden zu müssen, ist es wünschenswert, daß die am Ausgang der Schmalbandfilter einen die Gegenvorhandene Bandbreite eines einzigen Wandlers so wart eines Impulsignals kennzeichnenden Wert anwirkungsvoll wie möglich ausgenutzt wird. Es gibt nimmt.living beings in the water and from ships, where! 45 em broadband filter for blocking all outside of the receiver input located outside the intensity or amplitude of the noise at the frequency range of the input signals can be greater than that of the frequencies provided and connected to the broadband signal. Furthermore, underwater explosive filters generate a limiter with acoustic signals of great amplitude in a manner known per se, continuously fully controlled output connected through which "false alarms" arise. .It is 50 is that the bandwidth used at the output of the limiter is further the need, ^J ■ - to limit a fixed closed several narrowband filter because underwater transducer which acute bandwidth relative to the bandwidth of the broadband tables energy into electrical energy for have the receiver and convert to the threshold values ansprefanger, have a relatively narrow frequency and pulse generating circuitry to the range. In order not to have to use a large number of wall narrowband filters in order to then generate pulses whenever the energy level is used, including the necessary switching elements, it is desirable that the bandwidth of a single transducer present at the output of the narrowband filter should be the same a value characterizing a pulse signal is used as effectively as possible. There is takes.

weiter gewisse bekannte Frequenzen, die von ande- 60 Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfinren Nachrichtensystemen u. dgl. verwendet werden dung wird ein sicheres Arbeiten des Empfängerund die also vermieden werden sollen. Um diesen systems bei Auftreten eines relativ hohen HinterAnforderungen gerecht zu werden, ist es bekannt, grundrauschens dadurch erreicht, daß der Begrenzer einen Empfänger mit automatischer Verstärkungs- eine hohe Verstärkung hat und vollständig ampliregelung in Kombination mit bekannten engen Band- 65 tüdenbegrenzt ist, wenn nur Rauschen am Eingang filtern mit scharfen Kennlinien zu verwenden, um liegt, so daß sein Ausgang im wesentüchen auf koneine Trennung gegen danebenliegende Kanäle zu er- stantem Pegel liegt, in welchem die Signalimpulse halten. Es wurde bereits festgestellt, daß wegen des am Ausgang des Begrenzers als Energiekonzentra-furthermore certain known frequencies that are used by others Messaging systems and the like are used to ensure safe working of the recipient and which should therefore be avoided. In order to meet this system when a relatively high background requirement occurs, it is known that the noise floor can be achieved by using the limiter an automatic gain receiver with high gain and full amplification control in combination with the well-known narrow band 65 is limited if only noise at the input to use filters with sharp characteristics so that its output is essentially without separation from adjacent channels at the first level in which the signal pulses keep. It has already been determined that because of the energy concentration at the output of the limiter

tion in einem kleinen Teil des Durchlaßbereichs des Breitbandfilters erscheinen.tion appear in a small part of the passband of the broadband filter.

Nach einer weiteren zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung liegen zwischen den Schmalbandfiltern und den Schwellwert-Impulsgeneratoren Detektor- und Filter-Schaltmittel, welche die Ausgangsgrößen der Schmalbandfilter vollweggleichrichten.According to a further expedient development of the invention, there are between the narrow-band filters and the threshold value pulse generators, detector and filter switching means, which the output quantities the narrow band filter fully rectify.

Bei einem Empfängersystem zum Empfangen und Verstärken eines Eingangsimpulses bestimmter Frequenz vor hohem Hintergrundrauschen kann eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung in einem Breitbandfilter, einem diesem nachgeschalteten Begrenzer mit im wesentlichen durch Hintergrundrauschen voll ausgesteuertem Ausgang, einem Schmal-.. , bandfilter hinter dem Begrenzer bestehen, wobei der enge Durchlaßbereich den Eingangsimpuls-Frequenzbereich überdeckt, und auf einen Schwellwert ansprechende Schaltmittel zur Impulserzeugung nach dem Schmalbandfilter zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses, wenn der Energiepegel am Ausgang des so schmalbandigen Filters die Anwesenheit eines Ein-In a receiver system for receiving and amplifying an input pulse of a specific frequency against high background noise, an advantageous further development of the invention can in one Broadband filter, a downstream limiter with essentially background noise fully controlled output, a narrow band filter after the limiter exist, whereby the narrow pass band covers the input pulse frequency range, and responsive to a threshold value Switching means for pulse generation after the narrow band filter to generate an output pulse, if the energy level at the output of the narrow-band filter indicates the presence of an input

• gangsimpulses bei vorhandenem hohen Hintergrundrauschen anzeigt.• input pulse if there is high background noise indicates.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß ein wesentlich besseres Verhalten mit einer voraussagbaren Wahrscheinlichkeit des Empfangs und einem sehr geringen Anteil an falschen Alarmen bei einem Empfängersystem erzielt werden kann, das in obiger Weise ausgeführt ist.It has surprisingly been shown that a significantly better behavior with a predictable Probability of reception and a very low proportion of false alarms in one Receiver system can be achieved, which is carried out in the above manner.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung, deren einzige Figur ein Blockdiagramm eines Empfangssystems unter Verwendung der Erfindung darstellt. Mit 10 ist ein Unterwasser-Wandler bezeichnet, der z. B. entweder mit dem elektrokeramischen oder magnetostriktiven Prinzip arbeitet und der normalerweise an der Außenhaut eines Schiffes unterhalb der Wasserlinie befestigt ist. Der Wandler 10 empfängt akustische Signale, setzt sie in elekirische Signale um und liefert diese Signale an einen Verstärker 12, in welchem sie verstärkt werden, bevorFurther advantages and details of the invention emerge from the description that follows of an exemplary embodiment with reference to the drawing, the single figure of which is a block diagram of a receiving system using the invention. At 10 is an underwater transducer referred to, the z. B. works with either the electro-ceramic or magnetostrictive principle and which is usually attached to the hull of a ship below the waterline. The converter 10 receives acoustic signals, converts them to electrical signals Signals around and delivers these signals to an amplifier 12, in which they are amplified before

• sie an ein Breitbandfilter 14 gegeben werden. Die Aufgabe des Breitbandfilters 14 besteht darin, alle Rausch- und weitere Frequenz-Eingangsgrößen auszuschließen, die weit außerhalb des Frequenzbereichs der erwünschten Eingangssignale liegt. Ein solches Filter soll eine flache Charakteristik haben, so daß es nicht besonders stark auf bestimmte Eingangsfrequenzen des erwünschten Bereichs anspricht. Der Ausgang des Filters 14 enthält in jedem Augenblick das gesamte Rauschen in seinem Durchlaßbereich und alle gegebenenfalls vom Wandler 10 empfangenen Impulse. Dieser Ausgang wird einem Begrenzer 16 zugeleitet, der ein Abschnittsverstärker mit sehr hoher Verstärkung ist. Dieser Begrenzer ist so ausgebildet, daß sein Ausgang auch dann gesättigt ist, wenn nur Hintergrundrauschen am Eingang anliegt. Dieses Rauschen ist aber frequenzmäßig statistisch über den vom Begrenzer durchgelassenen Frequenzbereich des Spektrums verteilt, wobei ein Signalimpuls als konzentrierter Energieknoten über einen bestimmten engen Frequenzbereich innerhalb dieses Spektrums erscheint. Solche Begrenzer sind im übrigen bekannt, so daß eine weitere Beschreibung nicht notwendig ist.• They are given to a broadband filter 14. The task of the broadband filter 14 is to all Exclude noise and other frequency input variables that are far outside the frequency range of the desired input signals. Such a filter should have a flat characteristic so that it does not respond particularly strongly to certain input frequencies in the desired range. Of the The output of the filter 14 contains all the noise in its pass band at any given moment and any pulses received from transducer 10, if any. This output is sent to a limiter 16 which is a very high gain section amplifier. This limiter is designed so that its output is saturated even if only background noise is present at the input. This However, in terms of frequency, noise is statistical over the frequency range allowed by the limiter Spectrum distributed, with a signal pulse as a concentrated energy node over a given narrow frequency range appears within this spectrum. Such limiters are also known so that further description is not necessary.

An den Ausgang des Begrenzers 16 sind mehrere enge Bandfilter 20, 22, 24 und 26 angeschlossen, von denen jedes nur einen engen Durchlaßbereich um die Frequenz eines Eingangssignals von einem bestimmten Antwortsender hat. Das Durchlaßband dieser Filter sollte wesentlich enger sein als der Durchlaßbereich des Filters 14, vorzugsweise etwa ein Zehntel davon. Wenn ein Signal von einem der Antwortsender am Ausgang des Begrenzers 16 erscheint, wird es durch das entsprechende Filter mit engem Durchlaßbereich geleitet, dessen Ausgangsenergie dann erheblich höher ist als dann, wenn nur das Rauschen hindurchgeht. Das Verhältnis der Durchlaßbereiche vom Breitbandfilter 14 und von den Filtern mit engem Durchlaßbereich ist von Wichtigkeit, da es die Möglichkeit ergibt, nebeneinanderliegende Eingangssignale wesentlich näher aneinanderzulegen, als dies mit bekannten Verfahren möglich ist. Bei dem hier beschriebenen System muß die Zurückweisung danebenliegender Kanäle der engen Bandfilter im wesentlichen nur im Verhältnis ausgedrückt in Dezibel der Bandbreite des Breitbandfilters zur Bandbreite eines Filters mit engem Band entsprechen. Das Signal wird dann durch einen der Detektoren 30, 32, 34 oder 36 geleitet, die an den Ausgängen der Bandfilter mit engem Durchlaßbereich hegen, und durch eine der Glättungsschaltungen 40 bzw. 42 bzw. 44 bzw. 46, bevor es am Eingang eines der Schaltkreise 50, bzw. 52 bzw. 54 bzw. 56 erscheint, die auf einen Schwellwert ansprechende Impulsgeneratoren sind, z. B. Schmidt-Trigger. Die Detektoren und die Glättungsschaltungen sind gegebenenfalls nicht immer erforderlich, und zwar in Abhängigkeit davon, wie nahe die Charakteristika der, Eingangsimpulse an denen der engen Bandfilter hegen und ob die Notwendigkeit für weitere Verbesserung besteht, die durch Vollweggleichrichtung der Ausgänge der engen Bandfilter erreicht wird; jedoch wurden sie im vorhegenden Ausfuhrungsbeispiel verwendet, da sie das tatsächliche Signal-Rausch-Verhältnis verbessern. Die Ausgänge der verschiedenen Triggerkreise 50,52, 54 und 56 bestehen aus Impulsen, die als digitale Eingangsgrößen einem digitalen Rechner eingegeben werden. Diese Impulse erscheinen natürlich am Eingang des Rechners in derselben zeitlichen Zuordnung zueinander, wie sie am Wandler 10 erschienen. Da dem Rechner auch die Zeit für den Abfrageimpuls eingegeben worden war, kann er dann die Lage des Schiffes aus den von den Antwortsendern gelieferten Informationen berechnen.A plurality of narrow band filters 20, 22, 24 and 26 are connected to the output of the limiter 16, from each of which only has a narrow passband around the frequency of an input signal from a given one Responder has. The pass band of these filters should be much narrower than the pass band of the filter 14, preferably about one tenth of that. When a signal from one of the responders appears at the output of the limiter 16, it is narrowed through the corresponding filter Passband passed, the output energy of which is then considerably higher than if only that Noise passes through. The ratio of the passbands from the broadband filter 14 and the filters with a narrow passband is important as it allows for adjacent To put input signals much closer together than is possible with known methods. In the system described here, the rejection of adjacent channels must be the narrow bandpass filter essentially only in relation to the bandwidth of the broadband filter expressed in decibels Bandwidth of a narrow band filter. The signal is then passed through one of the detectors 30, 32, 34 or 36, which are located at the outputs of the band filters with a narrow pass band, and by one of the smoothing circuits 40 or 42 or 44 or 46, before it is at the input of one of the circuits 50 or 52 or 54 or 56 appear, the pulse generators responding to a threshold value are e.g. B. Schmidt trigger. The detectors and smoothing circuits may not be always required, depending on how close the characteristics of the input pulses where the narrow band filter cherishes and whether there is a need for further improvement is achieved by full wave rectification of the outputs of the narrow bandpass filters; however, they were in the present Embodiment used because they improve the actual signal-to-noise ratio. The outputs of the various trigger circuits 50, 52, 54 and 56 consist of pulses that are digital Input variables are entered into a digital computer. These impulses appear naturally at the entrance of the computer in the same temporal assignment to one another as they appeared on the converter 10. There the computer had also entered the time for the interrogation pulse, it can then determine the location of the Calculate the ship from the information provided by the responders.

Claims

Patent claims:

1. Receiver system for underwater sound location for recording and processing several input signals with different, closely spaced frequencies with Using several narrow-band filters, each filter having a transmission characteristic that the frequency of a certain input pulse passes, and being at a threshold value display means that respond to signals exceeding signals are provided, characterized in that that a broadband filter (14) for blocking all outside the frequency range of the input signals located frequencies is provided and a limiter to the broadband filter (14) (16) is connected with a permanently fully controlled output in a manner known per se that the multiple narrow-band filters (20, 22, 24, 26) a fixed bandwidth ratio to the bandwidth

width of the broadband filter (14) and responsive to the threshold values and pulses generating circuits (30, 32, 34, 36). connected to the narrow band filters (20, 22, 24, 26) are then to generate pulses whenever the energy level at the output of the narrow band filter (20, 22, 24, 26) assumes a value indicative of the presence of a pulse signal.

2. Receiver system according to claim 1, characterized in that the limiter (16) has a high gain and is substantially completely limited in amplitude when there is only noise at the input, so that its output is at a constant level in which the signal pulses at the output of the Limiter appear as a concentration of energy in a small part of the passband of the broadband filter.
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3. Receiver system according to claim 1 or 2, characterized in that between the narrow passband filters and the Threshold pulse generators detector and filter switching means are located, which the output variables rectify the filter with a narrow pass band in full waveform.

1 sheet of drawings