DE1566847B2

DE1566847B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Abtastung mehrerer Informationskanäle, insbesondere zur Richtungsbestimmung von Schallwellen oder zur Messung des Dopplereffektes bei der Schallübertragung

Info

Publication number: DE1566847B2
Application number: DE19671566847
Authority: DE
Inventors: Werner Dinl.-Ing. 2800 Bremen-Obpr-'Puland; Meyerhoff Herwig Dipl·-Ing.; Leisterer Reinhard Wilhelm Dipl·-Ing.; 28OO Bremen; Berkelmann Günther Dipl.-Ing. 2807 Achim Schwarz
Original assignee: Fri°d. Krupp GmbH, 4300 Essen
Priority date: 1967-08-03
Filing date: 1967-08-03
Publication date: 1970-12-10
Also published as: GB1220629A; US3568141A; DE1566847A1; NO125363B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtastung von η Informationskanälen mit Empfangscharakteristiken R₁ = Z₁ (x), R₂ ⁼ /2 W ... R_n = f„(x), wobei sich drei oder mehr'Empfangscharakteristiken überlappen, so daß drei oder mehr Informationskanäle die von einem Signal S der Lage χ herrührenden Empfangsspannungen M₀ (x), h,,(x), m_c(x) ... «p(x) liefern, die so ausgewertet werden, daß interpolierend zwischen den Empfangsspannungen u_a(x)... u_p{x) die genaue Lage χ des Signals S festgestellt wird, insbesondere zur Richtungsbestimmung von Schallwellen oder zur Messung des Dopplereffektes.

Es sind schon verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Abtastung derartiger Gruppen von Informationskanälen und zur Interpolation der von den Kanälen gelieferten Informationswerte bekannt.

So hat man beispielsweise zur Abtastung und gleichzeitigen Interpolation Speziairöhren mit einer der Zahl der Kanäle entsprechenden Zahl von Gittern vorgesehen, in welchen durch einen umlaufenden fokussierten Elektronenstrahl nacheinander jeweils drei Gitter benachbarter Informationskanäle aufgeschaltet werden. Dabei ist die Zeit des Auftretens des Maximums des Anodenstromes in bezug auf einen vorgegebenen Zeit-Nullpunkt eine Funktion der x-Lage des Liniensignals. Die Verwendung einer solchen Abtast- und Interpolationsröhrc hat aber sowohl bauliche als auch betriebliche Nachteile. Eine Änderung der Kanalzahl oder eine Änderung der Empfangscharakteristik macht eine völlige Neukonstruktion erforderlich. Es ist nicht möglich, die Zahl der Kanäle durch Hinzufügen weiterer Abtastglieder zu erhöhen. Auch ist die Abtaströhre wegen ihrer jeweiligen Konstruktion an eine bestimmte Empfangscharakteristik gebunden. Der mechanische Aufbau der Röhre, insbesondere der Gitter, führt zu einer unerwünscht großen Raumbeanspruchung und einer Beeinträchtigung der Betriebssicherheit. Insbesondere sind die Forderungen an Schockfestigkeit, Vibrationsfestigkeit und Langzeitkonstanz, d.h. Funktionsfähigkeit mit den geforderten Eigenschaften ohne Wartung und Justierung über lange Zeit, nicht befriedigend zu erfüllen. Es ist auch nicht möglich, alle Gitter identisch zu machen, so daß die Kanäle in ihren Eigenschaften voneinander abweichen. Wenn somit eine genaue Interpolation erreicht werden soll, müssen für jeden Kanal Abgleichelemente vorgesehen werden. Ein solcher Abgleich ist bei einer größeren Anzahl von Kanälen langwierig und fehleranfällig.

Es ist ferner bekannt, zur Abtastung und Interpolation einen Spezialdrehkondensator zu verwenden, der mit einer Kreisgruppe von Kondensatorbelegungen entsprechend der Zahl der Informationskanäle versehen ist.

Auch ein solcher Spezialkondensator ist nur für eine bestimmte Zahl von Informationskanälen zu gebrauchen und hat daher im wesentlichen die gleichen Nachteile wie die beschriebene Abtaströhre, Insbesondere ist aber die Kapazität bei mechanischen Erschütterungen Veränderungen unterworfen, was eine Störspannung mit der Vibrationsfrequenz zur Folge hat. Auch ist der kapazitive Abtaster nicht für die Abtastung von Gleichspannungen geeignet.

Um eine einfache Anpassung an eine verschieden große Anzahl von Informationskanälen und an verschiedenartige Empfangscharakteristiken zu ermöglichen, hat man zum Abtasten und Interpolieren eine der Zahl der Informationskanäle entsprechende Zahl von Verstärkern verwendet, die von um eine bestimmte Zeit T gegeneinander verschoben, nach einem vorgegebenen Zeitgesetz sich ändernden Steuerspannungen beeinflußt werden. Auch bei diesem bekannten Abtast- und Interpolationsverfahren entsteht jedoch der schwerwiegende Nachteil wie bei allen bisher bekannten Verfahren, daß besondere Abgleichelemente für die einzelnen Informationskanäle erforderlich sind, um gleiche Eigenschaften hinsichtlich der Interpolation für alle Kanäle zu gewährleisten. Ferner können steuerbare Verstärker kaum für einen Frequenzbereich von Null bis zu hohen Frequenzen ausgelegt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs gekennzeichneten Art zu schaffen, die eine einfache Anpassung an jede beliebige Zahl von Eingangskanälen und an jede beliebige Empfangscharakte- ristik ermöglicht, dabei einen hohen Grad von Betriebssicherheit durch schock- und vibrationsfesten Aufbau, eine langzeitige Funktionsfähigkeit ohne Wartung und Justierung gewährleistet und identische Eigenschaften für alle Informationskanäle ohne Ver-Wendung von Abgleichelemenlcn ergibt. Ferner soll es möglich sein, breitbandige Signale von/ = O Hertz bis zu hohen Frequenzen abzutasten sowie die Reihenfolge und Geschwindigkeit des Ablastcns zu ändern. Diese Forderungen lassen sich erfindungsgemäß dadurch erfüllen, daß die Empfangsspannungen m,,(x) ...M„(x) zunächst ohne Interpolation nacheinander abgetastet und sodann in einem gemeinsamen Interpolator interpoliert werden. Dazu werden Empfangsspannungen ii„(x), M/,(x) und u_c(x) aus jeweils drei oder mehr Informationskanälen zunächst bei Abtastung ohne Interpolation mit für alle Abtastungen gleichbleibenden, der Form und der gegenseitigen Lage der Empfangscharakteristiken angepaßten Zeitfunktionen g„(f), g;,(i), g_c{t) multipliziert, dann diese Produkte addiert und der Zeitpunkt (I₁₁₁) das Maximumdurchganges der sich ergebenden Summenfunktion

U{t) = M_n(X) · g_fl(f)

g_fc(i) + M_C(X) ■ g_c(f)

gemessen und an einer Zeitskala als Maß für die Lage χ angezeigt.

Dabei wird vorteilhaft zur Abtastung der drei oder mehr Informationskanäle ein die Empfangsspannungen Μ_α(χ), Μ,,(χ), u_c(x) auf Multiplikatoren gebendes elektronisches nicht interpolierendes Schaltwerk vorgesehen. Schalter lassen sich genügend genau gleichmachen, ohne Abgleichelemente zu verwenden. Bei elektronischen Schaltern, im Gegensatz zu mechanischen Schaltern, z. B. Drehwählern, kann die Technik der integrierten Schaltungen angewendet werden, um dadurch ein hohes Maß an Zuverlässigkeit, Schockfestigkeit, Vibrationsfestigkeit, Langzeitkonstanz usw. bei kleiner Baugröße zu erreichen. Die Schalter arbeiten ferner breitbandig von / = 0 Hertz

bis zu höchsten Frequenzen. Zur Vergrößerung der Kanalzahl müssen lediglich mehr Schalter parallel gelegt werden. Da die Interpolation von einer für alle Informationskanäle gleichen Einrichtung vorgenommen wird, gehen die Streuungen solch einer Inter-

polationseinrichtung nicht in die Genauigkeit der Interpolation ein. Bei einer Änderung der Empfangscharakteristik oder der Abtastfrequenz ist lediglich der Interpolator zu ändern, während das Schalt-

werk unverändert bleibt. Durch Änderung der Reihenfolge des Durchschaltens kann jedes beliebige Schaltprogramm verwirklicht werden.

Zur Erzeugung der den Empfangscharakteristiken angepaßten Zeitfunktionen g_a(t), g_b{t), g_c(i) kann ein Funktionsgenerator vorgesehen sein. Die Betätigung des Schaltwerkes sowohl als auch die Steuerung des Funktionsgenerators erfolgt zweckmäßig durch ein Schieberegister, dessen Stellenzahl der Zahl der Informationskanäle entspricht und das seinerseits durch einen Taktgeber betätigt wird.

Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher veranschaulicht.

F i g. 1 zeigt das Schaltbild einer Vorrichtung zur Richtungsbestimmung von Schallwellen,

F i g. 2 das Prinzipschaltbild eines elektronischen Schalters für die Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 Empfangscharakteristiken von zehn Informationskanälen der Vorrichtung nach F i g. 1 in rechtwinkligen Koordinaten,

F i g. 4 die Empfangsspannungen in drei, eine Schaltquelle gleichzeitig erfassenden Informationskanälen für das Beispiel nach Fig. 3,

F i g. 5 die Zeitfunktionen als Ausgangsspannungen des Funktionsgenerators in der Vorrichtung nach Fig. 1,

F i g. 6 die Produktspannungen am Ausgang der Multiplikatoren der Schaltung nach Fig. 1,
■ F i g. 7 die Summenspannung am Ausgang des Summenbildners der Schaltung nach Fig. 1,

F i g. 8 die Maximumspannung am Ausgang des Maximumsiebes der Schaltung nach Fig. 1,

F i g. 9 das Schaltbild einer Vorrichtung zur Frequenzanalyse nach der Erfindung,

F i g. 10 die Ausgangsspannungen des Schaltwerkes in der Schaltung nach F i g. 9,

Fig. 11 die Ausgangsspannungen der Filteranordnung in der Schaltung nach F i g. 9,

F i g. 12 die Summenspannung am Ausgang des Impulsfilters der Schaltung nach F i g. 9 und

Fig. 13 die Maximumspannung am Ausgang des Maximumsiebes der Schaltung nach F i g. 9.

Auf dem Umfang eines Kreises befinden sich 48 Peilempfänger E₁ bis E₄₈ zum Empfang von Wasserschall, die über ein Verzögerungsnetzwerk N₁ bei Zusammenfassung von z. B. jeweils zwölf, um eine Empfängerteilung gegeneinander versetzten Gruppen Empfangsspannungen u(x) liefern, deren Größe durch die Stärke des einfallenden Signals S und die Empfangscharakteristiken R_t {x), R₂(x)... .R₄₈M der 48 Gruppen bestimmt wird. Die Empfangscharakteristiken R(x) haben alle die gleiche Form. Sie lassen sich in guter Annäherung durch eine Sinus-Funktion ausdrücken. So gilt für eine Empfangscharakteristik praktisch

stets drei Gruppen, z. B. die Gruppen mit den Peilempfängern E₄, E₅ und E₆ als Mittelempfänger eine Empfangsspannung u(x) liefern. Diese aus dem Empfang eines Signals S beliebiger Lage χ (Einfallsrichtung in Fig. 1) in drei benachbarten, die Lage χ mit ihren Empfangscharakteristiken R(x) gleichzeitig erfassenden, Informationskanälen auftretenden Empfangsspannungen u(x) seien im folgenden allgemein mit U₀(Jc), u_b(x) und u_c(x) bezeichnet. Sie haben die ίο Größe

u_a(x) = U sin

TlX

, . ... (πχ π \
u_h(x) = U sin ί —j

u_c (x) = U sin — .

\ a 3 J

R(x)

O . für χ < O

= sin für O < χ < a

O für χ > a .

. Die Variable ist die Lage χ der Schalleinfallswinkel im Bereich

0 < χ < 2 π (vergleiche F i g. 3).

Benachbarte Empfangscharakteristiken überkippen sich, so daß bei einem Signal S in der Lage χ Die Spannung U ist proportional zum Schalldruck des Signals S an der Beobachtungsstelle. Die von den Gruppen kommenden 48 Informationskanäle liegen an den Eingängen von elektronischen Schaltern S₁ ■ bis % (Fig. 1 unterer Teil).

Ein solcher Schalter s (s. F i g. 2) besteht beispielsweise aus einem Feldeffekttransistor. Wird an den Anschluß St eine Spannung 0 V gelegt, so leitet der

30; Feldeffekttransistor. Zwischen Eingang e und Ausgang A liegt dann lediglich ein Durchlaßwiderstand von etwa 300 Ohm. Wird an den Anschluß Sf eine Spannung von +24 V gelegt, so sperrt der Schalter s. Der Widerstand zwischen Eingange und Ausgang A.

beträgt dann etwa ΙΟ³ Μ Ohm.

Die Schaltspannung für den Anschluß St wird von einem 48stelligen Schieberegister SR geliefert, von . dessen Ausgängen r_t bis C₄₈ stets drei einander benachbarte Ausgänge auf OV, die übrigen auf +24 V

40. liegen. Solche Schieberegister sind aus der Literatur hinlänglich bekannt.

Das Schieberegister SR wird von einem Rechteckgenerator T₁ als Taktgeber angesteuert, der Rechtecke der Dauer 25 μ5 mit einer Folgefrequenz von 2OkHz liefert.

Wenn z. B. zu einer bestimmten Zeit die Ausgänge r,, r₂ und r₃ des Schieberegisters SR auf 0 V liegen (die übrigen liegen auf +24 V) und damit die Schalter S₁, S₂ und S₃ durchgeschaltet sind, so bewirkt der nach T = 50 μ sec folgende Taktimpuls, daß jetzt die Ausgänge r₂, r₃ und r₄ des Schieberegisters SR auf 0 V liegen und damit die Schalter S₂, S₃ und S₄ durchgeschaltet sind.

Die Durchschaltung der 48 Informationskanäle wird nach dem Schema vorgenommen, wie es in F i g. 1 eingetragen ist. \

Zum Beispiel werden also zur Zeit 2 T -^ t < 3Tder erste, der zweite und der dritte Informationskanal durchgeschaltet.

Die Durchschaltung erfolgt in gleichmäßigem Takt, so daß in regelmäßigem Zeitabstand von z. B. 50 μ sec eine Weiterschaltung erfolgt und jeder Informationskanal somit für eine Zeit von 3T = z. B. 150 μ see eingesteuert ist.

Die Ausgänge A der Schalter s sind nach F i g. 1 zu den Eingängen von drei Multiplikatoren M₀, M₆, M_c geführt. Der 1., 4., 7., 10., 13. ... 46. Informationskanal werden auf den Multiplikator M₀ und der

2, 5., 8., 11., 14, ... 47. auf den Multiplikator M_b und der 3, 6, 9, 12, 15, ... 48. auf den Multiplikator M_c durchgeschaltet. Elektronische Multiplikatoren sind aus der Literatur bekannt (z. B. SOS-Fairchild Application-Report, January 1965, AR 126, A Transistorired Variable Area Analog Multiplier). An den anderen Eingängen der Multiplikatoren M liegen Spannungen entsprechend den Zeitfunktionen g_a(t), gj,(i), g_c(i), die ein Funktionsgenerator G erzeugt. Diese haben den Verlauf:

g„(£) = sin

3~T

für O < t < 3 T

g„(t) =sin —--

(3)

2.-t

Die F i g. 4 und 5 zeigen die Verläufe und die zeitliche Zuordnung der Ausgangsspannungen der Schaltergruppen sa, sb, se und des Funktionsgenerator G. Die Ausgangsspannungen der drei Multiplikatoren M_a, M_h, M_c entsprechen den Produkten u_u(x) ■ g„(0, u_h(x) ■ g,,(l) und u_c(x) ■ g_c(f). Sie werden in einem Summenbildner Add addiert. Dadurch entsteht die Summenfunktion:

u(t) = U sin —r sin —-α i I

.. . /.TX Tt \ . (nt τι \

^Uan(T."Τ") ^sm\jT -Τ").

(4)

Diese hat ein Maximum zum Zeitpunkt t,„, das sich errechnet aus:

^f = O fürt _{= f},„.

Ars obiger Gleichung ergibt sich:
3JT

"(O = -V ^u-

(5)

d. h, t,„ ändert sich linear mit x, und die Amplitude an der Stelle t,„ ist proportional der Amplitude der Spannung U. Damit ist eine lineare Interpolation erreicht.

Die Summenfunktion η(t) wird in einem Maxiumsieb S_1n beschnitten (vgl. F i g. 8). Es entsteht ein Impuls u_m{t) zum Zeitpunkt t,„. Ausbildung und Funktion eines derartigen Maxiumsiebes Sm sind bekannt (vgl. z.B. Patentanmeldung P 15 16 609.3).

Synchron mit der Abtastung läuft ein Elektronenstrahl in einer Kathodenstrahlröhre K kreisförmig um. Die Synchronisierung bedeutet, daß ein etwa aus Norden einfallendes Signal S gerade dann vom Abtaster durchgeschaltet wird, wenn der Elektronenstrahl auf dem Bildschirm eine mit Norden bezeichnete Richtung durchläuft. Der Impuls u,„{t) wird auf das Gitter der Kathodenstrahlröhre K gegeben und erzeugt auf dem Bildschirm eine Helltastung S'. Durch die Beschneidung der Summenfunktion u (f) wird eine hohe Bildschärfe und damit Peilgenauigkeit bei Verwendung einer nur begrenzten Anzahl von Peilempfängern E bzw. Empfangscharakteristiken R erreicht.

Es folgt nun ein weiteres Beispiel für die Anwendung • der Erfindung. Bei Peilung des Zieles nach dem Rückstrahlverfahren kann bekanntlich die Radialkomponente der Fahrtgeschwindigkeit eines ein Schallsignal reflektierenden Schiffes aus der Dopplerverschiebung bestimmt werden. Bei einer Signalspannung mit einer Arbeitsfrequenz von z. B. 1OkHz wird, eine Frequenzabweichung von rund ±300 Hz bei Radialgeschwindigkciten von ±45 kn hervorgerufen. Durch Ubcrlagerung mit 9 kHz ergeben sich Spannungen mit Frequenzen von z.B. 692 Hz bis 1308Hz. Diese Spannung, deren Frequenz somit abhängig ist von der jeweiligen Dopplcrverschicbung, wird auf eine Gruppe F von 40 Filtern /,-^ gegeben (F i g. 9), die beispielsweise aus magnctostriktiven elektromechanischen Filterschwingern bestehen und deren Ausgänge zu der Eingangsseitc von 40 Schaltern .S₁ bis S₄₁₁ führen, deren gemeinsamer Ausgang zu einem Impulsfilter F₁- führt. Am Ausgang des Impulsfilters F₁- liegt zur Anzeige der Dopplerverschicbung eine Kathodenstrahlröhre K₂, deren Kathodenstrahl durch die Ablcnkspannung an einem Plattcnpaar P_r im Takte einer Abfragung der 40 Filtcr/abgclcnkl wird. Durch die Ausgangsspannung des Impulsfilters F,- wird die Aufhellung zur Erzeugung eines Leuchtflcckes gesteuert.

Ablenkung des Kathodenstrahl und Abfragiing der Filter / werden ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wiederum durch einen Rcchtcckgenerator, den Taktgeber T₂, gesteuert, der über eine Steuerleitung I₂₁ die Ablenkung in der Kathodenstrahlröhre K₂ und über eine Steuerleitung I₂₂ den Arbeitstakt eines Schieberegisters SR₂ steuert, durch welches die Schalter S₁ bis S₄₀ nacheinander nach einem analogen Zeitprogramm wie im ersten Ausführungsbeispiel zum Impulsfilter F₁- durchgeschaltet werden. Die Mittenfrequenzen der 40 Filter /, bis J₄₀ liegen

im konstanten Abstand von ■—■ = 14Hz zueinander verschoben. Eine Filterkurve folgt der Funktion

0 für χ < 0

U sin ^- für 0 < χ <

(I

0 fürx>.a.

Hierin ist die Variable χ die Frequenz im Bereicr

und

0 < X < — a

= 52 Hz.

F i g. 3 stellt diese Verhältnisse auch dar, wenn di Lage χ nicht wie im ersten Ausführungsbeispiel eine Azimutwinkel, sondern jetzt eine Frequenz darstell

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Die Filterkurven sind -so .gewählt, daß sich eine gegenseitige Überlappung von jeweils.drei Filterfcurven ergibt.

Eine Spannung U sin 2nxt der Frequenz χ ergibt durch die Überlappung von drei Filterkurven an drei benachbarten Filtern, hier mit f_a, f_b, f_c bezeichnet, gleichgerichtete Ausgangsspannungen

u_a(x) = U sin

α ίο

annähert (bei /g = 175 kHz). Am Ausgang des Filters F₁- entsteht somit die Spannung

... (πχ π \
= U SHl —)

u_c (χ) - U sin

/ π Χ 2 π

Diese Spannungen liegen an den Eingängen der jeweils zugehörigen drei benachbarten Schalter der Schaltergruppe S₁ bis S₄₀. Diese Schalter s können wie in F i g. 2 dargestellt ausgebildet sein. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel liegt ein Ausgang des Schieberegisters SR₂ auf O V, die übrigen Ausgänge liegen auf + 24 V. Damit ist jeweils ein elektronischer Schalter s geöffnet, und alle übrigen sind gesperrt. Der Taktgeber T₂ gibt z. B. alle 5 μsec einen Schalt-. impuls, der bewirkt, daß der 0 V-Ausgang des Schieberegisters SR₂ auf +24 V und der benachbarte Ausgang auf 0 V springt und somit der bisher leitende Schalter s sperrt und der benachbarte öffnet. Als Ausgangsspannung erscheint dadurch die Aneinanderreihung von drei Rechteckimpulsen der Dauer T = 5 μεεΰ und den Amplituden der Spannungen u„, u_b und u_c. Diese

• Rechteckimpulse, wie sie in F i g. 10 veranschaulicht sind, werden auf das Impulsfilter F₁- gegeben. Ein solches Impulsfilter F₁- hat die Eigenschaft, daß ,es bei einem Eingangsrechteckimpuls der Amplitude u(x) eine Ausgangsspannung

u(x,t) = u{x)-a„(t)

ergibt. Darin ist a_o(t) die sogenannte Rechtecksprungantwort des Filters. Das hier verwendete Impulsfilter F₁- kann so bemessen werden, daß es mit guter Näherung eine Sprungantwort der Form

a_o{t) =

für ί < O

sin ^- für O < ί < 3 T
für ί > 3 T

ergibt. Solche Filter sind in der Literatur bekannt (A.E.V., 1965, Heft 7, R. Unbehauen, Willi H ο h η e k e r, Ernst Lampert über die Synthese elektrischer Vierpole mit vorgeschriebener Impulsantwort;

A.E. V., 1962, Heft 3, J. J e s s, 10, S c h ü s s 1 e r, Filter mit günstigem Einschwingverhalten;

Wireless Engineer, Oktober 1952; WE Thomson; • Networks With Maximally-Flat Delay).

In einem Ausführungsbeispiel wurde ein von J ess— Schüssler beschriebenes Filter dort mit der Bezeichnung 64,05 : S verwendet, das die Gleichung gut

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U(x,t) = W₁(X)

J 1

+ U₂ (χ) sin ί— - —Λ (nt 2π\

Diese Spannung hat ein Maximum zum Zeitpunkt i„„ das sich errechnet aus

du(x,r)
dl

= 0, t= t,„.

Es ergibt sich

3T 3

t«, = ^ , u (f J = -ψ U.

Damit ist also erreicht, daß der Zeitpunkt t,„ des Auftretens des Maximums dieser Ausgangsspannung proportional zur momentanen Frequenz ist. Die Amplitude u(t,„) des Ausgangssignals ist unabhängig von der Lage χ und proportional zur Amplitude U des Eingangssignals.

In Fig. 11 sind die Impulsantworten des Impulsfilters Fi für das durchgeschaltete Signal aus den drei nacheinander geschalteten Spannungen »,„ u_h und u_c dargestellt, während Fig. 12 das sich durch überlagerung der drei Impulsantworten ergebende Ausgangssignal des Impulsfilters F,- darstellt. Durch Anwendung eines Maximumsiebes S_m2 wird wie im ersten Ausführungsbeispiel ein Impuls u„,{t) zum Zeitpunkt t,„ abgeleitet, welcher die wahre Frequenzlage repräsentiert und durch Aufhellung des Leuchtfleckens an der Kathodenstrahlröhre K₂ in diesem Augenblick die Frequenz oder Dopplerverschiebung anzeigt.

In F i g. 9 ist eine Anzeige an einer Kathodenstrahlröhre K₂ dargestellt, in welcher nicht nur die Dopplerverschiebung entsprechend der Radialgeschwindigkeit eines Zieles, sondern auch die Entfernung des Zieles zur Anzeige gebracht wird. Der Kathodenstrahl wird zu diesem Zweck in zwei zueinander gekreuzten Richtungen abgelenkt, und zwar durch das erste Plattenpaar P_f in horizontaler Richtung zur Anzeige der Dopplerverschiebung bzw. Radialgeschwindigkeit des Zieles mit einer Geschwindigkeitsskala, deren Nullpunkt in der Mitte liegt und von der aus nach der rechten Seite hin negative Radialgeschwindigkeiten von —5 bis — 25 kn und nach der linken Seite hin positive Radialgeschwindigkeiten in der Größe von +5 bis +25 kn angezeigt werden. Durch ein rechtwinklig dazu angeordnetes zweites Plattenpaar P_r wird eine Ablenkung des Kathodenstrahles von oben nach unten im Takte der Schallimpulsaussendung für eine Horizontalecholotung durchgeführt, und zwar mit einer solchen Geschwindigkeit, daß über die gesamte Ablenkstrecke ein Entfernungsbereich von 0 bis 3000 m abgebildet wird. Die in F i g. 9 angenommene Zielanzeige Z _lr zeigt somit an, daß sich das Ziel in etwa 2400 m Entfernung befindet und sich dem Beobachtungsfahrzeug mit einer Radialgeschwindigkeit von etwa 15 kn nähert. Es ist noch

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zu bemerken, daß im Bereich der Radialgeschwindigkeit 0 auch Echos von ruhenden Objekten zur Anzeige kommen, wodurch in der Darstellung eine Anzeigespur für solche Echos, insbesondere Bodenechos B, erscheint.

Im Rahmen der Erfindung sind noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich. In den beiden oben beschriebenen Beispielen wurde die Steuerung der elektronischen Schalter von einem Schieberegister vorgenommen, das stets benachbarte Schalter für eine konstante Zeit durchschaltet. Es wäre auch möglich, die Schaltzeiten T zu variieren, um sich z. B. an nicht symmetrisch auf den Umfang verteilte unterschiedliche Richtcharakteristiken (im ersten Ausführungsbeispiel) anzupassen. Weiterhin ist eine '5 Interpolation nicht zur zwischen benachbarten, sondern zwischen beliebigen Informationskanälen denkbar, deren zu einem gemeinsamen Signal gehörige Empfangsspannungen einander überlappen. Das Durchschalten der Schalter könnte z. B. auch von einem elektronischen Zähler vorgenommen werden, der programmiert werden kann und beliebige Durchschaltkombinationen ermöglicht. Es ist auch möglich, bei der Richtungsbestimmung bei Wasserschallanlagen an Stelle der einfachen Empfangscharakteristiken der einzelnen Gruppen von Peilempfängern Signale zu verwenden, die durch Multiplikation und Integration an den Signalen je zweier Halbgruppen als Korrelationsfunktionen entstehen.

Claims

Patentansprüche: 30

1. Verfahren zur Abtastung von η Informationskanälen mit Empfangscharakteristiken R₁ = Z₁ (x), R₂=fi(^x\ ...R, = /,(4 wobei sich drei oder mehr Empfangscharakteristiken überlappen, so daß drei oder mehr Informationskanäle die von einem Signal der Lage χ herrührenden Empfangsspannungen u_a(x),u_b(x),u_c(x)... u_p(x) liefern, die so ausgewertet werden, daß interpolierend zwischen den Empfangsspannungen die genaue Lage χ des Signals festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsspannungen ' [u_a(x) ... w_p(x)] zunächst ohne Interpolation nacheinander abgetastet und sodann in einem gemeinsamen Interpolator interpoliert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nacheinander abgetasteten Empfangsspannungen u_a{x), u_b(x), u_c{x) mit für alle Abtastungen gleichbleibenden, zu der Form der wirksamen Empfangscharakteristiken (R) konformen Zeitfunktionen g„(i)> gf,(i)> g_c(i) multipliziert, daß diese Produkte addiert und der Zeitpunkt (£_m) des Maximumdurchganges der Summenfunktion

u(t) = u_a(x) ■ g_a{t) + u_b(x) ■ g_b(t) + u_c{x) ■ g_c(t)

gemessen und an einer Zeitskäla als Maß für die Lage (x) angezeigt wird.

3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abtastung von drei oder mehr Informationskanälen ein die Empfangsspannungen m„(x), u_b (x), u_c{x) auf einen Interpolator gebendes elektronisches, nicht interpolierendes Schaltwerk (Schieberegister SR) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der den Empfangscharakteristiken [R) angepaßten Zeitfunktionen g_a(t)> gbit), gc(0 ^em Funktionsgenerator (G) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestätigung von Schaltergruppen (sa, sb, se) und zur Steuerung des Funktionsgenerators (G) ein Schieberegister [SR), dessen Stellenzahl der Zahl der Informationskanäle entspricht und das seinerseits durch einen Taktgeber (Rechteckgenerator T₁) betätigt wird, vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Interpolation Multiplikatoren (M _a, M_h, M_c) vorgesehen sind, denen über einen ersten Eingang die Empfangsspannungen K_n (x), u_b(x), u_c(x) und über einen zweiten Eingang den Empfangscharakteristiken R_a{x), R_h(x), R_c(^x) konforme Zeitfunktionen g„(f), g_b{t), g_c(t) zugeführt werden, während die Produkte u_a{x) ■ g_a(t), i<b(x)' gfc(f) ^und ^ι'Λ^χ)' Sc(t) ^uber die Ausgänge der Multiplikatoren einem Summenbildner (Add) zugeführt werden, an dessen Ausgang ein Maximumsieb (Sm) angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationskanäle die Ausgänge von Gruppen von Peilempfängern (E₁ _4g) sind, die Empfangscharakteristiken (R₁-.^) mit Überlappung von jeweils drei oder mehr einander benachbarten Empfangscharakteristiken (R) bilden, und daß ein Impuls u_m(t) am Ausgang des Interpolators zur Richtungsanzeige des empfangenen Signals (S) dient.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3 zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung der Summenfunktion

u(t) = u_a(x) · g_a(t)

· g„(i) + u_c(x)· g_c(t)

durch ein Impulsfilter (F₁) vorgenommen wird, wobei drei oder mehr Spannungen u_a (x), u_b(x), u_c(x) nacheinander auf das Impulsfilter (F₁) gegeben werden und dabei ein Produkt mit einer der Zeitfunktion g(t) entsprechenden Impulsantwort a(t) und eine Summenfunktion ^
-(- U₁₁(X)O₂(I) + u_c(x)a₃(t) gebildet wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen