DE1566854B2 - Anordnung zur Erkennungsverbesserung von Echos bei Sonaranlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur ■Erkennungsverbesserung von Echos bei Sonaranlagen mit einer Zieldarstellung auf einer Kathodenstrahlröhre, die auf der Abszisse die Entfernung und auf der Ordinate den Zieldoppier darstellt und die Helligkeit als Maß für die Echointensität wertet.

Bei Sonaranlagen ist es bekannt, eine Doppleranzeige zu nehmen, bei der auf einer Kathodenstrahlröhre die Frequenz eintreffender Echosignale als Ordinate, über der Echolaufzeit als Abszisse dargestellt wird (deutsches Patent 1 135 344).

Da im allgemeinen die angeloteten Echoobjekte eine Eigenbewegung haben, ist die Echofrequenz von bewegten Zielen der Annäherungsgeschwindigkeit

r,. = —

d/

proportional, die Echolaufzeit der Entfernung ;·.
Geht man zunächst von einem ruhenden Ortungsträger aus. so ändert sich die Entfernung von Zielechos, die auf der X-Achse der Doppleranzeige dargestellt werden, nicht, da diese Ziele keinen Doppler, d.h. die Annäherungsgeschwindigkeit 0 haben. Oberhalb der Λ'-Achse dargestellte Zielechos bewegen sich mit fortschreitender Zeit von rechts nach links entsprechend positiver Annäherungsgeschwindigkeit bzw. positivem Doppler.

Unterhalb der Λ'-Achse dargestellte Zielechos bewegen sich sinngemäß nach rechts. Fig. 1 gibt schematisch eine solche Doppleranzeige wieder, auf der die Echobilder von 4 Lotungen aufgezeichnet sind. Es sind 3 Ziele eingeschrieben. Ziel A bewegt sich auf den Ortunasträszer zu. Ziel B ruht, und Ziel C läuft ab.

Um deutlich zu zeigen, daß der Abstand der Ziel-. echos von einer Lotung zur nächsten proportional dem Doppler, also auch der Ordinate ist. sind die Echos der 1. Lotung zur Zeit /, bei gleicher Entfernung /·, eingezeichnet.

ίο Unter dieser Voraussetzung liegen alle drei Echos stets auf einer Geraden

Es ist ein Nachteil der bekannten Doppleranzeige, daß die Echos eines bewegten Zieles nacheinander an verschiedenen Stellen erscheinen, da sich insbesondere bei Nachleuchiröhren die Helligkeit dann nicht intcgriert.

Es ist aber bekannt, die Erkennbarkeit von Ziclechos dadurch zu erhöhen, daß man aufeinanderfolgende Echos eines Zieles wiederholt an der gleichen Stelle des lang nachleuchtenden Schirmes einer Kathodenslrahlröhre einschreibt.

Dieses Prinzip kann man nun auch zur Erkennungsverbesserung bei der Doppleranzeige anwenden, wie im folgenden gezeigt wird. Dabei muß erreicht werden, daß alle Echosignale /I₁ bis A₄ im Punkt A₁ vereinigt werden und alle Signale C₁ bis C₄ in C₁.

Diese Aufgabe wird crfmdungsgemüß dadurch gelöst, daß in einem Addiernetzwerk zur Sägespannung des Entfernungskippgenerators ein Bruchteil /; der Sägezahnspannung des Dopplerkippgcnerators addiert und dieser Anteil /; zeitproportional gesteuert wird und daß die Änderungsgeschwindigkeit von η gleich dem Quotienten aus dem Entfernungsmaßstab und Zielfahrtsmaßstab ist.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Beispiel dargestellt:

Es zeigt F-"ig. 1 die Folge entstehender Echobilder ohne zeitproportional gesteuerte Dopplerkippspannung.

Fig. 2 zeigt die Dopplerkippspannung. die EnI-fernungskippspannung und die resultierende Spannung zur A'-Äblenkung.

Fig. 3 zeigt Linienraster, wie sie bei Lotfolgc gemäß der Erfindung auftreten.

Fig.4 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Nach Fig. 1 entstehen, wie bereits einleitend gesagt, bei einer üblichen Sonaranlage mit Dopplerdarstellung die Echobilder aufeinanderfolgender Lotungen in der Form A_x. A₂, Λ₃. A_A bei einem sich nähernden Ziel, in der Form C₁. C₂, C₃, C₄ bei einem sich entfernenden Ziel, während bei einem ruhenden Ziel sämtliche Echobilder an der Stelle B erscheinen.

Auf der Doppleranzeige wird bei der bisherigen

Anlage der Elektronenstrahl nämlich entsprechend der Entfernung, also auch der Echolaufzeit, von links nach rechts über den Schirm geführt, so daß die Abszisse den Wert

X = (I-I (0<.Υ<Λ).

α Proportionalitätsfaktor,
h Bildbreite

hat und dabei gleichzeitig periodisch nach einer zweiten

linearen Zeitfunktion rasch von unten nach oben abgelenkt, so daß die Ordinate den Wert

Dopplermaßstab 16 cm = 40 m/s

A- 10³cm

(3)

Lotfolge : s.

c/ Proportionalitätsfaktor Λ Bildhöhe

Die erste Funktion ist der Entfernungskipp, die zweite Funktion der Dopplerkipp.

Weil dpa. wird auf dem Schirm ein Raster aus vielen nahezu senkrechten Linien geschrieben. Proportional zu r werden Ausgänge einer Doppler-Filterbank abgetastet.

Überlagert man nun nach Fig. 2 dem Entfernungskipp einen Anteil /; · r des Dopplerkipps. so wird stau des senkrechten ein Schrägraster geschrieben.

Ordnet man diesem Schrägraster wieder kartesischc Koordinaten x' und r' zu. so gilt für diese

15 Zur Zeit / —/, =0s befinde sich das Ziel in einer Entfernung/= 3000 m.

Es nähere sich dem Orlungsträger mit einer Geschwindigkeit von

ar _in m

Dann werden bei der bisherigen Doppleranzeige bei aufeinanderfolgenden Lotungen Echosignale bei folgenden Koordinaten aufgezeichnet:

20

.v = x + n
r' = r.

Da .v proportional zur Entfernung ist

c Entfernungsmaßslab

(6)

	Λ"	y
(S)	(cm I	(o ml
-16	6.32	4
- 8	6.16	4
0	6	4
8	5.84	4
16	5.68	4

Nach der hier vorliegenden Erfindung muß ein Anteil

2- HF ,

30

und y proportional zur Annäherungsgeschwindigkeit des Dopplerkipps dem Entfernungskipp überlagert

j,· werden. Die folgende Tabelle zeigt die Anteile η und

y ⁼ ~J' ₍γ, (^) clic daraus resultierende .v-Verschiebung des Ziel-

35 cchos /; · r.

./ Ziclfahrtmaüstab

.■ar

(8)

Ein Vergleich mit der umgeschriebenen Gleich im» (

40.

<<;·, = c r-c'U -I₁)- -J-

(9)

r -/,	-8	■ 10 :	/1 ■ y
(S)	-4	• K) -	lern ι
-16		0	-0.32
- 8	+ 4	■ 10 2	- 0.16
0	+ 8	-10 -	0
+ 8		+ 0.16
+ 16		+ 0.32

ergibt, daß dann aufeinanderfolgende Zielechos immer bei der gleichen Abszisse .v' geschrieben werden, wenn

45

Das heißt.

;io) :ii)

muß zeitproportional gesteuert werden.

Da die Erfahrung zeigt, daß der Zieldoppler sich in der überwiegenden Zahl aller Fälle wesentlich langsamerändert als die Entfernung, ist durch diese Steuerung !gewährleistet, daß aufeinanderfolgende Zielechos über !einen größeren Zeitraum an der gleichen Stelle des Anzeigeschirmes geschrieben werden.

j B c i s ρ i e 1

Entfernungsmaßstab 12cm = 6000 m

₍₌ J2cm ₌₀ ., '' 6^: Ϊ0⁵ cm ~"

Das ergibt bei 5 Lotungen zunächst ein um 5" nach links geneigtes Rasier, dann ein Vertikalraster und schließlich ein um 5' nach rechts geneigtes. Wie man sich leicht durch Vergleich der beiden Tabellen überzeugt, wird durch diese Maßnahme das Zielecho bei den 5 Lotungen immer an der gleichen Stelle, nämlich bei .v = 6cm. r = 4cm geschrieben.

In Praxis wird man die zeitproporlionale Steuerung der Raslerneigung nicht beliebig weit fortsetzen, sondern periodisch. z.B. nach je 5 Lotungen, das Raster wieder auf Linksneigung zurückstellen (Fig. 3).

Das erläuterte Beispiel bezieht sich auf den Fall des ruhenden Orlungsträgers. Bewegt sich der Ortungsträger, so bewegen sich auch die von ruhenden Objekten herrührenden Echosignale auf dem Anzeigeschirm.

Um auch diese Bewegung zu kompensieren, wird eründungsgemäß dem Entfernungskipp ein weiterer langsamer Kipp überlagert, dessen Steigung proportional der eigenen Fahnkomponente in Beobachtungsrichtung, also dem Eigendoppier ist. Auf diese Weise wird auch bei bewegten Zielen die Komponente eliminiert, die von der Eigenfahrt des Ortunesträgers herrührt.

Diese Korrektur wird ebenfalls periodisch wiederholt. Damit ergibt sich bei vorausgerichteler Sonarpeilung und bewegtem Oitungsträger eine Doppleranzeige entsprechend Abb.3 links, für jede 1.. 6.. 11. usw. Lotung.mitten fürjcde3..8.. 13. Lotung.rechts für jede 5., 10.. 15. Lotung.

Die Anordnung zur Erzeugung der beschriebenen resultierenden Kippspannung, also der Überlagerung des Entfernungskipps mit einem zeilproportional gesteuerten Dopplerkipp ist in Fig.4 dargestellt. Sic ro besteht aus: einem Taktgeber 1. der die Lotfolge der Sonaranlage2 bestimmt und gleichzeitig mit jedem abgestrahlten Sendeimpuls den Entfernungskippgencratoi"3 triggert. Der Entfemungskippgcneraior3 erzeugt eine Sägezahnspannung, die über das Additionsnetzwerk4 und den Ablenkverstärker 5 die .v-Ablcnkung des Elektronenstrahls der Kathodenstrahlröhre 6 bewirkt. Der Dopplerkippgeneralor7 erzeugt eine periodisch sich wiederholende Sägezahnspannung, die den Elektronenstrahl der Röhre 6 in r-Richlung ablenkt. Bei jedem Überlauf des Elektronen-Strahles in v-Richlung wird auf hier nicht gezeigte Weise der Schalters periodisch so betätig!, daß er alle Filierausgänge der Doppler-Filtcrbank 9 abtastet.

Die Echosignale aus der Sonaranlage2 werden über die Doppler-Filterbank9. den Schalter8 und den Videoverstärker 10 der Kathodenstrahlröhre zugeführt und hellen dort den Elektronenstrahl auf. Wegen der Proportionalität zwischen der Sägezahnspannung des Dopplerkippgeneralors7 und der Durchlaßfrequenz des jeweils abgetasteten Filters ist die Ordinate dargestellter Echosignale der Echofrequenz proportional.

Der bisher beschriebene Anteil von Fin. 4 slelli den Stand der Technik für Dopplcranzcigendar. Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wird nun durch das Potentiometer Il ein Bruchteil 11 der Sägezahnspannung des Dopplcrkippgcncrators? abgegriffen und in dem Additionsnetzwerk 4 zur Spannung des Entfernungskippgcncrators addiert. Auf diese Weise entsteht auf dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre 6 ein schräges Strichraster.

Eine weitere zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, das Raster auf dem Schirm proportional zur Bewegung des Ortungsträgers in Peilrichtung der Sonaranlage zu verschieben. Das geschieht durch eine weitere Spannung, die im Additionsnetzwerk 4 zu der Spannung des Entfernungskippgenerators addiert wird. Diese weitere Spannung wird von einem Potentiometer 12 abgegriffen. Am Eingang dieses Potentiometers liegt eine Gleichspannung, die proportional der Eigenfahrtkomponente des Ortungsträgers in Peilrichtung ist. Bei Sonaranlagen mit Eigendopplerkompensation ist eine solche Spannung verfügbar oder kann auf einfache Weise gewonnen werden.

Die Schleifer der Potentiometer 11 und 12 werden zeitproportional durch einen Motor 13 verstellt und periodisch schnell auf ihren Anfangswert zurückgestellt. Das Verstellen der Potentiometer kann entweder stetig über mehrere Lotperioden hinweg erfolgen oder zu Beginn jeder Lotperiode sprungweise um einen Betrag, der der Dauer der vorhergehenden Lotperiode entspricht.

Der Anschaulichkeit wegen ist an Hand Fig.4 eine mögliche Ausführungsform mit mechanischen Einstellelementen beschrieben worden. Der Fachmann kann daraus leicht eine Anordnung mit modernen elektronischen Bauelementen ableiten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erkennungsverbesserung von Echos bei Sonaranlagen mit einer Doppleranzeige auf einer Kathodenstrahlröhre hoher Nachleuchtdauer, die auf der Abszisse die Zielentfernung und auf der Ordinate die Echofrequenz (Doppler) darstellt und deren Helligkeit von der Echointensität gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Addiernetzwerk (4) zur Sägezahnspannung des Entfernungskippgenerators (3) ein Bruchteil η der Sägezahnspannung des Dopplerkippgenerators(7) addiert und dieser Anteil η zeitproporlional gesteuert wird und daß die Änderungsgeschwindigkeit von /; gleich dem Quotienten aus Entfernungsmaßstab und Zielfahrtmaßstab ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem Potentiometer (12) eine der Eigenfahrtkomponente in Peilrichtung proportionale Spannung zugeführt, ein Bruchteil davon abgegriffen und im Addiernetzwerk (4) zu den Spannungen des Entfernungskippgenerators und des Dopplerkippgcncrators addiert wird und daß dieser Anteil zeilproporlional gesteuert wird.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitproportionale Steuerung periodisch wiederholt wird.