DE1566897C1 - Sonaranlage mit Aussendung mehrerer Sendesignale waehrend eines Sendevorganges - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aktiv-Sonaranlage mit einer breitbandigen Sende-Empfangsschwingergruppe, die durch Aussendung mehrerer unterschiedlicher Sendesignale innerhalb eines Sendevorganges mehrere Ortungsaufgaben gleichzeitig löst.

Zu den Aufgaben eines Aktiv-Sonar-Ortungssystems gehört es bekanntlich häufig, zwei oder mehrere Ziele gleichzeitig zu erfassen und deren Zieldaten zu ermitteln. Zu dem Zwecke besteht ein solches Ortungssystem aus einer Panorama- oder Teilpanorama-Anlage und einer getrennten Suchstrahlanlage. Die Panorama-Anlage hat die Aufgabe, mit ihrer Panorama-Anzeige (PPI) die Übersicht über die taktische Situation zu ermöglichen. Der Einzelsektor der Panorama-Anlage hat mit den zugehörigen Anzeigen die Aufgaben, die genauen Zieldaten, nämlich Entfernung, Peilung und ggf. Doppler eines Zieles zu ermitteln. Die zusätzliche Suchstrahlanlage dient zur Ermittlung der genauen Ziel-Daten eines weiteren Zieles.

Meist verhalten sich die beiden Ziele unterschiedlich, so daß also beispielsweise das erste Ziel Z₁ ruht und demzufolge keinen Doppler hat, während das zweite Ziel Z₂ auf den Ortungsträger zuläuft und demzufolge positiven Doppler hat.

Um die Zielechos aus dem Störhintergrund hervorzuheben, werden für beide Ziele verschiedene Sendesignale verwendet und zur Signalverarbeitung beim Empfang der Zielechos ebenfalls unterschiedliche Auswerteverfahren angewendet.

Dazu arbeiten beide Sonaranlagen auf verschiedenen Frequenzen und senden ihre Sendeimpulse synchron aus. Durch den Synchronismus reduziert man das störende Übersprechen der Sendeimpulse. Durch Filter reduziert man das Übersprechen von Echos der einen Anlage auf die andere und umgekehrt.

Für den beschriebenen Fall arbeitet die Panorama-Anlage bei einer Frequenz f₁ mit frequenzmodulierten Sendesignalen, FM-Impulse genannt, für die Signalverarbeitung beim Empfang verwendet sie ein dieser Signalart angepaßtes Auswerteverfahren, also z. B. eine Detektor-Integratorschaltung.

Für das zweite Ziel strahlt die Suchstrahlanlage bei der Frequenz f₂ Sendeimpulse konstanter Frequenz ab und setzt zur optimalen Signalverarbeitung beim Empfang Schmalbandfilter ein, die in ihrer Durchlaßbreite auf die Impulslänge und in ihrer Mittenfrequenz auf die dopplerverschobene Zielechofrequenz abgestimmt sind.

Es gibt auch noch andere Beispiele für den verschiedenen Zielarten angepaßte Sendesignale und Auswerteverfahren.

Zu einem Ortungssystem aus zwei Sonaranlagen gehören zwei Schwingerbasen. Werden die beiden Schwingerbasen unter dem Kiel eines Schiffes in einem Hüllkörper untereinander angeordnet, so führt das zu großem Tiefgang und vermindert die Manövrierbarkeit des Schiffes. Werden die Schwingerbasen in einem gemeinsamen Hüllkörper hintereinander angeordnet, so schatten sie in bestimmten Winkelbereichen einander ab. Das gleiche gilt für das Anbringen in zwei getrennten Hüllkörpern hintereinander. Dazu reicht aber in vielen Fällen der Platz im vorderen Drittel des Schiffes nicht aus.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, die genannten Schwierigkeiten zu vermeiden und mit nur ein und derselben Sonarbasis simultan sowohl alle Richtungen im Übersichtsbereich zu beobachten wie spezielle Ziele in Einzelsektoren optimal zu orten.

Erfindungsgemäß wird der Vorteil getrennter Sonaranlagen mit frei wählbaren unterschiedlichen Sendesignalen und Auswerteverfahren und der Vorteil nur einer Schwingerbasis vereint durch eine Aktiv-Sonaranlage mit einer breitbandigen Sende- Empfangs-Schwingergruppe (Basis), einem richtungsbildenden Netzwerk zur Erzeugung vieler aneinander anschließender und teilweise einander überlappender Richtcharakteristiken für die Signalverarbeitung und Darstellung auf einer Übersichtsanzeige zur Grobbestimmung von Zieldaten, die mehrere richtungsbildende Netzwerke zur Erzeugung schwenkbarer Richtcharakteristiken für die Signalverarbeitung und -Darstellung auf Einzelsektoranzeigen zur genauen Bestimmung von Zieldaten enthält, die während des Sendevorganges Sendesignale verschiedener Frequenzen f₁. . . f _n ausgesendet, die in den Signalverarbeitungskanälen der Übersichtsanzeige Filter zum Aussieben der Sendefrequenz f₁ und in den Signalverarbeitungskanälen für die Einzelsektoren Filter zum Aussieben der Sendefrequenzen f₁. . . f _n enthält.

Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Aktiv-Sonaranlage, die die Signale der Frequenz f₁ in einen breiten Übersichtssektor sendet und Sendesignale der Frequenzen f₂. . . f _n jeweils in schmale, wählbare Einzelsektoren, wobei die Zuordnung zwischen Abstrahlrichtung und Empfangsrichtung durch eine mechanische oder elektrische Kopplungseinrichtung bewirkt wird.

Ein weiteres Kennzeichen der Anlage besteht darin, daß die Sendeimpulse für die Übersichtsanzeige im wesentlichen horizontal abgestrahlt und empfangen werden, während die Sendeimpulse für Einzelsektoren erforderlichenfalls gegen die Horizontale geneigt abgestrahlt und empfangen werden oder daß bei kleinen Zielentfernungen nur mit unschärferer Vertikalbündelung geortet wird.

Weiterhin ist vorgesehen, die Frequenzen f₁. . . f _n mit Hilfe eines Schalters frei wählbar verschieden zu kodieren und die Sendefrequenzen und die zugeordneten Empfangsfilter mit Hilfe eines weiteren Schalters frei zu wählen, der inbesondere bei Wahl der Frequenz f₁ dafür sorgt, daß automatisch kein Einzelsektor mit dieser Frequenz belegt wird.

Die Signale der Frequenz f₁ werden vorzugsweise zuerst abgestrahlt. Alle Signale der Frequenzen f₁. . . f _n werden unmittelbar nacheinander ohne zwischenzeitliche Empfangspause in einem Zuge gesendet. Die Aussendung aller Signale kann auch bei Verzicht auf maximalen Sendepegel gleichzeitig er­ folgen.

Die Erfindung sei an einem Ausführungsbeispiel erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild derr Sonaranlage;

Fig. 2 zeigt den zeitlichen Ablauf des Sendevorganges, insbesondere die Abstrahlrichtung der Basis;

Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf der Entfernungskipps für zwei Einzelsektoren.

Die zylindrische Schwingerbasis (1) nach Fig. 1, die beispielsweise aus 48 nebeneinander angeordneten Schwingerstreifen besteht, ist während des Sendevorganges über die Sende- Empfangsweiche (2) mit den Ausgängen der 48 Leistungsverstärker (3) verbunden. Die 48 Leistungsverstärker werden während des Sendevorganges zunächst vom Sendestrahlschwenkgerät (4) so mit phasenverschobenen Spannungen der Frequenz f₁ angesteuert, daß von der Basis (1) zunächst ein Sendestrahl in Richtung ϑ _s = 0° abgestrahlt und dann kontinuierlich schwenkend der volle Azimut überstrichen wird nach einem an sich bekannten RDT-Verfahren. Dieser Vorgang wird zeitlich gesteuert vom zentralen Steuergeber (5). Nach Erreichen der Abstrahlrichtung ϑ _s = 360° schaltet der zentrale Steuergeber (5) das Sendesignal der Frequenz f₁ aus und triggert den Einzelsektor­ steuergeber (6) an.

Der Einzelsektorsteuergeber (6) wird durch die Peilrichtung des zweiten Einzelsektorrichtungsbildners (19) in Form eines Kompensators II eingestellt. Er steuert auf das Triggersignal des zentralen Steuergebers (5) hin das Sendestrahlschwenkgerät (4) auf die Peilrichtung des Kompensators II (19) und schaltet unmittelbar danach ein zweites Sendesignal der Frequenz f₂ für die Dauer eines Sendeimpulses ein. Während dieses Sendeimpulses werden die Leistungsverstärker (3) mit derart phasenverschobenen Spannungen angesteuert, daß die Schwingerbasis (1) einen zeitlich begrenzten Sendestrahl in Peilrichtung des Kompensators II (19) abstrahlt.

Nach Beendigung des zweiten Sendesignales bewirkt der zentrale Steuergeber (5) eine Umschaltung der Weiche (2) von Senden auf Empfang. Damit werden die von der Schwingerbasis (1) aufgenommenen Echosignale aus allen Richtungen dem Panoramakanal (7), (8), (9) zugeführt. Sie durchlaufen dort den Panorama-Richtungsbildner (7), die 48 Filter (8), die Signal­ verarbeitungsschaltung (9) und den Wahlschalter (10) und werden schließlich nach Richtung und Entfernung in bekannter Weise als Panoramabild auf der Übersichtsanzeige (11) in PPI-Form dargestellt. Der Ablenkgenerator (12) bewirkt die Spiralablenkung des Elektronenstrahles der PPI-Anzeigeröhre.

Die Filter (8) bewirken, daß nur Signale der Frequenz f₁ im Panoramakanal verarbeitet werden.

Die Signalverarbeitungsschaltung (9) enthält je 48 optimale Filter für jede Modulationsart der Sendeimpulse. Mit der mittleren Ebene des Schalters (10) können z. B. in der unteren Stellung 48 Optimalfilter für Sendesignale konstanter Frequenz ausgewählt werden und in der oberen Stellung 48 Optimalfilter für FM-Signale. Die untere Ebene des Schalters (10) wählt zwangsgekoppelt in der unteren Stellung von einem Signalgenerator (13) ein Sendesignal konstanter Frequenz f₁ und in der oberen Stellung ein FM-Signal mit dem Träger f₁ zur Ansteuerung des Sendestrahlschwenkgerätes (4) während des Panorama-Sendevorganges (RDT) aus.

Die empfangenen Echosignale werden parallel zum Panorama- Richtungsbildner (7) auch dem ersten und zweiten Einzel­ sektor-Richtungsbildner zugeführt.

Der erste Einzelsektor-Richtungsbildner (14) addiert die empfangenen Echosignale mit einer solchen Phasenstaffelung, daß im wesentlichen nur die aus der eingestellten Richtung einfallenden Signale an den ersten Einzelsektorkanal weitergeleitet werden. Von den empfangenen Signalen werden im anschließenden Filter (15) nur die Signale der Frequenz f₁ durchgelassen und an die Signalverarbeitungsschaltung (16) weitergegeben. Diese ist durch die obere Ebene des Wahlschalters (10) auf optimale Verarbeitung der frequenzmodulierten Sendesignale mit dem Träger f₁ geschaltet (obere Stellung). Die aufbereiteten Signale des ersten Einzelsektorkanales werden auf der ersten Einzelsektoranzeige (17) nach Entfernung und Peilung dargestellt. Dazu wird die der Entfernung proportionale Ablenkung des Elektronenstrahles durch den Sägezahngenerator (18) bewirkt.

Der zweite Einzelsektor-Richtungsbildner (19) wählt entsprechend der durch ihn bewirkten Richtcharakteristik von den empfangenen Signalen nur diejenigen aus, die aus der zugehörigen einstellbaren Empfangsrichtung einfallen. Von diesen Signalen werden durch das Filter (20) nur Signale der Frequenz f₂ durchgelassen und in der Signalverarbeitungsschaltung (21) aufbereitet.

Der Signalverarbeitungsschaltung (21) ist ein weiterer Wahlschalter (22) nachgeschaltet, der im gezeigten Beispiel in seiner unteren Stellung Optimalfilter für Signale konstanter Frequenz zur Signalverarbeitung auswählt. Die aufbereiteten Signale werden auf der zweiten Einzelsektoranzeige (23) nach Entfernung und Peilung dargestellt. Der Sägezahngenerator (24) bewirkt die entfernungsgetreue Darstellung. Mit dem Wahlschalter (22) wird gleichzeitig mit der optimalen Auswerteart das optimale Sendesignal ausgewählt und vom Signalgenerator (25) dem Sendestrahlschwenkgerät (4) zugeführt.

In Fig. 2 ist der zeitliche Verlauf der Abstrahlrichtung während des Sendevorganges dargestellt und in Fig. 3 der zeitliche Verlauf der entfernungsproportionalen Ablenkung der Elektronenstrahlen für die Einzelsektoranzeigen (17) und (23).

Zu Beginn des Sendevorganges, also zur Zeit t = 0, strahlt die Basis (1), gesteuert durch das Sendestrahlschwenkgerät (4) Schall der Frequenz f₁ in die Richtung ϑ _s = 0° ab. Das Sendestrahlschwenkgerät steuert dann die Strahlrichtung ϑ _s zeitproportional, bis ϑ _s = 360° zur Zeit t₂ erreicht wird. Danach wird die Strahlrichtung auf die Peilrichtung ϑ₂ des zweiten Einzelsektorrichtungsbildners (19) gesteuert und ein weiterer Sendeimpuls der Frequenz f₂ abgestrahlt.

Um die richtige zeitliche Zuordnung der Entfernungsablenkung auf der ersten Einzelsektoranzeige (17) zu bekommen, wird gemäß Fig. 3 der Sägezahngenerator (18) zu dem Zeitpunkt t₁ gestartet, zu dem der Sendestrahl die eingestellte Richtung ϑ₁ des ersten Einzelsektorrichtungsbildners (14) durchläuft. Zu dem Zwecke gibt der erste Einzelsektorrichtungsbildner (14) eine Richtungsinformation an den zentralen Steuergeber (5), die dort in eine ϑ₁ proportionale Zeitverzögerung umgesetzt wird. Der Steuergeber (5) triggert seinerseits den Sägezahngenerator (18) zur Zeit t₁ an.

Der Sägezahngenerator (24) wird entsprechend vom zentralen Steuergeber zur Zeit t₂ angetriggert.

Durch diese Maßnahmen werden die Entfernung r₁ des Zieles Z₁ und die Entfernung r₂ des Zieles Z₂ richtig angezeigt, wie auch immer die Einzelsektor-Richtungsbildner stehen, wenn sie nur auf die Ziele ausgerichtet sind.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die im Beispiel dargestellte Ausführungsform. Insbesondere können mehr als zwei Einzelsektorkanäle und mehr als zwei Sendefrequenzen vorgesehen sein. Das erfordert entsprechend breitbandige Schwinger und Filter mit ausreichender Selektivität. Für jeden weiteren Kanal wird ein zusätzlicher Satz von Baugruppen (6), (19), (20), (21), (22), (23), (24) und (25) verwendet. Weiter kann der Panorama-Sendeimpuls zur Verkürzung der Sendedauer in bekannter Weise ungerichtet oder in 3 gegeneinander versetzten und gleichzeitig schwenkenden Richtungen abgestrahlt werden.

Der zweite Sendeimpuls kann ebenfalls allseitig abgestrahlt und die zugehörigen Empfangssignale gegebenenfalls auf einer zweiten Panorama-Anzeige dargestellt werden.

Unter Verzicht auf die maximal abstrahlbare Leistung können auch die Signale aller Frequenzen gleichzeitig abgestrahlt werden.

Es erweist sich in Praxis als besonders zweckmäßig, das Signal für den Übersichtsbereich im wesentlichen horizontal abzustrahlen und zu empfangen, dagegen die Signalrichtungen für die Einzelsektoren vertikal zu kippen, sobald Einzelziele höher oder tiefer stehen.

Dazu sind das Sendestrahlschwenkgerät (4), der Einzelsektor­ richtungsbildner (19) und der Einzelsektorsteuergeber (6) nicht nur auf horizontales Schwenken, sondern auch auf vertikales Neigen eingerichtet.

Bei kleinen Zielentfernungen reicht es bereits, mit unscharfer Vertikalbündelung zu arbeiten und auf das Kippen zu verzichten. Dazu genügt es bekanntlich, die wirksame Basishöhe durch Abschalten von Schwingern zu verringern.

Claims (12)

1. Aktiv-Sonar-Anlage mit einer breitbandigen Sende-Empfangs- Schwingergruppe (Basis), einem richtungsbildenden Netzwerk zur Erzeugung vieler aneinander anschließender und einander teilweise überlappender Richtcharakteristiken für die Signalverarbeitung und -Darstellung auf einer Übersichtsanzeige zur Grobbestimmung von Zieldaten, d. g. d. sie mehrere richtungsbildende Netzwerke zur Erzeugung schwenkbarer Richtcharakteristiken für die Signalverarbeitung und -Darstellung auf Einzelsektoranzeigen zur genauen Bestimmung von Zieldaten enthält, daß sie während des Sendevorganges mindestens zwei Sendesignale verschiedener Frequenzen (f₁, f₂. . . f _n) aussendet, daß die Signalverarbeitungskanäle der Übersichtsanzeige Filter zum Aussieben der Sendefrequenz f₁ und die Signalverarbeitungskanäle der Einzelsektoren Filter zum Aussieben der Sendefrequenzen f₁. . . f _n enthalten.

2. Aktiv-Sonar-Anlage nach Anspruch 1, d. g. d. sie das Sendesignal der Frequenz f₁ in einen breiten Sektor sendet, der alle Empfangscharakteristiken überdeckt und daß sie die Sendesignale der Frequenz f₂. . . f _n jeweils in einen schmaleren, nur die zugehörigen Empfangscharakteristik überdeckenden Sektor sendet.

3. Aktiv-Sonar-Anlage nach Anspruch 1-2, d. g. d. sie eine mechanische und/oder elektrische Kopplungseinrichtung ent­ enthält, die die Abstrahlrichtungen der Sendesignale f₂ bis f _n auf die Richtungen der zugehörigen Empfangssektoren ein­ stellt.

4. Aktiv-Sonar-Anlage nach Anspruch 1-3, d. g. d. sie das Sendesignal der Frequenz f₁ im wesentlichen horizontal gerichtet abstrahlt und empfängt und daß sie die Sendesignale der Frequenz f₂-f _n gegebenenfalls mit vertikaler Neigung abstrahlt und empfängt.

5. Aktiv-Sonar-Anlage nach Anspruch 1-4, d. g. d. sie das oder die Sendesignale der Frequenz f₂ bis f _n horizontal ungerichtet und vertikal schwächer gebündelt als das Signal der Frequenz f₁ abstrahlt und empfängt.

6. Aktiv-Sonar-Anlage nach Anspruch 1-5, d. g. d. sie einen Schalter enthält, mit dem die Sendesignale der Frequenzen f₁ bis f _n frei wählbar kodiert werden.

7. Aktiv-Sonar-Anlage nach Anspruch 1-6, d. g. d. sie einen Schalter enthält, mit dem die Sendefrequenzen und Filter für die verschiedenen Anzeigen frei wählbar sind, und der insbesondere die Sendefrequenz für die Übersichtsanzeige wählt und damit automatisch gegebenenfalls eine der anderen Sendefrequenzen auf einen anderen Wert schaltet.

8. Aktiv-Sonar-Anlage nach Anspruch 1-7, d. g. d. sie die verschiedenen Sendesignale nacheinander in einem Zuge, d. h. ohne zwischenzeitlichen Empfang sendet.

9. Aktiv-Sonar-Anlage nach Anspruch 1-8, d. g. d. sie die Sendesignale für die Übersichtsanzeige zuerst aussendet.

10. Aktiv-Sonar-Anlage nach Anspruch 1-7, d. g. d. sie alle Sendesignale gleichzeitig abstrahlt.

11. Aktiv-Sonar-Anlage nach Anspruch 1-10, d. g. d. sie an sich bekannte Mittel (6) zur Synchronisation des Entfernungskipps der Einzelsektoranzeigen mit dem Zeitpunkt der Schallabstrahlung in den zugehörigen Sektor enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften DRP 253/40 g, DBP 9 77 630.