DE1616223C3 - Horchgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Horchgerät, bei dem eine Anzahl Schallempfangselemente derart mit verschiedenen Abzweigungen eines Verzögerungskreises verbunden werden können, daß die Laufzeitunterschiede, die im Mittel, in dem sich die Schallwellen in bestimmter Richtung fortpflanzen, zwischen den verschiedenen Elementen auftreten, ausgeglichen werden, und die Signale, die in den verschiedenen Empfangselementen durch an derselben Schallwellenfront liegende Schallelemente erzeugt werden, in demselben Augenblick an das Ende des Verzögerungskreises erscheinen.

Mit Hilfe eines derartigen Horchgeräts können geübte Beobachter bestimmen, von welcher Quellenart ein bestimmtes Tonsignal herrührt, beispielsweise von einem U-Boot, einem Torpedo u.dgl. Dabei ist es wichtig, daß mehr oder weniger genau bestimmt werden kann, aus welcher Richtung ein bestimmtes Signal kommt

Es ist bereits bekannt, daß ein gerichtetes Empfangsbündel dadurch erhalten werden kann, daß eine Anzahl Schallempfangselemente, wie Mikrophone oder Hydrophone auf geeignete Weise kombiniert werden.

Im Prinzip könnte man zur Abwechslung der Empfangsrichtung das ganze Empfangssystem drehen, aber dies bereitet in der Praxis verschiedene Schwierigkeiten und es ist nicht möglich, wenn die Bündelrichtung schnell änderbar sein muß.

. Bei bekannten Horchsystemen pflegt man deswegen für die verschiedenen Richtungen unterschiedliche Gruppen von Empfangselementen zu kombinieren.

Es ist bereits ein Horchsystem bekannt, bei dem eine Anzahl Hydrophone derart mit verschiedenen Abzweigungen einer verzögerungsleitung verbunden werden, daß die Laufzeitunterschiede, die auftreten im Medium, in dem sich die Schallwellen fortpflanzen, ausgeglichen werden, mit anderen Worten, derart, daß entsprechende Schallelemente von Wellen, die aus einer bestimmten gewünschten Richtung kommen und die an verschiedenen Zeitpunkten auf die unterschiedlichen Hydrophone treffen, in denselben Augenblicken an das Ende des Verzögerungskreises erscheinen und einander somit verstärken, während Schallelemente von Wellen aus anderen Richtungen außer Phase sind und einander durch Interferenz völlig oder teilweise ausgleichen werden. Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist, daß man zur Erhaltung eines vollständigen Schallbildes in einem bestimmten Augenblick entweder nur die Wellen aus einer bestimmten Richtung empfangen kann, oder für jede Richtung eine gesonderte Verzögerungsleitung verwenden müßte.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung ist es zwar möglich, jeden Augenblick gleichzeitig richtungsselektiv den Schall aus verschiedenen Richtungen zu empfangen.

Dabei werden die durch die verschiedenen Hydrophone empfangenen Tonsignale auf einen bestimmten Wert begrenzt, und je einmal je Abtastzyklus während eines kurzen Augenblicks über Torschaltungen als Impuls einem jeder Richtung zugefügten Koinzidenzimpulszähler mit Integrator zugeführt, und zwar für jede Richtung an derartigen Zeitpunkten, wie diese mit den Laufzeitunterschieden der Wellen in bezug auf die Hydrophone übereinstimmen. Mit dieser Vorrichtung ist es zwar möglich zu bestimmen, daß ein Tonsignal aus einer bestimmten Richtung empfangen wird, aber man erhält kein analoges Schallbild und man ist also auch nicht imstande, die Art der Schallquelle als solche zu erkennen.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung, bei der die durch die Hydrophone empfangenen Signale in digitaler Form den verschiedenen Schieberegistern zugeführt werden, deren Teile in für die unterschiedlichen Richtungen verschiedenen Kombinationen abgetastet werden, ist es ebenfalls nicht möglich ein horchbares Signal zu erhalten.

Weiter ist bereits ein Horchsystem bekannt, bei dem die durch die verschiedenen Hydrophone empfangenen Tonsignale bemustert und in analoger Form auf verschiedene Spuren einer magnetischen Speichertrommel aufgezeichnet werden, welche Spuren einmal je LJmdrehung in der Trommel entsprechend den Unterschieden in der Laufzeit an verschiedenen Zeitpunktkombinationen abgetastet werden. Dadurch wird zwar gleichzeitig ein analoges Schaltbild für jede Richtung einzeln erhalten, die Vorrichtung ist jedoch verhältnismäßig verwickelt und kostspielig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Unterwasserempfangsvorrichtung zu schaffen, mit der nahezu gleichzeitig ein Schallbild aller Richtungen bekommen wird.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Schallempfangselemente gruppenweise in zyklischer Reihenfolge mit den verschiedenen Abzweigungen des Verzögerungskreises verbunden werden und die Zykluszeit der Verzögerungszeit zwischen dem Eingang und der ersten Abzweigung der Verzögerungsleitung gleich ist

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Horchgeräts in schematischer Form mit einer Anzahl Hydrophone Mn—3 Mn—2 usw., die im verliegenden Fall im Kreise angeordnet sind, aber im Prinzip auch auf eine andere Weise angeordnet sein können, beispielsweise auf einer 'geraden Linie. Die Hydrophone sind je mit einem waagerechten Leiter Hn-x Hn-2 usw. einer Schaltmatrix SM verbunden. Die senkrechten Leiter Vi ... Vi der Schaltmatrix sind mit

verschiedenen Abzweigpunkten einer Verzögerungsleitung D verbunden, und zwar ist der senkrechte Leiter Va mit dem Eingang A* der Verzögerungsleitung verbunden, die Leiter Vz und Vs sind mit den zusammenfallenden Abzweigpunkten A3 und As verbunden, die Leiter Vi und Ve sind mit den zusammenfallenden Abzweigpunkten Ai und Ae, und die Leiter Vi und Vi sind mit den Abzweigpunkten Ai und Ai am Ende der Verzögerungsleitung verbunden.

Die waagerechten Leiter können über nicht dargestellte elektronische Kontakte an den Kreuzungen, die periodisch in schneller Aufeinanderfolgung eine verschiedene Gruppe angrenzender Hydrophone mit den senkrechten Leitern verbinden, mit den senkrechten Leitern verbunden werden. So sind beispielsweise an ij einem Zeitpunkt 71 die Hydrophone Λ/π-4... Mn+2 mit den senkrechten Leitern Vi — Vi verbunden, an einem folgenden Zeitpunkt Ti die Hydrophone Mn-3 ... Mn+3 und am Zeitpunkt Ta die Hydrophone Mn-2... Mn+3, was durch die diagonalen gestrichelten Linien Ti, T2 und 73 angegeben ist Die verschiedenen Richtungen, aus denen die Tonsignale empfangen werden können, lassen sich durch die Rangordnungsnummer der Hydrophone, die am ersten durch die Schallwellen aus jener Richtung getroffen werden, andeuten. Eine von rechts herrührende Schaltfront wird am ersten das Hydrophon Mn treffen, eine kurze Zeit τ später, die Hydrophone Mn-\ urjd^Mi+i. Wieder etwas später, die Hydrophone Mn-2 und'A/n+2, usw. Dabei läßt sich bemerken, daß beim Fortschreiten der Welle nach links die Laufzeit zwischen den aufeinanderfolgenden Hydrophonpaaren nicht konstant ist, sondern immer größer wird.

Die Laufzeit des ersten Teils der Verzögerungsleitung D zwischen dem Eingang A* und dem Abzweigpunkt A3 — As ist gleich der Laufzeit der Wellen zwischen dem Hydrophon Mn und den Hydrophonen Mn -1 und Mn+1. In einem praktischen Fall beträgt die Anzahl Hydrophone beispielsweise 32, die gleichmäßig verteilt in einem Kreise mit einem Halbmesser von 1,3 m angeordnet sind. Die Anzahl Hydrophone je Gruppe ist in der Praxis im allgemeinen nicht 7 wie in dargestellten Beispiel, sondern beispielsweise 11 oder 13, dies zur Erhaltung einer ausreichenden Bündelschärfe.

Es hat sich herausgestellt, daß eine gute Annäherung der aufeinanderfolgenden Laufzeiten erreichbar ist, wenn sich die Verzögerungszeiten zwischen den aufeinanderfolgenden Abzweigungen der Verzögerungsleitung D wie 1:1:2:3:4 verhalten. Im vorliegenden Beispiel ist also die Verzögerungszeit zwischen der Abzweigung A3 — As und Αι — Αβ der zwischen den Punkten A4 und A3—As gleich, während die Verzögerungszeit zwischen den Abzweigungen A2 — Ae und Ai -Ai das doppelte jeder Verzögerungszeit ist.

Wie bereits bemerkt wurde, sind an einem Zeitpunkt Ti die Hydrophone Mn-3 ... Mn+3 mit verschiedenen Punkten der Verzögerungsleitung D verbunden und sie übertragen also Schallmuster darauf. Dies sind eigentlich unterschiedliche Muster, denn sie rühren nicht von an derselben Wellenfront liegenden Teilen einer Schallwelle her. Die Schaltgeschwindigkeit der Schaltmatrix SAf ist so groß, daß nacheinander alle Hydrophone mit dem Eingang Aa der Verzögerungsleitung und somit auch mit allen übrigen Abzweigungen in einer Zykluszeit verbunden werden, die der Laufzeit des ersten Teiles der Verzögerungsleitung gleich ist, also gleich der Laufzeit einer von rechts einfallenden Welle zwischen dem Hydrophon Mo und den Hydrophonen Λ/π-ι undMi+i.

Das bedeutet, daß ein Schallelement, das zuerst das Hydrophon Mn an einen Zeitpunkt Ti trifft, bei demalso dem Eingang Aa der Verzögerungsleitung ein Schallmuster gegeben wird, die Hydrophone Mn-\ und Mn+i trifft, und diese Hydrophone. also ein entsprechendes Schallmuster auf die Abzweigung A3—As übertragen in dem Augenblick, wo : das erste; .Schallmuster,\die Abzweigung A3 — As passiert, so daß diese Muster also einander überlagert werden. Auf gleiche Weise trifft das Schaltelement die Hydrophone Mn-2 und Mn+2 und diese geben den Abzweigungen A2—A& in jenem Augenblick ein Schallmuster ab, wo die ersten drei Muster diese Abzweigung passieren usw. Auf diese Weise werden also alle von demselben Schallelement hergeleiteten Schallmuster in demselben Augenblick an den Ausgang A\ — Ai der Verzögerungsleitung erscheinen und somit gleichphasig addiert werden. Schallmuster von Wellen aus anderen Richtungen, die an den obenerwähnten Zeitpunkten den Abzweigpunkten der Verzögerungsleitung zugeführt werden, werden ungleichphasig sein und durch Interferenz einander völlig oder teilweise ausgleichen. Die Summe der Schallmuster, die im betreffenden Augenblick an den Ausgang der Verzögerungsleitung erscheinen, ist also kennzeichnend für den Schall aus der Richtung /7. Um eine Zykluszeit später, beispielsweise 25 \us&)i., erscheint ein folgendes Schallmuster aus der Richtung n.

Wie bereits bemerkt wurde, werden in nur einer Zykluszeit nacheinander alle Hydrophone gruppenweise auf obenerwähnte Weise mit der Verzögerungsleitung D verbunden werden, so daß mit anderen Worten während nur einer Zykluszeit nacheinander alle Richtungen abgetastet werden. Auf diese Weise werden die Schallmuster von Wellen aus den verschiedenen Richtungen hintereinander über die Verzögerungsleitung laufen, und somit periodisch nacheinander an den Ausgang erscheinen.

Dies ist in der graphischen Darstellung nach F i g. 2 erläutert, welche die Verteilung der Schallmuster auf die Verzögerungsleitung darstellt in einem Augenblick T2, wo Schallmuster aus der Richtung π der Leitung zugeführt werden. Die Schallmuster sind dabei durch die Rangordnungsnummer des Hydrophons, von dem sie herrühren angedeutet, und die Fortpflanzungsrichtung ist durch einen Pfeil angegeben. Die Schallmuster innerhalb der gezogenen Linien befinden sich auf der Verzögerungsleitung, während die außerhalb der Linie angegebenen Schallmuster sich im Mittel fortpflanzen. Die Muster auf einer gleichen waagerechten Reihe innerhalb und außerhalb der Linien stellen flache Schallfronten dar, die sich auf der Verzögerungsleitung und im Mittel mit entsprechender Geschwindigkeit fortpflanzen, derart, daß die Muster im Mittel angeeigneten Augenblicken auf die Verzögerungsleitung übertragen werden. '

Im bestimmten Augenblick werden beispielsweise ein Schallmuster η über den Eingang A4, Muster n-1 und /7+1 über die Abzweigungen A3 und As, Muster /7—2 und /7+2 über die Abzweigungen A3 und As, Muster /7-2 und /7+2 über die Abzweigungen A2 und At und Muster /7-3 und /7+3 über die Abzweigungen At und Ai zugeführt. Die Schallmuster der Richtung fl sind in der Zeichnung unterstrichen. Aus der Figur geht hervor, daß die Musterreihe /7—3. /7-2. /?—t. n, fl+1. n+2 und <ji+3 in demselben Augenblick an den Ausgang erscheinen. Einen Augenblick zuvor wurden Muster der Richtung n—l zugeführt, entsprechend dem Muster /7—1 unter dem Muster π beim Eingang Aa, das Muster /7—2 enter

dem Muster π— 1 bei der Abzweigung A3, das Muster π unter dem Muster /3+1 bei der Abzweigung As usw.

In F i g. 2 ist ebenfalls zum Ausdruck gebracht, daß die Verzögerungszeit zwischen den Abzweigungen /42-/46 und Ai -Ai das doppelte der Verzögerungszeit der ersten beiden Teile der Verzögerungsleitung ist.

Der Ausgang der Verzögerungsleitung D ist mit einem elektronischen Verteilerschalter V5 verbunden, der periodisch derart mit der Schaltmatrix SM umläuft, das beispielsweise die Schallmuster aus der Richtung η einem Ausgangskontakt Un, die aus der Richtung n+\ einem Ausgangskontakt Un+1 usw. abgegeben werden, so daß die Schallmuster aus jeder Richtung an nur einen Ausgangskontakt erscheinen. Aus diesen Schallmustern kann auf bekannte Weise mittels eines Integrators die ursprüngliche Schallquelle zurückgewonnen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Horchgerät, bei dem eine Anzahl Schallempfangselemente derart mit verschiedenen Abzweigungen eines Verzögerungskreises verbunden werden können, daß die Laufzeitunterschiede, die im Mittel, in dem sich die Schallwellen in bestimmter Richtung fortpflanzen, zwischen den verschiedenen Elementen auftreten, ausgeglichen werden, und die Signale, die in den verschiedenen Empfangselementen durch an derselben Schallwellenfront liegende Schallelemente erzeugt werden, in demselben Augenblick an das Ende des Verzögerungskreises erscheinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallempfangselemente gruppenweise in zyklischer Reihenfolge mit den verschiedenen Abzweigungen des Verzögerungskreises verbunden werden und die Zykluszeit der Verzögerungszeit zwischen dem Eingang und- der ersten Abzweigung der Verzögerungsleitung gleich ist. ......

2. Horchgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verzögerungszeiten der Teile zwischen den aufeinanderfolgenden Abzweigungen im Verzögerungskreis wie ganze Zahlen verhalten.