DE1623356C3 - Method and arrangement for determining the course of the distance of a steadily moving watercraft - Google Patents
Method and arrangement for determining the course of the distance of a steadily moving watercraftInfo
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Description
Po =Po =
(v2 - COSa2 - V1 (v 2 - COSa 2 - V 1
At2 At 2
P1P3P1P3
2] - 2 ] -
At2 At 2
2525th
5. Verfahren zur Bestimmung des Verlaufes der Entfernung eines gleichmäßig fahrenden Wasserfahrzeuges (Schiffes) von einem ebenfalls gleichmäßig fahrenden, schallaufnehmenden Wasserfahrzeug (U-Boot) aus durch Messung des Abstandes der Fahrzeuge voneinander mit Hilfe von Unterwasserschalldruckmessungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitabschnitte5. Procedure for determining the course of the distance of a steadily moving watercraft (Ship) from a sound-absorbing watercraft that is also moving steadily (Submarine) by measuring the distance between the vehicles using underwater sound pressure measurements, characterized in that the time segments
Δ U=A t2=A tΔ U = A t 2 = A t
sind, wobeiare, where
(V2 COS OL2 — V1 COS O1 (V 2 COS OL 2 - V 1 COS O 1
2PiPs - PiPi - P2P3 2 PiPs - PiPi - P2P3
Po =Po =
pz = P2 + M2 — Iv2M cos α2 p z = P 2 + M 2 - Iv 2 M cos α 2
M = ("2 cos Q2 - V1 cos C1)P1 (p3 - p2) M = ("2 cos Q 2 - V 1 cos C 1 ) P 1 (p 3 - p 2 )
2PiP3 — P1P2 ~ P2P32PiP3 - P1P2 ~ P2P3
und der Kurswinkel f des schallaussendenden Fahrzeugsand the heading angle f of the sound-emitting vehicle
Ctg s = : Ctg β Ctg s =: Ctg β
v2 sin a2 v 2 sin a 2
3535
4040
4545
50 Geräuschen und sodann direkt an die Ablenksysteme einer Kathodenstrahlröhre (15) angeschlossen sind. 50 noises and then directly connected to the deflection systems of a cathode ray tube (15).
7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß hinterdiebeiden Integratoren(13)und (14) Zerhacker (16) und (17) geschaltet sind.7. Arrangement according to claim 2, characterized in that that behind the two integrators (13) and (14) Chopper (16) and (17) are connected.
8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kanal zu dem Empfänger (5) und 909-Glied (12) eine Verzögerungskette (19) eingeführt ist.8. An arrangement according to claim 6, characterized in that a delay chain (19) is introduced into the channel to the receiver (5) and 90 9-member (12).
6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß breitbandige Schallempfänger (1) bis (5) so ausgerichtet angeordnet sind, daß um 90° gegeneinander versetzte Empfänger Nr. 1, 3 und 2, 4 eine Kreuzgruppe bilden, in deren Mitte ein Empfänger (5) angeordnet ist, deren Empfangsspannungen zwei Differenzkanälen (6) und (7) zugeführt werden, deren Ausgangsspannungen u\ und ui zwei um 90° versetzte 8er-Charakteristiken bilden und nach Durchlaufen zweier regelbarer Verstärker (8) und (9) mit der in (12) um 90° gedrehten Spannung des Empfängers (5) in zwei Multiplikatoren (10) und (11) multipliziert und auf zwei Integratoren (13) und (14) gegeben sind, deren Zeitkonstante groß ist gegenüber dem periodischen Anteil in den zu ortenden Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung des Verlaufes der Entfer- ■ nung eines schallaussendenden gleichmäßig fahrenden Fahrzeugs (Schiffes) von einem ebenfalls gleichmäßig fahrenden, schallaufnehmenden Wasserfahrzeug (U-Boot) durch Messung des Abstandes der Fahrzeuge voneinander mit Hilfe von Unterwasserschalldruckmessungen. 6. Arrangement for carrying out the method according to claim 1 to 5, characterized in that broadband sound receivers (1) to (5) are arranged so aligned that receivers no. 1, 3 and 2, 4 offset from one another by 90 ° form a cross group , in the middle of which a receiver (5) is arranged, whose receiving voltages are fed to two differential channels (6) and (7), whose output voltages u \ and ui form two 8-digit characteristics offset by 90 ° and, after passing through two adjustable amplifiers (8) and (9) are multiplied by the voltage of the receiver (5) rotated by 90 ° in (12) in two multipliers (10) and (11) and given to two integrators (13) and (14) whose time constant is large compared to the periodic portion in the to be located The invention relates to a method and an arrangement for determining the course of the distance of a sound-emitting uniformly moving vehicle (ship) from a likewise uniformly moving, shallow running watercraft (submarine) by measuring the distance between the vehicles using underwater sound pressure measurements.
Zur Entfernungsbestimmung von Unterwasserschallquellen oder auch anderer Strahler, im folgenden Ziel genannt, sind sowohl aktive Rückstrahlverfahren, die mit Laufzeitmessung von Echolotimpulsen arbeiten, als auch passive Verfahren bekannt, bei denen die Entfernung aus mehreren Peilungen der vom Ziel ausgesandten Strahlungsenergie von verschiedenen Punkten als Meßbasis bestimmt wird.To determine the distance from underwater sound sources or other emitters, in the following target called, are both active back beam methods that work with time-of-flight measurement of echo sounder pulses, as Also known as passive methods, in which the distance from several bearings of the target emitted radiation energy is determined from different points as a measurement base.
Die Aktivverfahren haben beim militärischen Einsatz den Nachteil, daß dem Gegner durch die Aussendung der Echolotimpulse Informationen über die eigene Position gegeben werden. Außerdem ist die Überbrükkung größerer Entfernungen schwierig, da der Echopegel wegen des Hin- und Rückweges bei gleicher Entfernung einer viel stärkeren Abnahme unterworfen ist als die beim Passivverfahren ausgenutzte Strahlungsenergie des Zieles, die bis zum Empfang nur die einfache Entfernung zurückzulegen hat. Schließlich haben die Aktivverfahren den Nachteil, daß die Meßinformationen in Zeitabständen erhalten werden, die von der zu messenden Entfernung abhängig sind.In the case of military use, the active procedures have the disadvantage that the enemy is exposed to the echo sounder pulses give information about your own position. In addition, the bridging Difficult over longer distances, because the echo level is the same due to the way there and back Distance is subject to a much greater decrease than the radiant energy used in the passive method of the target, which only has to cover the one-way distance to receive it. After all, they have Active method has the disadvantage that the measurement information is obtained at time intervals that vary from the to measuring distance are dependent.
Obwohl nun beim Passivverfahren durch den zu ortenden Strahler ununterbrochen Meßinformationen zur Verfügung gestellt werden, haben sich gleichwohl diese Verfahren zur Entfernungsbestimmung des Zieles bisher praktisch nicht durchsetzen können. So ist aus der US-PS 7 49 436 bekannt, daß die Entfernung einer Strahlungsquelle durch Feldstärkenmessung zu bestimmen ist. Das gleiche wird durch die US-PS 21 74 785 gelehrt. Dieses Verfahren ergibt aber nur verhältnismäßig ungenaue Meßergebnisse.Although now with the passive method there is uninterrupted measurement information from the emitter to be located are made available, these methods for determining the distance of the target have nonetheless become available so far have practically not been able to enforce. It is known from US-PS 7 49 436 that the removal of a The radiation source is to be determined by measuring the field strength. The same is stated in US Pat. No. 2,174,785 taught. However, this method only gives relatively inaccurate measurement results.
Die Entfernungsbestimmung durch mehrere Peilungen von verschiedenen Punkten aus erfordert für ausreichende Meßgenauigkeiten eine große Meßbasis, die eine gleichzeitige Peilung von verschiedenen Punkten des U-Bootes aus (Kreuzpeilung) als praktisch indiskutabel ausschließt. Infolgedessen muß das U-Boot durch Eigenfahrt nacheinander in die vorgegebenen Positionen der verschiedenen Punkte der Meßbasis gebracht werden, ehe eine Auswertung zur Bestimmung der Entfernung aus den verschiedenen Peilmeßwerten vorgenommen werden kann. Bei diesem Passivverfahren sind zur Entfernungsbestimmung sich bewegender Ziele nicht nur zwei, sondern Peilmessungen von vier Basispunkten in ausreichend großem Abstand voneinander erforderlich. Eine solche Messung ist aber sehrThe determination of the distance by several bearings from different points requires for sufficient measuring accuracy a large measuring base, which a simultaneous bearing of different Points the submarine from (cross bearing) as practically out of the question. As a result, the submarine must by driving one after the other to the predetermined positions of the various points on the measuring base be brought before an evaluation to determine the distance from the various Peilmeßwerte can be made. With this passive method, people are moving to determine the distance Aim not just two, but bearing measurements from four base points at a sufficiently large distance from one another necessary. But such a measurement is very
umständlich und zeitraubend und damit für den militärischen Einsatz ungeeignet.cumbersome and time-consuming and therefore unsuitable for military use.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entfernungsbestimmung von Wellenenergie abstrahlenden Zielen zu schaffen, das die ununterbrochen eintreffenden, im Passivverfahren aufzunehmenden Zielinformationen für eine fortlaufende Entfernungsbestimmung auszuwerten gestattet.The invention is based on the object of a method for determining the distance of wave energy to create radiating targets, the continuously arriving, to be recorded in the passive process Allowed to evaluate target information for a continuous determination of the distance.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.This object is achieved by a method that has the characterizing features of claim 1 having.
Durch Anwendung dieses Verfahrens erhält man eine ununterbrochene Entfernungsmessung, die nach erstmaliger Bestimmung eines Entfernungsanfangswertes auf rein passiver Messung beruht. Für kleine Entfernungen kann die Passivmessung durch Kreuzpeilung und für größere Entfernungen nach dem bekannten Vierpunktbasisverfahren erfolgen. By using this procedure, an uninterrupted distance measurement is obtained, which after first Determination of an initial distance value is based on purely passive measurement. For small distances the passive measurement can be carried out by cross bearing and for larger distances according to the known four-point basis method.
Durch Heranziehung der Strahlungsintensitätsmessung läßt sich ferner auch die passive Ausgangsmessung wesentlich vereinfachen und verkürzen, indem diese Ausgangsmessung nach einem Dreipunkt-Basis-Peilverfahren mit zusätzlicher Messung der Strahlungsintensitäten der Quelle in den drei Basispunkten erfolgt.By using the radiation intensity measurement, the passive output measurement can also be carried out Much simplify and shorten this initial measurement using a three-point basic DF method takes place with additional measurement of the radiation intensities of the source in the three base points.
Die Vorrichtung zur Ausführung des neuen Meßverfahrens ist zweckmäßig mit einem Regelverstärker versehen, der auf einen konstanten Ausgangswert einstellbar und dessen Stellorgan mit einer Skala für die zu messende Entfernung verbunden ist.The device for carrying out the new measuring method is expedient with a control amplifier provided, which can be set to a constant output value and its actuator with a scale for the distance to be measured is connected.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sowohl zur Bestimmung des Quellenschalldrucks Po wie auch zur fortlaufenden Entfernungsmessung ein einfaches Fahrsystem dient, verbunden mit ohne Schwierigkeit durchführbaren Messungen. Ein einfaches Anzeigegerät erlaubt die Anzeige der Richtung und Entfernung, sobald der Quellenschalldruck durch Rechnung ermittelt worden ist, wobei sämtliche Rechnungen durch entsprechend programmierte Rechenanlagen automatisch ausgeführt werden.The advantages achieved by the invention are in particular that both to determine the Source sound pressure Po as well as a simple driving system for continuous distance measurement, combined with measurements that can be carried out without difficulty. A simple display device allows Display of direction and distance as soon as the source sound pressure has been determined by calculation is, with all calculations being carried out automatically by appropriately programmed computing systems will.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the subject invention is shown in the drawings and is in described in more detail below.
F i g. 1,2 und 3 zeigen Wegdiagramme für verschiedene Passivverfahren zur Durchführung von Ausgangsmessungen nach der Erfindung;F i g. 1, 2 and 3 show path diagrams for various Passive method for performing initial measurements according to the invention;
Fig.4 zeigt eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung für Unterwasserschallortung und4 shows a device for carrying out the method according to the invention for underwater sound location and
F i g. 5 das Richtdiagramm der Empfangsanordnung in F i g. 4.F i g. 5 shows the directional diagram of the receiving arrangement in FIG. 4th
Bei dem ersten, in F i g. 1 dargestellten Verfahren passiver Entfernungsmessung nach der Erfindung läuft das beobachtende Fahrzeug, z. B. U-Boot, während einer ersten Meßphase, die zur Bestimmung der Strahlungsintensität /0 der zu ortenden Strahlungsquelle dient, auf einem geraden Kurs a. Das auf gleichbleibendem Kurs b laufende Ziel, z. B. ein Überwasserfahrzeug, dessen Schraubengeräusch von einer Unterwasserschallempfangseinrichtung des U-Bootes aufgenommen wird, werde im Punkt A\ der Kurslinie a mit einem Schalldruck p\ gemessen. Gleichzeitig wird die Richtung der einfallenden Schallwellen gemessen. Es ist also der Schalldruck p\ und der Winkel α zum Punkt B\ bekannt. Unbekannt dagegen ist noch die Größe der Entfernung r\. In der Zeit Δ ί läuft das U-Boot von A\ nach A2 über eine Strecke S\. Dabei ändert die Geräuschquelle ihren Ort von B] nach B2 und wird dann in Richtung β beobachtet. Gleichzeitig wird der Schalldruck p2 am Beobachtungsort A2 gemessen, während die Entfernung r2 wieder unbekannt ist. Auf der weiteren Fahrt von A2 nach A3 über die Strecke S2 ändert das U-Boot seine Geschwindigkeit, so daß bei gleicher Laufzeit Δ t die beiden Strecken sich verhalten wie die beiden verschiedenen Fahrtgeschwindigkeiten des U-Bootes über diese Strecken. Das Zielschiff B hat in der Zeit Δ t wieder eine gleiche Strecke auf der Linie b von B2 nach Bi zurückgelegt und hat in Bz den Abstand r3 vom U-Boot. Im Punkt A3 wird wieder die Richtung γ und der Schalldruck pi gemessen. Aus den so durchgeführten Messungen lassen sich die Entfernungen η, r2, r3 ermitteln; denn die Schalldrücke verhalten sich bei den Entfernungen wieIn the first, shown in FIG. 1 shown method of passive distance measurement according to the invention, the observing vehicle, z. B. U-boat, during a first measurement phase, which is used to determine the radiation intensity / 0 of the radiation source to be located, on a straight course a. The target running on the same course b , z. B. a surface vehicle, the screw noise of which is picked up by an underwater sound receiving device of the submarine, will be measured at point A \ of the course line a with a sound pressure p \. At the same time, the direction of the incident sound waves is measured. So the sound pressure p \ and the angle α to point B \ are known. On the other hand, the size of the distance r \ is still unknown. In the time Δ ί the submarine runs from A \ to A 2 over a distance S \. The noise source changes its location from B] to B 2 and is then observed in direction β. At the same time, the sound pressure p 2 is measured at the observation location A2 , while the distance r 2 is again unknown. On the further journey from A2 to A3 over the route S 2 , the submarine changes its speed, so that with the same transit time Δ t the two routes behave like the two different speeds of the submarine over these routes. The target ship B has covered the same distance on the line b from B 2 to Bi in the time Δ t and is at the distance r 3 from the submarine in Bz. At point A3 the direction γ and the sound pressure pi are measured again. The distances η, r 2 , r 3 can be determined from the measurements carried out in this way; because the sound pressures behave at the distances as
r = r =
PoPo
..n..n
'2 ' 2
_ Po _ Po
_ Po_ Po
~7~ 7
In diesen Gleichungen ist po der im Fernfeld gemessene, auf 1 m vom Mittelpunkt der Geräuschquelle zurückgerechnete Quellenschalldruck, dessen logarithmisches Maß 20 Ig po unter dem Namen »Zielpegel« bekannt ist. Der Exponent η hängt von der Wassertiefe ab. Im tiefen Wasser, wo sich die Schallwellen kugelförmig ausbreiten, ist /3= 1. Findet eine Schallausbreitung in Form von Zylinderwellen statt, so wie es beispielsweise bei sehr flachem Wasser der Fall ist, wird /3=1/2.In these equations, po is the source sound pressure measured in the far field and calculated back to 1 m from the center of the noise source, the logarithmic measure of which is 20 Ig po known as the "target level". The exponent η depends on the water depth. In deep water, where the sound waves propagate spherically, / 3 = 1. If sound propagates in the form of cylindrical waves, as is the case with very shallow water, for example, / 3 = 1/2.
Der Einfachheit halber wird mit kugelförmiger Schallausbreitung gerechnet, also mit n= 1. Abweichende Exponenten bringen keine neuen Erkenntnisse und lassen sich gegebenenfalls später einführen bzw. in einem programmierten Rechner berücksichtigen.For the sake of simplicity, calculations are made with spherical sound propagation, i.e. with n = 1. Deviating exponents do not provide any new knowledge and can, if necessary, be introduced later or taken into account in a programmed computer.
Aus den geometrischen Beziehungen der F i g. 1 und den Werten der Schalldrücke p\, pi und pa läßt sich po errechnen zuFrom the geometric relationships in FIG. 1 and the values of the sound pressures p \, pi and pa can be calculated po
_ Z1 ± η2,-N [,(S1+S2)2 -(2S1)2] _ Z 1 ± η 2 , -N [, (S 1 + S 2 ) 2 - (2S 1 ) 2 ]
p0 _ _ t p 0 _ _ t
wobeiwhereby
_ 4st · cos β _ (S1 + S2) · cos α _ (S1 + S2) cos γ _ 4s t · cos β _ (S 1 + S 2 ) · cos α _ (S 1 + S 2 ) cos γ
1 Pi Pi P3 1 Pi Pi P 3
N = N =
Pi pi Pi pi
P1P3P1P3
Das Plus- oder Minuszeichen entscheidet sich daraus, daß po positiv sein muß. Die drei Entfernungen sind nunmehrThe plus or minus sign is determined by the fact that po must be positive. The three distances are now
Po
Pi Po
pi
PoPo
PzPz
und r3 = -^- .
P3 and r 3 = - ^ -.
P 3
Bei abweichendem Exponenten π gilt also entsprechend If the exponent π is different, the following applies accordingly
PoPo
r" = r " =
P(OP (O
Damit läßt sich die Ortskurve des beobachteten Schiffes zeichnen, indem man die Entfernungen r\, r2, ft von den eigenen bekannten Positionen Ai, A2, A3 aus in den Richtungen tx, β, γ einträgt. Die Durchführung wird zweckmäßig von einem hierfür programmierten Rechner vorgenommen.This allows the locus of the observed ship to be drawn by entering the distances r \, r 2 , ft from one's own known positions Ai, A 2 , A3 in the directions tx, β, γ . The implementation is expediently carried out by a computer programmed for this purpose.
Ist erst einmal po ermittelt, dann ist es anschließend möglich, anhand der BeziehungOnce po is determined, then it is then possible, based on the relationship
PoPo
1515th
P(D ■'■';P (D ■ '■';
durch fortlaufende Messung des Schalldruckes ρ die Entfernung laufend zu bestimmen. Durch Plotten der gemessenen Richtung und Entfernung gewinnt man auf diese Weise mit rein passiven Methoden die Bewegungsdaten der beobachteten Geräuschquelle und kann durch Hinzunehmen weiterer Meßpunkte zu verbesserten Werten von po kommen. Man kann sogar erkennen, wenn das beobachtete Fahrzeug einen Kurswechsel vornimmt, allerdings nur, wenn dieser Kurswechsel nicht während der ersten beiden Meßabschnitte Δ t erfolgt.to continuously determine the distance by continuously measuring the sound pressure ρ. By plotting the measured direction and distance, the movement data of the observed noise source can be obtained in this way with purely passive methods, and improved values of po can be obtained by adding further measuring points. One can even recognize when the observed vehicle changes course, but only if this course change does not take place during the first two measurement sections Δt .
Das in F ig. 2 veranschaulichte Beispiel zeigt, wie sich Po ermitteln läßt, wenn man darauf Wert legt, die eigene Geschwindigkeit beizubehalten. Hier laufe das beobachtete Fahrzeug B genau wie in F i g. 1 von B\ nach B2 weiter nach 2?3 in gleichen Zeiten Δ t, und das eigene Fahrzeug laufe ebenso wie in F i g. 1 von A\ nach A2. That in Fig. The example illustrated in Fig. 2 shows how Po can be determined if it is important to maintain your own speed. Here the observed vehicle B runs exactly as in FIG. 1 from B \ to B 2 further to 2? 3 at the same times Δ t, and one's own vehicle is running as in FIG. 1 from A \ to A 2 .
Anstatt jetzt mit veränderter Geschwindigkeit im alten Kurs weiterzufahren, ändert das eigene U-Boot seinen Kurs um einen Winkel ό und behält seine Geschwindigkeit bei. Auch jetzt läßt sich po aus dem bei A3 gemessenen Schalldruck P3 zusammen mit den Schalldrücken p\ und p2 ermitteln zuInstead of continuing on the old course at a different speed, your own submarine changes its course by an angle ό and maintains its speed. Also now po can be determined from the sound pressure P 3 measured at A3 together with the sound pressures p 1 and p 2
PoPo
= ~ Z2(± = ~ Z 2 (±
+2N(I - + 2N (I -
4 cos β
P2 4 cos β
P2
Gt- Gt- 6) 6 )
—ό)—Ό)
Pipi
P3 P 3
Pipi
PnPn
-^- und -i3_- ^ - and -i3_
Pn PnPn Pn
einsetzt.
Entsprechend gilt dann auchbegins.
The same then applies accordingly
„n "N
PoPo
PnPn
Pll PnPll Pn
Entfernungswerte ermittelt und aufgrund neuer Messungen zu besseren po/pn-Werten kommt.Distance values are determined and new measurements lead to better po / p n values.
Ein drittes Beispiel, den Zielpegel po zu ermitteln, ist in Fig.3 dargestellt. Dieses dritte Verfahren beruht darauf, daß man die Messungen mit stehender Peilung durchführt. Das kann aus der Anfangssituation zufällig entstanden sein, kann aber auch bewußt herbeigeführt werden. Im Punkt A\ wird das Ziel unter dem Winkel cc\ beobachtet. Der gemessene Schalldruck beträgt p\. In der Zeit Δ t\ wird eine Strecke v\ Δ t\ durchlaufen, wobei sich voraussetzungsgemäß die Peilrichtung <x.\ nicht ändert. Nach Ablauf der Zeit Δ t\ befindet sich das eine Schiff bei Ai und registriert den Schalldruck P2. Jetzt wird die Eigengeschwindigkeit von vi auf V2 geändert und dabei der Kurs so korrigiert, daß man wieder mit stehender, d. h. unveränderter Peilung, fährt, eine · Maßnahme, die sich in kurzer Zeit durchführen läßt. Der neue Peilwinkel bei der Geschwindigkeit v2 sei on. A third example of determining the target level po is shown in FIG. This third method is based on taking the measurements with the bearing upright. This may have arisen accidentally from the initial situation, but it can also be brought about consciously. At point A \ the target is observed at angle cc \. The measured sound pressure is p \. In the time Δ t \ a distance v \ Δ t \ is traversed, whereby the bearing direction <x. \ Does not change according to the prerequisite. After the time Δ t \ has elapsed, one ship is at Ai and registers the sound pressure P 2 . The vehicle's own speed is now changed from vi to V 2 and the course is corrected in such a way that one drives again with a stationary, ie unchanged bearing, a measure which can be carried out in a short time. The new bearing angle at speed v 2 is on.
Mit der Geschwindigkeit v2 läuft man einen neuen Zeitraum Δ t2 bis zum Punkt A3. Dort wird der Schalldruck p3 gemessen. Eine einfache Rechnung ergibt hier wieder den QuellenschalldruckA new period of time Δ t 2 up to point A3 is run at speed v 2. The sound pressure p3 is measured there. A simple calculation gives the source sound pressure here again
5555
usw.etc.
Die Verwendung der Nutz/Stör-Verhältnisse anstelle der reinen Schalldrücke ist insbesondere bei größeren Entfernungen vorteilhaft, wenn nämlich Schalldruck und Schallstörung noch in gleicher Größenordnung vorliegen. Auch in diesem Falle ist es zweckmäßig, die Meßwerte in einen programmierten Rechner einzugeben, der die Entfernungswerte errechnet und dann fortlaufend nach Durchfahren weiterer Strecken neue Po =The use of the useful / disturbance ratios instead of the pure sound pressure is particularly important for larger ones Distances are advantageous when the sound pressure and noise interference are still of the same order of magnitude are present. In this case, too, it is advisable to enter the measured values into a programmed computer. which calculates the distance values and then continuously new ones after driving further distances Po =
(v2 cos a2 — V1 cos U1)P1 P2P3 At1At2 P1Pz[At1+ At2]- P1P2At1- P2P3At2 (v 2 cos a 2 - V 1 cos U 1 ) P 1 P2P3 At 1 At 2 P 1 Pz [At 1 + At 2 ] - P 1 P 2 At 1 - P 2 P 3 At 2
3030th
35 Wählt man die beiden Zeitabschnitte Δ f, = Δ t2 = Δ t, 35 If one chooses the two time segments Δ f, = Δ t 2 = Δ t,
dann vereinfacht sich der Ausdruck für den Quellenschalldruck po zuthen the expression for the source sound pressure po is simplified to
Po =Po =
(v2 cos a2 — V1 (v 2 cos a 2 - V 1
2piP3 - PiP2 - P2P32piP 3 - PiP 2 - P2P3
TV hat denselben Wert wie im ersten Beispiel.TV has the same value as in the first example.
Das Beibehalten der Eigengeschwindigkeit bietet die Möglichkeit, mit einer Messung des Nutz/Stör-Verhältnisses anstelle der Schalldruckmessung zu arbeiten. Dabei braucht man nicht auf Absolutwerte zurückzugreifen; denn bei gleicher Geschwindigkeit bleibt der Störpegel bzw. der Störschalldruck pn erhalten. Anstelle des Quellenschalldruckes po tritt dann allerdings ein Relativwert PoIpn, der sich anhand derselben genannten Beziehung ergibt, wenn man statt der Werte p\, pi und Pz die WerteMaintaining the airspeed offers the possibility of working with a measurement of the useful / disturbance ratio instead of the sound pressure measurement. There is no need to fall back on absolute values; because at the same speed, the interference level or the interference sound pressure p n is retained. Instead of the source sound pressure po, however, there is a relative value PoIp n , which results from the same relationship mentioned if, instead of the values p \, pi and Pz, the values
Ferner wird in diesem Falle die Geschwindigkeit des beobachteten FahrzeugsFurther, in this case, the speed of the observed vehicle becomes
vz = V v\ + M2 — 2 V2 M cos a2 , wobei v z = V v \ + M 2 - 2 V 2 M cos a 2 , where
M = M = ("2 cos «2 - "1 cos ("2 cos « 2 - "1 cos Qi)Pi Qi) pi (P3 - (P 3 - Pi)Pi)
2P1P3 - P1P2 - P2P3 ist, und sein Kurswinkel ζ errechnet sich aus 2P 1 P 3 - P1P2 - P2P3, and its heading angle ζ is calculated from
ctg C= : ctg/?.ctg C = : ctg / ?.
V2 sin a2 V 2 sin a 2
Auch hier wird man zweckmäßig mit einem programmierten Rechner arbeiten und kann nach Durchlaufen weiterer Abschnitte Δ t unter stehender Peilung und unter erneuter Geschwindigkeitsänderung zu verbesserten Werten po kommen.Here, too, it is expedient to work with a programmed computer and, after going through further sections Δt, with a bearing and a renewed change in speed, improved values po can be obtained.
Das Verfahren versagt nur, wenn man ohne Kursänderung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit fährt, weil sich dann mathematisch unbestimmte Ergebnisse der Form ergeben. Es ist vielmehr erforderlich, die 3-Punkt-Bestimmung, an der Richtung und Schalldrücke gemessen werden, so vorzunehmen, daß entweder bei Beibehaltung der Eigengeschwindigkeit mit Kurswechseln gearbeitet wird oder daß bei Beibehaltung des eigenen Kurses mit verschiedenen Eigengeschwindigkeiten in den einzelnen Meßstrecken gearbeitet wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, mit verschiedenen Geschwindigkeiten und Kurswechsel zu operieren.The procedure only fails if you go at a steady pace without changing course drives, because then mathematically indeterminate results of the form result. It is much more it is necessary to carry out the 3-point determination, at which the direction and sound pressure are measured, that either course changes are used while maintaining the airspeed or that at Maintaining your own course with different own speeds in the individual measuring sections is being worked on. Of course it is also possible to change course at different speeds to operate.
F i g. 4 zeigt eine Vorrichtung nach der Erfindung zur Richtungsbestimmung von akustischen Signal- und Geräuschquellen unter Wasser.F i g. 4 shows a device according to the invention for determining the direction of acoustic signals and signals Sources of noise underwater.
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Zum Empfang der Unterwasserschallwellen sind fünf breitbandige Schallempfänger 1 bis 5 vorgesehen, deren Abstand voneinander klein ist im Vergleich zu den Wellenlängen der Schallsignale bzw. der Schallgeräusche, deren Richtung bestimmt werden soll. Vier ungerichtete Empfänger 1 bis 4 bilden eine Kreuzgruppe aus um 90° gegeneinander winkelversetzte Zweiergruppen 1,3 und 2,4. In ihrer Mitte ist der Empfänger 5 angeordnet. Es kann auch auf den gesonderten Empfänger 5 verzichtet werden, wenn man die Summenspannung aller vier Empfänger 1 bis 4 bildet. Die Empfangsspannung U\, t/3 der beiden Empfänger 1 und 3 werden auf einen Differenzkanal 6, die der beiden Empfänger 2 und 4, t/2 und t/4 auf einen Differenzkanal 7 nachgeschaltet.To receive the underwater sound waves, five broadband sound receivers 1 to 5 are provided, the distance between them being small compared to the wavelengths of the sound signals or the sound noises whose direction is to be determined. Four non-directional receivers 1 to 4 form a cross group of two groups 1, 3 and 2, 4, which are angularly offset from one another by 90 °. The receiver 5 is arranged in its center. The separate receiver 5 can also be dispensed with if the total voltage of all four receivers 1 to 4 is formed. The received voltage U \, t / 3 of the two receivers 1 and 3 are connected downstream to a differential channel 6, those of the two receivers 2 and 4, t / 2 and t / 4 to a differential channel 7.
Die Differenzsignale Ue, U1 bilden zwei um 90° gegeneinander versetzte 8er-Charakteristiken /?i und R2 (F i g. 5) und werden deshalb im folgenden 8er-Signa-Ie genannt. Die 8er-Signale Ue, Uj werden in zwei regelbaren Verstärkern 8 und 9 mit logarithmischer Kennlinie verstärkt und in zwei anschließenden elektronischen Multiplikatoren 10 und 11 mit einem Signal Ub multipliziert, das aus dem Empfangssignal des Empfängers 5 mit der Rundumcharakteristik R0, im folgenden Rundum-Signal Us genannt, durch breitbandige 90°-Drehung in einem Phasenschieber 12 abgeleitet wird. Anschließend werden die beiden Produktsignale t/10, Uw aus den Multiplikatoren 10 und 11 auf zwei Integratoren 13 und 14 gegeben. Die Zeitkonstante dieser Integratoren wird so gewählt, daß sie groß ist gegenüber der Zeitdauer der Schwankungen der beobachteten Geräusche, also beispielsweise gegenüber den Perioden der durch die Schraubendrehzahl von Schiffen bedingten periodischen Schläge. Die integrierten Produktsignale t/13, t/14 können direkt auf die beiden gekreuzten Ablenksysteme der Kathodenstrahlröhre 15 gegeben werden. Dort entstünde dann, da die integrierten Produktsignale Gleichspannungen darstellen, als Anzeige ein Punkt P, der von der Mitte des Bildschirmes aus in Richtung der einfallenden Schallwellen zeigt.The difference signals Ue, U 1 form two 8-digit characteristics /? I and R 2 (FIG. 5) offset from one another by 90 ° and are therefore referred to below as 8-digit signals. The 8 signals Ue, Uj are amplified in two controllable amplifiers 8 and 9 with a logarithmic characteristic and are multiplied in two subsequent electronic multipliers 10 and 11 with a signal Ub derived from the received signal of the receiver 5 with the all-round characteristic R 0 , in the following all around Signal called Us , is derived by a broadband 90 ° rotation in a phase shifter 12. The two product signals t / 10, Uw from the multipliers 10 and 11 are then sent to two integrators 13 and 14. The time constant of these integrators is chosen so that it is large compared to the duration of the fluctuations in the observed noises, for example compared to the periods of the periodic impacts caused by the screw speed of ships. The integrated product signals t / 13, t / 14 can be given directly to the two crossed deflection systems of the cathode ray tube 15. Since the integrated product signals represent direct voltages, a point P would then arise as a display, which points from the center of the screen in the direction of the incident sound waves.
Fällt beispielsweise aus Richtung γ, so wie es in F i g. 4 angedeutet ist, das Geräusch ein, so erscheint an der Kathodenstrahlröhre ebenfalls in Richtung γ der Anzeigepunkt P. Dieser Anzeigepunkt ist durch die Integration der Integratoren 13 und 14 so weit beruhigt, daß er praktisch konstant an einer Stelle stehenbleibt, jedenfalls solange der Abstand der Geräuschquelle sich nicht wesentlich ändert. Da aber für das Auge ein Pfeil von der Mitte in Richtung γ anschaulicher wirkt, werden hinter die beiden Integratoren 13 und 14 noch Zerhacker 16 und 17 geschaltet, die die Gleichspannungen Un, Uu der Integratoren mit einer beliebigen, für das Auge nicht mehr wahrnehmbaren Frequenz zerhacken.For example, falls from direction γ, as shown in FIG. 4 is indicated, the noise appears on the cathode ray tube also in direction γ the display point P. This display point is so much calmed by the integration of the integrators 13 and 14 that it remains practically constant at one point, at least as long as the distance Noise source does not change significantly. However, since an arrow from the center in the direction of γ is clearer to the eye, choppers 16 and 17 are connected behind the two integrators 13 and 14, which generate the DC voltages Un, Uu of the integrators with any frequency that is no longer perceptible to the eye chop up.
Die gebildeten Ablenksignale U\e, Uu erzeugen dann einen Strich Z1 der von der Mitte aus in Richtung γ bis zum Endpunkt P der Gleichspannungsanzeige verläuft. Der Verstärkungsgrad der beiden Verstärker 8 und 9 kann von Hand mit Hilfe eines Potentiometers auf eine passende Strichlänge eingeregelt werden. Es kann aber auch durch eine an sich bekannte Automatik dafür gesorgt werden, daß die Strichlänge stets konstant bleibt und sich bis zu einem vorgegebenen Wert aufregelt.The deflection signals U \ e, Uu formed then generate a line Z 1 which runs from the center in direction γ to the end point P of the DC voltage display. The gain of the two amplifiers 8 and 9 can be adjusted manually to a suitable line length with the aid of a potentiometer. However, an automatic system known per se can also ensure that the line length always remains constant and is adjusted up to a predetermined value.
Für Geräusche mit Teiltonspektrum, insbesondere Schraubengeräusche von Schiffen, läßt sich ein besonders günstiges Nutz-Stör-Verhältnis erreichen, indem man dafür sorgt, daß in den Weg zwischen den Empfängern 1 und 3 zum Differenzkanal 6 und in den Weg zwischen den Empfängern 2 und 4 zum Differenzkanal 7 je eine Verzögerungskette eingeschaltet wird, deren Verzögerungszeit, der Grundperiode oder einem ganzen Vielfachen der Grundperiode des Signalgrundtones entspricht, wobei hier unter Signalgrundton die Grundlinie des überlagerten Linienspektrums verstanden wird.A special can be used for noises with a partial tone spectrum, in particular screw noises from ships Achieve a favorable useful-disturbance ratio by making sure that in the path between the Receivers 1 and 3 to the difference channel 6 and in the path between receivers 2 and 4 to Difference channel 7 a delay chain is switched on, the delay time of which is the basic period or a whole multiple of the fundamental period of the signal fundamental tone, with here below the signal fundamental tone the baseline of the superimposed line spectrum is understood.
Da die beiden Multiplikatoren 10, 11 nach Methoden der Korrelationstechnik zwischen dem Summensignal und den beiden Differenzsignalen der gekreuzten Gruppen arbeiten, korrelieren selbst breitbandige statistische Geräusche infolge der Verzögerung nicht mehr, korrelieren aber wieder tonartige, weil die Korrelationsfunktion nach Verzögerung des einen Weges um die Grundtonperiode wieder stark ansteigt. Die Verzögerung läßt sich, ebenso wie in der Abbildung gezeigt, durch Einschaltung einer Verzögerungskette 19 in den Kanal zwischen dem Empfänger 5 und dem 90°-Glied 12 einführen.Since the two multipliers 10, 11 using methods of correlation technology between the sum signal and the two differential signals of the crossed groups work, correlate even broadband ones statistical noises due to the delay no longer, but correlate again tone-like, because the Correlation function increases again sharply after delaying one path by the fundamental period. As shown in the figure, the delay can be adjusted by including a delay chain 19 Insert into the channel between the receiver 5 and the 90 ° member 12.
Der gemeinsame Regelknopf 20 der logarithmischen Potentiometer der beiden Regelverstärker 8 und 9 enthält einen Pfeil 21, der auf eine verstellbare Skala 22 mit logarithmischer Beschriftung zeigt. Diese Skala enthält ihrerseits einen weiteren Pfeil 23, der auf eine feste Skala 24 mit eingeeichten Werten des Schallquellendruckes po bzw. des Zielmaßes hinweist.The common control button 20 of the logarithmic potentiometer of the two control amplifiers 8 and 9 contains an arrow 21 which points to an adjustable scale 22 with logarithmic lettering. This scale in turn contains a further arrow 23, which is on a fixed scale 24 with calibrated values of the sound source pressure po or the target size.
Die Länge des Anzeigestriches Z ist zunächst willkürlich.The length of the indicator line Z is initially arbitrary.
Ist, wie oben beschrieben, entweder durch eine aktive Ortung oder mittels passiver Verfahren einmal der Schallquellendruck po bzw. das Zielmaß des Zieles ermittelt, dann stellt man die drehbare Skala 22 mit ihrem Pfeil auf diesen Wert und regelt den Drehknopf der beiden gekoppelten logarithmischen Potentiometer der Verstärker 8 und 9 so ein, daß die Strichlänge am Kathodenstrahlrohr 15 auf eine vorgezeichnete Länge anwächst. Der Pfeil 21 des Drehknopfes 20 zeigt dann auf den Entfernungswert, der auf der Skala 22 eingraviert ist. Dieser Entfernungswert gibt den Abstand des Zieles an.Is, as described above, either through active localization or by means of passive methods Sound source pressure po or the target dimension of the target is determined, then the rotatable scale 22 is also set her arrow to this value and controls the rotary knob of the two coupled logarithmic potentiometers the amplifier 8 and 9 so that the line length on the cathode ray tube 15 to a predetermined length grows. The arrow 21 of the rotary knob 20 then points to the distance value on the scale 22 is engraved. This distance value indicates the distance from the target.
Die Skalen 22 lassen sich auswechseln für verschiedene Schallausbreitungsbedingungen.The scales 22 can be interchanged for different sound propagation conditions.
In Tiefseegebieten, also in den üblichen Ozeanen, wählt man die Skala so, daß sie einer Ausbreitung wieIn deep-sea areas, i.e. in the usual oceans, the scale is chosen so that it spreads like
r =r =
Po PPo P.
entspricht; in Küstenshelfgebieten oder Seegebieten, die relativ flach sind, wie z. B. die Ostsee in der Nähe der deutschen Küste, wählt man die. Skala so, daß sie einem Ausbreitungsgesetzt wieis equivalent to; in coastal shelf areas or sea areas that are relatively flat, such as B. the Baltic Sea near the German coast, you choose the. Scale so that they like a law of expansion
r0,7 = r 0.7 =
entspricht.is equivalent to.
Die elektronische Ausführung in der beschriebenen Form gibt dann zugleich die laufende Richtung und die Entfernung mit Hilfe rein passiver Methoden an.The electronic version in the form described then gives both the current direction and the Removal using purely passive methods.
Selbstverständlich läßt sich auch die Verstärkungsregelung automatisieren, indem die Regelverstärker überOf course, the gain control can also be automated by using the control amplifier
bekannte Regelschaltungen jeweils auf gleiche Ausgangsspannungen des anzeigenden Striches aufgeregelt werden.known control circuits each regulated to the same output voltages of the indicating line will.
Das angegebene Verfahren läßt sich auch auf andere passive Ortungsverfahren übertragen, beispielsweiseThe specified method can also be transferred to other passive location methods, for example
auf die Messung der Infrarotintensität des Motors eines Flugzeuges von einem anderen bewegten Flugzeug aus oder der Infrarotintensität des Schornsteines eines Schiffes oder bei der Feldstärkenmessung von Radarstrahlen auf bewegten Fahrzeugen.to the measurement of the infrared intensity of the engine of an aircraft from another moving aircraft or the infrared intensity of the chimney of a ship or when measuring the field strength of radar rays on moving vehicles.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (4)
PiPo
pi
Pi Po
pi
NN
Pi 4S 1 cos,
pi
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEB0091029 | 1967-02-03 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1623356C3 true DE1623356C3 (en) | 1977-03-03 |
Family
ID=
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