DE1623492C - Verfahren und Vorrichtung zum Auffinden und Verfolgen von schallabstrahlenden Objekten im Wasser - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Objekt einerseits und der ersten Boje zum Flugzeug

eine Vorrichtung zum Auffinden und Verfolgen von andererseits, während diese ersten beiden Peilwinkel

schallabstrahlenden Objekten im Wasser durch ein bzw. eine von beiden abhängige Größe an eine

Flugzeug mittels Absetzen von Bojen mit Einrich- Signaleinrichtung für entsprechende Angabe im

tungen zur akustischen Peilung des schallabstrahlen- 5 Flugzeug gegeben werden, im; Flugzeug daraufhin

den Objektes, Einrichtungen zur akustischen und/ eine Positionsveränderung zur Richtung zum Objekt

oder elektromagnetischen Peilung des Flugzeuges und beobachtet wird, eine zweite Boje, vorzugsweise

Einrichtungen zum Signalisieren der Peilungen über wenn zwischen den beiden ersten Peilwinkeln eine

Funkwellen zum Flugzeug. Winkeldifferenz von etwa 60° besteht, zum Ermitteln

Bei einer aus der USA.-Patentschrift 3 183 478 io von zwei zweiten Peilwinkeln für Richtungen von bekannten Vorrichtung dieser Art werden von dem der zweiten Boje zum Objekt einerseits und der Flugzeug zwei Paare von Bojen abgesetzt, wobei zweiten Boje zum Flugzeug andererseits abgesetzt zwischendenBojenjedesPaareseindefinierterAbstand wird, während auch diese beiden zweiten Peilwinkel besteht. Hierbei hat man sich von der Orientierung bzw. eine von beiden abhängige Größe an eine gleichan erdfesten Fixpunkten gelöst, um die Schwierig- 15 artige Signaleinrichtung für entsprechende Angabe keiten zu vermeiden, die sich durch die Abdrift der im Flugzeug gegeben werden und das Flugzeug geBojen während des Abwerfens vom Flugzeug aus nau über das Objekt gesteuert werden kann, indem und beim Schwimmen in strömendem Gewässer ent- es so manövriert wird, daß jeweils Gleichheit der stehen. Mittels einer aufwendigen Korrelationsschal- beiden ersten und der beiden zweiten Peilwinkel tung unter Verwendung des DELTIC-Verfahrens 20 untereinander erzielt wird.

wird mittels jeder beiden Bojen-Paare die Zeitver- Eine Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens

zögerung der Ankunft identischer Schallenergieteile nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch in

ermittelt, und diese Zeitverzögerung wird in eine schwimmfähige Bojen eingebaute, an sich bekannte,

Angabe über die Winkel zwischen der Achse der richtungsempfindliche akustische Empfangsanord-

Bojen jedes Paares einerseits und dem angepeilten 25 nungen im Wasser und elektromagnetische oder

Objekt andererseits umgerechnet. In entsprechender akustische Empfangsanordnungen in der Luft sowie

Weise wird die Richtung zum Flugzeug ermittelt. Die zusätzlich eine richtungsunabhängige Sende-Emp-

Schnittpunkte der jeweiligen Richtungsinformationen fangsanordnung in ,der Luft, mit starrer mechanischer

der beiden Bojen-Paare geben die Positionen des Kopplung der beiden richtungsempfindlichen Emp-

Objektes und des Flugzeuges an, so daß dieses so 30 fangsanordnungen, vorzugsweise mit elektrischer

gesteuert werden kann, daß die von jedem Bojen- Kopplung der von den richtungsabhängigen Emp-

Paar gemeldeten horizontalen Peilwinkel gleich groß fangsanordnungen gelieferten Signale an das feste

werden. Glied eines Resolversystems, dessen bewegliches

Dieses Verfahren ist wegen der vier Bojen auf- Glied mit einem Kompaßsystem mechanisch in Drehwendig und versagt, wenn eine der vier Bojen infolge 35 verbindung steht, und mit elektrischer Kopplung vom eines technischen Mangels, beweußter Zerstörung Rotor an einen Datenübertrager zum Speisen der oder aus einem anderen Grunde ausfällt. Bei den richtungsunabhängigen Sendeanordnung.
Wetter- und Strömungsverhältnissen auf hoher See Durch die Erfindung wird der Fortschritt erzielt, dürfte es kaum möglich sein, eine zu weit abgetrie- daß die richtungsempfinfidlichen akustischen Empbene oder aus einem anderen Grunde ausgefallene 4° fangsanordnungen im Wasser und die elektromagne-Boje zu bestimmen und bezüglich der bereits tischen Empfangsanordnungen in der Luft, mit denen festliegenden Position der anderen drei Bojen so die Bojen versehen sind, unmittelbar richtungsempexakt zu ersetzen, daß die Messungen und damit die findlich, also nicht mehr über eine Auswertung von Navigation des Flugzeuges zum Objekt hin sogleich Laufzeiten arbeiten und somit eine richtungsbezogene wieder fortgeführt werden könnten. Es müssen also 45 Angabe der Peilwinkel ermöglichen, wodurch mit wiederum zwei Bojen, in der Regel wohl sogar ein geringstem Aufwand Eindeutigkeit der Peilungen erganz neues System von vier Bojen ausgesetzt werden. zielt wird.

Nachteilig ist die bekannte Vorrichtung nicht nur An sich ist eine richtungsempfindliche, akustische

wegen des großen Aufwandes der Korrelationsschal- Empfangsanordnung im Wasser aus der deutschen

tung, sondern auch wegen des Umstandes, daß mit 5° Offenlegungsschrift 1 566 837 bekannt, jedoch nicht

dieser gewöhnlich nur eine zweideutige Standort- zur Anwendung für ein Verfahren und eine Vorrich-

bestimmung mittels zweier Paare von Bojen möglich tung nach der vorliegenden Erfindung,

ist. Man wird daher bei dem bekannten Verfahren Aus der USÄ.-Patentschrift 3 022 462 ist es ferner

zur eindeutigen Standortbestimmung genötigt sein, bekannt, richtungsempfindliche Empfangsanordnun-

einen weiteren Satz von zwei Bojen-Paaren abzu- 55 gen in Bojen einzubauen und-zwecks Übertragung

setzen und zusätzlich auszuwerten. . ' der Empfangsinformationen einen Funkkontakt zur

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung Boje herzustellen, wobei die Richtungsempfangs-

die Aufgabe zugrunde, zum Auffinden und Verfolgen informationen bezüglich der erdmagnetischen Nord-

von schallabstrahlenden Objekten im Wasser eine richtung gekennzeichnet werden. Doch ist damit

Doppeldeutigkeit der Ortsbestimmung zu vermeiden 60 nicht das vorteilhafte Verfahren nach der vorliegen-

und den Aufwand " an Bojen und schaltungstech- den Erfindung offenbar.

nischen Elementen auf ein Mindestmaß herabzu- Die Erfindung wird nachstehend an Hand der

setzen. Zeichnung im Beispiel näher erläutert.

Das wird, ausgehend von einem Verfahren der Es zeigt

eingangs genannten Art, dadurch erreicht, daß nur 65 F i g. 1 zwei von je einer Boje zum Flugzeug und insgesamt zwei Bojen abgsetzt werden, eine erste zum schallabstrahlenden Objekt im Wasser aufge-Boje zum Ermitteln von ersten horizontalen Peil- spannte und in die Horizontalebene projizierte Peilwinkeln für Richtungen von der ersten Boje zum dreiecke,

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F i g. 2 ein Blockschaltbild des Informationsflusses rührende Signale über Peilwinkel Φ über den um-

innerhalb einer Boje, schaltenden Synchronisator 24 abwechselnd einem

F i g. 3 einen kompaßstabilisierten Koordinaten- und demselben Peilauswertegerät 27 zugeführt wer-

transformator für das Blockschaltbild nach Fig. 2. den, welches aus den drei Spannungen die jeweilige

Gemäß der Darstellung in Fig.l erfolgt die Orts- 5 Winkelangabe, unter Berücksichtigung dererdmagnebestimmung eines interessierenden schallabstrahlen- tischen Nordrichtung, erstellt. Dieses Resultat wird den Objektes 13 im Wasser einerseits und eines von einem Datenübertrager 28 im Takte der Arbeits-Flugzeuges 14 andererseits in der Weise, daß zwei weise des Synchronisators 24 übernommen und über von zwei Bojen 11^; und 12 zum Flugzeug 14 und die Weiche 26 einer richtungsunempfindlichen Rundzum schallabstrahlenden Objekt 13 aufgespannte io Strahlantenne 23 zum Übermitteln an Bord des Flug-Peildreiecke durch entsprechendes Manövrieren des zeuges 14 eingespeist.

Flugzeuges 14 so ausgerichtet werden, daß sie zuein- Auch die Weiche 26 wird vom Synchronisator 24

ander in Deckung gebracht sind. Dann steht das gesteuert umgeschaltet.

Flugzeug 14 genau über dem Objekt 13. Die Bojen Da der Synchronisator 24 bestimmt, ob gerade

11 und 12 werden vom Flugzeug 14 ausgesetzt und 15 eine Ortungsinformation vom Wandlersystem 21, also

nehmen jede einerseits akustische Signale vom Ob- _ hinsichtlich des Objektes 13> oder von der Kreuz-

jekt 13 und zum anderen akustische und/oder elek- rahmenantenne 22, also hinsichtlich des Flugzeuges

tromagnetische Signale vom Flugzeug 14 als Peil- 14, verarbeitet wird, ist dieser Synchronisator 24

winkel Φ auf. . zweckmäßigerweise zugleich mit an sich beliebigen

An Bord des Flugzeuges 14 werden die über Funk 20 bekannten Mitteln zur Abgabe einer Kennung aushinaussignalisierten nordbezogenen horizontalen Peil- gerüstet, aus der beim Empfang im Flugzeug 14 für winkel Φ1 bzw. Φ3 zum Objekt 13 sowie die Peil- die Angabe der Peilwinkel Φ eindeutig zu entnehmen; winkel Φ 2 bzw. Φ 4 zum eigenen ■ Flugzeug 14 dem ist, ob die momentan durch Funk über die Rund-Piloten angezeigt. Nach dieser Angabe manövriert Strahlantenne 23 übertragene Information einem der Pilot das Flugzeug 14 so, daß jeweils die beiden 25 Peilwinkel Φ1 bzw. Φ 3 zum Objekt oder einem an einer Boje 11 und 12 gemessenen Peilwinkel Φ1, Peilwinkel Φ 2 bzw. Φ 4 zum Flugzeug 14 zuge-Φ2 oder Φ 3, Φ 4 untereinander gleich werden, daß ordnet ist. Die Weiche 26 dient dem Umschalten also gilt Φ1 == Φ 2 und Φ 3 = Φ 4. Sobald diese zwischen der Signalrichtung empfangener Informa-Winkelbedingung erfüllt ist, befindet sich das Flug- tionen aus der Kreuzrahmenantenne 22 zum Frezeug 14 senkrecht über dem schall abstrahlenden Ob- 3° quenzumsetzer 25 einerseits oder dem Signal weg jekt 13, die beiden Peildreiecke sind zur Deckung vom Datenübertrager 28 zur Rundstrahlantenne 23 gebracht. Hieraus ist ersichtlich, daß ein Abtreiben andererseits.

der Bojen 11 und 12 die Güte der Peilauswertung Die Ausbildung der Anzeige der Peilwinkel Φ im

nicht beeinträchtigt und die Peilauswertung im all- Flugzeug 14 kann an sich ebenfalls beliebig sein und

gemeinen auch nicht wesentlich behindert, da beide 35 ist nicht Gegenstand dieser Erfindung, beispielsweise

Peildreiecke ja in gleichem Maße Veränderungen kann auf einer Anzeigenfiäche eine analoge, digitale

erfahren. oder graphische Anzeige derjenigen Peilwinkel Φ in

Eine Schaltung zum Ermitteln und Übertragen der geigneter Gruppierung erfolgen, die durch entspre-

Peilwinkel Φ ist in Fig. 2 im Blockschaltbild für chendes Manövrieren des Flubgzeuges 14 gleich-

den Informationsfluß skizziert. Die vom schallab- 40 gemacht werden sollen.

strahlenden Objekt 13 herrührenden akustischen Die schaltungstechnische Lösung der nachrichten-Signale werden von einem akustisch-elektrischen technischen Aufgabenstellung entsprechend dem Wandlersystem21 in an sich bekannter Weise rieh- Blockschaltbild Fig. 2 kann vielfältig erfolgen und tungsempfindlich empfangen und in entsprechende kann auf an sich bekannte Grundschaltungen zurück-Spannungskomponenten umgesetzt. Am Ausgang 45 greifen, z. B. auf die in der USA.-Patentschrift dieses Wandlersystems 21 stehen dann beispielsweise 3 022 462 angegebene Schaltung und damit auf fredrei Spannungskomponenten an, nämlich zwei Rieht- quenzmodulierte Übertragung der Peilwinkel Φ yon spannungen u_r mit sinus- bzw. cosinusförmiger Ab- den Bojenil bzw. 12 an das Flugzeug 14. .
hängigkeit vom Peilwinkel ■ sowie eine vom. Peil- Die an sich bekannten richtungsempfindlichen winkel Φ unabhängige Rundumspannung, etwa wie 50 akustischen und elektromagnetischen Empfangsanesaus der klassischen Peiltechnik nach der.sogenann- Ordnungen, Wandlersytem 21 und Kreuzrahmen anten Summe-Differehz-Methode geläufig ist. Diese drei tenne 22, sind bei einer Vorrichtung nach der ErSpannungen werden einem umschaltenden Synchroni- findung zweckmäßig starr miteinander verbunden, sator 24 zugeführt. . Dadurch wird erreicht, daß ihre Ausgangsspannun-

Die Übermittlung der Peilwinkel.Φ2 bzw. Φ4 zum 55 gen, die Peilwinkel ΦΙ und. Φ 3 zum schallabstrahlen-Flugzeugl4 hin geschieht im Ausführungsbeispiel den Objekt 13 bzw. Φ 2 und Φ 4 zum Flugzeug 14, nach F i g. 2 miteis elektromagnetischer Signale. Eine in bezug auf ein vorgebbares Koordinatensystem einin der Navigationstechnik z. B. der Seefahrt übliche deutig zueinander sind. Kreuzrahmenantenne 22 liefert zwei richtungsabhän- Zum Erzielen eines er.dmagnetisch nordbezogenen gige Spannungen, nämlich die Richtungsspannungen 60 Bezugskoordinatensystems ist es zweckmäßig, einen u_r, und eine richtungsunabhängige Spannung, die kompaßstabilisierten Koordinatentransformator vorüber eine Weiche 26 und einen Frequenzumsetzer 25 zusehen, der im Peilauswertegerät 27 enthalten ist. ebenfalls dem Synchronisator 24 zugeführt werden. Er modifiziert die jeweils vom Synchronisator 24 ge-Der Frequenzumsetzer 25 ist so ausgelegt, daß die lieferten Richtspannungen u_r so, daß dem Daten-Frequenz der von der Rahmenkreuzantenne 22 ge- 65 übertrager 28 eindeutig nordbezogene Signale zugelieferten Signale dem Frequenzbereich der vom führt werden.

Wandlersystem 21 gelieferten Signale entspricht. So In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform können dann von beiden Peilanordnungen her- eines solchen Koordinatentransformators angegeben.

Er besteht aus einem an sich bekannten Resolversystem mit einem Stator 31 und einem Rotor 32, die beide jeweils aus zwei senkrecht zueinander angeordneten Wicklungssystemen bestehen. Ein Kompaßsystem 33 bestimmt die momentane Stellung des Rotors 32, der mechanisch starr gekoppelt ist mit dem beweglichen Kompaßsystem 33. Je einer der beiden Wicklungen des Stators 31 ist eine der beiden vom Synchronisator 24 gelieferten Richtspannungen u_r zugeführt. Auf diese Weise wird im Stator 31 das von den akustischen bzw. elektromagnetischen Empfangsanordnungen, dem Wandlersystem 21 bzw. der Kreuzrahmenantenne 22, gelieferte Signalbild, nämlich der am Orte einer Boje 11 bzw. 12 bestehende Feldvektor, verkleinert abgebildet. Die in den Wicklungen des Rotors 32 induzierten Wechselspannungen auf Grund des Feldes des Stators 31 ändern sich sinusförmig bzw. cosinusförmig mit dem Differenzwinkel zwischen dem resultierenden Feldvektor des Stators 31 einerseits und der Stellung des Rotors 32 andererseits. Damit stellen die Ausgangsspannungen am Rotor 32 bereits die bezüglich der erdmagnetischen Nordrichtung umgerechneten Richtspannungen u_r dar.

Der besondere Vorteil dieses erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung von Vorrichtungen nach ebenfalls dieser Erfindung besteht also darin, daß durch Wind- und Seegang verursachte Drehungen und auch Versetzungen der Bojen 11 bzw. 12 keinen Einfluß auf die Ortungsgenauigkeit haben, weil derartige Störungen sich auf beide aus den Peilwinkeln Φ aufgespannte Peildreiecke gleich auswirken. Eine einmal ausgefallene Boje 11 oder 12 führt noch nicht zum Zusammenbruch des gesamten Ortungssystems, sondern durch die andere Boje 12 oder 11 bleibt die Richtungsangabe (Standlinienangabe) vollwertig bestehen; für eine Ortsbestimmung kann dann die ausgefallene Boje 11 oder 12 prinzipiell an beliebigem Orte (nur nicht gerade in Verlängerung der ja bekannten Standlinie) ersetzt werden, womit dann wieder sofort zwei vollständige Peildreiecke realisiert sind.

Zur Bestimmung der Peilwinkel Φ2 bzw. Φ 4 zum Flugzeug 14 lassen sich im Rahmen dieser Erfindung an Stelle der elektromagnetischen, die bisher betrachtet wurden, auch akustische Signale verwenden, indem die Kreuzrahmenantenne 22 durch ein an sich bekanntes System von richtungsempfindlichen Luftgeräuschpeilern ersetzt wird. Ein Frequenzumsetzer 25 würde sich dann erübrigen, da beide Peilanordnungen (Wandlersystem 21 und der Luftgeräuschpeiler) bereits Signale mit Frequenzen einander gleicher Größenordnung liefern.

Ein anderes vorteilhaftes Anwendungsgebiet dieser Erfindung liegt weniger beim Auffinden eines beweglichen Objektes als- beim Auffinden einer bestimmten geographischen Position innerhlab des Meeres, an der ein schallabstrahlender Signalgeber, ein sogenannter Reponder, als schallabstrahlendes Objekt 13 festgelegt ist. -

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Auffinden und Verfolgen von schallabstrahlenden Objekten im Wasser durch ein Flugzeug mittels Absetzen von Bojen mit Einrichtungen zur akustischen Peilung des schallabstrahlenden Objektes, Einrichtungen zur akustischen und/oder elektromagnetischen Peilung des Flugzeuges und Einrichtungen zum Signalisieren der Peilungen über Funkwellen zum Flugzeug, dadurch gekennzeic hn e t, daß nur insgesamt zwei Bojen (11, 12) abgesetzt werden, eine erste Boje (11) zum Ermitteln von ersten horizontalen Peilwinkeln (Φ1, Φ 2) für Richtungen von der ersten Boje (11) zum Objekt

(13) einerseits und der ersten Boje (11) zum Flugzeug (14) andererseits, während diese beiden ersten Peilwinkel (ΦΙ, Φ2) bzw. eine von beiden abhängige Größe an eine Signaleinrichtung für entsprechende Angabe im Flugzeug (14) gegeben werden, im Flugzeug (14) daraufhin eine Positionsveränderung zur Richtung zum Objekt (13) beobachtet wird, eine zweite Boje (12), vorzugsweise wenn zwischen den beiden ersten Peilwinkeln (ΦΙ, Φ2) eine Winkeldifferenz von etwa 60° besteht, zum Ermitteln von zwei zweiten Peilwinkeln (Φ 3, Φ 4) für Richtungen von der zweiten Boje (12) zum Objekt (13) einerseits und der zweiten Boje (12) zum Flugzeug (14) andererseits abgesetzt wird, während auch diese beiden zweiten Peilwinkel (Φ_ν3, Φ 4) bzw. eine von beiden abhängige zweite Größe an eine gleichartige Signaleinrichtung für entsprechende Angabe im Flugzeug (14) gegeben werden und das Flugzeug

(14) genau über das Objekt (13) gesteuert werden kann, indem es so manövriert wird, daß jeweils Gleichheit der beiden ersten und der beiden zweiten Peilwinkel untereinander (ΦΙ = Φ2, Φ 3 = Φ 4) erzielt wird.

2. Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch in schwimmfähige Bojen eingebaute, an sich bekannte, richtungsempfindliche akustische Empfangsanordnungen (Wandlersystem 21) im Wasser und elektromagnetische (Kreuzrahmenantenne 22) oder akustische (Luftgeräuschpeiler) Empfangsanordnungen in Luft sowie zusätzlich eine richtungsunabhängige Sende-Empfangsanordnung (Rundstrahlantenne 23) in Luft, mit starrer mechanischer Kopplung der beiden richtungsempfindlichen Empfangsanordnungen, vorzugsweise mit elektrischer Kopplung der von den richtungsabhängigen Empfangsanordnungen gelieferten Signale (Richtspannungen u_r) an das feste Glied (Stator 31) eines Resolversystemes, dessen beweglichen Glied (Rotor 32) mit einem Kompaßsystem (33) mechanisch in Drehverbindung steht, und mit elektrischer Kopplung vom Rotor (32) an einen Datenübertrager (28) zum Speisen der richtungsunabhängigen Sendeanordnung (Rundstrahlantenne 23).

Hiereu 1 Blatt Zeichnungen