DE1808596A1

DE1808596A1 - Device for directional transmission and / or reception of water-borne sound

Info

Publication number: DE1808596A1
Application number: DE19681808596
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Herbert Gritsch
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1968-11-13
Filing date: 1968-11-13
Publication date: 1970-06-11
Also published as: FR2023160A1; GB1262694A

Description

o KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG in Esseno KRUPP GESELLSCHAFT LIMITED LIABILITY in Essen

Vorrichtung zum gerichteten Senden und/oder Empfangen von Wasserschall Device for the directional transmission and / or reception of water-borne sound

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum gerichteten Senden und/oder Empfangen von Wasserschall mit einer Anordnung von Schwingern oder Schwingergruppen unterschiedlicher Ausdehnung senkrecht zur Hauptkeule ihrer jeweiligen Richtcharakteristik, die g The invention relates to a device for directed transmission and / or reception of water-borne sound with an arrangement of transducers or transducer groups of different dimensions perpendicular to the main lobe of their respective directional characteristic, which g

an η Sende- und Empfangskanäle direkt oder über elektrische Kondensatoren angeschlossen sind und gegeneinander versetzte Richtcharakteristiken aufweisen.are connected to η transmit and receive channels directly or via electrical capacitors and against each other have offset polar patterns.

Es ist bekannt, daß bei Sonaranlagen der Wasserschalltechnik, die mit einer Kreisgruppe von Schwingern ausgerüstet sind, mit Hilfe von Ein- oder Mehrkettenkompensatoren für jede beliebige radiale horizontale Richtung Richtcharakteristiken konstanten öffnungswinkels gebildet werden können, indem jeweils eine " gleiche Anzahl von Schwingern der Gruppe zur Bildung der Richtcharakteristik herangezogen wird. Bei den bisherigen Sonaranlagen, die keine Kreisgruppe verwenden, bei denen vielmehr die Schwinger in Anpassung an die Schiffsform an der Schiffsaußenhaut oder in. einem besonderen stromlinienförmigen Ausbau, einem sogenannten Balkon, angeordnet sind, liegt aber keineIt is known that in sonar systems of water-borne sound technology, which are equipped with a circular group of oscillators with the help of single or multiple chain expansion joints Directional characteristics of constant aperture angle for any radial horizontal direction can be formed by each having an "equal number of vibrators of the group to form the directional characteristic is used. With the previous sonar systems that do not use a circle group, where rather the transducers in adaptation to the shape of the ship on the ship's outer skin or in. a special, streamlined extension, a so-called balcony, is not located

009624/0736009624/0736

kreissymmetrische, vielmehr eine ungleichmäßige Verteilung der Schwinger für die verschiedenen horizon- ■ talen Richtungen vor. Hier ergibt sich der ITachteil, daß in verschiedenen Richtungen unterschiedliche Ausdehnungen der Schwingergruppen zur Bildung der Richtcharakteristik herangezogen werden, wodurch man Charakteristiken unterschiedlicher öffnungswinkel erhält. So werden bei dem üblichen Balkoneinbau in Richtung voraus im allgemeinen nur kleinere Ausdehnungen der Schwingergruppen zur Verfügung stehen, als in Richtung querab» Bei den bekannten Sonaranlagen werden daher in Richtung querab höhere Peilschärfen als in Richtung voraus erzielt, weil über den gesamten erfaßten Bereich zum Peilen Frequenzbänder derselben Frequenzlage herangezogen v/erden; deren Hindestbandbreite beträgt etwa eine Oktave.circularly symmetrical, rather an uneven distribution of the oscillators for the various horizontal ■ tal directions. The disadvantage here arises that in different directions different expansions of the oscillator groups to form the directional characteristic can be used, whereby characteristics of different opening angles are obtained. So are generally only smaller expansions of the vibrator groups in the usual balcony installation in the forward direction are available than in the abeam direction »With the known sonar systems, therefore, in the direction Above, higher bearing sharpening than in the direction ahead achieved, because over the entire covered area for bearing Frequency bands of the same frequency position used v / ground; their minimum bandwidth is about one octave.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Vorrichtungen der eingangs gekennzeichneten Art für alle Richtungen Richtcharakteristiken mit gleichgroßem öffnungswinkel zu erzielen.The invention is based on the problem of devices of the type identified at the outset for all Directions to achieve directional characteristics with the same aperture angle.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß die η Sende- und Empfangskanäle für unterschiedliche Frequenzen oder Frequenzbänder derart ausgelegt sind, daß die unterschiedlichen Frequenzen bzw. Hittenfrequenzen der Frequenzbänder umgekehrt proportional zu den Ausdehnungen sind und daß bei Frequenzbändern dasThis object has been achieved according to the invention in that the η transmit and receive channels for different Frequencies or frequency bands are designed such that the different frequencies or Hittenfrequenzen the frequency bands are inversely proportional to the dimensions and that for frequency bands that

009824/0736009824/0736

Verhältnis von Bandbreite zu Hittenfrequenz konstant ißt.Ratio of bandwidth to Hitten frequency constant eats.

Bei den in der Sonartechnik üblichen, aus mehreren Schwingern bestehenden, hufeisenförmig angeordneten Schwingergruppen, bei denen jeweils eine Teilgruppe mit anschließendem Verzögerungsnetzwerk an einen derWith the common in sonar technology, consisting of several transducers, arranged in a horseshoe shape Schwinger groups, each with a subgroup with a subsequent delay network to one of the

i? t η Sende-und/oder Enpfangskanäle angeschlossen wird, kann zur Bildung von Frequenzbändern unterschiedlicher Ilittenfrequenz in jeden der η Sende- und/oder Empfangs- % i? t η transmission and / or reception channels can be connected to the formation of frequency bands with different center frequencies in each of the η transmission and / or reception %

mir.me.

kanäle ein Bandfilter eingeschaltet werden. Genügen diese Bandfilter den Bedingungen, daß bei konstantem Verhältnis von Bandbreite zu Ilittonfrequonz letztere umgekehrt proportional zu den Ausdehnungen sind, so haben die η Richtcharakteristiken alle gleichgroßen C f f nung s winkel.channels a band filter can be switched on. Do these band filters meet the conditions that at constant Ratio of bandwidth to Ilittonfrequonz the latter are inversely proportional to the dimensions, the η directional characteristics all have the same size C f f nung s angle.

Bei Koiapensationseinrichtungen für Empfangsanlagen der Sonartechnik ist es bekannt, zvec'.zv, Anwendung der Korrelationsnethoden die zu eine:^ üapfangcizanal gohö- fWith Koiapensationseinrichtung for receiving systems of sonar technology, it is known, zvec'.zv, application of the correlation method to a: ^ üapfangcizanal gohö- f

rigc ochwingergruppe in zwei Teilrruppen πή etwa gleich großer Ausdehnung und nit einer, "bestiicnten akustischen Schwerrunlitsab^xand :u unterteilen, co daß die rLichteharakteristilien der leiden Teilgrupi^n etwa gleich giOße Cffnungswinkel aufv/eisen. Die Ausgänge der beiden Kanäle.dgr·. ieil^^rupren wesreen iiiv einen Korrelator verbunden, us di-s Leiden G^uppensigsalerigc ochwingergruppe in two sub-groups πή about of equal size and not one, "stiicnten acoustic Schwerrunlitsab ^ xand: u subdivide, co that the light characteristics of the suffering subgroups Open an angle of approximately the same. The exits of the two channels.dgr ·. ieil ^^ rupren wesreen iiiv a Correlator connected, us di-s Leiden G ^ uppensigsale

• · C ·• · C ·

00982A/0736 bad original00982A / 0736 bad original

korreliert auszuwerten» Für diesen Fall gilt wiederum der schon ober be schrieb ene Nachteil, daß nämlich nun jeweils "beide Korrelationschasakteristiken in verschiedenen ilichtungea mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln eine peilrichtungäabliängige Peilschärfe aufweisen. Um auch hier gleiche Peilschärfen zu erzielen, sind dementsprechend jetzt die Schwinger- oder Schwingergruppen in Hälften jeweils gleicher Richtcharakteristik' unterteilt, und der beiden Hälften zugeordnete Korrelator ist an einen Empfangskanal angeschlossen, wobei für jeden der η Empfangskanäle die umgekehrte Proportionalitätto evaluate correlated »In this case, the disadvantage already described above applies, namely now respectively "both correlation characteristics in different ilichtungea with different opening angles have a bearing sharpness along the length of the bearing. Around To achieve the same bearing sharpening here too, the oscillator or oscillator groups are accordingly now divided into halves each with the same directional characteristic, and the correlator assigned to the two halves is connected to a receiving channel, with the inverse proportionality for each of the η receiving channels

en der Frequenzen bzw. Mittenfrequenz zu dem jeweiligenen the frequencies or center frequency to the respective

akustischen Schwerpunktsabstand der Hälften besteht.acoustic center of gravity of the halves.

3h der Zeichnung ist die Erfindung an drei Ausführungs- ' beispielen für Empfangsanlagen veranschaulicht. Es zeigt3h of the drawing is the invention in three embodiments' examples for receiving systems illustrated. It shows

Fig. Λ eine Vorrichtung in schematischer Darstellung inFig. Λ a device in a schematic representation in

einer ersten Ausführungs form, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform und Fig. 3 eine dritte Ausführungsform.a first embodiment, Fig. 2 shows a second embodiment and 3 shows a third embodiment.

In der Zeichnung ist die Anwendung der Erfindung bei einer Sonaranlage mit einer hufeisenförmigen Gruppe von Schwingern S^, S₂ ,·..., S.^,....,S_m zum gerichteten Empfang von Wasserschallwellen, montiert z.B. in einem balkonartigen Ausbau eines Wasserfahrzeuges, dargestellt. Die / Peilung über den Horizont ist in η feste Schritte, d.h.The drawing shows the application of the invention to a sonar system with a horseshoe-shaped group of oscillators S ^, S ₂ , · ..., S. ^, ...., S _m for the directional reception of waterborne sound waves, mounted, for example, in a balcony-like manner Expansion of a watercraft, shown. The / bearing over the horizon is fixed in η steps, ie

009824/0736009824/0736

in η diskrete·Peilrichtungen P, unterteilt, z.B. in -'6O Schritte zu Je 6°. Jeder dieser PeilrjLchtungen P^, P2>····> P^j··· Pj,...·,P ist ein getrennter Empfangskanal mit ge einem festen Kompensationsnetzwerk IL, No, » N , das die einzelnen für die Peilung zur Verfugung stehenden Schwinger S auf eine zur Peilrichtung P in der horizontalen Peilebene senkrechtdivided into η discrete bearing directions P, e.g. in -'6O steps of 6 ° each. Any of these bearings P ^, P2> ····> P ^ j ··· Pj, ... ·, P is a separate Receiving channel with a fixed compensation network IL, No, »N, the individual for the bearing available transducer S on a bearing direction P in the horizontal bearing plane perpendicular

stehende Gerade von der Ausdehnung d^, d«, , d.,...,standing line of extension d ^, d «,, d., ...,

d kompensiert, zugeordnet. An jedes Kompensationsnetzwerk N ist ein Bandfilter F^, E₂, , F_n mit den d compensated, assigned. At each compensation network N is a band filter F ^, E ₂ ,, F _n with the

Bandbreiten (<ö ^ Ms Q)₁₂) 1/2 T , (⁽°₂Λ ^tis ^ 22^Bandwidths (<ö ^ Ms Q) ₁₂ ) 1/2 T, ( ⁽ ° ₂ Λ ^tis ^ 22 ^

1/2 T₁....., (ü ^bis (U₁₂) 1/2 f, , («_n1 his1/2 T ₁ ....., (ü ^ to (U ₁₂ ) 1/2 f _,, («n1 his

Cy p) 1/2 1Γ angeschlossen. Die Grenzfrequenzen dieser Bandfilter I¹ sind so ausgewählt,· daß sie den verschiedenen Ausdehnungen d^, dp,«..., d.,....,d der den einzelnen Kanälen zugeordneten Schwinger S oder Schwingergruppen senkrecht zur Peilrichtung P angepaßt sind, und zwar in einer solchen Weise, daß die Mittenfrequenzen der Frequenzbänder umgekehrt proportional.zu den zugehörigen Ausdehnungen d^, dg,·..·, d_1?....,d_n sind und daß das Verhältnis von Bandbreite zu Mittenfrequenz konstant ißt.Cy p) 1/2 1Γ connected. The cutoff frequencies of these band filters I ¹ are selected so that they are adapted to the various dimensions d ^, dp, «..., d., in such a way that the center frequencies of the frequency bands are inversely proportional to the associated dimensions d ^, dg, · .. ·, d _1? ...., d _n and that the ratio of bandwidth to center frequency is constant.

Hinter den Bandfiltern P werden die Kanäle durch eine Abtastschaltung A, wie sie z.B. in der deutschen Patent-Anmeldung P 15 66 847.0 vorgeschlagen ist, abgetastet,After the band filters P, the channels are through a Scanning circuit A, as proposed, for example, in German patent application P 15 66 847.0, scanned,

009824/0736009824/0736

und die aus ihnen gewonnenen Empfangssignale e werden einer Anzeigevorrichtung G zugeführt. Im Falle der Yerwendung einer Anlage H zur akustischen Wiedergabe des Peilergebnisses werden die Empfangssignale e in einer Überlagerungseinrichtung TJ zunächst auf ein für alle Peilrichtungen P gleiches Frequenzband umgesetzt, damit bei der successiven Abtastung der η Kanäle das Erkennen des Nutzsignales nicht durch ständig wechselnden Geräuschcharakter erschwert wird.and the received signals e obtained from them are fed to a display device G. In the case of application a system H for acoustic reproduction of the DF result, the received signals e in a Superimposition device TJ initially implemented on a frequency band that is the same for all bearing directions P, so that With the successive sampling of the η channels, the recognition of the useful signal is not due to the constantly changing noise character is made more difficult.

Innerhalb der 6°-Sektoren jeder Peilrichtung P kann mittels an sich bekannter Verfahren eine Feinpeilung erfolgen, beispielsweise durch ΑμΐΐβϋτΗ^ der zu jedem Kanal gehörigen Gesamtgruppe der Schwinger S in zwei Teilgruppen mit anschließenden. Mitteln zur Summe-Differenz-Bildung, oder, bei Anwendung der Korrelationselektronik, durch Bildung der orthogonalen Korrelationsfunktion aus Signalen von jeweils zwei Teilgruppen. Letztere Höglichkeit ist in der Ausführungsform nach Fig. 2 dargestellt, in der jede der zu einem der η Empfangskanäle gehörigen Schwingergruppen der Ausdeh-•nung d. in zwei Teilgruppen von möglichst gleicherA fine bearing can be made within the 6 ° sectors of each bearing direction P by means of methods known per se be done, for example, by ΑμΐΐβϋτΗ ^ the to each Canal belonging total group of Schwinger S in two subgroups with subsequent. Means for sum-difference formation, or, if the correlation electronics are used, by forming the orthogonal correlation function from signals from two subgroups each. The latter courtesy is in the embodiment according to 2 shows, in which each of the transducer groups belonging to one of the η reception channels of the expansion d. in two subgroups of as similar as possible

Ausdehnung d. _ und d.-. bei einem gegenseitigen akustiia id _iste Expansion d. _ and d.-. with a mutual acoustiia id _iste

sehen Schwerpunktsabstand ρ. unterteilt«, Die beiden Teilkanäle sind an Kompensationsnetzwerke H. und N^ angeschlossen, deren Ausgänge über zwei gleiche Band-see center of gravity distance ρ. divided «, The two Partial channels are to compensation networks H. and N ^ connected, the outputs of which are connected via two equal

009824/0736009824/0736

filter F. und F.. mit den Eingängen eines Korrelators QL verbunden sind. Dabei ist die Breite des Frequenzbandes dem akustischen Schwerpunktsabstand p. derart angepaßt, daß bei konstantem Verhältnis von Bandbreite zu Mittenfrequenz die umgekehrte Proportionalität der Mittenfrequenz zum alcustischen Schwerpunktsabstand Pj besteht. Jeweils hinter den Korrelatoren T werden die einzelnen η Fanale, wie für das erste Beispiel in Fig. 1 beschrieben, abgetastet und die aus ihnen gewonnenen Empfangssignale e beispielsweise wieder einer Anzeigevorrichtung G zugeführt.filter F. and F .. with the inputs of a correlator QL are connected. The width of the frequency band is the acoustic distance from the center of gravity p. adapted in such a way that with a constant ratio of bandwidth to center frequency the inverse proportionality the center frequency to the acoustic center of gravity Pj consists. Each behind the correlators T, the individual η fanals, as described for the first example in FIG. 1, are scanned and the received signals e obtained from them are fed back to a display device G, for example.

Als drittes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 eine Vorrichtung zum gerichteten Empfangen von Wasserschall dargestellt, die mit einem in der Wasserschalltechnik üblichen kontinuierlich drehbaren Drehkompensator H-, mit Streifenkollektor K versehen ist. An den Ausgang des Drehkompensators IT, ist ein Bandfilter F, angeschlossen, dessen Bandbreite proportional zur Drehung des Drehkompensators H, so verändert wird, daß bei konstantem Verhältnis von Bandbreite zur Mittenfrequenz diese umgekehrt proportional zur geweiligen Ausdehnung der im Drehkompensator IT^ gerade kompensierten Schwingergruppe ist. Dabei kann wiederum hinter das Filter F* eine Überlagerungseinrichtung U-, geschaltet sein, in der durch überlagerung mit einer synchronAs a third embodiment, FIG. 3 shows a device for the directional reception of water-borne sound shown that with a in the water-borne sound technology usual continuously rotatable rotary compensator H-, with strip collector K is provided. To the exit of the rotation compensator IT, a band filter F is connected, whose bandwidth is proportional to the rotation of the rotary compensator H, is changed so that at constant ratio of bandwidth to center frequency, this is inversely proportional to the respective expansion that just compensated in the rotation compensator IT ^ Schwingergruppe is. A superimposing device U- can be connected behind the filter F * be in that by superimposing a synchronous

009824/0736009824/0736

• · · · ττ* q• · · · ττ * q

zur Drehung des Drehkompensators N-, variierten Irequeii-. ein gleicht)!eisender Geräuschcharakter für die Signale aller Peilrichtungen P erzeugt wird.to rotate the rotary compensator N-, varied Irequeii-. a same)! iron noise character for the Signals of all bearing directions P is generated.

00982A/073600982A / 0736

Claims

Expectations

1. Device for directed transmission and / or reception of water-borne sound with an arrangement of transducers or transducer groups of different dimensions perpendicular to the main lobe of their respective directional characteristics, which are connected to η transmit and receive channels directly or via electrical capacitors and have mutually offset directional characteristics , characterized in that the η transmit and receive channels for different "frequencies or frequency bands νβφ- are designed such that the % different frequencies" or Center frequencies of the frequency bands are inversely proportional to the dimensions (d ^, & 2 ^ _n ) and that in frequency bands the ratio of bandwidth to center frequency is constant.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that in a manner known per se in one of several oscillators (S ,,, So S ^ S) existing horseshoe-shaped arranged oscillator group each f subgroup with subsequent delay network (ir) to one of the η send - and / or receiving channels is connected and that band filters (F ^, F ₂ F _n ) a

009824/0736009824/0736

are switched »

3. Apparatus according to claim 1 or -An 2, in which to receive the transducers or transducer groups in - halves of the same directional characteristic are divided and a correlator (τ) assigned to each of the two halves , is connected to one of the η receiving channels, characterized in that for each of the η receiving channels the inverse proportionality of the frequencies ♦ or center frequencies to the respective acoustic center of gravity distance (p) of the halves.

Device according to claim 1, 2 or 3 with a rotary compensator, characterized in that with the rotary compensator! NJ a changeable bandpass filter (I ¹ ^ J is coupled.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a loudspeaker or headphones are used to reproduce the received signals (e) (Appendix H) is provided, which converts all received signals (s) to a single frequency band Overlay device Cu) is connected.

009824/0736009824/0736