DE1904261B2

DE1904261B2 - Dopplernavigationsanordnung

Info

Publication number: DE1904261B2
Application number: DE19691904261
Authority: DE
Inventors: Thomas A Reseda; Sofen Irving A Granade Hills; Calif. Goulet (V.St.A.)
Original assignee: The Marquardt Corp., Van Nuys, Calif. (V.St.A.)
Priority date: 1968-06-14
Filing date: 1969-01-29
Publication date: 1977-08-04
Also published as: GB1239466A; NO128791B; DE1904261A1; FR1594201A; US3491333A; DE1904261C3; SE352746B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf cine Dopplernavigationsanordnung mit einer Sendevorrichtung zum Abstrahlen von Schallenergie in Form einer Impulsfolge, einer Empfangsvorrichtung zum Feststellen reflektierter Schallenergie, einer Dämpfungsvorrichtung zum Abschwächen eines ausgewählten Teils der reflektierten Schallenergie im Verlauf der Schallabstrahlung durch die Sendevorrichtung, wobei die Dämpfungseinrichtung eine zwischen die Sendevorrichtung und die Empfangsvorrichtung eingefügte Vcrstärkungsregelschaltung so wie eine Zeitsteuerschaltung zum zeitabhängigen Beenden der Abschwächung des ausgewählten Teils des reflektierten Signals enthält.

Bei Dopplernavigationsanordnungen wird aus einer Abweichung zwischen der Frequenz des ausgesendeten Signals und der Frequenz des empfangenen Signals ein Signal abgeleitet, das zu Navigationszwecken verwendet werden kann. Wenn das abgestrahlte Signal ein kontinuierliches Signal ist, dann bereitet es in der Regel keine großen Schwierigkeiten, den Frequenzvergleich zwischen der Abstrahlfrequenz und der Empfangsfrequenz durchzuführen und die Frequenzdifferenz, die auch als Dopplerfrequenz bezeichnet wird, festzustellen. Dopplernavigationsanordnungen dieser Art sind beispielsweise in den US-PS 32 31 852, 30 65 463, 29 12 671 und 29 61 190 beschrieben.

Schwierigkeiten ergeben sich dagegen dann, wenn die Abstrahlung impulsweise erfolgt; dabei tritt auch das reflektierte Signal in Form einzelner Impulse auf. Bei einer solchen Anordnung ist es nicht ohne weiteres möglich, die in diesen Impulsen auftretenden Frequenzen miteinander zu vergleichen, um ihre Abweichung festzustellen. Das Fehlen der Vcrgleichsmöglichkeit in den Impulspausen führt zu Ungenauigkeiten, die schließlich die Navigationsgenauigkeit beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dopplernavigationsanordnung so weiterzubilden, daß auch bei impulsweiser Aussendung der abgestrahlten Energie eine hohe Navigationsgenauigkeit erzielt werden kann.

E;rfindungsgemiSß w rd diese Aufgabe gelöst durch

cine Nachführungsanoidnung, die mit der Empfangsvorrichlung verbunden und derart ausgebildet ist, daß sie das impulsweise auftretende reflektierte Signal in ein Dauerfrequenzsignal umwandelt, wobei in der Nachführungsanordnung eine Nachführungsschallung mit einer Phasenverriegelungsschleife und ein spannungsgesteuerter Oszillator zur Erzeugung eines mit dem empfangenen reflektierten Signal zu vergleichenden und hinsichtlich der Frequenz an dieses anzugleichenden Bezugssignals enthalten sind, und eine Demudulatorschaltung i zwischen der Sendevorrichtung und der Nachführungsanordnung zum Vergleichen der Frequenz der abgestrahlten Schallenergie mit der Frequenz des Bezugssignals zur Erzeugung einer Dopplerfrequenz.

Bei der erfindungsgemäßen Dopplernavigationsan- < Ordnung wird von einer Schaltung Gebrauch gemacht, die es gestattet, auch in den Iniipulspausen eine Information über die Frequenz des empfangenen reflektierten Signals verfügbar zu machen. Die dazu verwendete Nachführungsanordnung vergleicht das Ausgangssignal eines spannungsgeslcuerten Oszillators mit dem empfangenen reflektierten Signal hinsichtlich seiner Phasenlage, und sie führt die Oszillatorfrequenz dann so nach, daß sie genau mit der Frequenz des empfangenen Signals übereinstimmt. Die in der Nachführungsanordnung enthaltene Phasenverriegelungsschleife hat die Wirkung, daß das während des Empfangs des reflektierten Signalimpulses eingestellte Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators auch während der Impulspausen phasenstarr gehalten wird, so daß es für den Vergleich mit dem abgestrahlten Signal mit großer Genauigkeit kontinuierlich zur Verfügung steht. Dieser Vergleich zwischen dem abgestrahlten Signal und dem phasenstarr gehaltenen Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators ergibt dann schließlich die gesuchte Dopplerfrequenz.

Die erfindungsgemäße Dopplernavigationsanordnung ist besonders für den Einsatz auf einem Schiff über tiefem Wasser geeignet, bei dem nicht mehr mit dem vom Meeresboden reflektierten Signal gearbeitet werden kann, sondern bei dem das von der Wassermasse zwischen dem Schiffsrumpf und dem Meeresboden zurückgestreute Signal als Empfangssignal ausgewertet wird.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung, die erkennen läßt, wie akustische Energie abstrahlende Wandler und akustische Energie empfangende Wandler am Boden eines Schiffskörpers angeordnet sind,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Navigationsanordnung,

Fig. 3 ein Schaltbild einer Verstärkungsregelschaltung für die Empfangsvorrichtung und

Fig.4 ein Blockschaltbild einer automatischen Erfassungsschaltung, die in der Nachführungsanordnung der in F i g. 2 dargestellten Navigationsanordnung enthalten ist.

In F i g. 1 isi ein Schiff 10 mit einem Rumpf dargestellt, in den die zu beschreibende Dopplernavigationsanordnung eingebaut ist. Zur Vereinfachung wird nachfolgend die von vorne nach hinten verlaufende Achse des Cooles als K-Achse und die von Backbord nach Steuerbord verlaufende Achse als X-Achse bezeichnet. In den Boden des Schiffs 10 sind als Sendevorrichtung dienende Wandler (Projektoren) und als Empfangsvorrichtung dienende Wandler (Hydrophone) eingebaut, wobei cii. Satz von vier Sendewandlern 11,12,13 und 14

mit hoher Richiwirkung längs der X- und V-Achse in nicht kritischen festen gegenseitigen Abständen angeordnet ist. Neben jedem Sendewandler ist ein Empfangswandler 15, 16, 17 und 18 angeordnet. Wenn gewünscht, können die Scndewandler und die Empfangswandler in einer Gruppe angeordnet werden, welche auf der Seite des Rumpfes des Schiffs 10 vorsieht. Hier genüge die Bemerkung, daß die Sendewandler schmale Bündel von Ultraschallenergie erzeugen, welche von einem Meeresboden 20 zu einem zugehörigen Empfangswandler zurückgestreut werden. Bei einer in Betrieb genommenen Ausführungsform wurden die Strahlenbündel unter einem Winkel von eiwa 60" bezüglich der Bündel von zwei Sätzen von Wandlern und mit einer Breite von etwa 3^U ausgestrahlt. Die Parallelführung der abgestrahlten und zurückkehrenden Bündel wird aufrechterhalten.

Bekanntlich ist der Boden des Meeres oder die Wassermasse unter dem Schiffsrumpf so beschaffen, daß die ausgesandte Ultraschallenergie nach allen Richtungen reflektiert wird, so daß nur ein Teil der ausgesandten Energie zu den Empfangswandlern zurückkehrt. Bei größerer Meerestiefe empfängt die Einpfangsvorrichtung nicht mehr die vom Meeresboden reflektierte Schallenergic, sondern die an Unstetigkeiten der Wassermasse unterhalb des Schiffsrumpfs zurückgestreute Energie.

Es wird weiter unten beschrieben, daß die Verwendung von zwei Wandlern längs jeder Achse die Frequenzänderungen ausgleicht, welche durch Rollen, Stampfen oder Gieren des Schiffs hervorgerufen werden können.

Die Anordnung zur Auslösung der Abgabe von Impulssignalen und zur Entschlüsselung der von den Empfangswandlern 15 bis 18 empfangenen Doppler-Information ist als Blockschaltbild in Fig. 2 dargestellt. Die Sendevorrichtung der Anordnung weist einen Oszillator 21 auf, welcher eine Ultraschallfrequenz erzeugt und mit den vier Sendewandlern 11, 12, 13 und 14 über einen geeigneten Sender 22 gekoppelt ist. Die Sendewandler sind Projektoren, welche Bariumtitanat-Strahler o. dgl. enthalten. Ein Austastgenerator 23 erzeugt ein Austastsignal, das dem Sender 22 zugeführt wird und diesen abwechselnd ein- und ausschaltet, so daß die Projektoren U bis 14 eine Impulsfolge abstrahlen.

Die abgestrahlten Impulssignale treffen auf die Oberfläche des Meeresbodens 20 auf und werden zu einer Hydrophon-Empfangsvorrichtung, beispielsweise der Vorrichtung 15 zurückgestreut. Es wird jedoch bemerkt, daß zwar nur ein Hydrophon dargestellt ist jedoch drei weitere Hydrophone verwendet werden können. Zusätzliche Hydrophone 16, 17 und 18 werden mit zusätzlichen Schaltungen verwendet, wie eine in bezug auf das Hydrophon <5 erläutert wird. Die vom Hydrophon 15 empfangene akustische Energie wird über einen Vorverstärker 19 und einen Verstärker 24 auf eine Verstärkungsregel Schaltung 25 gegeben v.elche einen automatisch arbeitenden Verstärkungsre geldetektor 26, einen Hand-Verstärkungsregler 27 unc einen zeitabhängigen Verstärkungsrcglcr 28 enthält.

Während der Zeit, in der der Sender Hncrgie über die Projektoren 11 bis 14 in das Wasser abstrahlt, wird du Verstärkung des Rückkehrsignals durch den Austast , generator 23 vermindert, welcher direkt mit den Hand-Verstärkungsregler 27 gekoppelt ist. Der automa tische Verstärkungsregeldetektor 26 regelt die Gesamt verstärkung des zurückgestreuten Signals, welche

durch die Regclverstärkung im Vorverstärker verarbeitet worden ist. Wenn der Vorverstärker positiver angesteuert wird, wird die Verstärkung des Signals vermindert, während bei einer negativen Ansteuerung die Signalverslärkung proportional vergrößert wird. Der Handverstärkungsregler 27 wird wahlweise wirksam, um die Signalverstärkung nur während der Sendeperiode zu vermindern, da der Ausgang des Austastgeneraiors direkt damit gekoppelt ist. Der Ausgang des Hand-Verstärkungsreglers legt einen positiven Spannungswert an den Vorverstärker 19, so daß die Signalverstärkung vermindert wird. Ein Potentiometer im Hand-Verstärkungsregler 27 stellt den Wert der Verstärkungsschwächung ein. Sowohl der automatische Vcrstärkungsregeldetektor 26 als auch der Hand-Verstärkungsregler 27 speisen den zeitabhängigen Verstärkungsregler 28. Der zeitabhängige Verstärkungsregler 28 steuert die Beendigung der Verstärkungsminderung während der Zeit, in der der Hand-Verstärkungsregler 27 mittels einer WC-Schaltung arbeitet, so daß während der Rückkehrimpulsverarbeitung die normale Verstärkung w^:eder mit Hilfe der Steuerung durch die automatische Verstärkungsrcgclschaltung zur Anwendung kommt. Die Vcrstärkungsregel-Schaltung 25 wird im einzelnen anhand von Fig. 3 beschrieben. Die Verstärkungsregel-Schaltung 25 verarbeitet die Hüllkurve eines HF-Signals, das die Frequenz des aus dem Wasser empfangenen Signals besitzt, die infolge eines Dopplereffekts im Wasser frequenzverschoben ist.

Der Abtastwert des Impulssignals aus dem Verstärker 24 wird sodann zu einem kontinuierlichen Signal mit der gleichen Frequenz gemacht, die auch der Impulsausschnitt des empfangenen Signals besitzt, das schließlich einer Nachführungsanordnung 30 zugeführt wird.

Die verarbeitete Impulsinformation wird durch einen spannungsgesteuerten Oszillator in der Nachführungsanordnung zu einer kontinuierlichen Information gemacht. Die Frcquenznachführungsanordnung 30 wird üblicherweise auch als Phasenverricgelungsschallung bezeichnet, welche sich selbst phasenstarr einstellt. Ein Diskriminator in der Nachführungsanordnung ver gleicht das Ausgangssignal des spannungsgesteuerkn Oszillators mit dem ankommenden Signal, und erzeugt ein Differenzsignal. Das erzeugte Diffcrenzsignal druckt die Frequenz- und Phasendifferenz zwischen dem Oszillatorsignal und dem ankommenden Signal aus. Das Differenzsignal wird sodann von einer Steuerschaltung verarbeitet, welche eine kombinierte Verstarker· und Intcgratorschaltung ist.

Der spannungsgcstcucrtc Oszillator wird auf die Phase und auf die Frequenz gesteuert, welche zur Erzielung einer genauen Synchronisierung mit dem ankommenden Signal erforderlich ist. Zu diesem Zweck wird eine automatische Erfassungsschultung 60 verwendet, welche ausführlich unhand von Fig.4 beschrieben wird. Kurz gesagt verwendet die Erfussungssehultung logische Informationen von einem Phasendetektor und einem Kohitrcnzdctcktor zur Steuerung eines Schalters, welcher das Signal zum Integrator der Nachführungsunordnung kurzschließt. Dies bewirkt, duß das Integratorausgangssignal die Frequenz des spannungsgestcuerten Oszillators in Richtung der Signulfrcqucnz verändert, so duß die Frequenzübcrcinstimmung und uueh die Verriegelung eintreten können.

Dus Ausgangssignal der Nuchführungsutmrdtuing wird an eine Demodulatorschaltung 31 angelegt, welche mit dem Oszillator 21 gekoppelt ist, so daß die

ursprünglich vorn Oszillator gesendete Frequenz mit der nunmehr kontinuierlichen, über das Hydrophon 15 und die Nachführungsanordnung empfangenen Frequenz verglichen werden kann und daraus eine Frcqucnzdiffcrcnz hergeleitet wird, welche die Dopplcrfrcquenz darstellt. Eine Frequenzverschiebung wird durch die Relativbewegung zwischen den vom Schiff getragenen Wandlern und dem Meeresboden bzw. der Wassermasse unter dem Schiffsrumpf in einer sich entfernenden und sich nähernden Weise hervorgerufen. Die Demulatorschaltung 31 erzeugt zwei Ausgangssignale zur Verarbeitung des positiven Dopplcrsignals und des negativen Dopplcrsignals. Die beiden Ausgangssignale können nicht gleichzeitig auftreten, sondem sie müssen nacheinander auftreten. Die Ausgänge des Demodulators sind mit einem Umsetzer 32 verbunden. Es wird bemerkt, daß zusätzlich zu dem dargestellten Ausgangspaar der Demodulatorschaltung 31 drei weitere Ausgangspaare 33,34 und 35 dargestellt sind, welche mit einer Schaltung verbunden sind, die der Schaltung aus dem Hydrophon 15, der Vcrstärkungsregler-Schaltung 25 und der Nachführungsschaltiing 30 sowie dem Demodulator 31 gleicht.

Nachdem die Signale an den Umsetzer angelegt sind, besetzen die Signale aus den verschiedenen Kanälen der Anlage aufeinanderfolgende Zeitkanäle; sie treten daher nicht gleichzeitig auf. Die Signale werden sodann verarbeitet, damit sie anschließend in einer Addierschaltung 36 digital addiert werden können, in welcher die Signale von den verschiedenen Ausgängen des Umsetzers derart summiert werden, daß die den Impulsen entsprechenden Werte vier Geschwindigkeiten darstellen, die durch geeignete Anzeigevorrichtungen 37, 38, 40 und 41 jeweils als Vorwärtsgcschwincligkeii, Rück wärtsgesch windigkeit, Sieucrbordgcschwindigkeil bzw. Hackbordgeschwindigkeit angezeigt werden. Zusätzlich kann die vertikale oder Auf- und Abgesehwindigkcil angezeigt werden.

Bei der hier zu beschreibenden Navigationsanordnimg ist eine Dämpfungsvorrichtung vorgesehen, mit der ein ausgewählter Teil des das I lydrophon erreichenden Signals gedämpft werden kann, um dadurch die unerwünschten Signale wirksam zu eliminieren. Der Sender wird dazu etwa 70 bis KO Millisekunden impulsmulJig getastet, und die Verstärkung des Empfängers wird während dieser Zeit vermindert, um zwischen den gewünschten und ungewünschten Signalen zu unterscheiden. Das gewünschte Signal, welches dus vom Meeresboden b/.w von der Wassermusse reflektierte Signal ist, ist stets du> Signal, welches infolge seiner Laufzeit von der Scndcwandlcrn aus zum Meeresboden und zu der Empfangswundlern zurück zuletzt auftritt, Infolge dci verstreichenden Zeitspanne, welche der Schulige· schwindigkcil im Wasser entspricht, sind die zuers zurückkehrenden Signale die stärksten und auch dii unerwünschten Signale. Wenn die akustischen Impuls wellen zum Meeresboden wandern, werden di< schwächeren zurückgestellten Signale zeitlich propor tional gegenüber dem ausgesandten Impuls verzögen Durch Verminderung der Versüirkurg des Empfänger wührend der Sendezeit kann daher die zurückkehrend) Energie wtlhrend der Zeit, in der die Impulsaussencluni erfolgt, abgeschwächt werden, was eine Bcgünstiguni der zurückgestreuten schwächeren Signale, welche dl< zeitlich am sputcsteit auftretenden Bodensignale situ zur Folge hat,
Bezüglich Fig,J wird daran erinnert, daß in de

beschriebenen Anordnung das automatische Verstärkungsregelsignal zur Verminderung der Verstärkung in der Anlage zu positiveren Werten ausgesteuert werden muß und zur Erhöhung der Verstärkung negativer ausgesteuert werden muß. Der Hand-Verstärkungsregler wird zur Erniedrigung der Verstärkung während der Sendeperiode verwendet und mit dieser verminderten Verstärkung wird ein positives Signal erzeugt, welches in die automatische Verstärkungsregelschaltung über zeitabhängigen Verstärkungsregler, die Steuerstufe für den automatischen Verstärkungsregler und den Vorverstärker angelegt wird. Der zeitabhängige Verstärkungsregler stellt sich nach der Zeitspanne, in der die Verstärkung vermindert ist, zur Erzielung einer normalen Verstärkung entsprechend einer voreingestellten Zeitkonstante wieder langsam zurück.

Das ankommende Austastsignal wird an den Verstärkungsregler 25 angelegt und über die Leitung 50 dem Hand-Verstärkungsregler 27 direkt zugeführt. Das Signal wird während der Zeitperiode, in der eine Verminderung der Verstärkung erwünscht ist, was zeitlich mit der Impulsaussendung zusammenfällt. Dieses Signal wird über eine Diode CR 9 an den Hand-Verstärkungsregler 27 angelegt, in dem es einem Transistor Q 2 zugeführt wird, so daß dessen Verbindungspunkt mit dem Widerstand /?35 entweder mit Masse verbunden oder davon getrennt wird. Wenn eine Trennung auftritt, wird die Verstärkung in der Anlage vermindert. Diese Verminderung wird durch eine Amplitudcneinstcllung erzielt, welche durch ein Polentiomeier R 39 erfolgt, das von Hand einstellbar ist, wenn die Anlage insbesondere in tiefem Wasser betrieben wird, in dem nicht mehr mit dem vom Meeresboden reflektierten Signal, sondern nur noch mit dem von der Wassermassc unterhalb des Schiffsrumpfs zurückge- is streuten Signal gearbeitet werden kann. Während der Zciiperiodc, in der die Verstärkung nicht vermindert ist, wird die Verbindungsstelle des Kollektors des Transistors Q 2 und des Widerstandes R 35 an Masse gelegt, so daß eine Diode CR 14 in Sperrichtiing vorgespannt wird und den Stromkreis von der Verstärkungsregelschleife abtrennt. Die Dioden CR 1 1 und CTf 12 sind Ausgleichselioden, so daß der Durchlaß-Spannungsabfall der Dioden von CTf 11 und CTf 12 gleich dein Spannungsabfall der Diode CVf 14 in Reihe mil der Basis-Iimhtur- .(«, Spannung eines Transistors Q4 ist. Die Schaltung weist daher eine Temperaiiirnachführung auf, so daß die Verstärkung nicht temperaturabhängig isi.

Dhs ankommende Impulssigiuil vom Hydrophon 15 wird dem Detektor über clic Leitung 51 zugeführt, ν welche die Puffersehultiing des Verstärkers 24 mit dem Detektor koppelt, Das Ausgungssignul des Detektors wird an den zeitabhängigen Verstarkungsreglcr 28 über die Leitung 52 angelegt, wahrend das Ausgungssigrinl des Haiul-Verstarkungsreglers 27 un den zciuibhllngi- s.s gen Verstllrkungsrcglei" 28 über die Leitung 53 ungelegt wird. Das Ausgungssigiuil des zeitabhängigen VcrstUrkungsrcglers 28 wird an den Vorverstärker 19 mittels einer Steuerschaltung 54 für den automatische!! Verstllrkungsregler 26 ungelegt, welche mit dent r.o Ausgang des zeitabhängigen Vcrstitrktingsrcglers 28 durch die Leitung 55 und mit dem Vorverstärker über die Leitung 56 verbunden ist.

Der zeitabhängige Verstllrkungsreglei· 28 enthalt ein WC-Netzwerk, welches aus dem Kondensator C'33 und ' dem Widerstand /f4l besteht und den Abfall der Verstärkung bewirkt, die gemäß der ZcilkoiMiinie langsam wieder auf die normale Verstärkung zurückkehrt.

Bezüglich Fig. 4 wird daran erinnert, daß die Frequenznachführungsanordnung 30 gewöhnlich eine Phasenverriegelungsschleife aufweist welche einer spannungsgesteuerten Oszillator und eine zusätzliche Steuerschaltung enthält, die aus einer Kombinatior eines Verstärkers und eines Integrators besteht Innerhalb der Nachführungsanordnung 30 wird eir Vergleich zwischen dem Ausgangssignal des spannungs gesteuerten Oszillators und dem ankommenden Impuls signal durchgeführt, wodurch ein Differenzsigna erzeugt wird, welches eine Differenz nicht nur bezüglicl· der Frequenz, sondern auch bezüglich der Phase darstellt. Dieses letztere Signal wird sodann durch die Steuerschaltung für den spannungsgestcuerten Oszilla tor verarbeitet, die diesen auf die Phase und die Frequenz bringt, welche erforderlich ist, um eine genaue Synchronisierung mit der Frequenz des vom Verstärkei 24 kommenden Signals zu erzielen. Es wird bemerkt daß der Verstärker 24 mit der Nachführungsanordnunj 30 über die Leitung 57 gemäß Fig. 2 gekoppelt ist. E: wird daran erinnert, daß die Bezugsfrequenz de; spannungsgesteuerten Oszillators eine kontinuierliche Frequenz ist und daß die Frequenz des auf der Leitung 57 ankommenden Signals eine Impulsinformatior darstellt, so daß die Nachführungsanordnung 30 nui während der Zeit arbeiten soll, in welcher die Frcquen; des ankommenden Signals empfangen wird. Zu diesen Zweck ist ein automatisches Erfassungsnetzwerk 6( vorgesehen, welches die Bezugsfrequenz vom span nungsgesteuerten Oszillator über die Leitung 6] empfängt und welche ein Signal mit einer bestimmter Größe an den Integrator der Nachführungsanordnunj 30 über die Leitung 62 liefert.

Das automatische Erfassungsnctzwerk weist einer Diskriminator auf, welcher einen Teil der Phasenvcrrie gclungsschlcife in der Nitchführungsunordming ist. l'.it Kur/.schlußschaltcr ist /wischen die Steuerschaltung de: spannungsgesteuerten Oszillators und den Diskrimina tor derart eingeschaltet, daß beim Schließen eic; Schalters die Steuerschaltung den spannungssteller ten Oszillator in einem Zustand hält, in dem er seil» Frequenz nicht ändert, jedoch weiterhin elie Frcqucn; der zuletzt empfangenen Information er/.eugt.

Nachfolgend wird ausführlich das in F i g. 4 darge stellte automatische Lrfassungsnel/werk erläutert. Dit Signalfrequenz vom spnnnungsgesteucrtcn Os/illato; wird auf einen Verstärker 63 über die Leitung 6 gegeben. Das verstärkte Signal eli-s Oszillators wire soclunn über eine Zweigleitung 65 zu einem 0"-Phasen diskriminator 64 und zu einem 90"-Phascndiskrimiruuo 66 nach Durchleitung durch ein Phasenschiebernetz werk 67 mit 90° Phasenverschiebung über die Lciliini 68 übertragen. Die empfangene Signalfrequenz an eic Leitung 57 wird auch den Diskriminntorcn 64 bzw. 6< zugeführt, so daß zwei Ausgnngsphiisen der verschiede neu Frequenzen zwischen der empfangenen Signalfre quenz und der Frequenz des sptmniingsgercgellet Oszillators an den Leitungen 70 bzw, 71 erzeugt werden Wenn im (r-l'hasendisknmintiior 64 die Phusenver Schiebung Null auftritt, clitnn ist ein positiver Signiilwer an der Leitung 71 des 90"-Phiisendiskriminau>rs 6< vorhundcn. Dieser positive Signalwert wird an eini Flipflop-Schallung 72 über eine übliche Schmill-Trig gcr-Schultung 73 gegeben, Dieser positive Spannungs wert hall die Flipflop-Schaltung in ihrem Rücksctzzu stund, IiIn negativer Spannungswcrl tun Ausgang de: W'-I'husendiski'iininutors gib! die Flipflop-Schultuni

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ius ihrem Rücksetzzustand frei, so daß sie durch eines der Eingangssignale, welche durch die Spannungswerte S1 und S 2 dargestellt werden, gesetzt werden kann.

Wenn das Ausgangssignal des O°-Phasendiskriminators durch Null geht, gibt dieser einen Impuls an einen der Eingänge 5 1 oder S2 der Flipflop-Schaltung, so daß diese Schaltung gesetzt wird. Der Ausgang aus dem Diskriminator 64 ist mit der Flipflop-Schaltung über eine Schmidt-Trigger-Schaltung 74 und Negatorschaltungen 75 und 76 gekoppelt.

Wenn der 90°-Phasendiskriminator ein Signal mit negativer Polarität auf den Rücksetzeingang C der Flipflop-Schaltung gibt, wird die Erfassungsschaltung daran gehindert, in Tätigkeit zu treten, wenn es nicht erforderlich ist, ein Signal zu erfassen. Wenn die Frequenzdifferenz auftritt, wird das Flipflop von negativen zu positiven Werten gesteuert. Das positiv verlaufende, auf den Rücksetzeingang des Flipflops gegebene Signal verursacht keinerlei Wirkung, sondern setzt lediglich das Flipflop in Bereitschaft, damit es durch einen der Setzeingänge getriggert werden kann. Die Setzeingänge setzen die Flipflop-Schaltung, was eine Betätigung eines Kurzschlußschalters 77 bewirkt. Wenn jedoch der 0^o-Phasendiskriminator von positiven zu negativen oder von negativen zu positiven Werten übergeht, ändert das Flipflop seinen Zustand, so daß es die Kurzschließung des Diskriminators bewirkt. Mit anderen Worten, die Flipflop-Schaltung ist außer Betrieb, wenn der Rücksetzzustand erreicht ist. Wenn die Flipflop-Schaltung gesetzt ist, dann wird der Kurzschlußschalter betätigt, so daß kein Eingangssignal zum Integrator der Nachführungsanordnung gelangt.

Es wird daran erinnert, daß jeder Phasendiskriminator die Frequenz und die Phase des ankommenden, empfangenen Signals mit der Frequenz und der Phase des Signals des spannungsgesteuerien Oszillators vergleicht, was zu einer Ausgangsdifferenz in Frequenz und Phase führt. In unverriegeltem Zustand bewirkt die Erfasstingsschalmng über den Kurzschlußschalter 77, daß ein Viertel des Zyklus der Energie vom Integrator in der Nachführungsanordnung unwirksam gemacht wird. Diese Unsymmetrie bewirkt, daß der spannungsgesteuerte Oszillator in der richtigen Frequenzrichtung zur Erzielung der Verriegelung gesteuert wird.

Mittels der Nachführungsanordnung und des automatischen Erfassungsnetzwerks wird ein kontinuierliches Frequenzsignal vom Oszillator über die Leitung 80 gemäß Fig. 2 auf die Demodulatoranordnung 31

ίο gegeben. Soweit dies die gleiche Frequenz wie die Frequenz des empfangenen Signals ist, wird sie bei der Demodulation zur Bestimmung der Dopplerfrequenz verwendet. Die nunmehr kontinuierliche Frequenz aus der Nachführungsanordnung an der Leitung 80 und die kontinuierliche Sendefrequenz vom Sendeoszillator 21 an der Leitung 81 werden in der Demodulatoranordnung verglichen. Die Oszillatorfrequenz wird um 90° phasenverschoben, so daß sowohl die 0"-Phase als auch die 90° -Phase zu Demodulationszwecken verwendet werden. In jedem der zwei getrennten Demodulatortei-Ie wird die Oszillatorfrequenz mit der Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators verglichen. Die Ausgangssignale der Demodulatoranordnung ergeben die unterschiedlichen Frequenz- und Phasenwerte der jeweiligen Eingangssignale. Wenn die Dopplerfrequenz positiv ist, wodurch eine Annäherungsbewegung angezeigt wird, tritt das Ausgangssignal zuerst auf einer Demodulatorleitung 82 auf. Wenn die Dopplerfrequenz negativ ist, wodurch eine Abwärts- oder Entfernungsbewegung angezeigt wird, tritt das Ausgangssignal zuerst auf einer Demodulalorleitung 83 auf. Außerdem sperrt die Kreuzkopplung von negierenden Und-Schaltungen den /.weiten Ausgang. Daher zeigt eine Ausgangsleitung der Demodulatoranordnung eine positive Dopplcrfrequenz an, während die andere Ausgangsleitung eine negative Dopplcrfrequenz anzeigt.

Die Ausgangsleitungcn 82 und 83 des Demodulators 31 sind mit dem Umsetzer 32 gekoppelt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dopplernavigationsanordnung mit einer Sendevorrichtung zum Abstrahlen von Schallenergie in Form einer Impulsfolge, einer Empfangsvorrichtung zum Feststellen reflektierter Schallenergie, einer Dämpfungsvorrichtung zum Abschwächen eines ausgewählten Teils der reflektierten Schallenergic im Verlauf der Schallabstrahlung durch die Sendevorrichtung, wobei die Dämpfungseinrichtung eine zwischen den Sendevorrichtung, und die Empfangsvorrichtung eingefügte Verstärkungsregelschaltung sowie eine Zeitsteuerschaltung zum zeitabhängigen Beenden der Abschwächung des ausgewählton Teils des reflektierten Signals enthält, gekennzeichnet durch eine Nachführungsanordnung (30), die mit der Empfangsvorrichtung (15 bis 18) verbunden und derart ausgebildet iit, daß sie das impulsweise auftretende reflektierte Signal in ein Dauerfrequenzsignal umwandelt, wobei in der Nachführungsanordnung (30) eine Nachführungsschaltung mit einer Phasenverriegelungsschleife und ein spannungsgesteuerter Oszillator zur Erzeugung eines mit dem empfangenen reflektierten Signal zu vergleichenden und hinsichtlich der Frequenz an dieses anzugleichenden Bezugssignals enthalten sind, und eine Demodulatorschaltung (31) zwischen der Sendevorrichtung (11 bis 14) und der Nachführungsanordnung (30) zum Vergleichen der Frequenz der abgestrahlten Schallenergie mit der Frequenz des Bezugssignals zur Erzeugung einer Dopplerfrequenz.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachführungsanordnung (30) eine Erfassungsschaltung (60) enthält, die in der Phasenverriegelungsschleife liegt und derart ausgebildet ist, daß sie nur während des Intervalls zwischen Impulsen des reflektierten Signals arbeitet und das Bezugssignal abgibt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsschaltung (60) zwei Diskriminatorschaltungen (64, 66) enthält, die mit einem Ku-zschlußschalter (77) gekoppelt sind, der so betätigbar ist, daß er das in Frequenz und Phase veränderte Bezugssignal in Abhängigkeit von dem Vergleich des Be;sugssignals aus dem spannungsgesteuerten Oszillator (21) mit dem reflektierten Signal, das jeweils an die Diskriminatorschaltungen (64, 66) gelegt wird, an die Nachführungsanordnung (30) anlegt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Erfassungsschaltung (60) enthaltenen Diskriminatorschaltungen ein 90°-Phasendiskriminator (66) und ein O°-Phasendiskriminator(64)sind.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen an die Demodulatorschaltung (3!) angeschlossenen Umsetzer (32) zur Speicherung und zur Zeitsteuerung der Demodulatorausgangssignale und eine mit dem Umsetzer verbundene digitale Addierschaltung (36) zur Summierung der in den Umsetzer eingegebenen Signale und zur Erzeugung von zu diesen Signalen analogen Werten, die die Vorwärtsgeschwindigkeit, die Rückwärtsgeschwindigkeit, die Steuerbordgeschwindigkeit bzw. die Backbordgeschwindigkeit eines die Navigationsanordnung tragenden Objekts darstellen.

6. Anordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet

durch eine mit der Addierschaltung (3b) gekoppelte Anzeigeeinrichtung, (37, 38, 40, 41) zum Anzeigen der Geschwindigkeitsinformationen.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsregelschaltung (25) ein manuell betätigbares Potentiometer zur Einstellung der Signaldämpfung enthält, und daß die Zeitsteuerschaltung (28) ein RC-G\\cd enthält.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsregelschaltung (25) derart ausgebildet ist, daß sie den unmittelbar nach dem Aussenden von Schallencrgie durch die Sendevorrichtung von der Empfangsvorrichtung empfangenen Teil der reflektierten Schallenergie abschwächt, während sie den im Anschluß daran empfangenen Teil nicht abschwächt.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Anspräche, gekennzeichnet durch einen Austastsignalgenerator (23), der ein Austastsignal zur Auslösung der Abschwächung des ausgewählten Teils des reflektierten Signals erzeugt.