DE1961748C - Sonargerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sonargerät, bestehend aus wenigstens einem Empfangskanal und einem Sendekanal, wobei im Empfangskanal eine Detektorein· richtung zum selektiven Erfassen der von einem auszulotenden Gegenstand reflektierten Echosignale vorgesehen ist und diese Echosignale 7\i einer oszillographisch darstellenden Einrichtung geführt sind, und der Sendekanal einen vermittels einer Steuereinrichtung getasteten HF-Oszillator zum Erzeugen von Lotimpulsen in unterschiedlichen Impulsfolgefrequenzen enthält.

Es ist bereits ein Verfahren zur Unterscheidung periodisch auftretender Echoimpulse von Störimpulsen in nach dem Echolotverfahren arbeitenden Ortungsgeräten durch Zählen der Häufigkeit der Lotperioden, in denen Impulse auftreten, bekannt geworden, «iierbei werden vom Sendeabschnitt dieser bekannten Echololeinrichtung in bestimmten vorgegebenen Zeitintervalle Echolotimpulse ausgesendet und die von einem reflektierenden Objekt zurückkehrenden Echos werden von dem Empfängerabschnitt dieser Einrichtung aufgenommen. Der Sendeabschniti weist hier einen Hochfrequenzgenerator auf, der an einen Sägezahnoszillator gekoppelt ist, wobei letzterer mit einer

5«¹ Zählvorrichtung und dem horizontalen Plattenpaar einer Braunschen Röhre verbunden ist. Die Zählvorrichtung wird vom Sägezahngenerator so gesteuert, daß von der Zählvorrichtung, auf welche außerdem die Echoimpulse vorn Empfänger gegeben werden, unter einer vorgegebenen Anzahl von Meßperioden diejenigen Meßperioden gezählt werden, in denen Nuuimpulse oder auch Störimpulse, welche die Ansprechgrenze der Apparatur überschreiten, ankommen. Werden nun Störimpulse von irgendeiner Störquelle zum Empfänger dieser Echoloteinrichtung zurückgeworfen, so besteht die Möglichkeit, daß ein zu einem früheren Zeitpunkt gesendeter Lotimpuls, der an einer weiter entfernt liegenden Stelle reflektiert wird, genau zum selben Zeitpunkt in den Empfängerabschnitt als Störechoimpuls gelangt, zu welchem Zeitpunkt ein zu einem späteren Zeitpunkt gesendeter Lotimpuls, der an einer näher gelegenen Fläche reflektiert wurde, an dem Empfänger anlangt.

Um nun bei einem solchen Fall zwischen dem Störchoimpuls und dem eigentlichen Meßechoimpuls Linierscheiden zu können, wird gemäß diesem bekannicn Verfahren vorgeschlagen, sendeseitig die Lotperi'iden zu verändern bzw. periodisch zu verändern, ti:·;art, daß der zuvor beschriebene Störimpuls bzw. Siiirechoimpuls nicht mehr zum selben Zeitpunkt wie ,ic: MeßechoimpiJs am Empfänger angelange;» kann. \;zx Störimpuls wird also hierbei in einem bestimmten d r Frequenz der Änderung der Lotperiode entsprevh.Tiden Rhythmus unwirksam gemacht. Dieses be- :,:;iinte Verfahren läßt sich jedoch nur dann sinnvoll ,.■,•λenden, wenn eine einzige oder eine sehr geringe \nzahl von Störquellen vorhanden sind. Bei einer -..''.ißeren Anzahl von Störquellen wird das Spektrum .....r Störimpulse entsprechend dichter, so daß mit zuii hmender Störquellenzahl die Wirksamkeit dieses I...'kannten Verfahrens entsprechend vermindert wird (: utsche Auslegeschrift 1 216 742).

Bekannt wurde auch ein Verfahren zur Feststellung ·. in Fischen mit Hilfe eines Echolotgerätes, bei dem \ npulse von Schall- oder Ultraschallwellen in zweip-.-rallelen Strahlen verschiedener Frequenz ins Wasr gesendet werden, wobei die beiden Strahlen für ί 'fijekte verschiedener Größe maximale Reflexionsin- :. isität ergeben und die Echosignale der beiden Strahn auf einem gemeinsamen Arzeigeorgan sichtbar gedacht werden. Dieses bekannte Verfahren basiert auf , r Erkenntnis, daß sich die Echosignale von kleinen and großen Objekten in der Stärke unterscheiden und Jiiß sich ein Schall größerer Wellenlänge besser für ;i!oße Gegenstände und ein Schall kleinerer Wellenlänge besser für kleinere Gegenstände eignet, d. h. stärkere Echosignale ergibt. Um nun auch Angaben über die Fischgröße selber zu erhalten, wird gemäß diesem bekannten Verfahren .zur Feststellung d°r Fischgröße das Intensitätsverhältnis hinsichtlich des gleichen Objektes zwischen dem zum einen und dem zum anderen Strahl gehörenden Echo ablesbar gemacht. Durch Benutzung zweier geeignet gewählter Frequenzen kann eine Bestimmung der Fischgröße durch Beobachtung des Intensitä'sverhältnisses der

werden (deutkeil nicht durch die Anzahl der Störquellen eingeschränkt, d. h. das Sonargerät kann zwischen großen Gegenständen mit relativ großen Abmessungen und zwischen kleinen reflektierenden Gegenständen unterscheiden. Dabei ist jedoch die Wirksamkeit des Sonarsystems nach der Erfindung nicht durch die Anzahl der kleineren reflektierenden Gegenstände eingeschränkt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist ίο vorgesehen, daß die Filtereinrichtung folgendes enthält: eine Zeitkonstante-Schaltung, die auo einer ersten Kapazität und einem Widerstand besteht, weiter aus einer zweiten Kapazität besteht, die zur ersten Kapazität parallel geschaltet ist; eine Schaltervorrichtung, die auf die Steuereinrichtung zum Steuern der Leitfähigkeit der-zweiten Kapazität und Masse (Erde) ansprechen kann, um die effektive Zeitkonstante der Filtereinrichtung verändern zu können. Dabei ist in die Zeitkonstante-Schaltung, die .-as dem Widerstand und der ersten Kapazität besteht, ein- Diode so eingeschaltet, daß kurze Impulssignale, die an der ersten Kapazität eine Spannung aufbauen wollfn, nach Masse (Erde) während des Intervalles zwischen den kurzen Impulsen abgeleitet werden. »5 Im einzelnen kann die Erfindung dadurch eine weitere vorteilhafte Weiterbildung erfahren, daß der

Empfangskanal Schaltungen enthäl*, die Signale ableiten, die kennzeichnend für ein Paar sich überlappen-• der phasenverschobener Echosignale sind, daß weiter

der Empfängerkanal zwei getrennte Empfängerkanäle für jedes der Echosignale aufweist und daß eine Phasenvergleichseinrichtung zum Empfangen der Ausgangsgrößen aus den Empfängerkanälen und zum Erhalten einer Ausgangsgröße für die oszillographisch

darstellende Einrichtung vorgesehen ist, ferner ein Hochpaßfilter vorhanden ist, das mit der Ausgangsgröße aus der Phasenvergleichseinrichtung versorgt wird, und daß weiter ein Schalttransistor vorgesehen ist, der durch die Ausgangsgröße des Hochpaßfilters

steuerbar ist, und in die Filtereinrichtung so »<"op schaltet ist, daß, wenn der Transistor ' '"" ^Λ~ fangene Signal nach Masse '" " * '

DU Ä zu rinde liegende Aufgabe besteht darin, ein Sonarguät der eingangs definierten Art zu schaffen, welches auch bei Vorhandensein von mehreren S.örquellen eir einwandfreies Ausloten eines zu erfassenden Gegenstandes ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung zum Tasten der Daue der HF-Oszillatorimpulse ausgebildet ist, daß weiter eine Hinrichtung vorgesehen ist, die nach der Demodulation wirksam vird, um empfangene Signale von einer Dauer auszufiltem, die mit der Dauer der getasteten HF-Oszillatorimpulse vergleichbar ist, während die empfangenen Echosignale mit größerer Dauer in der oszillographischen Einrichtung darstellbar sind.

Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, daß relativ große auszulotende Gegenstände den gesendeten HF-Impuls dehnen, während Störquellen, die also eine relativ kleine räumliche Ausdehnung haben, den gesendeten HF-Impuls nur sehr schwach dehnen, woraus ein Untci Scheidungskriterium gewonnen werden kann.

Im Gegensatz zu dem Bekannten ist das Sonargerät nach der vorliegenden Erfindung in seiner Wirksam-ModuLÄ

Leistungsverstärker geschaltet ist ^-gekopplungssch e.fe vom Osz.lllato ^u einem Teilte Steuereinrichtung fuhren kann, um dadurch den Mo dulator nur dann aus- und Ä^SSE wenn die !

einen Wert von i .£

Schließlich kann die ^
gcrates nach der Erfindung

_..., die

der kurzen Impulse ,

stimmen, bei welchem der Empfänger gerade anfängt, in die Länge gezogene Impulse von reflektierenden Gegenständen zu empfangen, die über die kurzen Impulse vorherrschend sind.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild des Sonargerätes nach der vorliegenden Erfindung,

Fig.2 eine Reihe \on Kurven zur Veranschaulichung der Art und Weise, in welcher das gesendete Signal durch das Gerät nach F i g. 1 verarbeitet wird,

F i g. 3 eine Schaltung eines Abschnittes der irr

Blockschaltbild nach F i g. 1 gezeigten zusammenhängenden Schaltung,

F i g. 4 ein Schaltbild von Abschnitten des Videodetektors und der verarbeitenden Filterschaltungen, die in F i g. 1 gezeigt sind, und

F i g. 5 ein Blockschaltbild eines Sonarsystems vom Strahlamplitudentyp mit den Merkmalen nach der Erfindung.

In F i g. 1 ist ein Paar von Unterwasser-Schallempfängerelementen mit den Bezugszeichen 10 und 12 angezeigt. Dieser Schallempfängersatz empfängt die reflektierenden Sonarsignale und die räumliche Anordnung dieser Schallempfänger ist so getroffen, daß die Signalverzögerung zwischen ihnen eine Phasenverschiebung zwischen den zwei Ausgangsgrößen erzeugt, die eine Funktion des Einfallwinkels ist. Wie dies auf dem vorliegenden Gebiet gut bekannt ist, wird dieser Phasenwinkel dazu verwendet, um ein höheres Seitenwinkelauflösungsvermögen zu erhalten, als man dies mit Hilfe eines einzelnen Strahles mit gleicher Breite erhält. Ein typisches Sonarsystem enthält getrennte Einrichtungen zum Verarbeiten der Signale, die aus jedem von mehreren Sektoren empfangen werden, um ein großes Gebiet abzutasten.

Die Sonarsignale, die von den Schallempfängern 10 und 12 aufgefangen werden, werden in strahlformenden Schaltungen 16 verarbeitet, deren Funktion, wie dies gut bekannt ist, dann besteht, die Eingangssignale aus den verschiedenen Schallempfängern zu verbinden, die durch die Schallempfänger 10 und 12 dargestellt sind, um daraus zwei diskrete elektrische Signale zu bilden, die den rechten und linken Strahl repräsentieren, die etwas räumlich voneinander verschoben empfangen werden.

Das diskrete linke und rechte Signal wird dann in getrennten Empfängerkanälen 18 und 20 verarbeitet, wobei diese Kanäle typisch einen örtlichen Oszillator, eine Mischerstufe und Zwischenfrequenzverstärkerstufen aufweisen, die auf dem vorliegenden Gebiet gut bekannt sind. Die getrennten linken und rechten Verstärker enthalten ebenso Filter, die ein Auflösungsvermögen gegenüber der Trägerfrequenz (/„) besitzen, und zwar auf Grund einer Amplitudenwelligkeit, wobei jedoch benachbarte Seitenbänder übertragen werden können. Das Ausgangssignal besteht aus einer Reihe von positiven und negativen Impulsen, die in einer Phasenvergleichsstufe 22 verarbeitet werden, wobei diese Stufe für jeden Kanal einen Begrenzer aufweisen kann und ebenso eine Multivibratorschaltung, die die begrenzten Empfängerimpulse empfängt und positiv gerichtete und negativ gerichtete Rechteckwellen erzeugt, die symmetrisch sind, wenn zwischen der linken und rechten Empfängerausgangsgröße keine Phasendifferenz besteht und erzeugt relativ längere oder kürzere Impulse von einer Polarität oder der anderen Polarität, um die Größe und Richtung der Phasendifferenzen zwischen dem rechten und linken Signal anzuzeigen. Die Ausgangsgröße der Phasenvergleichsstufe 22 wird in einem herkömmlichen Ablenkverstärker 23 verstärkt und wird dann der Ablenkvorrichtung 44 zugeführt (die in diesem Fall von einer Kathodenstrahlröhre dargestellt ist), und zwar so zugeführt, daß die Lage des reflektierenden Gegenstandes als ein leuchtender Punkt angezeigt wird, und zwar in einem Abstand links oder rechts von der Mitte des Sektors, der abgetastet wird. Der Abstand vom Empfänger wird in typischer Weise durch den Absland des Punktes von der Mitte der Kathodenstrahlröhre 24 angezeigt, dessen Kippschaltungen zeitlich so gesteuert sind, daß sie mit dem gesendeten Impuls beginnen.

Um die Ausgangsimpulse aus dem linken und dem rechten Signalempfänger 18 und 20 zu empfangen, ist ebenso eine Videodetektorschaltung 26 an den Mittelabgriff eines Widerstandes 28' angeschlossen, der zwischen die Ausgangsanschlüsse der Empfänger geschaltet ist. Diese Schaltung dient als Verstärker und

ίο Detektor für das rückkehrende Echosignal, das dann zu einer automatischen Verstärkungsregelungsschaltung 27 gelangt, die zu den Empfängern 18 und 20 rückgekoppelt ist, gelangt durch ein verarbeitendes Filter 28, bevor das Signal als ein Videoimpuls der Kathodenstrahlröhre 24 zugeführt wird. Das Ausgangssignal aus der Phasenvergleichsstufe 22 wird der Peilwinkelschaltung 30 zugeführt, die dem verarbeitenden Filter 28 eine Eingangsgröße liefert. Die Funktion der Peilwinkelschaltung und der Filterschaltung

ao besteht darin, einen wesentlichen Geräuschanteil aus dem Echosignal zu beseitigen. Die Ausgangsgröße aus der Phasenvcrgleichsschaltung enthält typisch einen wesentlichen Teil der Hochfrequenzkomponenten, die durch dui Widerhall verursacht wurden, und eine we-

»5 sentliche Anzahl von kleinen Reflektoren, ein Signalrücklauf, der von einem Gegenstand mit ziemlichen Abmaßen verursacht wurde, bewirkt jedoch, daß das Signal eine ziemliche Gleichstromkomponente hervorruft, und zwar für eine wesentlich längere Zeit-

dauer, so daß der wesentliche Anteil der reflektieren den Energie angezeigt wird. Mit Hilfe eines Hochpasses in der Schaltung 28 wird die Hochfrequenzkomponente des Signals abgetrennt und dazu verwendet, einen Transistorschalter anzusteuern, und zwar im verarbeitenden Filter 28, der bewirkt, daß die Hochfrequenzkomponenten im Videodetektorausgang geerdet werden und die kohärenten Signale der Kathodenstrahlröhre 24 zugeleitet werden. Diese Schaltungen werden im folgenden im einzelnen näher beschrieben.

Die Senderkomponenten sind in der unteren Reihe des Blockschaltbildes gezeigt und sie enthalten den Sender-Wandler 14. der vom Leistungsverstärker 32 angetrieben wird. Dieser Verstärker empfängt ein Hochfrequenzsignal, das in einem Oszillator 34 erzeugt wird, und diese Oszillatorausgangsgröße, die in der Größenordnung von 10 kHz liegen kann, Nann mil Hilfe eines Modulators 36 moduliert werden. Deir Oszillator 34 wird ein Ausgangssignal von einer impulszugerzeugenden Schaltung 38 zugeführt, die it

So bevorzugter Weise eine digitale Zähleinrichtung auf weist und die ein Einstellsignal von der Zeitsteuer und Regeleinrichtung 40 empfängt, die einfachi Handschalter aufweisen kann, um die Länge de 10 kHz-Impulse steuern zu können, die durch den Os zillator und der Zeitsteuerung der Kippschaltungen in Zusammenwirken erzeugt werden, da ein neuer Kipp zyklus mit jedem gesendeten Impuls beginnen sollte Die hier verwendeten Impulslängen sind typisch Millisekunden und 30 Millisekunden. Kürzere Irr pulse sind weniger annehmbar auf Grund der EinbuB des Auflösungsvermögens kurzer Entfernungen, un längere Impulse weisen offensichtlich mehr Energi für annehmbare Rückkehrsignale auf, die f.us größ< ren Entfernungen zurückgelangen.

Ein Rückkopplungssignal aus dem Oszillator 2 wird zur impulszugcrzeugendcn Schaltung 38 dun eine Leitung 41 rückgekoppelt. Dieses Rückkopi lungssignal sieht cii;c Oszillaiorphaseninformatit

vor, so daß die impulszugerzeugcnde Schaltung die Impulse immer bei einem Nulldurchgang des Oszillalors startet und stoppt, um hohe Übergangsströme zu vermeiden, die den Leistungsverstärker 32 zerstören könnten, üiese Techniken sind auf dem vorliegenden Gebiet gut bekannt und werden in Signalgeneratoren angewendet, die im Handel sind.

An den Impulszuggenerator 38 ist eine Impulszug-Steuereinrichtung 42 angeschlossen, die eine Vielzahl von Handschaltern aufweisen kann, um die Impulslänge einzustellen und ebenso die Zeit zwischen den Impulsen des Generators 38 und um die Einstellung des Impulszuggenerators 38 mit einer Filtereinstellung in dem verarbeitenden Filter 28 zu koordinieren, um die Länge des Videosignals, das im Empfänger verarbeitet wird, steuern zu können. Der Impulszuggenerator ist vermittels einer Leitung 44 mit dem Modulator 36 verbunden, um die Ein- und Auszeiten der gesendeten Impulse zu regeln. Daher kann der Impulszuggenerator 38 durch die Steuereinrichtung 40 eingestellt werden, um eine Norm 30 Millisekundenimpuls eines 10 kHz-Signals zu erzeugen. Dieses Signal kann jedoch auch weiter moduliert werden und zwar entsprechend der Einstellung der Steuereinheit 42, um den gesendeten Impuls in einen Zug mit einer gegebene^ Anzahl an 3 Millisekundenimpulsen zu zerhacken, die eine 3 Millisekundenauszeit aufweisen. Es besieht auch die Möglichkeit, die »Einzeit« zu verändern, und zwar ebenso wie die »Auszeit«, oder es können auch beide zv>r gleichen Zeit verändert werden. Da, wie dies zuvor beschrieben wurde, große reflektierende Objekte eine Ausdehnung des rückkehrenden Signals bewirken, die nahezu auf die »sonare äquivalente Länge« des reflektierenden Gegenstandes rückbezogen ist, so ergib* sich, daß beim progressiven Verkürzen der »Auszeit«, bis die Ausdehnungen gerade anfangen, die Auszeiten »auszufüllen« oder bis die gesendete Kette gerade beginnt, wie ein gleichmäßiges Rückkehrsignal an dem Empfänger zu erscheinen, ein Betreibender eine Annäherung der sonaren äquivalenten Länge des reflektierenden Gegenstandes vornehmen kann. Dies wird ausgeführt, indem man die Ausgangsgröße des Impulszuggenerators 38 durch die Impulszugsteuereinrichtung 40 verändert.

Die Betriebsweise läßt sich besser verstehen, indem nan die Signal-Uber-Zeitdarstellungen der Fig.2 zu ülfe nimmt. Die Kurve α zeigt eine Darstellung der gleichförmigen Hochfrequenzoszillatorausgangsgrößen aus dem Oszillator 34. Die Zeitsteuerungs- und Regelschaltung erzeugen eine Ausgangsgröße, die in Zeile b als eine Reihe von Impulsen mit ziemlicher Länge (30 Millisekunden) gezeigt ist, die dem Impulszuggenerator 38 zugeführt werden, um zu bewirken, daß der Modulator 36 nur für denjenigen Teil des Bereichsmaßstabes das Oszillatorsignal hindurchläßt, der der Länge der Impulse aus der Schaltung 40 entspricht. Die Impulszugsteuereinheit 42 kann jedoch einen Zug an Impulsen erzeugen, wie z. B. 12 Impulse mit 3 Millisekunden Anzeit und 3 Millisekunden Auszeit, die in Zeile c gezeigt sind, was die gesamte Länge des Impulses aus der Schaltung 40 überschreiten kann, in welchem Fall die Steuereinheit 42 die Steuerung der Ausgangsgröße aus dem Impulszuggenerator 38 für eine längere Zeit übernimmt. Diese Impulse werden zum Modulieren der Oszillatorausgangsgröße, wie in Zeile b gezeigt ist, verwendet, in welchem Fall der Sender für eine wesentlich längere Zeitdauer sendet, als von der Zeitsteuer- und Regelschaltung 40 gefordert wird. Um zu verhindern, daß diese Ausdehnung in den Empfänger gelangt, verhindern spezielle Austastschaltungcn ein Verarbeiten des Signals im Empfänger, bis die Sendekeltc vervollständigt ist. In Fig. 3 sind Einzelheiten der Peilwinkelschaltung 30 gezeigt. Der Ausgang der Phasenvergleichsstufe ist zwischen einem Anschluß 46 und einer Masselcitung 48 angeschlossen. Das am Anschluß 46 erscheinende Signal wird mit Hilfe eines Widerstandes

ίο 49 und einer Kapazität 50 in der Weise gefiltert, daß Hochfrequenzsignale nach Masse abgeleitet werden, wodurch die Zwischenfrequenzlrägcrkomponente aus dem Signal entfernt wird.

Durch die Kapazitäten 52 und 54 wird darüberhinaus eine Filterung vorgesehen, so daß man dadurch eine Hochpaßcharakteristik erhält und die Hochfrequenzkomponenten hindurchgelassen werden, die am meisten den Widerhall und die Reflexionen an den verschiedenartigsten Streupunkten repräsentieren, die räumlich weit verteilt sind. Diese Komponenten werden mit Hilfe der Verstärkerstufen verstärkt, die durch die Transistoren 56 und 58 dargestellt sind und am Anschluß Z9 von einer Gleichstromspannungsquelle versorgt werden. Nach Verstärkung werden

as diese Komponenten einem Übertrager 60 zugeführt, der eine mittelangezapfte Sekundärwicklung aufweist, wobei die Mittelanzapfung an eine Schwelle oder eine FmnfinHlirhkeitseinstellvorrichtung angeschlosser ist, die durch ein Potentiometer 6 "dargestellt ist. Die gegenüberliegenden Enden der Sekundärwicklung sind über Dioden 64 und 66, über einen Widerstand 68. mit dem Fingangsanschluß 70 verbunden, der ar einen Leiter oder Draht 72 angeschlossen ist, und zwai am Eingang zum verarbeitenden Filter 28, das ir F i g. 4 gezeigt ist. Die Sekundärwicklung des Übertragers 60 und die Dioden 64 und 66 sorgen für eine Vollwellengleichrichtung für die Hochfrequenzkom ponenten der Eingangssignale. Diese werden durch den Draht 72 der Basis eines Transistors 74 in derr verarbeitenden Filter 28 zugeführt. Der Transistor 7<i arbeitet als Schalter, und zwar so, daß, wenn der Transistor leitet, die Hochfrequenzkomponenten des er faßten Signals, das am Kollektor erscheint, nach Masse abgeleitet werden. Die Etnpfindlichkeitsein Stellvorrichtung, die durch da Potentiometer 62 vor ges"hen wird, indem man damit die Schwelle de: Schaltpotenlials steuert, das der Basis des Transistor 75 zugeführt wird, stellt effektiv eine Einrichtung zurr Einstellen der Empfindlichkeit des Empfängers au bestimmte Hochfrequenzeingangssignale Jar. Es kam so eingestellt werden, daß nur bestimmte, sehr kurz« Signale geerdet werden, oder alle Signale außer dei Signalen geerdet werden, die eine ziemliche Daue aufweisen, was von dem Bereich abhängt und dami von der Länge oder Dauer des gesendeten Signals un ter anderen Signalen.

Die in F i g. 4 gezeigte Schaltung enthält einen Vi deodetektor 26 und das verarbeitende Filter 28. Di< Eingangsgröße, die zwischen dem Anschluß 76 urn der Masseleitung erscheint, besteht aus dem Summen signal aus den Empfängern 18 und 20, das vc:n Mit telabgriff des Widerstandes 28' abgegriffen wird. Die ses Signal, das nicht begrenzt wurde und das sowoh das gewünschte RücKkehrsignal als auch den Wider hall enthält, wird über eine Kopplungskapazität 71 einem Transistor 80 zugeführt, der als Halbwelten gleichrichter wirkt. Das gleichgerichtete Signal wir« dann der automatischen Vcrstärkiingssteuereinrich

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lung 27 zugeführt, die aus irgendeiner von mehreren bekannten Schaltanordnungen bestehen kann. Dieses Signal gelangt dann zum verarbeitenden Filter 28, das zusätzlich zur Eingangsgröße aus, der Schaltung 30 ebenso eine Eingangsgröße aus der Impuiszugsteuereinheit 42 empfängt, and zwar über eine Leitung 82, die an die Basis eines Transistors 84 angeschlossen ist. Dieser Transistor wirkt als Schalter zur Regelung der Zeitkonstanten des Filters, um die Videosignale mit dem gesendeten Signal, wie dies an der Impulszugsteuereinheit42 diktiert wird, zu koordinieren. Da das gleichgerichtete Signal an dieser Stelle die Zwischenfrequenzträgerkomponente enthält, wird es durch eine Kapazität 86 gefiltert; das gefilterte Signal wird jedoch einem weiteren Prozeß unterwor^fen, und zwar wird es in einem Filter verarbeitet, das aus einem Widerstand 88, einer Diode 90 und den Kapazitäten 92 und 94, sowie dem Transistor 84 besteht. Der Transistor 84, der leitend für die Größe aus der Impulszugsteuereinheit 42 vorgespannt ist, arbeitet als Schalter, so daß sich das gleichgerichtete Signal entweder an der Kapazität 92 aufbauen kann (wenn 84 nichtleitend ist), oder an der Kapazität 94, wenn 84 leitend ist, wodurch man eine Einrichtung zum Steuern der Filterzeitkonstante erhält, und zwar entweder as durch Addieren der kapazitiven Wirkung der Kapazität 94 zu derjenigen der Kapazität 92 oder indem man effektiv die Kapazität 84 aus dem Filter entfernt. Während nur zwei Zeitkonstante-Änordnuiigen gezeigt sind, können zusätzlich ähnliche Schalter verwendet werden, um weitere Kapazitäten, je nach Wunsch hinzuzufügen oder zu entfernen, um die dem gleichgerichteten Signal zugeteilte oder zugewiesene Zeitdauer, svährend welcher sich das gleichgerichtete Signal im Filter 28 aufbauen kann, zu steuern. Diese Zeit iu natürlich mit dem Sendeimpuls koordiniert.

Wie zuvor bei der Beschreibung des Senders angedeutet wurde, können die gesendeten Signale aus kurzen Impulsen wie z. B. 3 Millisekunden oder aus längeren Impulsen wie z. B. 30 Millisekunden bestehen. Wenn eine Betriebsweise gefordert ist, bei der eine Reihe von Impulsen mit kleinem Abstand erzeugt wird, kann der gesamte Impulszug bedeutend länger sein als dies durch die Steuereinrichtung 40 gefordert wird. Wenn eine Reihe von Impulsen mit kurzem Abstand gesendet wird, so werden diese als eine Reihe von Impulsen mit dichtem Abstand zurückkehren, wenn der reflektierende Gegenstand nicht ein solches Ausmaß hat, daß die Zwischenräume zwischen den Impulsen dadurch ausgefüllt werden. Wenn kurze Impulse zurückkehren, hat mau festgestellt, daß das herkömmliche K-C-Filter, das aus dem Widerstand 88 und den Kapazitäten 92 und 94 besteht, so arbeitet, daß sich eine Spannung an den Kapazitäten aufbauen kann. Dadurch fällt auch die Spannung zwischen den Impulsen nicht vollständig ab. Dieser Fffekt ist nicht gewünscht, da dadurch da", Signal so erscheint, als ob es von einem großen Reflektor her stamme; es ist die Diode 90 voigesehen, um derartig kurze Impuhsign.ale zu »dämpfen« oder diese schneller nach Masse abzuleiten. Bei einem empfangenen Impuls, der über eine ziemliche Zeitdauer nicht auf Null abfällt, fährt das Signal fort, an den Kapazitäten, trotz der Diode 90, höhere Spannungswerte aufzubauen. Die Diode entleert die Kapazität nur, wenn die Eingangsspannung niedriger ist, als die Ladespannung an der Kapazität und die Kapazität wird nur um den Differenzbetrag entladen.

Die Eingangsgröße auf der Leitung 72 stellt das Hochfrequenzsignal aus der Peilwinkelschaltung 30 dar, das empfangene Signale enthält, die für den Widerhall repräsentativ sind, ebenso repräsentativ für kleine Streureflektoren und Phasenauslöschschwankungen usw. Es ist nicht erwünscht, solche Signale abzulenken, so daß diese Eingangsgröße der Basis des Transistors 74 zugeführt wird, so daß dieser Transistor das erfaßte Signal nach Masse ableitet, und zwar zu demselben Zeitpunkt, zu dem die Hochfrequenzkomponenten erscheinen. Dadurch enthält das der Kathodenstrahlröhre zugeführte Helligkeitssignal nur Impulse mit bedeutender Länge, die Gegenstände mit ziemlichen Ausmaßen kennzeichnen.

In Fig. 5 ist das erfindungsgemäße Gerät in Form eines Sonarsystems vom Strahlamplitudentyp gezeigt. Dieses System verwendet eine Vielzahl von sehr schmalen Strahlen, die möglich werden, wenn ein sehr großer Wandler verwendet wird, bei dem eine große Anzahl von Schallempfängern vorgesehen ist. Viele der Teile sind mit denjenigen, die in F i g. 1 gezeigt sind, identisch oder können mit diesen identisch sein. Auch hier bezieht sich die Beschreibung auf einen einzelnen Kanal und es sei hervorgehoben, daß eine Anzahl von identischen Empfängerkanälen verwendet werden kann, und zwar in Verbindung mit herkömmlichen Schaltereinrichtungen, um wiederholt die Empfängerausgangsgrößen abzutasten, so daß eine Darstellung oder Ozillogrnmm entsprechend vollen ?6U ' erhalten wird.

Die reflektierenden Signale werden an den Empfäiv ger-Unterwasserschallempfängern 100 aufgefangen, die die akustischen Signale in elektrische Signale konvertieren, und sie werden einem Vorverstärker und strahlformenden Schaltungen 102 zugeführt. Obwohl ein Signal tatsächlich von einer Vielzahl benachbarter Schallempfänger empfangen werden kann, arbeiten strahlformende Schaltungen in einer Weise, die auf dem vorliegenden Gebiet gut bekannt ist, um einen Signalstrahl zu erzeugen. Diese Signale werden in herkömmlichen AVR-Verstärkern 104 verstärkt, in Videodetektorschaltungen 106 erfaßt, und werden dann einem verarbeitenden Filter 108 zugeführt. Das verarbeitende Filter 108 enthält einen Eingang von einer Impulszug-Steue·. ^haltung 110. die im wesentlichen dieselbe wie die in F i g. 1 sein kann. Das Filter 108 kann dem Filter 28 sehr ähnlich sein mit der Ausnahme, daß das Filter 108 keinen Eingang zu einem Transistorschalter von einer Peilwinkelschaltung besitzt, da dieses Sys'.em in erster Linie auf Amplitudeninformationen arbeitet, also nicht auf Peilwinkelinformationen. Es enthält natürlich einen Schalter zurr Steuern der Zeitkonstante des Video-Signals. Die Ausgangsgröße aus dem verarbeitenden Filter 1Oi wird einer Strahlabtast-Schaltereinrichtung 112 züge führt, dL in üblicher Weise ausgelegt sein kann, um gelangt von dort zu einer Kathodenstrahlröhre 114 Die Strahl-Abtastschaltereinrichtung 112 kann Emp fingersignale für eine große Anzahl von Strahl-Vei Stärkerschaltungen, wie z. B. 36 oder 48 vorsehen.

Im Sender kann die Reihe der Komponenten im we sentlichen identisch mit derjenigen der F ·. g. 1 seir Die Zeitsteuer- und Regelschaltungen I J6fragertSer deimpulse einer gewünschten Länge ab und sie kooi dinieren die Kathodenstrahl-Kippschalrungen so, da eine Ablenkung pro gesenktem Impuls oder in di< sem Fall, des gesendeten Tmpulszuges auftritt. Die« Abfrage, die in ähnlicher Weise erscheinen kann w

Zeile ft in Fig. 2, wird der Impulszug-Gencrutorschaltung 118 zugeführt, die dieser Signal dem Sender-Oszillator 120 zuführt und ebenso dem Modulator 122, der die Oszillatoiausgangsgröße, wie gefordert, steuert, um lange oder kurze Impulse in der Oszillatorfrequenz vorzusehen. Die Steuereinheit 110 sieht, zusätzlich zum Vorsehen eines Signals zum verarbeitenden Filter 108, um die Filterzutkonstante mit der Länge oder der Dauer des gesendeten Impulses zu koordinieren, eine Einrichtung zum Verändern der »Ein«- und »Aus«-Zeit des gesendeten Impulses vor. Dadurch kann der gewünschte Impulszug vorgesehen werden und die »Aus«-Zeit kann so geändert werden, daß eine Annäherung an die »sonare äquivalente Länge« des reflektierenden Gegenstandes, wie dies an früherer Stelle beschrieben wurde, möglich ist. In dem Ausmaß, in dem der Impulszug die Impulslänge durch die Zeitsteuor- und Regelschaltung 116 überschreitet, empfängt der Empfänger Austastsignale, um ein direktes Verarbeiten des Sendeimpulses zu verhindern.

Aus dem Vorangegangenen läßt sich erkennen, daß

die Erfindung ein System schafft, um zwischen Signalen unterscheiden zu können, die Gegenstände von großen Abmaßen darstellen, und denjenigen, die von kleineren Gegenständen herrühren, die Widerhall ver-Ursachen, wie τ. Β. Fische usw. Durch Konvertieren eines Impulses, der eine ziemliche zeitliche Länge aufweist, in einen Impulszug mit kurzen Intervallen keiner Energie, bewirken die kleinen OrUingsobjeW'. daß nur kurze Impulse zurückgeworfen werden, die

ίο grob der Länge der individuellen gesendeten Impulse entsprechen. Die Energie, die in das Wasser abgegeben v.'ird, läßt sich mit derjenigen des einzelnen nicht unterbrochenen Impulses vergleichen und große Ortungsobjekte werfen ein Reflexionssignal zurück, das in Form eines nicht unterbrochenen Impulses erscheint, da die großen Gegenstände den gesendeten Impuls dehnen und die Impulslücken füllen. Man erhält dadurch einen relativ richtungsbetriebencn Pro zeß, um die kürzeren Echosignale von den größerei bzw. längeren Echosignalen auszufiltern und diese System stellt einen wesentlichen Fortschritt in Jer S> nar-Darstellungdar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Sonargerät, bestehend aus wenigstens einem Empfangskanal und einem Sendekanul, wobei im Empfangskanal eine Detekloreinrichtun^ zum selektiven Erfassen der von einem auszulotenden Gegenstand reflektierten Echosignale vorgesehen ist und diese Echosignale zu einer oszHlogruphisch darstellenden Einrichtung geführt sind, und der Sendekunal einen vermittels einer Steuereinrichiung getasteten HF-Oszillalor zum Erzeugen von Lotimpuls-.'n in unterschiedlichen Impulsfolgefrequenzen enthalt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zum Tasten der Dauer der HF-Oszillatorimpulse ausgebildet ist, daß weiter eine FiI'.!-einrichtung (28-108) vorgesehen ist, die nach der Demodulation wirksam wird, um empfangene Signale von einer Dauer auszufiltern, die mit der Dauer der getasteten HF-Oszillatorimpulse vergleichbar ist, während die empfangenen Echosignale mit größerer Dauer in der oszillographischen Einrichtung (24-114) darstellbar sind.

2. Gerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtere-'nrichtung (28-108) folgendes enthält: eine Zeitkonstante-Schaltung, die aus einer ersten Kapazität (92) und einem Widerstand (88) besteht, eine zweite Kapaz-.at (94), die zur ersten Kapazität parallel geschaltet ist, und eine Schaltervorrichtung (84), die auf u.e Steuereinrichtung (36, 38, 42-122, 118, 110) zum Steuern der Leitfähigkeit zwischen der zweiten Kapazität und Masse (Erde) ansprechen kann, um die effektive Zeitkonstante der Filtereinrichtung (28-108) verändern zu können.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zeitkonstante-Schaltung eine Diode (90) so eingeschaltet ist, daß kurze Impulssignale, die an der ersten Kapazität eine Spannung aufbauen wollen, nach Masse (Erde) währen-i des Intervalles zwischen den kurzen Impulsen abgeleitet werden.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangskanal Schaltungen enthält, die Signale ableiten, die kennzeichnend für ein Paar sich überlappender phasenverschobener Echosignale sind, daß der Empfängerkanal zwei getrennte Empfängerkanäle für jedes der Echosignale aufweist und daß eine Phasenvergleichseinrichtung zum Empfangen der Ausgangsgrößen aus den Empfängerkandlen und um eine Ausgangsgröße für die oszillograjihisch darstellende Einrichtung zu erhalten, vorgesehen ist, daß weiter ein Hochpaßfilter (30) vorgesehen ist, das mit der Ausgangsgröße aus der Phasenvergleichseinrichtung (22) versorgt wird, und daß weiter ein Schalttransistor (74) vorgesehen is:, der durch die Ausgangsgröße des Hochpaßfilters (30) steueibar ist, und in die Filtereinrichtung (28) so eingeschaltet ist, daß, wenn der Transistor (74) leitet, das empfangene Signal nacli Masse (Erde) abgeleitet wird.

5. Gerät nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (36, 38, 42-122, 110) einen Modulator (36-122) enthält, der zwischen den Oszillator (34-120) und einen Leistungsverstärker (32-124) geschaltet ist, und daß weiter eine Rückkopplungsschleife (42) vom Oszillator (34-124) zu einem Teil (38-118) der Steuereinrichtung (36, 38, 42-122, 118, !10) führt, um dadurch den Modulator (36-122) nur dann aus- und einschalten bzw. ansteuern zu können, wenn die momentane Ausgangsgröße des Oszillators (34-120) einen Wert von im wesentlichen Null aufweis;.

6. Gerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichne!, daß die Steuereinrichtung (36, 38, 42-122, 118, 110) einen einstellbaren Abschnitt (42 110) zum Verändern der Dauer der kurzen Perioden, die keine Energie im Signal darstellen, und/oder der kurzen Impulse, aufweist, um den Punkt zu bestimmen, bei welchem der Empfänger gerade anfängt, in die Länge gezogene Impulse von reflektierenden Gegenständen zu empfangen, die über die kurzen Impulse vorherrschend sind.