DE1961916B2 - Anordnung zur Regelung von durch ein Hydrophon empfangenen und von einem Sonafempfanger abgegebenen Echosignalen - Google Patents

Description

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nung bietet somit ebenfalls keine Lösung des zuvor F i g. 1 b zeigt in Abhängigkeit von der Zeit das geschilderten Problems. _vom Unterwasserschallempfänger empfangene Signal Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vor- 5(i). Die Hüllkurve dieses Signals hat einen langrichtung der eingangs erwähnten Art, welche bei samen exponentiellen Abfall 22, welcher durch eine einer für die Darstellung auf dem Bildschirm einer 5 Folge von Diskontinuitäten 23 und 24 unterbrochen Kathodenstrahlröhre eines Panorama-Darstellungs- ist, die den Reflexionen an den Hindernissen bzw. an gerätes geeigneten Dynamikkompression unter Auf- den Totzonen entsprechen. Die exponentiellen Teile rechterhaltung der für die Darstellung wesentlichen entsprechen der diffusen Reflexion und die Schwä-Kontraste die Sättigung des in der Übertragungs- chung beruht auf der zunehmenden Entfernung, schaltung vorhandenen Verstärkers verhindert. io Wenn man die Fig. la und Ib vergleicht, so sieht Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch man, daß die Diskontinuitäten der exponentiellen gelöst, daß der Steuereingang der Übertragungsschal- Einhüllenden des empfangenen Signals für das Relief tung an den Ausgang einer Vereinigungsstufe ange- des Meeresbodens charakteristisch sind. Diese Disschlossen ist, die zwei Eingänge hat, daß die Regel- kontinuitäten müssen im Signal O(t) erhalten bleiben, anordnung zwei Gegenkopplungsschleifen enthält, 15 welches auf das Panorama-Darstellungsgerät gegeben welche jeweils von dem Ausgang einer Detektor- wird und in F i g. 1 c dargestellt ist. Dagegen wird schaltung zu einem Eingang der Vereinigungsschal- in diesem Signal O(t) der exponentielie Abfall durch rung führen, daß die eine GegeiiKopplungsschleife eine konstante Amplitude ersetzt, damit auf dem eine erste Spannungsvergleichsschaltung enthält, von Bildschirm der Kathodenstrahlröhre des Panoramader ein Eingang über ein Tiefpaßfilter mit dem Aus- 20 Darstellungsgerätes eine von der Entfernung unabgang einer Detektorschaltung verbunden ist, und daß hängige gleichmäßige Helligkeit erhalten wird, die andere Gegenkopplungsschleife eine zweite Span- Es ist festzustellen, daß infolge der konstanten nungsvergleichsschaltung enthält, die mit dem Aus- Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Ultraschalls eine gang einer Detektorschaltung über die Übertragungs- enge Entsprechung zwischen den Zeitpunkten T_A, T_B, schwellenschaltung verbunden ist. a₅ J_c, T_n, T_n, T_F, T_a, T_n und T₁ auf der Zeitskala t und Bei der Vorrichtung nach der Erfindung bewirkt den Abszissen X_A bis X₁ besteht, welche vom Sonardie erste Gegenkopplungsschleife eine Kompensation gerät auf der Entfernungsskala X gezählt werden, des exponentiellen Abfalls der Hüllkurve des Echo- Fig. 2 zeigt das elektrische Schaltbild einer Vorsignals, wobei jedoch die schnellen Schwankungen im richtung zur Regelung der vom Ultraschallempfänger wesentlichen aufrechterhalten bleiben, während die 30 abgegebenen Echosignale, welche die Umwandlung zweite Gegenkopplungsschleife eine Sättigung des in des Signals S{i) gemäß F i g. 1 b in das Signal O(i) der Übertragungsschaltung vorhandenen Verstärkers gemäß der F i g. 1 c ermöglicht, durch zu große Spitzen bei schnellen Schwankungen Die Vorrichtung enthält ein Dämpfungsglied 1 mit des Echosignals verhindert. veränderlichem Dämpfungsfaktor, welches beispiels-Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der 35 weise aus einem Widerstand R₁ und einem Isolier-Zeichnung dargestellt. Es zeigt schicht-Feldeffekttransistor S besteht. Dem Dämp-F i g. 1 ein der Erläuterung dienendes Diagramm fungsglied 1 ist ein Verstärker 2 nachgeschaltet, des- _und sen Ausgangsklemmen O und M mit Detektorschal-

F i g. 2 das Prinzipschaltbild einer Vorrichtung tungen 3 und 4 verbunden sind.

nach der Erfindung. 40 Jede Detektorschaltung speist eine Gegenkoppln Fig. 1 ist bei (α) ein Vertikalschnitt des Reliefs lungsschleife. Die Detektorschaltung 3 ist über ein eines Meeresbodens dagestellt. Ein nicht dargestelltes Tiefpaßfilter 5 mit einer Spannungsvergieichsschal-Sonargerät, welches links von der Figur angeordnet tung 6 verbunden, welche an ihrem anderen Eingang ist. sendet Ultraschallwellen aus. Diese Wellen wer- die von einer Spannungsquelle 7 kommende Bezugsden in Form von Echos reflektiert. Die Ultraschall- 45 spannung CZ₁ empfängt. Die Detektorschaltung 4 ist energie eines Strahls 20, welcher auf eine Zone auf- über eine Übertragungsschwellenschaltung 11 mit trifft, deren Oberfläche aus Körnern mit einer unter- einer Spannungsvergleichsschaltung 10 verbunden, halb der Wellenlänge gelegenen Größe besteht, wird welche an ihrem anderen Eingang die von einer diffus reflektiert. Der in Richtung 21 zum Unter- Spannungsquelle 9 kommende Bezugsspannung U^ wasserschallempfanger des Sonarge.ätes zurückge- 50 empfängt. Die Spannungsvergleichsschaltungen 6 und sandte Energiebruchteil ist verhältnismäßig gering. 10 steuern das Dämpfungsglied 1 über eine Vereim-Zwischen den Abszissen χ — X_n und χ = X_B ist ein gungsschaltung 8.

Felsblock 14 dargestellt. Die längs des Leitstrahls 18 Das vom Unterwasserschallempfänger abgegebene einfallende Ultraschallenergie erfährt eine intensive Signal S(t) wird an die Klemmen E und M des Datnp-Spiegelreflexion in der Richtung 19, da es sich um ein 55 fungsgliedes 1 gelegt. Ein veränderlicher Bruchteil Hindernis handelt, dessen Abmessungen groß gegen dieses Signals wird zum Verstärker 2 übertragen, weldie Wellenlänge sind. Der zwischen den Abszissen eher ein Signal O(t) abgibt, dessen Hüllkurve eine ge- X_n und Xr. angeordnete Hohlraum 16 wird nicht be- regelte mittlere Amplitude besitzt. In Wirklichkeit strahlt und erzeugt kein Echo. Der Bereich 13 zwi- besitzt die Hüllkurve des Ausgangssignals O{t) noch sehen X_c und X_n wird bestrahlt und erzeugt ein 60 einen restlichen exponentiellen Abfall, welcher über diffuses Echo. Der weiter weg befindliche Gegenstand das Tiefpaßfilter 5 zur Spannungsvergleichsscnal-12, welcher zwischen X_n und X_F liegt, liefert ein tung 6 übertragen wird. Infolgedessen wirkt die Spanintensives Echo, während der zwischen X₁, und*,, nungsvergleichsschaltung 6 auf das Dämpfungsglied l gelegene, nicht bestrahlte Teil kein Echo erzeugt. So- derart ein, daß sie dessen Dämpfungsfaktor exponendann kommen der zwischen X_F und *„ gelegene 65 tiell erhöht. Diese Einwirkung gleicht praktisch voebene Bereich, welcher ein diffuses Echo ergibt, ein ständig den starken exponentiellen Abtall der Muii-Hindernis 15, das ein intensives Echo liefert, und ein kurve des Signals S{t) aus. Da das Tiefpaßfilter 5 sich Hohlraum 17, welcher ein Echo Null ergibt. der Übertragung von schnellen Schwankungen der

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exponentiellen Hüllkurve des Signals O(t) widersetzt, gleichsam augenblicklich auf Veränderungen des dekann das Dämpfungsglied 1 dieselben nicht ausglei- modulierten Signals an, aber sie wirkt auf das Dämpchen. Diese Schwankungen erscheinen daher im fungsglied 1 nur oberhalb der Schwellenspannung ein, Signal O(t) im wesentlichen mit der gleichen Stärke bei welcher die Übertragungsschwellenschaltung 11 wie im Signal S(t). 5 in Tätigkeit tritt.

Die oben beschriebene Amplitudenregelung ist Die Übertragungsschwellenschaltung 11 kann bei-

durch eine große Tätigkeit gegenüber schnellen spielsweise aus einem Widerstand Λ_ο, zwei Dioden

Schwankungen des Signals S(t) gekennzeichnet. Es D₅ und D₈ und einer Voi Spannungsquelle P bestehen,

kann daher sein, daß der Verstärker 2 durch eine deren Spannung etwas oberhalb U₁ liegt. Die Vereini-

starke Spitze des Signals S(t) plötzlich gesättigt wird. io gungsschaltung 8 kann entweder aus einem Wider-

Um diesen Nachteil, welcher starke Rückwirkungen Standsnetz oder, wie in F i g. 2 gezeigt, aus zwei auf das Bild und auf das Verhalten des Verstärkers 2 Dioden D₃ und D₄ sowie einem Widerstand R₅ behat, zu beseitigen, wird zusätzlich die Spitzenampli- stehen. In diesem Fall ist die an das Dämpfungsglied 1 tude des Signals O(t) auf einen Wert U₂ begrenzt, angelegte Spannung diejenige der von den Spannungsweicher etwas größer als der der mittleren Höhe 15 Vergleichsschaltungen 6 und 10 abgegebenen Spandieses Signals entsprechende Wert U₁ ist. Zu diesem nungen, welche die größere Amplitude besitzt.
Zweck enthält die Schaltung von F i g. 2 eine weitere Das Tiefpaßfilter 5 kann aus einem passiven Vier-Gegenkopplungsschleife mit kleiner Zeitkonstante. pol oder aus einem aktiven Vierpol bestehen, im Fall Diese Gegenkopplungsschleife überspielt die Gegen- eines aktiven Vierpols kann es, wie in F i g. 2 gezeigt, kopplungsschleife 5, 6, 7, sobald die Ausgangsspan- 20 einen Verstärker A und eine aus Widerständen /?₄, R. nung der Detektorschaltung 4 den Wert U₁ übersteigt. und einem Kondensator C₃ gebildete selektive Gegen-Wenn ein solches Übersteigen stattfindet, überträgt kopplungsschleife enthalten.

die Übertragungsschwellenschaltung 11 die festge- Das Tiefpaßfilter 5 kann auch weggelassen werden,

stellte Spannung auf die Spannungsvergleichsschal- wenn die Schaltungselemente C₁ und R₂ der Detek-

tung 10, welche dieselbe mit einer oberhalb des Wer- 35 torschaltung 3 die Rolle des Tiefpaßfilters überneh-

tes U₁ liegenden Bezugsspannung U₂ vergleicht. Die men. Wenn dagegen das Tiefpaßfilter 5 vorhanden

Spannungsvergleichsschaltung 10 überträgt sodann ist, können die Detektorschaltungen 3 und 4 durch

über die Vereinigungsschaltung 8 eine Fehlerspan- eine einzige Detektorschaltung mit kleiner Zeitkon-

nung, welche den Dämpfungsfaktor des Dämpfungs- stante ersetzt werden.

gliedes 1 derart vermindert, daß die Amplitude am 30 Die auf das Dämpfungsglied 1 einwirkende Steuer-Ausgang des Verstärkers 2 während der Dauer der spannung kann auch direkt an den Verstärker 1 an-Spitzen des Signals S(t) auf den Wert U₂ begrenzt gelegt werden, sofern dieser mit steuerbarer Verstärbleibt. Die Gegenkopplungsschleife 9, 10, 11 spricht kung ausgebildet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

ι 2 Patentansprüche· Signalen mit einer Übertragungsschaltung, welche die Echosignale mit einem Übertragungsfaktor überträgt,

1. Anordnung zur Regelung von durch ein der von einem Steuersignal abhängt, das einem Hydrophon empfangenen und von einem Sonar- Steuereingang der Übertragungsschaltung zugeführt empfänger abgegebenen Echosignalen mit einer 5 wird, Detektorschaltungen, die an den Ausgang der Übertragungsschaltung, welche die Echosignale Übertragungsschaltung angeschlossen sind, und mit mit einem Ubertragungsfaktor überträgt, der von einer Regelanordnung für den Übertragungsfaktor, einem Steuersignal abhängt, das einem Steuerein- die eine Übertragungsschwellenschaltung enthält
gang der Übertragungsschaltung zugeführt wird, Bei einer aus der deutschen Auslegeschrift Detektorschaltungen, die an den Ausgang der io 1270 452 bekannten Regelanordnung dieser Art han-Übertragungsschaltung angeschlossen sind, und delt es sich um eine zusätzliche Einrichtung, die zu mit einer Regelanordnung für den Übertragungs- einem Echolotempfänger mit automatischer Regelung faktor, die eine Übertragungsschwellenschaltung hinzugefügt und nach Bedarf zu- und abgeschaltet enthält, dadurch gekennzeichnet, daß werden kann. Diese Regelanordnung wirkt in Abder Steuereingang der Übertragungsschaltung (1,2) 15 hängigkeit von einer dem Verstärker entnommenen an den Ausgang einer Vereinigungsstufe (8) an- Steuerspannung auf die Schreibspannung ein, die dem geschlossen ist, die zwei Eingänge hat, daß die Schreiborgan eines elektrisch empfindlichen Papiers Regelanordnung zwei Gegenkopplungsschleifen zugeführt wird. Es handelt sich hierbei also um eine (5, 6, 7; 9, 10, 11) enthält, welche jeweils von reine Vorwärtsregelung, die auch für den beabsichtigdem Ausgang einer Detektorschaltung (3, 4) zu 20 ten Zweck genügt, die mit Hilfe eines Echolotgerätes einem Hingang der Vereinigungsschaltung (8) empfangenen Echos von direkt über dem Boden führen, daß die eine Gegenkopplungsschleife eine stehenden Fischschwärmen deutlich von den Bodenerste Spannungsvergleichsschaltung (6) enthält, echos abzuheben.

von der ein Eingang über ein Tiefpaßfilter (5) mit Bei Sonaranlagen für die Sichtbarmachung des dem Ausgang einer Detektorschaltung (3) verbun- 25 Reliefs des Meeresbodens auf dem Schirm der den ist, und daß die andere Gegenkopplungs- Kathodenstrahlröhre eines Panorama-Darstellungsschleife eine zweite Spannungsvergleichsschaltung gerätes besteht jedoch ein anderes Problem.
(10) enthält, die mit dem Ausgang einer Detektor- Da die Stärke der nahen Echos wesentlich größer schaltung (4) über die Übertragungsschwellen- ist als diejenige der entfernten Echos, ist es in diesem schaltung (11) verbunden ist. 30 Fall erforderlich, in der Verstärkerkette des Ultra-

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- schallempfänger eine Verstärkungssteuerung vorzukennzeichnet, daß der zweite Eingang der ersten sehen, durch welche die mittlere Helligkeit des Spannungsvergleichsschaltung (6) an eine Span- Schirms der Kathodenstrahlröhre im wesentlichen nungsquelle (7) angeschlossen ist, die eine erste konstant gehalten werden kann. Diese Steuerung soll Bezugsspannung (V₁) liefert, und daß der zweite 35 die Dynamik der Signale stark zusammendrücken, da Eingang der zweiten Spannungsvergleichsschal- gewöhnlich Kathodenstrahlröhren mit großer Nachtung (10) an den Ausgang einer Spannungsquelle leuchtdauer verwendet werden, die für eine geringe (9) angeschlossen ist, die eine zweite Bezugsspan- Dynamik ausgelegt sind. Gleichermaßen müssen die nung (U₂) liefert, die höher als die erste Bezugs- örtlichen Echos, welche spiegelnden Reflexionen oder spannung (U₁) ist. 40 Schattenzonen entsprechen, helle und dunkle Bereiche

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- erzeugen, welche sich so gut wie möglich von dem kennzeichnet, daß die Übertragungsschwellen- der diffusen Reflexion am gleichförmigen Meeresschaltung (11) auf einen solchen vorbestimmten boden entsprechenden Bereich mit konstanter Hellig-Schwellenwert eingestellt ist, daß sie eine Span- keit unterscheiden. Schließlich muß die Verstärkungs-

nung überträgt, wenn deren Amplitude oberhalb 45 steuerung so ausgelegt sein, daß sich die Verstärker

der ersten Bezugsspannung (IZ₁) liegt. unter der Wirkung eines plötzlichen Anstiegs des

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 Echos niemals sättigen können.

bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vereini- Es ist offensichtlich, daß diese Wirkungen nicht

gungsschaltung (8) eine Wählschaltung mit zwei mit der reinen Vorwärtsregelung erzielt werden kön-

Dioden (D₃, D₄) ist, welche jeweils die höhere von 50 nen, wie sie bei der zuvor geschilderten bekannten

zwei ihren Eingängen zugeführten Spannungen Anordnung angewendet wird, da bei dieser insbeson-

überträgt. dere keine auf den Verstärker zurückwirkende Gegen-

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 kopplungss^hleife vorhanden ist.

bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaß- Bei einer aus der deutschen Auslegeschrift

filter (5) aus einem Verstärker (A) besteht, wel- 55 1167 231 bekannten Nachhallregelanordnung für

eher mit einer frequenzselektiven Gegenkopp- eine Sonaranlage ist zwar eine Gegenkopplungs-

lungsschleife (R₂, C₃) versehen ist. schleife vorhanden, die zu dem Verstärkungssteuer-

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- eingang des Verstärkers zurückführt, doch wird dabei kennzeichnet, daß die Übertragungsschaltung die in einer ersten Lotperiode auftretende Empfangseinen Verstärker (2) in Kaskade mit einem Dämp- 60 spannung in aufeinanderfolgende Zeitabschnitte unterfungsglied (1) aufweist, und daß das Dämpfungs- teilt, in denen Speicher aufgeladen werden, deren glied (1) einen Steuereingang zur Steuerung seines Ladespannung nacheinander in den jeweils zugcord-Dämpfungsfaktors aufweist. neten Zeitabschnitten die Verstärkung beeinflußt, und

in den darauffalgenden Lotperioden wird jeweils die

65 aus der vorangegangenen Lotperiode stammende La-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur dung der Speicher entsprechend den Änderungen der

Regelung von durch ein Hydrophon empfangenen Empfangsspannungen in den ihnen zugeordneten

und von einem Sonarempfänger abgegebenen Echo- Zeitabschnitten zeitverzögert korrigiert. Diese Anord-