DE1964096A1

DE1964096A1 - Sound locator

Info

Publication number: DE1964096A1
Application number: DE19691964096
Authority: DE
Inventors: Haslett Roy William George; William Halliday
Original assignee: Smiths Group PLC
Current assignee: Smiths Group PLC
Priority date: 1965-06-23
Filing date: 1969-12-20
Publication date: 1970-08-13
Also published as: FR2026734A6; GB1234237A; NL6918965A

Description

PATENTANWÄLTE Telefon-. [0271)32409PATENT LAWYERS Telephone. [0271) 32409

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT Telegramm-Adr.: Patschub, Siegen DIPL-ING. ERICH SCHUBERT Telegram address: Patschub, Siegen

DIPL-ING. DIPL-W.-ING. G. ZWIRNERDIPL-ING. DIPL-W.-ING. G. ZWIRNER

59 Siegen, Postfach 325 Bankkonten: 59 Siegen, PO Box 325 Bank accounts:

Eiserner Straße 227 Deutsche Bank AG.,Eiserner Strasse 227 Deutsche Bank AG.,

Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)Branches in Siegen and Oberhausen (RhId.)

69 175 Kü/Schm ' 18. Dez. 1 969 69 175 Kü / Schm ' Dec. 18, 1 969

Smiths Industries limited Cricklewood Works, London, H.W.2,Smiths Industries limited Cricklewood Works, London, H.W.2,

EnglandEngland

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Wr. 60652/68 vom 20. Dez. 1968 beansprucht.For this application the priority is derived from the British patent application Wr. 60652/68 of Dec. 20, 1968 claimed.

Schall-Ortungsgerät (Zusatz zu P 15 48 516.2-35)Sound location device (addition to P 15 48 516.2-35)

Die Erfindung bezieht sich auf Schall-Ortungsgeräte, bei denen eine Mehrzahl von Elementen Echos akustischer Energie aus verschiedenen Richtungen über einen Winkelsektor hinweg empfangen und andere der Elemente Echos aus anderen Richtungen empfangen und jedes Element seinen eigenen individuellen Empfangskanal zum Ermitteln der durch das jeweilige Element empfangenen Echos aufweist, wobei eine Darstellung zumindest der Richtung innerhalb des Sektors, aus dem ein Echo empfangen wird, in Übereinstimmung mit jeweils demjenigen der Empfangskanäle, der das jeweilige Echo ermittelt, vor-The invention relates to sound location devices, in which a plurality of elements echoes acoustic energy from different directions over an angular sector and other of the elements receive echoes from other directions and each element its own individual Receiving channel for determining the echoes received by the respective element, a representation at least the direction within the sector from which an echo is received, in accordance with each the reception channels that determine the respective echo.

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gesehen ist, und wobei ein sphärischer oder rundzylindrischer Konkavreflektor allen Elementen zugeordnet ist und die Elemente dicht nebeneinander auf oder nahe der Fokalfläche des Reflektors so angeordnet sind, daß sie dadurch Echos aus individuellen, dicht beabstandeten WinKelrichtungen über den Sektor hinweg empfangen.is seen, and being a spherical or round cylindrical Concave reflector is assigned to all elements and the elements are close to one another on or near the focal surface of the reflector are arranged so that they thereby echoes from individual, closely spaced angular directions across the sector receive.

Ein solches Gerät ist in der Hauptanmeldung P 15 48 516.2-35 beschrieben und beansprucht, und die vorliegende Erfindung betrifft eine V/eiterentwicklung dieses Gerätes.Such a device is described and claimed in the main application P 15 48 516.2-35, and the present invention concerns a further development of this device.

Erfindungsgemäß ist ein Schall-Ortungsgerät der vorgenannten Gattung dadurch gekennzeicnnet, daß die Echoeaipfaii£,selemente *::it den individuellen Empfangskanälen über eine Selektoreinrichtung gekoppelt sind, welche die so gekoppelten Echoer^pfangselemente aus einer viel größeren Anzahl von Elementen auswählt, die auf oder nahe der Fokalfläche des Reflektors angeordnet sind.According to the invention, a sound location device is the aforementioned Genus characterized by the fact that the Echoeaipfaii £, selemente * :: it the individual receiving channels via a Selector device are coupled, which the Echoer ^ receiving elements coupled in this way from a much larger number of elements selects which are arranged on or near the focal surface of the reflector.

Bei dem Gerät nach der Hauptanneldung ist jedes Echoempfangs element mit einem individuellen Empfangskanal versehen, so daß die komplette Reichweite des Überwachungssektors in einer statischen Weise vorgesehen ist; beim Gerät nach der vorliegenden Erfindung sind weniger -^mp fangs kanal e als Schoempfangselemente erforderlich, so daß in jedem besonderen J?all eine Reduzierung der Anzahl von erforderlichen Kanälen ermöglicht wird. Dies wird erzielt, ohne daß der belegte Überwachungssektor wesentlich beeinträchtigt wird, wobei eine entsprechende Betätigung der Selektoreinrichtung die Möglichkeit bietet, den ganzen Sektor oder irgendeinen bestimmten 'Teil desselben, je nach Wunsch, zu belegen. Die Kombination der Elemente, die für die Kopplung mit den individuellenWith the device after the main announcement, every echo is received element is provided with an individual receiving channel, so that the entire range of the surveillance sector is provided in a static manner; at the device of the present invention are less - ^ mp fangs canal e than Schoempfangselemente required so that in each special All a reduction in the number of channels required is made possible. This is achieved without significantly affecting the occupied surveillance sector, with a corresponding actuation of the selector device offers the possibility of the whole sector or any specific one 'Part of the same, as desired, to occupy. The combination of elements necessary for coupling with the individual

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Empfangskanälen ausgewählt wird, kann entsprechend der Bewegung eines Schiffes oder eines anderen, das Gerät tragenden Körpers so verändert werden, daß eine Stabilisierung der Wiedergabedarstellung erreicht wird. Alternativ kann die Kombination auch entsprechend einem Steuer- bzw. Lenkbefehl verändert werden, der beispielsweise von einer Handsteuerung abhängig ist, die von einer das Gerät bedienenden Person vorgenommen wird.Receiving channels is selected, according to the movement of a ship or another, the device can supporting body are changed so that a stabilization of the reproduction is achieved. Alternatively the combination can also be changed according to a control or steering command, for example from a Manual control is dependent, which is carried out by a person operating the device.

Die Echcempfangselemente können beispielsweise elektroetriktive Wandler (Wandler mit umgekehrtem piezoelektrischem Effekt) aus Barlumtitanat sein und werden vorzugsweise dicht nebeneinander auf oder nahe der Pokalfläche des Reflektors angeordnet, um Echos aus verschiedenen, dicht beabstandeten Winkelrichtungen über den gesamten Überwachungssektor hinweg eu empfangen. Der Mindest-Winkelabstand, der zwischen den Empfangsrichtungen erzielt werden kann, ist zu einem wesentlichen Ausmaß abhängig von der Dichte, in welcher die Echoempfangselemente auf oder nahe der Fokalfläche untergebracht werden können· In dieser Hinsicht wird die räumliche Abmessung jedes Elementes vorzugsweise so klein gewählt, wie es hinsichtlich der Verteilung der aus der entsprechenden Richtung empfangenen Echoenergie in der Fokalfläche eben noch iraktikabel ist. Durch die Verwendung einer kleinen Abmessung läßt sich eine große Anzahl vcn Elementen unterbringen, um irgendeinen bestimmten SeKtor mit einem hohen Grad von Hichtungsschärfe bzw. -genauigkeit zu biegen bzw. abzudecken.The echo receiving elements can, for example, be electroetrictive Transducers (transducers with reverse piezoelectric effect) made of barlum titanate and are preferably tight arranged side by side on or near the cup surface of the reflector to echoes from different, closely spaced one another Receive angular directions across the entire surveillance sector. The minimum angular distance between the Receiving directions can be achieved is to a significant extent dependent on the density in which the echo receiving elements can be housed on or near the focal plane · In this regard, the spatial dimension each element is preferably chosen to be as small as it is in terms of the distribution of the corresponding Direction received echo energy in the focal area is still iraktikabel. By using a small Dimension can accommodate a large number of elements to accommodate any particular sector with a high Degree of sharpness or precision to cover.

Ein Schall-Ortungsgerät gemäi der Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung beschrieben. Dieses Gerät, welches in der Zeichnung schematise}! dargestellt ist, ist für die Verwendung auf einem Schiff test im. t, um akustische Echcs von ünterwasser-NZielen" zuA sound location device according to the invention is now with reference to the drawing that shows them for example. This device, which in the drawing schematize}! shown is for use on a ship test im. t to "audible echcs from underwater destinations"

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empfangen. Die "Ziele" können Fische oder andere Unterwasserobjekte sein, die sich über dem Meeresgrund oder auf diesem befinden, und der Meeresgrund selbst kann ein "Ziel" sein.receive. The "targets" can be fish or other underwater objects that are above or on the ocean floor, and the ocean floor itself can be a "target".

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, sind vierhundert identische elektromechanische Wandler 1 dicht nebeneinander in einer quadratischen Anordnung von 20 Kolonnen und 20 Reihen nahe der kugeligen Fokalfläche eines kugeligen Konkavreflektors 2 von quadratischer Öffnung angeordnet. Die Wandler 1, welche elektrostriktive Wandler, d.h. solche mit umgekehrtem piezoelektrischem Effekt, sind, sind über individuelle elektrische Wege 3 mit einer Torschalt- bzw. VerknüpfungseinheitAs can be seen from the drawing, four hundred identical electromechanical transducers 1 are close together in a square arrangement of 20 columns and 20 rows near the spherical focal surface of a spherical concave reflector 2 arranged by square opening. The transducers 1, which are electrostrictive transducers, i.e. those with the reverse piezoelectric effect, are, are via individual electrical paths 3 with a gate switching or linking unit

4 verbunden. Zwanzig Sende-lmpfangs-Kanäle 5 sind mit der Verknüpfungseinheit 4 über individuelle elektrische Wege 6 verbunden, und die Einheit 4 dient dazu, die zwanzig Wege 6 jeweils mit den Wegen 3 einer ausgewählten Kombination von zwanzig der Wandler 1 zu verbinden. Die besondere Kombination von zwanzig Wandlern 1, die für die Verbindung mit den Kanälen4 connected. Twenty transmit / receive channels 5 are connected to the Linking unit 4 via individual electrical paths 6 connected, and the unit 4 serves to connect the twenty paths 6 each with the paths 3 of a selected combination of twenty of the transducers 1 to connect. The special combination of twenty converters 1 that are used to connect to the channels

5 in dieser Weise ausgewählt wird, ist abhängig von der Steuerung bzw. Kontrolle, welche durch eine Steuerkontrolleinheit ausgeführt wird. Die Einheit 7 liefert Torschalt- bzw. Auftastsignale nach der Einheit 4 über elektrische Wege 8, und diese Sigi&e bestimmen die zwanzig Wege 3, die mit den Wegen der jeweiligen Kanäle 5 verbunden werden.5 is selected in this way, depends on the control or control, which by a control control unit is performed. The unit 7 supplies gate switching or opening signals to the unit 4 via electrical paths 8, and these Sigi & e determine the twenty ways 3, those with the ways of the respective channels 5 are connected.

Da jeder Wandler 1 nahe der Fokalfläche des Reflektors 2 angeordnet ist, hat er vom Reflektor 2 aus eine individuelle Sende- und folglich auch Empfangsrichtung. Da die Wandler 1 dicht nebeneinander in einer zweidimensionalen Anordnung nahe der Fokalfläche angeordnet werden, haben die individuellen Senderichtungen vom Reflektor 2 aus sowohl im Azimut als auch in der Höhe kleine Winkelabstände zueinander. Die vier-Since each transducer 1 is arranged near the focal surface of the reflector 2, it has an individual one from the reflector 2 Send and thus also receive direction. Because the transducers 1 are close to each other in a two-dimensional arrangement the focal surface are arranged, have the individual transmission directions from the reflector 2 in both azimuth and small angular distances to each other also in height. The four-

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hundert Wandler 1, in Kombination mit dem Reflektor 2, sind dadurch in der Lage, individuelle Richtstrahlen akustischer Energie auszusenden, die sich in verschiedenen Richtungen über einen begrenzten, abwärts gerichteten Kugelsektor hinweg ausbreiten, welcher am Schiff zentriert ist. Nur zwanzig der vierhundert Wandler 1 werden zu einem bestimmten Zeitpunkt mit den Trägerschwingungen beliefert, so daß eine Aussendung akustischer Energie nur innerhalb eines Teiles dieses Kugelsektors erfolgt, wobei die in Frage kommenden jeweiligen Strahlrichtungen davon abhängig sind, welche Kombination von ' zwanzig Wandlern durch die Yerknüpfungseinheit 4 ausgewählt wird. Die der Einheit 4 durch die Steuerkontrolleinheit 7 zugeführten Torschalt- bzw. Auftastsignale sind so, daß die ausgewählte Kombination aus zwanzig Wandlern 1 besteht, die benachbarte Positionen in der Anordnung einnehmen und dadurch dicht beabstandete Energiestrahlen erzeugen, die sich über einen einzigen diskreten Abschnitt des durch die Anordnung abgedeckten Kugelsektors hinweg ausbreiten»one hundred transducers 1, in combination with the reflector 2, are as a result, it is able to send out individual directional beams of acoustic energy that move in different directions Spread over a limited, downward spherical sector centered on the ship. Only twenty the four hundred transducers 1 are supplied with the carrier oscillations at a certain point in time, so that a transmission acoustic energy occurs only within a part of this spherical sector, with the respective Beam directions are dependent on which combination of twenty transducers is selected by the linking unit 4 will. The gate switching or opening signals fed to the unit 4 by the control control unit 7 are such that the selected Combination consists of twenty transducers 1, which occupy adjacent positions in the arrangement and thereby create closely spaced beams of energy that travel over a single discrete portion of the through the array spread out covered spherical sector »

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Reflektor vom Schiff aus seitwärts gerichtet, und die Einheit 7 wählt die Wandler 1 in ihren horizontalen Reihen aus zwanzig aus. j Die Anlage liefert dementsprechend zwanzig dicht beabstandete Richtstrahlen akustischer Energie, die sich über den vollen Azimutalsektor hinweg ausbreiten und vom Schiff abwärts gerichtet sind, und zwar um einen Betrag, der von der jeweils ausgewählten Reihe abhängig ist. Die ausgewählte besondere Reihe von Wandlern 1 wird entsprechend der Rollbewegung des Schiffes derart geändert, daß die Abwärtsneigung des Aussendesektors im wesentlichen relativ zur Horizontalen konstant gehalten wird. Die Einheit 7 enthält zu diesem Zweck eineIn the present embodiment, the reflector is directed sideways from the ship, and the unit 7 dials the transducers 1 in their horizontal rows of twenty. j The system provides twenty closely spaced Directional beams of acoustic energy that propagate over the full azimuthal sector and are directed downwards from the ship by an amount that depends on the selected row. The selected special Row of transducers 1 is changed according to the rolling movement of the ship so that the downward inclination of the outward sector is kept essentially constant relative to the horizontal. The unit 7 contains a for this purpose

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Vertikal-Bezugseinrichtung (nicht dargestellt, aber beispiels weise ein Kreisel oder ein Pendel), und gerade aus dem von dieser Einrichtung gelieferten Maß für den Rollwinkel werden die für diese Stabilisierung notwendigen Torschalt- bzw. Auftastimpulse abgeleitet.Vertical reference device (not shown, but for example wise a gyroscope or a pendulum), and exactly from the measure for the roll angle supplied by this device the gate switching or opening pulses necessary for this stabilization derived.

Wenn irgendein Teil der ausgesendeten Energie als ein Echo innerhalb des Sendesektors zurückgeworfen wird, dann kehrt dieser Teil über den Heflektor 2 zurück, um durch den einen oder anderen Wandler 1 empfangen zu werden, je nachdem, aus welcher -Richtung das Echo empfangen wird. Echos, die auf diese Weise durch die ausgewählten Wandler 1 empfangen werden, erzeugen in diesen elektrische Signale, die den· individuell zugeordneten Kanälen 5 über die Wege 3, die Verknüpfungseinheit 4 und die Wege 6 zugeführt werden. Jedes Echosignal wird nach Verstärkung und Erfassung im jeweiligen Kanal 5 über den entsprechenden Weg 11 für die Wiedergabe durch die Wiedergabeeinheit 12 weitergegeben. Eine Synchronisation der Zeitbasis der Wiedergabe mit der Aussendung der akustischen Impulse wird mittels eines elektrischen Signals erzielt, welches der Einheit 12 über den Weg 15 zugeführt und in Bezug auf seine Zeiteinteilung mit der Zuführung von Impulsen von den Kanälen 5 nach den ausgewählten Wandlern 1 synchronisiert wird. Durch die Verwendung separater Kanäle beim Smpfang der Echosignale wird sichergestellt, daß die Richtungsinformation in Bezug auf jedes Ecno erhalten bleibt, wobei die Richtungsschärfe bzw. -genauigkeit von der Breite des Strahls abhängig ist, der von jedem Wandler 1 über den Reflektor 2 ausgeht, und außerdem von der Anzahl von Wandlern (und dadurch auch von der Anzahl der verwendeten separaten Richtstrahlen) für den abgedeckten bzw. belegten Sektor. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel hat jeder Richtstrahl eineIf any part of the emitted energy is reflected back as an echo within the transmission sector, then this part returns via the deflector 2 in order to be received by one or the other transducer 1, depending on which direction the echo is received from. Echoes that are received in this way by the selected transducers 1 generate electrical signals in them, which are fed to the individually assigned channels 5 via the paths 3, the linking unit 4 and the paths 6. After amplification and detection in the respective channel 5, each echo signal is passed on via the corresponding path 11 for reproduction by the reproduction unit 12. A synchronization of the time base of the reproduction with the emission of the acoustic pulses is achieved by means of an electrical signal which is supplied to the unit 12 via the path 15 and is synchronized with regard to its timing with the supply of pulses from the channels 5 to the selected transducers 1 . The use of separate channels when receiving the echo signals ensures that the directional information is retained in relation to each Ecno, the directional sharpness or accuracy depending on the width of the beam that emanates from each transducer 1 via the reflector 2, and also on the number of transducers (and thereby also on the number of separate directional beams used) for the sector covered or occupied. In the present embodiment, each directional beam has one

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Halbwerfbreite von einem Grad, und zwar sowohl in der Höhe als auch im Azimut, wobei die individuellen Senderichtungen für die zwanzig Wandler 1 jeder Reihe gleichförmig bzw. gleichmäßig über einen Sektor von zwanzig Grad verteilt sind. Die Wellenlänge der akustischen Energie im Wasser ist in diesem Falle 0,6 cm, und der Reflektor 2 hat eine Brennweite von 50 cm, wobei die Seiten seiner quadratischen Öffnung je eine Län^e von 30,6 cm aufweisen. (Die Breite des Richtstrahls in Grad und gemessen in der Ebene jeder Öffnungsdimension beträgt im vorliegenden Falle etwa 51^/X» wobei λ. die Wellenlänge Λ und X die jeweilige Öffnungsdimension ist.) Jeder Wandler 1 ist im wesentlichen quadratisch mit einer Seitenlänge von 0,88 cm, gemessen parallel zu den Seiten der quadratischen öffnung.Half throw of one degree, both in height and in azimuth, the individual transmission directions for the twenty transducers 1 in each row being distributed uniformly or evenly over a sector of twenty degrees. The wavelength of the acoustic energy in the water is in this case 0.6 cm, and the reflector 2 has a focal length of 50 cm, the sides of its square opening each having a length of 30.6 cm. (The width of the directional beam in degrees and measured in the plane of each opening dimension is about 51 ^ / X »where λ. Is the wavelength Λ and X is the respective opening dimension.) Each transducer 1 is essentially square with a side length of 0 , 88 cm, measured parallel to the sides of the square opening.

Die Seitendimension jedes Wandlers 1 wird im Einklang mit einem wirkungsvollen Betrieb so klein wie möglich gewählt, damit eine große Anzahl von Wandlern 1 in jeder Reihe auf oder nahe der Fokalfläche untergebracht werden kann (um eine entsprechend große Anzahl von Richtstrahlen innerhalb des Senäesektore zu erzeugen und dadurch einen hohen Grad von Genauigkeit bzw. Schärfe sicherzustellen), und derart, daß dementsprechend eine große Anzahl Reihen innerhalb des Winkelbereichee unter- ( gebracht werden kann, über welchen eine Roll-Stabilisierung erforderlich ist. Die allgemeinen Paktoren, welche die Wahl beeinträchtigen, eind in der Hauptanmeldung erläutert.The side dimension of each transducer 1 is made as small as possible in accordance with efficient operation, so that a large number of transducers 1 can be accommodated in each row on or near the focal plane (by one correspondingly large number of directional beams within the Senäesector to produce and thereby to ensure a high degree of accuracy or sharpness), and such that accordingly a large number of rows can be accommodated within the angular range over which roll stabilization is required. The general factors affecting choice are explained in the main application.

Betrachtet man die Konstruktion des Schall-Ortungsgerätes mehr im einzelnen, so enthält ^eder 5ende-Empfangs-Kanal 5 einen Sende-Enpfangs-Schalter 21, der mit einem Sendeverstärker 22 und einem Empfangsverstärker 23 verbunden ist. Die pulsierenden Trä^erweliensignale werden über den Verstärker 22 von einemIf one looks at the construction of the sound location device in more detail, each 5-end reception channel contains 5 a transmit / receive switch 21, which is connected to a transmit amplifier 22 and a receiving amplifier 23 is connected. The pulsating Inertia signals are through the amplifier 22 of a

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Tor 24 geliefert, wobei das Tor 24 von der gemeinsamen Sende-Steuereinheit 10 die dem Kanal 5 über die Wege 9 und 14 zugeführten Signale empfängt. Die Einheit 10 liefert neben den Trägerschwingungen, die sie an den Weg 14 anlegt, auch eine Kette von Torimpulsen nach der Ader 9, und die Impulse dieser Kette steuern die Betätigung des Tores 24, um vom Weg 14 nach dem Verstärker 22 entsprechende Impulse der Trägerwellenschwingungen zu übermitteln. Die Trägerwellenschwingungen haben beim vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Frequenz von zweihundertfünfzig Kilohertz, und jeder Schwingungsimpuls hat eine Dauer von dreißig Mikrosekunden.Gate 24 delivered, the gate 24 from the common transmission control unit 10 receives the signals fed to channel 5 via paths 9 and 14. The unit 10 delivers in addition to Carrier vibrations, which it applies to the path 14, also a chain of gate pulses after the wire 9, and the pulses of this Chain control the actuation of the gate 24 to generate corresponding pulses of the carrier wave oscillations from the path 14 to the amplifier 22 to submit. In the present exemplary embodiment, the carrier wave oscillations have a frequency of two hundred and fifty kilohertz, and each has an oscillation pulse a duration of thirty microseconds.

Echosignale, die während der Intervalle zwischen dem Aussenden von aufeinanderfolgenden Trägerwellenimpulsen empfangen werden, werden durch den Schalter 21 dem Verstärker 23 zugeführt. Der Verstärker 23, der eine automatische Verstärkungsregelung aufweist, gibt jedes Echosignal an einen Detektor 25 weiter, und das resultierende erfaßte Signal wird vom Kanal 5 nach der gemeinsamen Wiedergabeeinheit 12 über den entsprechenden Weg 11 geliefert.Echo signals received during the intervals between the transmission of successive carrier wave pulses are fed to the amplifier 23 through the switch 21. The amplifier 23, which has an automatic gain control has, forwards each echo signal to a detector 25, and the resulting detected signal is from Channel 5 after the common playback unit 12 via the corresponding way 11 delivered.

Die Wiedergabeeinheit 12 liefert entsprechend den Signalen, welche sie über die zwanzig ^rtege 11 empfängt, eine rcllstabilisierte Wiedergabe, die sowohl die Richtung als auch die Entfernung anzeigt, aus welcher Echos durch das Gerät empfangen werden. Signale, die Echos entsprechen, v/eiche aus unterschiedlichen Peilwinkeln aufgenommen werden, werden durch die Einheit 12 über unterschiedliche der Wege empfangen, wobei der in Betracht kommende besondere Weg 11 in jedem Falle die entsprechende dichtung bezeichnet. Die Zeitsteuerung bzw. Taktfolge des empfangenen Ecnos in Bezug auf den ausgesendeten Impuls bildet in herkömmlicher Weise ein Kai3 für die Entfernung, aue welcher das Echo empfangen wird.The playback unit 12 supplies corresponding to the signals which they ege ^rt over twenty 11 receives a rcllstabilisierte playback, both the direction and indicating the distance from which echoes received by the device. Signals which correspond to echoes which are picked up from different bearing angles are received by the unit 12 via different paths, the particular path 11 being considered in each case designating the corresponding seal. The time control or clock sequence of the received Ecnos in relation to the transmitted pulse forms in a conventional manner a Kai3 for the distance from which the echo is received.

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Die wirkliche Konstruktion der Wiedergabeainheit 12 ist nicht von primärer Bedeutung, kann aber zweckmäßig jede beliebige der in den Fign. 2 bis 4 der Hauptanmeldung dargestellten Ausführungsformen haben.The actual construction of the display unit 12 is not of primary importance, but can suitably be any any of the in FIGS. 2 to 4 of the main application have illustrated embodiments.

Das oben beschriebene Gerät kann einfach und wirtschaftlich hergestellt werden, wobei die Notwendigkeit, eine Vielzahl von separaten Sende-Empfangs-Kanälen 5 vorzusehen, leicht erfüllt werden kann, beispielsweise durch Techniken, die auch gedruckte Schaltungen einschließen. Die Kanäle 5 können natürlich auch dadurch vereinfacht werden, daß die Funktion jedes Kanals auf den Empfang beschränkt wird, wobei das Aussenden mittels einer Einheit durchgeführt wird, welche allen ausgewählten zwanzig Wandlern 1 oder sogar allen vierhundert Wandlern gemeinsam ist. Separate Wandler könnten für das Senden und Empfangen verwendet werden, wobei das Aussenden beispielsweise durch einen Wandler erfolgt, welcher dem Reflektor nicht zugeordnet ist.The device described above can be produced simply and economically, with the need for a variety to provide separate transmit-receive channels 5, can easily be met, for example by techniques that also include printed circuits. The channels 5 can of course also be simplified in that the function of each Channel is limited to reception, the transmission being carried out by means of a unit which all selected twenty transducers 1 or even all four hundred transducers is common. Separate converters could be used for sending and receiving can be used, the transmission taking place, for example, by a transducer which is attached to the reflector is not assigned.

Mit den separaten Sende-Empfangs-Kanälen 5 kann das Aussenden von Impulsen von den unterschiedlichen Wandlern 1 der ausgewählten Kombination gleichzeitig oder nacheinander erfolgen und kann auch zweckmäßig unter Verwendung unterschiedlicher Trägerfrequenzen zwischen diesen Wandlern 1 erfolgen. (Im letzteren Zusammenhang braucht einfach nur dafür gesorgt zu werden, daß unterschiedliche Frequenzen zwischen benachbarten Paaren oder größeren Gruppierungen von Wandlern 1 verwendet werden.) Die Verwendung unterschiedlicher Trägerfrequenzen in dieser Weise kann bei der Unterscheidung zwischen Echos von praktischer Bedeutung sein, die aus Bereichen empfangen werden, wo Seitenzipfel /side-lobes/ von benachbarten Wandlern 1 einander überlappen. Zum gleichen Zweck können die Trägerwellen in ihrer Frequenz durch Zufallsgeräuschsignale bzw. Signale für statistisches bzw. weißes Rauschen /randomnoise signals/ moduliert werden, wobei unterschiedliche Modu-With the separate transmit-receive channels 5, the transmission of pulses from the different transducers 1 of the Selected combination take place simultaneously or one after the other and can also expediently using different Carrier frequencies between these transducers 1 take place. (In the latter context, it just needs to be taken care of to become that different frequencies between adjacent pairs or larger groupings of transducers 1 used .) The use of different carrier frequencies in this way can help in distinguishing between Of practical concern are echoes received from areas where side-lobes / from neighboring ones Converters 1 overlap each other. For the same purpose, the frequency of the carrier waves can be determined by random noise signals or signals for statistical or white noise / random noise signals / are modulated, with different modulo

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lierungssignale für Unterscheidungszwecke, wie zwischen benachbarten Wandlern, verwendet werden. Die Seitenzipfel des durch die Wandler 1 und den Reflektor 2 im Zusammenwirken erzeugten Richtstrahles könnten durch besondere Formgebung des Reflektors 2 reduziert werden.lation signals for discrimination purposes, such as between adjacent ones Converters, are used. The side lobes of the transducer 1 and the reflector 2 work together The directional beam generated could be reduced by the special shape of the reflector 2.

Die Steuerkontrolleinheit 7 wählt, wie beschrieben, die eine oder andere der Reinen von Wandlern 1 in Abhängigkeit von der Rollbewegung des Schiffes aus, aber es ist natürlich auch möglich, daß die Einheit 7 eine Auswahl auf der Basis einer anderen Gruppierung der Wandler 1 trifft. Insbesondere kann die Einheit 7 auch so eingerichtet werden, daß sie die eine oder andere der Kolonnen von Wandlern 1 beispielsweise in Abhängigkeit von der Gierbewegung des Schifies auswählt, um auf diese Weise eine gierungsstabilisierte Wiedergabe zu liefern. Natürlich braucht die Auswahl nicht an die lineare Gruppierung von Reihe oder Kolonne gebunden zu sein, und in dieser Hinsicht kann die Kombination von zwanzig Wandlern auch als eine zweidimensional Anordnung ausgewählt werden, z.B. eine 5x4 -Anordnung, die durch Auswahl der Wandler 1 gebildet wird, welche in irgendeiner identifizierten Gruppe von vier aufeinanderfolgenden Reihen in irgendeiner identifizierten Gruppe von fünf aufeinanderfolgenden Kolonnen liegen. Die Identifizierung der entsprechenden Gruppen von aufeinanderfolgenden Reihen und Kolonnen kann innerhalb der Einheit 7 entsprechend der Roll-, Längsneigungs- oder Gierbewegung des Schiffes oder irgendeiner Kombination aus diesen Bewegungen erfolgen, um so eine entsprechend stabilisierte Wiedergabe zu liefern. Diese Identifizierung, wie bei der Auswahlkontrolle, die durch die Einheit 7 in anderen Fällen durchgeführt wird, kann selbstverständlich in Übereinstimmung mit einem Richtstrahl-Steuer- bzw. -Lenkb-efehl ausgeführt werden, der unabhängig von der Bewegung des Schiffes abgeleitet wird; der BefehlAs described, the control control unit 7 selects one or the other of the pure transducers 1 as a function from the roll movement of the ship, but it is of course also possible for the unit 7 to make a selection on the basis of another grouping of transducers 1 meets. In particular, the unit 7 can also be set up so that they selects one or other of the columns of transducers 1, for example depending on the yaw movement of the Schifies, so as to provide yaw stabilized playback. Of course, the selection doesn't need to be linear Grouping to be bound by row or column, and in this regard can be the combination of twenty transducers can also be selected as a two-dimensional arrangement, E.g. a 5x4 arrangement, which can be achieved by selecting the converter 1 which is in any identified group of four consecutive rows in any identified Group of five consecutive columns. Identifying the appropriate groups of consecutive Rows and columns can be arranged within the unit 7 according to the roll, pitch or yaw movement of the Ship or some combination of these movements are carried out in order to achieve a correspondingly stabilized reproduction deliver. This identification, as with the selection control, which is carried out by the unit 7 in other cases, can of course in accordance with a directional beam control or -Lenkb-efehl executed independently is derived from the movement of the ship; the command

kann beispielsweise einfach in Übereinstimmung mit einer durch eine Bedienungsperson vorgenommene Handsteuerung abjpLeitet werden. Unter diesen letzteren Umständen wird es sicherlich notwendig sein, den Befehl auch der Wiedergabeeinheit 12 zu übermitteln, damit die vorgesehene Wiedergabe jeweils in Übereinstimmung mit der durchgeführten riichtstrahlsteuerung bzw. -lenkung modifiziert wird.can, for example, be easily derived in accordance with manual control performed by an operator will. In these latter circumstances it will certainly be necessary to also give the command to the playback unit 12 to be transmitted so that the intended reproduction in each case in accordance with the directional beam control carried out or steering is modified.

In den Fällen, wo die Einheit 7 eine zweidimensional Anordnung der Wandler 1 auswählt, können die durch die separaten Kanäle 6 algeleiteten Echosignale dazu verwendet werden, ™ ein eweidimensionales Wiedergabe-"Bild" des Wassers in einer ausgewählten Entfernung zu liefern, wc bei Ziele in der zu den ausgesendeten Hientstrahlen in dieser Entfernung senkrecnt verlaufenden Ebene in der Wiedergabe als stellen bzw. Positionen dargestellt werden, welche den Positionen in der Ebene entsprechen. Die ausgesendeten akustischen oignale können in diesem Falle ungedämpfte Wellen (Cw) /continuous-wave/ anstelle von pulsmodulierten sein, und dementsprechend sind dann die empfangenen Echos im wesentlichen kontinuierlich bzw. ungedämpft. Es kam; in diesem Falle notwendig sein, die oendefrequen« eu erhöhen, um den _t;ewünschten *irad von Schärfe bzw. Genauigkeit aufrechtzuerhalten. Die --ntfernungswahl wii*d λ In cases where the unit 7 selects a two-dimensional arrangement of the transducers 1, the echo signals passed through the separate channels 6 can be used to provide a two-dimensional display "image" of the water at a selected distance, wc at targets in of the plane running perpendicular to the emitted stalk rays at this distance are represented in the reproduction as places or positions which correspond to the positions in the plane. In this case, the emitted acoustic signals can be undamped waves (Cw) / continuous-wave / instead of pulse-modulated ones, and accordingly the received echoes are then essentially continuous or undamped. It came; in this case be necessary to increase the oendefrequen "eu to the _t; ewünschten * IRAD of sharpness and accuracy to maintain. The --distance selection wii * d λ

durch entsprechende Zeitsteuerung der empfangenen Echosignale bewirkt, und die Anordnung kann einf'-ch dadurch, daß die Seittnteilung bnw. r.eitsteuerung aes torgesteuerten Intervalls progressiv mit 3ezug auf das Synchronisiei*ungssignal auf den. Weg 13 verändert vird, so getroffen werden, da3 die Wiedergabe eine -iuerschnittsansicht des unter Beotachtung stehenden Wasservoluraens in einem sich progressiv ändernden Entfernungsbereicn bietet. Außerdem ist es durch Verwendung einer unterschiedlichen Verzögerung zwischen den Tersteuerungsiiitervallen der verschiedenen Kanäle 5 mcglie.¹., "Bilder" aus Ebenen zucaused by appropriate timing of the received echo signals, and the arrangement can be made easy by the fact that the side division bnw. The timing control at the gated interval progressively with reference to the synchronization signal on the. Path 13 can be changed so that the display offers a cross-sectional view of the water volume under observation in a progressively changing range of distance. It is also possible by using a different delay between the control intervals of the different channels. ^1. , "Images" from layers too

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präsentieren, die aus der Normalen bzw. Senkrechten zu den ausgesendeten Richtstrahlen geneigt ist.present, which is inclined from the normal or perpendicular to the emitted directional beams.

Wiedergabetechniken, welche stereoskopische Effekte einschließen, und zwar reale oder simulierte, können bei dem Gerät verwendet werden. Als ein einfaches Beispiel können die Echosignale von den unterschiedlichen Kanälen 5 separaten Anzeigelampen zugeführt werden, die voneinander wegbewegt werden oder denen durch gewisse optische Mittel der Anschein gegeben wird, daß sie sich voneinander wegbewegen, um den sich ändernden Entfernungsbereich zu simulieren, und in diesen Fällen kann ein stereoskopischer bzw. räumlicher Anblick des unter Beobachtung stehenden Wasservolumens erreicht werden, wobei eine binokulare Betrachtung der resultierenden Wiedergabe zur Anwendung kommt.Playback techniques which include stereoscopic effects, real or simulated, can be used in the device be used. As a simple example, the echo signals from the different channels 5 can be separate Indicator lights are fed which are moved away from each other or which appear by some optical means are given to move away from each other to simulate the changing range of distance, and in this Cases, a stereoscopic or spatial view of the water volume under observation can be achieved, binocular viewing of the resulting display is used.

Zusätzlich dazu kann durch Vorsexien einer Einetellniöglichkeit der Verschiebung der Reihe von Wandlern 1 mit Bezug auf die Fckalflache des Reflektors 2 die Entfernung, bei welcher Ziele sich irr; Brennpunkt befinden, selektiv eingeregelt werden. Durch entsprechende Wahl der Parameter der Anordnung und des Reflektors 2 kann eine kleine Feldtiefe erhalten werden, wobei Zic-le innernalb des Brennpunktes bzw. der Brennebene (Fokus) für die Wiedergabe bei teilweiser Eliminierung von Zielen außerhalb des Brennpunktes bzw. der Brennebene präsentiert werden. Ein Anschlag bzw. eine Blende /^tcp/, der bzw. die eich im Krümmungsmittelpunkt des Reflektors 2 befindet, /:&:x dazu verwendet werden, den Austritts- und Eintrittswinkel akustischer Energie rait Bezug auf den Reflektor zu begrenzen und dadurch eine gleichmäßige akustische Flächenceleg^ng an der effektiven Cffr.,ng der Anlage sicherzustellen.In addition, an adjustment option can be made by pre-exiting the displacement of the row of transducers 1 with respect to the fckalflache of the reflector 2 the distance, at which goals are wrong; Are focal point, can be adjusted selectively. By choosing the parameters accordingly the arrangement and the reflector 2 can be obtained a small depth of field, with Zic-le inside the focal point or the focal plane (focus) for reproduction with partial elimination of targets outside the focal point or the Focal plane are presented. A stop or a diaphragm / ^ tcp / that is calibrated in the center of curvature of the reflector 2, /: &: x can be used to define the exit and entry angles acoustic energy rait reference to the reflector to limit and thereby a uniform acoustic surface celeg ^ ng to ensure the effective cffr., ng of the plant.

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Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind»The invention also relates to modifications of the embodiment outlined in the accompanying patent claim 1 and refers above all to all features of the invention, which are disclosed individually - or in combination - throughout the description and drawing »

Claims

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Claims

-H- 69 175 Kü / Schm patent claims

1.' Sound location device in which a reciprocal number of elements receive echoes of acoustic energy from different directions over an angular sector and others of the elements receive echoes from other directions and each element has its own individual receiving channel for determining the echoes received by the respective element »where one representation of at least the Ricntun _£ within de3 sector from which an echo is received, in accordance iriit respectively that of the reception channels; it determines the respective echo, is provided, and a spherical or round cylindrical concave reflector is assigned to all elements and the elements are arranged close to one another on or near the focal surface of the reflector so that they thereby echoes from individual, closely spaced angular directions across the sector received, according to P 15 48 516.2, characterized in that the echo receiving elements (1) are coupled to the individual receiving channels (5) via a selector device (4) which selects the echo receiving elements (1) coupled in this way from a significantly larger number of elements, which are arranged on or near the POfcal surface of the reflector »

2 «Sound locating device according to claim I _1, characterized in that the echo receiving elements (1) connected to the receiving channels (5) are selected by the selector device (4) under the control of a stabilizing device (7)

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