DE2008180C3

DE2008180C3 - Sonaranlage mit mehreren schwenkbaren Sende-Richtcharaktedstiken

Info

Publication number: DE2008180C3
Application number: DE2008180A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. 2800 Bremen Leisterer; Dietrich Dipl.- Ing. 2807 Achim Mueller
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1970-02-21
Filing date: 1970-02-21
Publication date: 1979-05-31
Also published as: GB1501854A; DE2008180A1; FR2368722A1; DE2008180B2; US4122430A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sonaranlage mit einer Sendeeinrichtung zum gleichzeitigen Schwen- r> ken von mehreren Sende-Richtcharakteristiken in aneinandergrenzenden Sektoren eines Beobachtungsbereichs.

Es gibt bereits Sonaranlagen, bei denen man zur Erzielung eines hohen Sendepegels die über eine w Gruppe von elektroakustischer! Wandlern abgegebene Sendeleistung zu einer schmalen Richtcharakteristik bündelt und über den interessierenden Beobachtungsraum stufenweise oder kontinuierlich schwenkt.

In der Literatur wird dieses Verfahren als RDT (Ro- r> tational Directional Transmission) bezeichnet.

Bei einer vorhandenen Sonaranlage werden unter Anwendung dieses Prinzips drei sternförmig um je 120° gegeneinander versetzte Sende-Richtcharakteristiken erzeugt, die unter gleichzeitigem Schwenken >o über einen Sektor von 120° den gesamten Umkreis von 360° beschallen.

Der Vorteil des RDT-Verfahrens besteht darin, daß man durch Bündelung der Sendeenergie einen hohen Sendepegel - und damit eine entsprechend große » Reichweite - erhält, und gleichzeitig innerhalb einer kurzen Zeit einen großen Beobachtungssektor ausloten kann.

Dafür müssen beim RDT-Verfahren einige Nachteile in Kauf genommen werden. Dadurch, daß die wi Sende-Richtcharakteristiken den ihnen zugewiesenen Sektor in einer endlichen Zeit überstreichen, treffen Echoimpulse von verschiedenen gleich weit entfernten Zielen, die über einen Sektor verteilt liegen, mit einer durch die Schwenkgeschwindigkeit gegebenen Ver- t>> zögerung ein. Diese Ziele werden bei der üblichen PPI (Plan Position Indicator) -Anzeige dann nicht auf einem Kreisbogen, sondern mit spiralförmiger Verzerrung dargestellt, entsprechend den unterschiedlichen Ankunftszeiten der Echoimpulse.

Besonders ungünstig wirkt sich diese spiralförmige Verzerrung aus, wenn ein Ziel im Überschneidungsbereich zweier benachbarter Sende-Richtcharakteristiken iiegt, weil es dann durch zwei getrennt und hintereinanderliegende Aufleuchtpunkte dargestellt wird, von denen der innere durch ein Echo von der einen Sendecharakteristik zu Beginn der Sendeperiode und der äußere durch ein Echo von der benachbarten Charakteristik am Ende der Sendeperiode erzeugt wird.

Es bedarf besonderer Kompensationseinrichtungen, um die durch die endliche Ablaufzeit der Schwenkbewegung verursachten Entfernungsfehler auszugleichen. Besonders schwierig gestaltet sich die Kompensation wegen der beschriebenen Zweifachdarstellung eines Zieles in einer Überschneidungszone zwischen zwei benachbarten Sende-Sektoren.

Man kann deshalb, wie in der deutschen Patentschrift 1766751 dargestellt, zur Vermeidung von derartigen Doppelanzeigen eine sprungweise Umschaltung der Sende-Richtcharakteristiken innerhalb ihres Sende-Sektors vorsehen. Es wird zunächst die Senderichtung durch Schwenken gewählt und erst danach ein Sendeimpuls abgegeben. Dann wird durch erneutes Schwenken in entgegengesetzte Richtung die nächste Richtung gewählt und ein erneuter Sendeimpuls abgegeben. Grobe Doppelanzeigen werden somit vermieden, das PPI-BiId wird annähernd eindeutig, weil Doppelechos nur noch geringe Abstände zueinander aufweisen können.

Ein besonderer Nachteil haftet allen unstetig schwenkenden Sendeverfahren der Ortungstechnik an: Sie strahlen ein relativ breites Spektrum ab, dessen Halbwertsbreite dem Kehrwert der Verweildauer der Sende-Richtcharakteristik in einer Richtung entspricht.

Die vorliegende Erfindung hat demgemäß die Aufgabe, unter Vermeidung der geschilderten Nachteile bekannter Ortungseinrichtungen eine Sonaranlage mit einer Sendeeinrichtung zum gleichzeitigen Schwenken von mehreren Sende-Richtcharakteristiken in aneinandergrenzenden Sektoren eines großen Beobachtungsbereiches zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schwenkeinrichtung für gegenläufiges Schwenken der Sende-Richtcharakteristiken in benachbarten Sektoren, die ihren Sektor während des Sendens stets in gleicher Richtung monoton überstreichen.

Hierdurch wird eine eindeutige Darstellung von Zielen auch im Sektoren-Grenzbereich erreicht, und das Sendespektrum erfährt keine unerwünschte Verbreiterung durch das sprunghafte Schwenken mehr, es entspricht jetzt dem einer Impulsform, die ein zeitliches Abbild der Sende-Richtcharakteristik ist.

In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch anhand eines Beispiels erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Prinzip einer Sonarbasis mit Sende-Richtcharakteristiken im Schwenkbetrieb,

Fig. 2 schwenkbare Sende-Richtcharakteristiken zu verschiedenen Zeitpunkten einer Schwenkbewegung und

Fig. 3 schematisch die Verteilung und Ausbreitung der abgestrahlten Energie einer Sendeperiode im Medium zu zwei verschiedenen Zeitpunkten.

In Fig. 1 ist eine in 4 Sektoren von je 90° aufgeteilte Zylinderbasis 1 dargestellt. Jedem Sektor ist eine der vier Schwingergruppen la, Ib, Ic, 2i/zugeweisen. Alle

Schwingergruppen la ... d bestehen aus einer gleichen Anzahl von hier nicht gezeichneten elektroakustischen Wandlern, die in mehreren Reihen übereinander und nebeneinander rotationssymmetrisch um die Achse der Zylinderbasis 1 angeordnet sin J.

Die scharfe Bündelung der Sende-Richtcharakteristiken 3 bei Abstrahlung aus zylindersektorformig angeordneten Schwingergruppen wird ermöglicht durch eine an sich bekannte Erregung mit gegeneinander phasenverschobenen Teilspannungen.

Es sind frsmer Mittel bekannt, die Abstrahlrichtung einer Schwingergruppe kontinuierlich zu steuern, und zwar durch laufende Veränderung der Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Erregerspannungen.

Nach diesem bekannten Verfahren werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Sende-Richtcharakteristiken 3a ... d der vier Schwingergruppen la ... d geschwenkt. Dabei wird die Schwenkung der Sende-Richtcharakteristik 3a aus Richtung 4 nach 7 und 3c aus Richtung 5 nach 6 im Uhrzeigersinn, die Schwenkung der Sende-Richtcharakteristik 36 aus Richtung 5 nach 6 und 3d aus Richtung 4 nach 7 entgegen dem Uhrzeigersinn innerhalb einer jeden Sendeperiode ausgeführt.

Während Fig. 1 die Zylinderbasis 1 mit ihrer Aufteilung der Schwingergruppen la ... d zeigt, das Schwenken der Sende-Richtcharakteristiken 3a ... d aber nur schematisch andeuten kann, sind in Fig. 2 die vier Sende-Richtcharakteristiken 3a ... i/als Slrahlungsdiagramme zu fünf verschiedenen Zeitpunkten innerhalb einer Sendeperiode dargestellt.

Fig. 2a) stellt den Beginn einer Sendeperiode mit zusammenfallenden Sende-Richtcharakteristiken 3a und 3d in Richtung 4 sowie 3b und 3ein Richtung 5 dar. Kurze Zeit später, wie Fig. 2b) zeigt, beginnen sich die Sende-Richtcharakteristiken 3a und 3d sowie 3b und 3c voneinander zu trennen.

Fig. 2c) zeigt den Sendezustand nach genau einer halben Sendeperiode, wo alle Richtcharakteristiken 3 die Mitte ihres Sektors (jj) erreicht haben.

In Fig. 2d) beginnen sie bereits wieder zusammenzufallen, und in Fig. 2e) endlich, am Ende der Sendeperiode und des Schwenkvorganges. bilden 3a und 3b in Richtung 6 sowie 3c und 3i/in Richtung 7 je eine gemeinsame Hauptkeule.

Dieser in 5 Einzelphasen dargestellte Schwenkvorgang der Sende-Richtcharakteristiken 3 innerhalb einer Sendeperiode vollzieht sich monoton, kontinuierlich und in sehr kurzer Zeit, um die Schwingergruppen 2 so schnell wie möglich auf den Empfang von Echosignalen umschalten zu können.

Fig. 3 zeigt in einem Korizontalschnitt durch das die Zylinderbasis 1 umgebende Medium die Ausbreitung des Schallenergiefeldes zu zwei verschiedenen Zeitpunkten nach Beendigung der Serideperiode. Die ausgesendete Schallenergie pflanzt sich radial von der Zylinderbasis 1 als gemeinsamem Ursprungsort fort.

Die angenähert achtförmige innere Darstellung zeigt das Schallenergiefeld 8a kurz nach Beendigung

ίο einer Sendeperiode, und kurze Zeit später erscheint die Ausbreitung des Schallenergiefeldes 8Z> schon mehr kreisförmig.

Die Form des Schallenergiefeldes zu verschiedenen Zeitpunkten der Ausbreitung wird durch die Dauer

ι > einer Sendestrahlschwenkung bestimmt Eine glockenförmige Verteilung der Energiedichte 9, wie als Schnitt durch das Schallenergiefeld 8Z> schematisch gezeigt, stellt ein Abbild der Energieverteilung des Strahlungsdiagramms der einzelnen Schwingergruppen2 dar.

Der große Vorteil der monotonen Schwenkung der Sende-Richtcharakteristiken 3 nach Art dieser Erfindung besteht darin, daß ein allseitig geschlossenes Schallenergiefeld 8 zur Ausbreitung gebracht wird. Jedes vorhandene Ziel kann somit innerhalb jeder

.'"> Sendeperiode nur einmal vom Schall getroffen werden und daher auch nur einen einzigen Echoimpuls erzeugen. Die Echolaufzeitmessung wird eindeutig.

Dagegen muß bei sprungweiser Umschaltung der Sende-Richtcharakteristiken, wie sie nach dem erwähn-

Ki ten Stand der Technik bislang üblich war, fast immer mit mehreren, von einem Ziel nacheinander eintreffenden Echoimpulsen aus einer Sendeperiode gerechnet werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen mono-

I) tonen Schwenkung von Sende-Richtcharakteristiken 3 im Dauerstrich besteht darin, daß ihr Spektrum bei der beschriebenen Glockenform der Verteilung der Energiedichte 9 extrem schmalbandig ist. Diese Schmalbandigkeit ist erwünscht und kommt unter anderem der Dopplermessung zugute.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf eine Sonaranlage mit zylindrischer Basis 1, wie sie als Beispie! der Beschreibung gewählt ist.
Die Schwingergruppen 2 können auch in Form von

4-. Einzelflächen zu einem Walzenprisma mit gerader Anzahl dieser Flächen zusammengesetzt sein.

Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn das Produkt aus Schwenkgeschwindigkeit und Öffnungswinkel φ der Sende-Richtcharakteristiken während einer ganzen

"<<> Sendeperiode konstant ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sonaranlage mit einer Sendeeinrichtung zum gleichzeitigen Schwenken von mehreren Sende- -, Richtcharakteristiken in aneinandergrenzenden Sektoren eines Beobachtungsbereichs, gekennzeichnet durch eine Schwenkeinrichtung für gegenläufiges Schwenken der Sende-Richtcharakteristiken (3a-3d) in benachbarten Sektoren, die w ihren Sektor während des Sendens stets in gleicher Richtung monoton überstreichen.

2. Sonaranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Teilgruppen einer Schwingeranordnung (la... Id) untereinander gleich ausgeführt sind und eine strahlig symmetrische Gesamtgruppierung bilden.

3. Sonaranlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Teilgruppen auf einer gemeinsamen Zylinderfläche liegen.

4. Sonaranlage nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilgruppen ebene Außenflächen haben, die gemeinsam ein regelmäßiges Prisma bilden.

5. Sonaranlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch v, gekennzeichnet, daß jeweils das Produkt aus Schwenkgeschwindigkeit und Öffnungswinkel (φ) der Sende-Richtcharakteristiken (3a-3rf) während einer ganzen Sendeperiode konstant ist.