DE2016642A1

DE2016642A1 - Verfahren und Sonar-Impuls-System zur Steuerung von Fahrzeugen

Info

Publication number: DE2016642A1
Application number: DE19702016642
Authority: DE
Inventors: Thomas A. Reseda Calif. Goulet (V.St.A.)
Original assignee: CCI Aerospace Corp
Current assignee: CCI Aerospace Corp
Priority date: 1969-04-10
Filing date: 1970-04-08
Publication date: 1970-11-19
Also published as: US3617995A; NO126974B; FR2038365A1; GB1289679A

Description

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CCI AEROSPACE corporation, Corporation of the State of Delaware, United States of America,'16555 Saticoy Street, Van Nuys, Californien (USA)

Verfahren und Sonar-Impuls-System zur Steuerung von Fahrzeugen

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Fahrzeugen, insbesondere zur Navigation von Wasserfahrzeugen, mittels eines Sonar-Impuls-Systems (Doppler-System), bei dem ein ausgestrahltes mit einem reflektierten Signal verglichen wird. Insbesondere betrifft die Erfindung einDoppler-Navigations-System, das mit Sonar-Impulsen arbeitet und dazu dient, die Fahrgeschwindigkeit eines Wasserfahrzeuges über dem Grund eines Gewässers zu ermitteln.

Es sind mehrere Doppler-Navigations-Systeme gegenwärtig auf militärischen und zivile.n luft- und Wasserfahrzeugen im Einsatz. Diese Systeme umfassen die unterschiedlichsten Radar- und Sonar-Einrichtungen, die den bekannten Doppler-Effekt ausnützen, indem sie die Frequenzversohiebung zwischen empfangenen, vom Boden unterhalb des Fahrzeuges reflektierten Signalen und abgestrahlten Signalen ermitteln. Unter diesen Doppler-Navigations-Systemen befinden sich auch Sonar-Systeme, die Sende- und Empfangseinrichtungen besitzen, mittels deren Hilfe die Boppler-Frequenzver.sohiebung von duroh den Ozeanboden reflektierten Schallwellen bestimmt werden kann. Die grundsatz- liohe Arbeitsweise der Radar- und Sonar-Systeme ist im allge-

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meinen die gleiche. Strukturelle Unterschiede in den verwendeten Einrichtungen sind lediglich durch Unterschiede hinsichtlich der Frequenz, der Ausbreitungsgeschwindigkeit, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Mittel zur Überwachung des Sendevorganges bedingt.

Im allgemeinen wird bei den im Stand der Technik bekannten Doppler-Sonar-Systemen eine Doppler-Einrichtung für kontinuierliche Schallwellen verwendet, die alle Informationen, die sich aus den gesendeten Signalen ergeben, aufnimmt. I)a diese Informationen kontinuierlich anfallen, ist es unmöglich, zeitliche Unterscheidungen im Hinblick auf eine Trennung des JJoppler-Effekts nach festen und nach sich bewegenden Objekten zu treffen. Zusätzlich ist bei Systemen mit kontinuierlicher Wellenaus strahlung der Nebensprecheffekt ζ v/i sehen Sender und Empfänger sowie der sehr nachteilige Einfluß auf Grund der sogenannten "Vplumensrückstrahlung" ein Problem. Unter der Volumensrückstrahlung ist der Effekt zu verstehen, der durch die im Meerwasser - im Gegensatz zu frischem Wasser - enthaltenen ungeheueren Mengen von Mikroorganismen erzeugt wird, die in mehr oder weniger gleichmäßiger Verteilung in den mäßigen und tropischen Zonen anzutreffen sind. Diese Mikroorganismen und die von ihnen erzeugten Gasblasen bewirken eine Streuerscheinung, die in einschlägigen Fachkreisen als die vorstehend erwähnte Volumensrückstrahlung bezeichnet wird.

Systeme und Einrichtungen der vorstehend geschilderten Art, bei denen eine kontinuierliche Wellenausstrahlung angewendet wird und die deshalb die vorstehend geschilderten Nachteile, Schwierigkeiten und Probleme aufweisen, sind z.B. in den USA-Patentschriften 2 912 671, 2 961 190, 3 065 463 und 3 231 852 beschrieben. Alle diese Systeme verwenden, wie erwähnt, eine kontinuierliche Wellenausbreitung und Wellenausstrahlung, in der als wesentliches Problem das der Nebensprechstörung auftritt. Darüberhinaus ist bei diesen Systemen sowohl ein sender als auch ein Empfänger erforderlich und schließlich ist es,

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wie. ebenfalls bereits erwähnt, mittels dieser Systeme nicht möglich, auf Grund der häufig auftretenden Volumensrückstrahlung in entsprechend gestörten Gewässern genau zu navigie-ren.

Das Doppler-Prinzip, auf Impulse angewendet, ist in allgemeiner Form bereits in Radar-Geräten zur Ermittlung und Überwachung von Relativbewegungen verwendet worden. Bei diesen Geräten ist das Impulssystem .jedoch für Zwecke eingesetzt worden, die sich von denen der vorliegenden Erfindung unterscheiden. Beispielsweise ist die Impulstechnik in Radar-Systemen dazu verwendet worden, das Verhältnis der Spitzenleistung zur Durchschnittsleistung über den Wert 1 anzuheben, um dadurch einen größeren Bereich zu schaffen. Auch zur Verringerung des Energieverbrauches und um die Möglichkeit der Verwendung einer einzigen Antenne für die Ausstrahlung als auch für den Empfang zu eröffnen, wobei die Antenne im time-sharing-Verfahren betrieben wurde, ist die Impulstechnik herangezogen worden. Soweit es sich bei dem durch die von Sonar-Systemen abgegebene Energie durchdrungenen Medium um Wasser handelt, sind alle diese Gründe für Navigationsverfahren mit Hilfe der Sonar-Technik nicht von Bedeutung. ·

Soweit die Doppler-Impuls-Technik auch bereits bei Sonar-Systemen Anwendung gefunden hat, sind bisher ganz allgemein gleichmäßige Impulsfolgen verwendet worden. Bei der Verwendung derartiger gleichmäßiger Impulsfolgen enthält die Impulsausstrahlung und"demzufolge auch das pulsierende reflektierte Signal Frequenzseitenbänder neben der abgestrahlten Frequenz. Diese Frequenzseitenbänder sind im allgemeinen konstant und weisen ein ausreichend hohes Energieniveau auf, um Navigationsfehler hervorzurufen, die darauf zurückzuführen sind, daß die Kursfolgeeinrichtung sich unkorrekterweise auf. eine Ceitenbandfrequenz festlegt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und ein Sonär-System der eingangs geschilderten Art und

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für die erwähnten Zwecke vorzuschlagen, bei denen die aus den vorstehenden Gründen auftretenden Navigationsfehler ausgeschlossen'sind; Das erfindungsgemäße Verfahren löst diese Aufgabe dadurch, daß als ausgestrahltes Signal eine akustische Impulsfolge von Impulsen ungleicher Breite und/ oder ungleichen Abstandes abgegeben wird.

Durch die Ausstrahlung einer ungleichmäßigen Impulsfolge wird das Energieniveau der Seitenbandfrequenzen abgesenkt und die Seitenbandfrequenzen selbst bleiben nicht konstant, sondern ändern sich fortlaufend.

Das erfindungsgeinäße Sonar-Impuls-System, das insbesondere für die Navigation eines Yfösserfahrzeuges eingesetzt wird, und Sendeanlagen zur Ausstrahlung eines akustischen Signals in ein Gewässer sowie Empfangsanlagen zur Aufnahme des reflektierten Signals aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeanlage aus einer Einrichtung zur Urzeugung und Abstrahlung einer akustischen Impulsfolge mit Impulsen unterschiedlicher Breite und/oder unterschiedlichen Abstandes besteht. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung enthält diese Einrichtung einen Steueroszillator zur Erzeugung eines Steuersignals mit vorgegebener Frequenz, einen Enpfangskreis zur Erzeugung einer die reflektierten Signale repräsentierenden, elektrischen Impulsfolge, eine durch diese Impulsfolge beaufschlagte Kursfolgeschaltung zur Erzeugung eines kontinuierlichen Signals mit der Frequenz der elektrischen Impulssignale, einen Demodulator zum Frequenzvergleich des kontinuierlichen Signals mit dem Steuersignal und zugleich zur Erzeugung einer Frequenzdifferenz sowie Einrichtungen zur Umrechnung dieser Frequenzdifferenz in die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Wasserfahrzeuges.

Die ausgestrahlte Energie, die durch den Ozeanboden sowie durch weitere Objekte auf dem Wege der Ausbreitung reflektiert wird, wird durch geeignete Wandler abgetastet und dann in einer Folgeschaltung verwertet. Der Demodulator dient ?ur

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Bestimmung zur Fr.equenzdifferenz zwischen den ausgestrahlten· und den wieder empfangenen Signalen. Diese Frequenzdifferenz, die die Doppler-Verschiebung darstellt, ist der Über-Grund-Geschwindigkeit des Wasserfahrzeuges, das das Sonar-System trägt, proportional. ■ '

Weitere Vorteile und; Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung sowie aus den weiteren Unteransprüchen.

Es zeigen: . \

Figur 1 eine' schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für die Anordnung 'akustischer-Wandler am Rumpf eines Wasserfahrzeuges;

Figur 2 ein Blockdiagramm für ein erfindungsgemäßes Impuls-Sonar-System; ·

Figur 3 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispieles für einen Verstärkungsreglerkreis, der in dem in Figur 2 dargestellten System Anwendung findet;

Figur 4 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels für einen Impulsgenerator, für ungleichmäßige Impulse, der ebenfalls in dem in Figur 2 dfirgestellten System Anwendung· findet und

Figur 5 eine schematische Darstellung von Impulsformen, die zur Erläuterung des in Figur 4 dargestellten Impulsgenerators zur Erzeugung ungleichmäßiger. · Impulse herangezogen werden.

Gemäß der Darstellung in Figur 1 wird ein Wasserfahrzeug 10 als Träger eines mit Sonar-Impulsen arbeitenden Navigations- systems verwendet. Zur Erläuterung ist die Längsaohse des ^! ■ Wasserfahrzeuges 10 als" Y-Achse und die von Backbord nach Steuerbord verlaufende Querachse als X-Achse bezeichnet,.

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Eine Anzahl von akustischen Wandlern 12, 14, 16 und 18 ist am Schiffsrumpf längs der X- und Y-A-chse in einem, hier nicht kritischen, Abstand voneinander angeordnet. Die akustischen Wandler 12, 14,· 16, 18 sind vorzugsweise hoch-richtungsempfindliche Wandler, die sowohl zur Abgabe als auch zur Abtastung und Auf nähme akustischer Signale herangezogen v/erden können. Sie können von einem der im Stand der Technik bekannten zahlreichen Typen von Wandlern sein. Bei Bedarf können diese Wandler in nach außen gerichteten Gruppen an den Längsseiten des Wasserfahrzeuges 10 anstatt - wie dargestellt am Unterwascerschiff angeordnet sein. Für das Wesen der vorliegenden Erfindung und für die damit verfolgten Zwecke ist es von Bedeutung, daß diese Wandler im Ausbreitungs- oder Strahlungszustand eng gebündelte Strahlen von Ultraschall-Energie erzeugen, die vom Ozeanboden rückgestreut oder reflektiert werden. In einem praktischen Ausführungsbeispiel wurden die otrahlen unter einem Winkel von angenähert 30° in Bezug auf eine durch das Wasserfahrzeug 10 verlaufende vertikale Gerade und unter einer Breite von angenähert 3° ausgestrahlt. Selbstverständlich können für die Abctrahlung und den Empfang getrennte Wandler verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung berücksichtigt die Erkenntnis, daß der Ozeanboden oder derjenige jedes Gewässers im allgemeinen nicht vollkommen eben ist und deshalb auftreffende Ultraschall-Energie nach allen Richtungen reflektiert, wodurch mindestens ein Teil der durch die jeweiligen Wandler 12, 14, 16 und 18 ausgestrahlten Energie auch in die Richtung dieser Wandler rückgestrahlt wiri* Wie aus dem Folgenden noch im einzelnen hervorgeht, dient die Anordnung zweier Wandler längs jeder Achse, beispielsweise der Wandler 12 und 16 längs der Y-Achse, dazu, die ituroir BoIl-,' Stampf- oder Gier-Bewegungen des Wasserfahrzeuges 10 verursachten Frequenzänderungen zu kompensieren.

Gemäß der Darstellung in Figur 2 speist ein Sender 20 die

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akustischen Wandler 12, 14, 16, 18 über entsprechende Scnde-Empfangs-\Yeichen 22, 24, 26, 28 mit Hochfrequenz. Zur Versorgung des Senders 20 mit Hochfrequenzenergie kann ein Steueroszillator 30 Anwendung finden. In einem praktischen Ausführung sb ei spiel hat sich eine Frequenz von 300 kHz als sehr geeignet erwiesen. Durch einen Impulsgenerator 32 zur Erzeugung nichtgleichmäßiger Impulse werden Austastsignale geliefert, die dazu dienen, den Sender 20 in einem geeigneten Rhythmus an- und abzuschalten, um die gewünschte, von den Wandlern .12, 14, 16, 18 abgestrahlte Impulsfolge zu, erhalten.

Wie bereits erwähnt, lassen sich navigatorische Fehler eleminieren oder zumindest verringern, wenn das Energieniveau und die Konstanz empfangener Seitenzipfelfrequenzen abgesenkt wird. Diese Seitenzipfelfrequenzen entstehen als Ergebnis der Kon-' stant-Impuls-Folgefrequenz der bei den bekannten Sonar-Impuls-Systemen verwendeten Impulsfolgen mit gleichförmiger Impulsausbildung. Es hat sich gezeigt, daß bei der Ausstrahlung von Ultrasehallsignalen durch Anwendung nichtgleichförmiger Impulsfolgen diese Seitenzipfelfrequenzen nicht kontinuierlich und konstant empfangen werden. Darüberhinaus haben diese Seitenzipfelfrequenzen ein Energieniveau, das bedeutend unter demjenigen der für die Kursführung zu verwertenden Zentralfrequenz liegt. Daraus resultiert, daß die Kursführungsschaltung, die in Sonar-Systemen Anwendung findet, sich leichter auf die-Zentralfrequenz' einsteuern läßt und die Seitenzipfelfrequenzen ignoriert. Als Ergebnis davon werden Navigierfehler eliminiert oder zumindest reduziert.

Die projizierten oder abgestrahlten Impulssignale werden in Richtung auf den Ozeanboden gelenkt und anschließend in die Richtung der akustischen Wandler 12, 14, 16,. 18 rückgestreut oder reflektiert. Diese Wandler dienen - im Empfangszustand - dazu, die empfangene Schallenergie in elektrische Energie umzusetzen. Es sei darauf hingewiesen, daß jeder der Wandler 12, 14, 16, 18, allgemein gesprochen, lediglich die rückge-

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etrahlte Energie abtastet bzw. empfängt, die ursprünglich durch ihn ausgestrahlt worden war. So empfängt "beispielsweise der Wandler 12 lediglich die reflektierte Energie, die ursprünglich durch ihn selbst abgestrahlt worden v/ar.

Die von jedem der Y/andler umgesetzte elektrische Energie wird über die jeweils zugeordneten Sende-Empfangs-Y/eichen 22, 24, 26, 28 in einen Empfangskreis eingespeist. Lediglich aus Gründen der Erläuterung ist der' der Sende-Empfangs-Weiche 28 zugeordnete Empfangskreis gesondert in Figur 2 dargestellt. Es ist jedoch klar, daß das erfindungsgemäße Sonar-System für jeden der verwendeten V/andler einen Empfangskreis aufweist.

t Die aufgenommenen Signale werden über einen Vorverstärker 34, ein Gatter 36 und einen Verstärker 38 einem Verstärkungt;reglerkreie 40, einer Kursfolgeschaltung 42 und einer automatischen Aufnahmeschaltung 44 zugeleitet. Der Verstärkungsreglerkreis 40, der nachfolgend in Zusammenhang mit Figur 3 näher erläutert wird, erzeugt ein Ausgangssignal, das als Kückkopplungssignal über die Leitung 35 dem Vorverstärker 34 zugeführt wird.

Der Empfangskreis wird dadurch geschützt, daß der Verstärkung:- . grad der Rückkehrsignale reduziert wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Impulsfolge nichtgleichförmiger Impulse aus dem Impulsgenerator 32 dem Gatter 36 und einem im Verstärkungoreglerkreis 40 vorgesehenen Gatter zugeführt wird. Diese Gatterfc schaltungen dienen dazu, den Durchlauf von Signalen während der Zeitdauer, in d.er die Impulse auf geschaltet sind, zu blokkieren.

Die Kursfolgeschaltung 42 dient ganz allgemein zur Erzeugung eines kontinuierlichen Signals mit einer Frequenz, die derjenigen der empfangenen Impulssignale gleich ist. In Fachkreisen wird die Kursfolgeschaltung 42 gewöhnlich als sogenannte Phasen-Halteschleife (phase lock loop) bezeichnet, die sich selbst bezüglich Frequenz und Phase fest einstellt. Eine solche Phasen-Halte schleife enthält gewöhnlich einen spannungcgesteuerten. 0s<-

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zillator und einen aus einer Kombination eine's Verstärkers mit einem Integrator bestehenden Regelkreis,., Jede der bekannten Phasen-Halteschleifenschaitungen kann, für die iSursfolgeschaltung 42 und zur Erzielung der'beabsichtigten Funktion herangezogen werden.

In der Kursfolgeschaltung 42 wird der Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators mit.dem ankommenden Impulssignal verglichen und ein Differenzsignal erzeugt, das eine Differenz sowohl in der Frequenz als auch in der Phase angibt. Dieses Differenzsignal wird anschließend in dem VCQ-Steuerkreis verarbeitet, der den spannungsgesteuerten Oszillator auf die Phase und die Frequenz einsteuert, die zur Erzielung einer exakten Synchronisation mit dem vom Verstärker 38 ankommenden Signal erforderlich'sind. Dabei ist zu beachten, daß die Bezugsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators eine konti*· nuierliche Frequenz ist,, während die Frequenz des von dem Verstärker 38 ankommenden Signales' eine Impulsinformation darstellt. Daraus folgt, daß die Kursfolgeschaltung 42 nur während. ""der Zeit in-funktion sein soll, in der sie ein Signal vom Verstärker 38 her empfängt* Zu diesem 2weck wird das in der Kursfolgeschaltung 42 erzeugte Differenzsignal der Aufnahmeschaltung 44 über eine leitung 46 zugeführt, während die empfangenen Sig-

■■'■.- ' nale über den Vorverstärker .34, das Gatter 36 und den Verstärker 38 der automatischen Aufnahmeschaltung 44. über eine Leitung 48 zugeführt werden,. Der Ausgang der automatischen Aufnahmeschaltung wird über eine Leitung 50 zur Kursfolgaschaltung 42 rückgeführt. Die automatische AufnahmeSchaltung 44 dient der Synchronisation der Signale des epannüngsgesteuerten Oszillators mit der Frequenz der empfangenen Signale. ■ -

Im allgemeinen enthält .die automatische Aufnahmeschaltung 44 einen Diskriminator als .Teil der Phasen-Halteschleife in der Kursfolgeschaltung·42 und einen Kurzochlußschalter. Der Kurz-Bchlußschalter liegt zwischen dem Integrator des VOO-Steuer- kffieee und dem_: Diskriminator, so daß beim Schließen des ftchal-

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ters der VCO-Steuerkreis den spannungsgesteuerten Oszillator hält und in der Weise steuert, daß er ohne Frequenzänderung kontinuierlich ein Signal mit einer Frequenz erzeugt, die derjenigen der zuletzt empfangenen Information entspricht.

In der Aufnahmeschaltung kann eine logische Information von einem Phasendetektor und einem kohärenten Detektor zur Steuerung den Kurzschlußschalters beim Ausschalten des über die Leitung 50 zugeführten Signals verwendet werden. Dies hat zur Folge, daß das Ausgangssignal des Integrators eine Frequenzänderung des spannungsgesteuerten Oszillators in Richtung auf die Frequenz der empfangenen Signale bewirkt, so daß eine Frequenzdeckung und als Folge davon eine Frequenzhaltung eintritt. Eine automatische Aufnahmeschaltung der hier geeigneten Art ist beispielsweise in der USA-Patentanmeldung 737.123 vom 14. Juni 1968 (Sonar-Impuls-Navigations-System) erläutert.

Der Ausgang der Kursfolgeschaltung 42 wird einem Demodulator 52 zugeführt, der mit dem Steueroszillator 30 verbunden ist. Der Demodulator 52 vergleicht die ursprünglich durch den Oszillator 30 erzeugte Frequenz mit derjenigen des kontinuierlichen, durch den spannungsgesteuerten Oszillator in der Kursfolgeschaltung 42 erzeugten Signals. Das Ergebnis dieses Vergleichs ist eine Frequehzdifferenz, v/elche die durch die Kelativbewegung zwischen den am Schiffsrumpf des Wasserfahrzeuges 10 befestigten Wandlern und dem .Ozeanboden verursachte Doppler-Verechiebung darstellt.

Der Demodulator 52 erzeugt ein Paar von AusgangsSignalen über jeweils einen von zwei Kanälen, nämlich ein positives Doppler-Signal und ein negatives Doppier-Signal. Diese beiden Ausgangssignale werden im allgemeinen so erzeugt, daß sie nicht gleichzeitig, sondern in einer bestimmten.Folge auftreten. Beim Betrieb der Einrichtung wird das durch den Steueroszillator 30 erzeugte Signal an jeden der beiden Demodulatorkanäle angelegt. Das Frequenzsignal des Oszillators wird dem einen Kanal um 90° phasenverschoben, dem anderen Kanal direkt zugeführt.

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Eg -werden also "beide, die liuli-verschobene und die 90 -verschobene Phase zur Demodulation verwendet. I)ie frequenz des von der Kursfolgeschaltung 42 erzeugten kontinuierlichen -Signals wird mit dieser Oszillatorfrequenz in jedem der beiden getrennten Demodulatorkanäle verglichen. Wenn die Doppler-VerSchiebung positiv ist, wodurch eine Annäherungsgeschwin- ' digkeit angezeigt wird, entsteht zuerst ein Ausgangssignal auf der positiven "Demodulatorleitung 54. Wenn die Doppler- ■ Verschiebung negativ ist und dadurch e.ine Entfernungsgeschwindigkeit anzeigt., entsteht zuerst.ein Ausgangssignal auf der negativen Demodulatorleitung 56. Die Ausgangssignale des Demodulators 52 werden einem Umsetzer 58 zugeführt.

Zusätzlich zu den vom Demodulator 52 her führenden Ausgangsleitungen sind drei weitere Paare entsprechender Demodulator-Ausgänge vorgesehen, die mit den Bezugszeichen 60, 62 und 64 bezeichnet.sind. Diese sind jeweils mit Schaltungen verbunden, die der eben in Zusammenhang mit dem Wandler" 18 beschriebenen weitgehend gleichen. "

Nach dem Anlegen der Signale an den Umsetzer durchlaufen die Signale aus den einzelnen Kanälen des Systems diese zeitlich gestaffelt und erfolgen somit nicht gleichzeitig. Anschließend werden die Signale verarbeitet, nämlich in einem Addiergerät 66 digital addiert und somit die Signale der verschiedenen Ausgänge des Umsetzers 58 summiert 1 Die sich ergebenden Signale repräsentieren damit vier Geschwindigkeiten, die an einer Anzahl von Anzeigegeräten 68, 70, 72, 74 angezeigt werden können. Diese Geschwindigkeiten geben die Geschwindigkeit in Vorwärts-, liückwärts-, Steuerbord- und Backbord-Richtung an.

In Figur 3 ist ein.Ausführungsbeispiel für den.Verstärkungsreglerkreis 40 dargestellt. Darin werden empfangene Signale von dem Verstärker 38 (Figur 2) über einen Puffer 76 einem Detektorsciialtkreis 78, zur automatischen Verstärkerregelung zugeführt* Die von dem Schaltkreis 78 erzeugten Signale werden

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dann einem Schaltkreis 80 zur zeitabhängigen EmpfindIichkeitsregelung zugeführt. Diesem Schaltkreis 80 werden außerdem über einen Verstärker 82 und ein Gatter 84, beide in Serie geschaltet, von dem Impulsgenerator 52 (Figur 2) Signale zugeleitet. Das Gatter 84 hängt selbst am Generator 32 und dient dazu, die Empfindlichkeit des Empfängerkreises wrihrend des Umsetzvorganges abzusenken. Die zeitabhängige Empfindlichkeitsregelung (Schaltkreis 80) steuert nach Ablauf der durch das Gatter 84 bewirkten Empfindlichkeitsabschwächungsperiode die Empfindlichkeit entsprechend einer voreingestellten Zeitkonstante wieder auf. ihren IJormalwert ein.

Der Schaltkreis 80 zur.zeitabhängigen Empfindlichkeitsregelung kann beispielsweise ein RC-Glied zur Feststellung des Empfindlichkeitsabfalles bei deren Rückführung auf ihren Normalwert entsprechend der durch das RC-Glied. bestimmten Zeitkonstante enthalten.

Die Steuerschleife zur automatischen Verstärkungsregelung, beetehend aus dem Puffer 76, dem AGC-Detektor 78, dem Schaltkreis 80 zur zeitabhängigen Empfindlichkeitsregelung, dem AGC-Treiber 86 und dem Vorverstärker 34 dient zur Kontrolle und Steuerung der Gesamtverstärkung der eintreffenden, zu verarbeitenden Signale durch Verstärkungsregelung des Vorverstärkers 34. Wenn der Vorversttirker 34 durch Signale vom AGC-Treiber 86 stärker positiv eingestellt wird, wird der Verstärkungsgrad für das Signal verringert. Umgekehrt, wenn der Vorverstärker 34 stärker negativ wird, wird die Signalverstärkung proportional angehoben.

In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Impulsgenerator 32 zur Erzeugung nichtgleichmäßiger Impulse dargestellt. Zur Erzeugung einer gleichförmigen Impulsfolge ist ein Impulsgenerator 88 vorgesehen. Die von dem Generator erzeugten Impulse haben jeweils eine Impulsdauer oder Impuls- , breite von 20 t{ilcro Sekunden (ms) und sind voneinender gemäß ^r Figur 5A durch ein Intervall von 100 ms getrennt. Diese

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pulsfolge wird einem UND-Gatter 90 .als dessen einer Eingang sowie einem Teilerkreis 92, der ein bekannter Iiultivibrator sein kann, zugeführt. Der Teilerkreis 92 erzeugt entsprechend jedem zweiten, vom Impulsgenerator 88 erzeugten Impuls einen positiven Impuls. Die von diesem Teilerkreis 92 erzeugte Impulsfolge, die in Figur 513 dargestellt ist, wird dem UND-Gatter 90 als dessen zweiter Eingang zugeleitet. Dadurch erzeugt das UND-Gatter 90 einen Impuls mit einer Impulsbreite von 20- ms, sobald Koinzidenz zwischen den vom Impulsgenerator 88 und vom Teilerkreis 92 her eintreffenden Signalen vorliegt. Die durch das UND-Gatter 90 erzeugte Impulsfolge, die in Figur 5C dargestellt ist, wird einem ODER-Gatter 92 zugeführt. , ·

Die durch den. Teilerkreis 92 erzeugte Impulsfolge wird einemzweiten Teilerkreis 96 über eine ,Laufzeitkette 94 zugeführt. Die laufzeitkette bewirkt eine Verzögerung der vom Teiler- · kreis 92 ankommenden Impulse, die dem Intervall zwischen den vorderen Flanken der vom Impulsgenerator 88 erzeugten Impulse entspricht. In dem hier, vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt diese Verzögerung 120 ms. Die verzögerte Impulsfolge aus dem Teilerkreis 96, die in Figur 5D dar- · gestellt ist, wird einem "bne-shot"Kreis 98 zugeleitet, der jeweils bei Eintreffen eines positiven Impulses vom Teilerkreis 96 einen Impuls mit einer Breite von 60 ms erzeugt. Dieser 60.ms-Impuls wird dem ODER-Gatter 92 als dessen zweiter Eingang zugeführt. Die von dem one-shot-Kreis 98 erzeugte Impulsfolge ist in Figur 5E dargestellt. Das Ausgangssignal des ODER-Gatters 92, das aus Figur 5F zu ergehen ist, ist daher eine unregelmäßige Impulsfolge, in der hintereinander ein 20 ms-Impuls, ein 100 ms-Intervall, ein 60 me-Impuls, ein 60 ms-Ιηΐervall, ein 20 ms-Impuls und ein 220 ms-Iritervall folgen. Anschließend wieder- · holt sich der Zyklus dieser drei Impulse mit den entsprechenden Intervallen und bildet die angestrebte unregelmäßige Impulsfolge, die", wie vorstehend schon erläutert, dem-Sender 20, dem Gatter 36 und dem VeratärkungBreglerkreis 40 zugeleitet wird. .

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Claims

Pat entansprüche

1.) Verfahren zur Steuerung von Fahrzeugen, insbesondere zur Navigation von Wasserfahrzeugen, mittels eines Sonar-Impuls-Systems (Doppler-System), bei dem ein ausgestrahltes mit einem reflektierten Signal verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als ausgestrahltes Signal eine akustische Impulsfolge von Impulsen ungleicher Breite und/oder ungleichen Abstandes abgegeben wird.

2. Sonar-Impuls-System insbesondere für die Navigation eines Y/asserfahrzeuges, mit Sendeanlagen zur Ausstrahlung eines akustischen Signals in ein Gewässer und mit Empfangsanlagen zur Aufnahme des reflektierten Signals, dadurch gekennzeichnet, daß die Eendeanlage aus einer Einrichtung, zur Erzeugung und Abstrahlung einer akustischen Impulsfolge mit Impulsen unterschiedlicher Breite und/oder unterschiedlichen Abstandes besteht.

3. Syatem nach Ymspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen Steueroszillator (30) zur Erzeugung eines Steuersignals mit vorgegebener Frequenz, einen Empfangskreis zur Erzeugung einer die reflektierten Signale repräsentierenden elektrischen Impulsfolge, eine durch diese Impulsfolge beaufschlagt Folgeschaltung (42) zur Erzeugung eines kontinuierlichen Signals mit der Frequenz der elektrischen Impulssignale, einen Demodulator (52) zum Frequenzvergleich des kontinuierlichen Signals mit dem Steuersignal und zugleich zur Erzeugung einer Frequenzdifferehz sowie Einrichtungen (58, 66) zur Umrechnung dieser Frequenzdifferenz in die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Wasserfahrzeuges (10) enthält.

4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Steueroszillator (30) ein Sender (20) verbunden ist, der zugleich durch eine Einrichtung (32) zur

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Erzeugung .einer unregelmäßigen Impulsfolge .beaufschlagt und mit elektro-akustischen V/andlern (12, 1.4» 16,-18)· gekoppelt ist. . ■

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (32) zur Erzeugung der unregelmäßigen Impulsfolge einen Impulsgenerator (88), einen Teilerkreis (92) zum Ausblenden jedes zv/eiten Impulses der Impulsfolge und eine Einrichtung zum Ersatz der ausgeblendeten Impulse durch solche anderer Impulsbreite enthält. . .

6. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere elektro-akustische Wandler (12, 14, 16, 18) vorgesehen sind, die in verschiedenen Sende- und Empfangsrichtungen orientiert sind.

7« System nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangskreis einen Verstärkungsreglerkreis (40) enthält, der über entsprechende Einrichtungen die Empfindlichkeit des Empfangskreises während vorbestimmter Zeitintervalle beim Ausstrahlen der unregelmäßigen Impulsfolge absenkt.

8. System nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgeschaltung (42) eine "Phasen-Halteschleife" enthält.

9· System nach Anspruch 3, dadurch, gekennzeichnet, daß die Frequenzdifferenz der Fortbewegungsgeschwindigkeit des Vfesserfahrzeuges (10) proportional ist.

10. System nach einem der Ansprüche 3 bis 9, ^dadurch gekennzeichnet, daß in dem Demodulator (52) ein Frequenzvergleich zwischen der elektrischen Impulsfolge und dem Steuersignal vorgenommen wird.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die-Einrichtuhg (32) zur Erzeugung der unregelmäßigen Impulß-

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folge mit dem Empfangskreis gekoppelt ist, um dessen Empfindlichkeit während vorbeotimmter Zeitintervalle bei der Erzeugung der akustischen Signaliinpulse zu verringern.

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