DE2059155A1

DE2059155A1 - Ortungssystem fuer akustische Unterwassersignale

Info

Publication number: DE2059155A1
Application number: DE19702059155
Authority: DE
Inventors: Mallett Alfred L
Original assignee: Sanders Associates Inc
Current assignee: Lockheed Martin Corp
Priority date: 1970-03-16
Filing date: 1970-12-01
Publication date: 1971-10-07
Also published as: US3870989A; NL7103508A; GB1349678A; FR2083302A1; JPS5015144B1

Description

DI PL.-1N Θ. KUAUS BEHN

PIPL.-PHYS. ROPERT MÜNZHUBER 2 05 3 I 5 &

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 22 Wl DEN MAYER STRASS E 5

TEL. (Ο811) 22 20 30-29 0192

1. Dezember 1970. Unsere Zeichens A 37070-Ml/Sc

Firma SANDERS ASSOCIATES, INC. Daniel Webster Highway, South.Nashua, New Hampshire 03060, USA

Ortungssystem für akustische Unterwassersignale

Die Erfindung betrifft elektronische Systeme, die für die Entdeckung von Schiffen und Unterseebooten verwendet werden.

Bei U-Bootrund Schiffsabfang- und Ortungssystemen werden Bojen von Plugzeugen auf die Wasseroberfläche herab geworfen. Unterwassermikrophone werden dann von diesen Bojen in das Wasser abgesenkt, welche von U-Booten und Schiffen aufgefangene akustische Signale in elektrische Signale umwandeln. Diese Signale werden dann von den Bojen zu dem Plugzeug oder zu einem Schiff übertragen, wo sie dann verarbeitet werden, um das U-Boot zu orten.

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Moderne U-Boote zeichnen sich jedoch dadurch aus, daß sie sowohl mit sehr hohen Geschwindigkeiten fahren können als auch sehr manövrierfähig sind. Die Aufnahmesysteme müssen deshalb die Signale sehr gut verarbeiten und das gewünschte Ziel genau lokalisieren, so daß das aufgespürte Fahrzeug verfolgt und überwacht werden kann.

Die bekannten elektronischen Systeme verarbeiten alle an den Unterwassermikrophonen gleichzeitig aufgefangenen akustischen Signale. Folglich zeigen die Wiedergabegeräte auch alle Signale, die innerhalb des Ansprechfrequenzbandes der Unterwassermikrophone ankommen. Es ist bekannt, daß verschiedene Objekte in den Meeren ein akustisches Signal abgeben, das durch eine ganz diskrete Frequenz gekennzeichnet ist. Es wird dadurch schwieriger, ein bestimmtes Ziel ausfindig zu machen und zu verfolgen, wenn die Unterwassermikrophone auf mehrere Ziele gleichzeitig ansprechen.

Andere elektronische Systeme verarbeiten gleichzeitig alle Frequenzsignale, die in den Unterwassermikrophonen entstehen, über eine Anzahl diskreter Frequenzkanäle.

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Ein solches System benötigt viele Systemteile mehrfach, denn jeder Kanal ist so ausgelegt, daß er nur bei einer bestimmten diskreten Frequenz arbeitet. Die Kosten eines solchen Systems werden dadurch beträchtlich erhöht.

Die Richtung auf das Ziel wird weiterhin dadurch ausgemacht, daß die Amplitudenwerte der elektrischen Ausgangssignale einer Anzahl von Unterwassermikrophonen verglichen werden, welche in einem ganzen Feld von Bojen untergebracht sind. Soll eine solche Anordnung genau arbeiten, so wird zum einen eine individuelle Abstimmung aller Unterwassermikrophone verlangt,und zum anderen muß dafür gesorgt werden, daß sich ihre Eigenschaften nicht ändern.

Mit der Erfindung soll ein neues und verbessertes SignalVerarbeitungssystem geschaffen werden. Es soll dabei ein SignalVerarbeitungssystem geschaffen werden, daß eine diskrete Frequenz aus einem ganzen Frequenzfeld herausgewählt und diese dann verarbeitet werden kann. Weiterhin soll mit der Erfindung ein SignalVerarbeitungssystem geschaffen werden, das die relative Amplitude eines ausgewählten Signals in ein Signal umzuwandeln vermag, dessen

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Phasenlage in einer Beziehung zu der Richtung steht, aus der die akustische Energie ankommt. Mit der Erfindung soll außerdem dieses phasenbezogene Signal so verarbeitet werden daß ein Ausgangssignal abgegeben wird, welches genau die Richtung anzeigt, aus der die akustische Energie ankommt .

Mit der Erfindung werden diese Ziele mit einem Gerät erreicht, welches ein SignalVerarbeitungssystem enthält, das ein Signal auszuwählen vermag, welches unter vielen Signalen innerhalb eines zu bearbeitenden Frequenzbereichs bei einer diskreten Frequenz auftritt. Die Frequenz des ausgewählten Signals wird dann umgesetzt, so daß ein Signal mit niedrigerer Frequenz vorliegt, welches dann durch ein Schmalbandfilter hindurch geleitet wird, das alle übrigen Frequenzen nicht passieren läßt. Dieses Signal wird dann in ein Signal umgewandelt, dessen Phase für die Richtung, aus der die akustische Energie angekommen ist, kennzeichnend ist, und dieses phasenbezogene Signal wird dann so weiterverarbeitet, daß die Richtung der ankommenden Energie als Ausgangsgröße angezeigt wird.

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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nun nochmals in ihrem Wesen, den Merkmalen, Eigenschaften und Vorteilen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung teils in Blockbildwiedergabe einer Bojeneinheit und einer Empfänger einheit;

Fig.2A
und 2B eine schematische Darstellung, zum Teil in Blockbildwiedergabe eines Signalverarbeitungssystems nach der Erfindung; und

Pig. 3 ein Schemadiagramm eines abgewandelten Integratorsystems innerhalb der Empf anger anordnung.

Ein System nach der Erfindung ist in den Fig. 1, ■ 2A und 2B gezeigt, das eine Boje mit zwei Unterwasserrichtmikrophonen 14 und 16, einem Mikrophon 12 ohne Vor- " zugsrichtung, einem Kcipaßumsetzer 26, einer Modulatoreinheit 28, einer Übertragereinheit ^O, einer Empfängereinheit 52 und einem Schalter ~*>k besitz-t, welcher akustische Signale durch eine SignalVerarbeitungseinheit 40 leitet, welche Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Ausgangssignale von Unterwassermikrophonen mit einer Frequenz, die von der Quelle der akustischen Energie bestimmt ist, werden mit Signalen kombiniert, die von dem Kompaßumsetzer 26 hinzugeführt werden, und dann dem Empfänger und der

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SignalVerarbeitungseinheit zugeleitet. Die Empfängereinheit J2 filtert eine Träggerfrequenzkomponente ab, die für die Übertragung der elektrischen Signale benötigt wird, und die Signalverarbeitungseinheit 36 verarbeitet dann die elektrischen Signale weiter, so daß sie auf einer Signaldarstellungseinheit 46 dargestellt werden können. Wenn die übliche Signal Verarbeitungseinheit J>6 verwendet wird, dann zeigt die Signaldarstellungseinheit 46 gleichzeitig alle Signale auf, die innerhalb des Prequenzspektrums aufgefangen werden, für das die Unterwassermikrophone empfindlich sind.

Ganz allgemein gesagt hängt die relative Größe der Amplitude eines empfangenen Signals bei einem Richtmikrophon davon ab, aus welcher Richtung im Bezug auf die empfindliche Achse des Unterwassermikrophons das Signale auftrifft. Bei dem hier beschriebenen System wird die Richtung, aus der die akustischen Signale auftreffen, dadurch bestimmt, daß das Verhältnis der Amplituden der Ausgangssignale zweier Unterwasserrichtmikrophone bestimmt wird, deren empfindliche Achsen zueinander senkrecht stehen. Auf diese Weise können Paktoren wie die Signalintensität und die Empfindlichkeit der Unterwassermikrophone unbeachtet bleiben. Das

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Verhältnis der Signalamplituden zueinander ist dadurch nur eine Funktion der Richtung, in der sich das Ziel befindet, und unabhängig von der Intensität der ankommenden akustischen Energie. Das einzige, was benötigt wird, ist das, daß die beiden Unterwasserrichtmikrophone in der Boje dieselbe Empfindlichkeit haben oder daß bei unterschiedlicher Empfindlichkeit das Verhältnis ihrer Empfindlichkeiten bekannt ist. Es ist so auf einfache Weise möglich, die Empfindlichkeiten dadurch gleichzustellen, daß die Ausgangswerte des empfindlicheren Unterwassermikrophons gedämpft werden.

Mit Hilfe eines Zweirichtungs-Unterwassermikrophons der vorzugsweise verwendeten Art bei dieser Erfindung ergeben sich vier mögliche Auftreffrichtungen für jede gegebene relative Signalamplitude, d.h. eine in jedem Quadranten. Es werden dann die Signale jedes Unterwasserrichtmikrophons mit dem Ausgangssignal eines richtfreien Mikrophons verglichen, um festzulegen, in welchem Quadranten sich das Ziel befindet.

Um die Richtungsinformation aus den Signalen der Unterwassermikrophone zu erhalten, braucht lediglich das

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Verhältnis der Signalpegel aus den zwei Richtunterwassermikrophonen gewonnen zu werden. Hierzu braucht lediglich dasselbe Träggersignal mit den Signalen von beiden Unterwassermikrophonen moduliert zu werden, wobei für beide dieselbe Modulationsform gewählt wird. Die Dämpfung der Signale ist auf diese Weise dieselbe von der Modulation des Trägers an durch die Übertragung von der Punkboje und schließlich die Demodulation des Radiofrequenzsignals, das bei der Empfangsstation aufgefangen wird. Die Behandlung der Signale von dem Zeitpunkt an, in welchem sie die Unterwassermikrophone verlassen, bis zu ihrer Demodulation erbringt somit hinsichtlich des Verhältnisses der Amplituden der Signale, die von den Unterwassermikrophonen aufgefangen worden sind, keine Veränderung. Wie weiter unten noch erläutert wird, wird das von dem richtfreien Mikrophon aufgefangene Signal lediglich als Phaseninformation verwendet, und zu dem Zweck braucht seine relative Amplitude nicht besonders erhalten zu werden. Bei den verwendeten Frequenzen ergeben sich keine Schwierigkeiten, die Phaseninformation zu erhalten.

Die Unterwassermikrophone 14 und 16 hängen unter die Wasseroberfläche hinein und verwandeln die ankommenden

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akustischen Signale in entsprechende elektrische Signale. Diese Wandler oder Umsetzer, die schematisch in Fig. gezeigt sind, sind durch die in der Zeichnung gezeigte Azimutalrichtungsabhängigkeit gekennzeichnet. Genauer gesagt haben sie Empfindlichkeitsachsen 18, auf denen sie für ankommende Schallenergie maximal reagieren, und Nullachsen 20 mit minimaler Anspreehempfindlichkeit. Die Umsetzer sind an einer Trägerstruktur (nicht gezeigt) befestigt, wobei ihre Empfindlichkeitsachsen vorzugsweise zueinander orthogonal stehen.

Die Unterwassermikrophone sind richtungsabhängig, was bedeutet, daß die Ausgangsspannung des Umsetzers eine Kosinusfunktion des Winkels zwischen der gemeinsamen Achse des Unterwassermikrophons und der Achse der Spulenbewegung in Richtung der einfallenden Schallenergie ist. Die Ausgangs spannung e.. j, des Unterwassermikrophons oder Umsetzers 14 hängt dann in folgender Weise von verschiedenen Parametern ab:

e^^= Af(t) cos θ

worin © der Winkel zwischen der empfindlichen Achse 18 des

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Umsetzers 14 und der Einfallsrichtung der ankommenden Schallenergie (Pfeil 24) ist, f(t) die ankommende Druckwelle als Punktion der Zeit bedeutet und A die Übertragungsfunktion des Übertragers oder seine Empfindlichkeit ist. In gleicher Weise ist die Ausgangsspannung e^g des Umsetzers 16 gegeben durch

= Af(t)

worinOOder Winkel zwischen der empfindlichen Achse 18 des Umsetzers 16 und der Einfallsrichtung der ankommenden Schallwelle ist. Da die empfindlichen Achsen der Unterwassermikrophone 14 und 16 orthogonal aufeinander stehen, ist cosCL= sin Θ, und Gleichung 2 kann dann umgeschrieben werden in

e_i6 = Af(t) sin θ (2A),

wobei sich unter der Annahme, daß die Umsetzer 14 und 16 die gleiche Empfindlichkeit haben, das Verhältnis

Ί6 ^sinö

- tg θ

e₁2i cos θ

ergibt.

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Bei der Berechnung des Verhältnisses von e*g zu e^2i braucht folglich nur der Winkel θ berücksichtigt zu werden. Dennoch kann nach der Berechnung des Absolutwertes von tg θ noch nicht eindeutig die Richtung der Schallenergiequelle bestimmt werden. Für jeden Absolutwert von tg θ liegen vier mögliche Richtungen vor, und zwar eine |

in jedem durch die Achsen 18 und 20 der Fig. 1 bestimmten Quadranten. Durch Phasenvergleich kann dann der tatsächlich zutreffende Quadrant ermittelt werden.

Die Phase des Ausgangssignals jedes der zwei Richtungsumsetzer oder Unterwassermikrophone 14 und 16 hängt von der Auftreffrichtung der akustischen Eingangssignale ab. Ein von einer Seite der Nullachse 20 ankommendes Signal hat eine entgegengesetzte Phasenlage zu einem

Signal, das von der anderen Seite der Nullachse ankommt. ^ Andererseits gibt der ungerichtete Umsetzer 12, der mit den Umsetzern 14 und 16 zusammenfange bracht ist, ein Ausgangssignal ab, dessen Phasenlage von der Einfallsrichtung äes Eingangssignals unabhängig ist. Durch Vergleich der Phase des Signals vom ungerichteten Umsetzer mit der Phase der Ausgangssignale der gerichteten Umsetzer 14 und 16 kann mit dem System für jeden gerichteten Umsetzer die Seite von

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der Nullachse 20 bestimmt werden, auf der das Eingangssignal ankommt. Es ist also mit den zwei Phasenvergleichen möglich, den zutreffenden Quadranten zu ermitteln. An einem Beispiel soll dies nun erläutert werden, wobei angenommen wird, daß das ankommende akustische Signal aus der durch den Pfeil 24 angedeuteten Richtung ankommt. Der Vergleich der Phasen der Ausgangswerte der Umsetzer 14 und 16 ergibt zunächst die Information, daß die Richtung, aus der die Schallwellen ankommen, oberhalb der Nullachse 20 des Unterwassermikrophons 14 liegt, also die Richtung des Pfeiles 24 im ersten Quadranten oder des Pfeiles 24A im zweiten Quadranten ist. Ein ähnlicher Vergleich mit dem Unterwassermikrophon 16 ergibt die Information, daß die Richtung des SchHlwelleneinfalls rechts von der Nullachse 20 liegt, also entweder die Richtung des Pfeiles 24 im ersten Quadranten oder des Pfeiles 24B im vierten Quadranten ist. Aus der Kombination dieser beiden Vergleiche ergibt sich dann klar, daß die Schallenergiequelle im ersten Quadranten urud damit in der Richtung des Pfeiles 24 liegt, wobei die genaue Winkelbeziehung im Bezug auf die Achsen der Unterwassermikrophone in der oben beschriebenen Weise festgelegt ist. Herkömmliche Phasendetektoren können die beiden Phasenvergleiche

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durchführen, und einfache logische Schaltkreise können dann die Ausgangswerte der Phasendetektoren weiterverarbeiten, damit die gewünschte Quadranteninformation vorliegt.

Die Bezugsrichtung vom Erdmagnetfeld wird in

das System durch einen Kompaßumsetzer eingebracht, wel- g eher allgemein mit 26 bezeichnet ist. Dieser Kompaßumsetzer kann so aufgebaut sein, wie er in der US-Patentschrift 5 264 554 beschrieben ist. Darin geben ein Oszillator und ein Phasenschieber vier Signale ab, die im Bezug auf die Statorelemente im Kompaßumsetzer 26 für die aufeinanderfolgenden Quadranten maßgebend sind. Die Statorelemente sind nach den empfindlichen Achsen 18 der Unterwassermikrophone ausgerichtet, so daß sich die Statorelemente in direkter Beziehung mit der Bewe-

gung der empfindlichen Achsen 18 drehen. Ein Rotorelement im Umsetzer 26 ist zur Erdmagnetfeldrichtung ausgerichtet und kann beispielsweise aus einem magnetischen Material bestehen, Die sich ergebende Ausgangsspannung des Umsetzers hängt in ihrer Phasenlage vom Winkel zwischen dem Rotor und den Statorelementen ab.

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Das Ausgangssignal des Kompaßumsetzers wird mit jedem Signal der einzelnen Unterwassermilcrophone kombiniert, so daß die sich daraus ergebenden Signale durch ihren speziellen Phasenwinkel stets eine Information der Beziehung zur Magnetfeldrichtung enthalten. Der Ausgangswert des richtungslosen Unterwassermikrophons 12 wird mit der Ausgangsgröße des Modulators 28 am Eingang des Übertragers 30 summiert. Das resultierende Signal, das der Übertrager 30 abgibt, wird am Empfänger 32 der Verarbeitungsstation empfangen.

Normalerweise wird das Ausgangssignal des Empfängers J2 einer SignalVerarbeitungseinheit 36 zugeführt, deren Ausgangswert dann an einer Signaldarstellungseinheit 46 dargestellt wird. Die an der Einheit 46 abgebildeten Signale enthalten sämtliche Signale, die von der Boje aufgefangen werden, d.h. alle Signale, die innerhalb des Frequenzbandes des Unterwassermikrophons liegen. Die Unterwassermikrophone können beispielsweise gleichzeitig Schallsignale bei den Frequenzen von 50, 100, 200 und 700 Hz auffangen. Damit zeigt die Darstellungseinheit 46 jedes Ziel an, welches Schallenergie in einer dieser Frequenzen abgibt, und es wird schwierig,

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wenn nicht gar unmöglich sein, diese Frequenzen nach der Richtung ihrer Schallquellen auseinanderzuhalten.

Ein Merkmal der Erfindung besteht nun darin, daß an der Darstellungseinheit 46 nur eine diskrete Frequenz ausgewählt werden kann und diese Frequenz dam\ auch nur verarbeitet wird, um das für die Schallenergie dieser Frequenz verantwortliche Ziel auszumachen. Das Ausgangssignal eines Peilzeigergenerators 52, das auf der Darstellungeinheit 46 erscheint, wird auf eine Frequenz eingerichtet, die gerade interessiert, z.B. ein Signal einer Frequenz von 100 Hz. Das Einstellen des Eeilzeigergenerators stimmt auch die SignalVerarbeitungseinheit 40 ab, so daß alle Signale der gewünschten Freguenz, z.B. die 100Hz - Signale verarbeitet werden.

Zu dieser Zeit wird der Ausgangswert des Schalters 54 einer Demodulatoreinheit 38 zugeführt. Der Demodulator 58 demoduliert das Signal von dem Trägersignal, welches in der Modulatoreinheit 28 hinzugefügt worden war. Ein spannungsgeregj|_eter Bezugsoszillator (nicht dargestellt) in der Einheit J>8 ist so ausgelegt, daß ein Ausgangswert

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vorhanden ist mit einer Phasenlage, die der Phasenlage der Ausgangswerte des Kompaßumsetzers gleicht. Werden nun die modulierten Ausgangssignale der Unterwassermikrophone und 16 und der Ausgangswert des Bezugsoszillators durch (nicht dargestellte) Synchrondetektoren hindurchgeleitet, so äind die Ausgangssignale vom Demodulator 38 identisch ™ mit den elektrischen Signalen, die von den Unterwassermikrophonen 12, 14 und 16 erzeugt werden, und werden auf den Leitungen 100, 102, 104 abgegeben. Die Signale 100, 102 und 104 kommen dann auf die Signalverarbeitungseinheit 40, welche ein weiteres Teil der Erfindung ist.

Dieses SignalVerarbeitungseinrichtung 40 enthält einen Frequenzübersetzer IO6 in jedem Signalpfad, dem Tiefpaßfilter 1^2, 134, I36, Synchrondetektoren 14O und fe 142 in den zwei Zweirichtungssignalleitungen, ein Integratorabschnitt 50* ein Computerabschnitt 54 und eine Richtungsoder Indikatoreinheit 42 nachgeschaltet sind.

Ein kennzeichnendes Merkmal der Erfindung ist der Frequenzübersetzerabschnitt IO6, der die gewünschte Frequenz vom breitbandigen Geräuschhintergrundssignal absondert, indem das gewünschte akustische Signal bei einer bestimmten Frequenz durch Überlagern in ein Signal mit einer

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vorbestimmten Frequenz übersetzt wird, das dann durch ein Tiefpaßfilter I36 hindurchtritt. Der Ausgang des Filters 136 wird auf einen Satz von Integratoren I50, 152 gegeben, die die Signale, welche die Quadrantenrichtungskomponente enthalten, in ein Signal von konstantem Wert ^

umwandeln unabhängig vom ursprünglichen dynamischen Bereich. Das durchschnittliche konstante Pegelsignal wird dann dazu verwendet, 90° und 0° - Komponenten eines willkürlichen Bezugsträgers zu modulieren im Richtungscomputerabschnitt 5^i wodurch ein Gleichstromsignalpegel erzeugt wird, der proportional dem Richtungswinkel ist, d.h. der Richtung der Quelle des akustischen Signals.

Als erläuterndes Beispiel wird etwa ein Signal

von 100 Hz durch die SignalVerarbeitungseinheit geschickt f und durch die SinusUberSetzereinheit I06. Die beiden Signale, die in den anderen Übersetzerabschnitten verarbeitet werden, werden in ähnlicher Weise behandelt.

Das akustische Signal 104, das der Übersetzereinheit 106 vom Demodulator 38 zugeführt wird, wird zunächst im Verstärker I08 verstärkt und dann einem Eingang einer

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Mischstufe 110 zugeführt. Der zweite Eingang zur Mischstufe 110 stammt von einem variablen Oszillator 112. Dieser Oszillator 112 erzeugt eine Frequenz, die sich mit jeder Frequenz im akustischen Bereich überlagert, um ein gewünschtes Zwischenfrequenzsignal etwa von 10 kHz zu erzeugen. Der Ausgang des variablen Oszillators 112 wird abgestimmt, wenn der Peilzeigergenerator 52 auf der Darstellungseinheit 46 einen Peilzeiger von gewünschter Frequenz hervorruft. Bei dem ausgewählten Beispiel liegt die Ausgangsfrequenz des Oszillators 112 bei 9,9 kHz und die Frequenz des Ausgangssignals der Mischstufe bei 10 kHz. Dieses Zwischenfrequenzsignal wird dann auf das Tiefpaßfilter 114 gegeben, das nur Signale der Frequenz von 10 kHz passieren läßt, die Harmonischen dieser Durchiaßfrequenz jedoch abfängt, und zwar insbesondere die dritte und höhere Harmonische. Das vom Filter 114 kommende Ausgangssignal wird dann auf den ersten Eingang der Mischer 116 und 118 geleitet. Der zweite Eingang der Mischer 116 und 118 kommt von einem fest eingestellten Oszillator 120. Das Ausgangssignal vom Oszillator 120 , das der Mischstufe 116 zugeführt wird, ist um 90 phasenverschoben gegen das der Mischstufe 118 zugeführte Signal.

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Die Frequenz dieses Oszillatorsignals ist so gewählt, daß, wenn es mit dem Durchlaßfrequenzsignal überlagert ist, das resultierende Signal eine gewünschte Differenzfrequenz von z.B.· 25 Hz aufweist. Bei unserem Beispiel wird als Frequenz des Oszillators 120 g 9975 Hz gewählt. Die gewünschte Differenzfrequenz ist die mittlere Frequenz eines Schmalbandfliters, das in jedem Kanal vorgesehen ist.

Diese zweite Überlagerungsstufe ist in dem Sinne einzigartig, da Mischfrequenzen passieren können der festen Oszillatorfrequenz, die mit dem Zwischenfrequenzsignal gemischt werden, welche oberhalb der festen Trägerfrequenz erscheinen, wogegen Produkte unterhalb der festen Trägerfrequenz ausgeschaltet werden. Z.B. ist die Zwischen- f frequenz 10 ktfz und die Frequenz des festen Oszillators 9975 Hz. Werden diese zwei Signale überlagert, so sind die Produkte 25 Hz und 19 975 Hz. Eins der Produkte fällt mit der mittleren Frequenz eines Schmalbandfilters in diesem System zusammen. Eine andere Frequenz des Frequenzspektrums der Unterwassermikrophone kann ein Signal mit 25 Hz erzeugen. Wenn beispielsweise der Oszillator 112

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so eingestellt ist, daß er ein 100 Hz-Signal auswählt, so soll jetzt die Reaktion bei Ankunft eines 50 Hz-Signals betrachtet werden. Ein 50 Hz-Signal überlagert sich mit einem 9,9 kHz-Signal und erzeugt 9850 Hz und 9950 Hz. Das Signal der festen Frequenz bei 9975 Hz überlagert sich ^ dann mit dem 9950 Hz-Signal und erzeugt ein 25 Hz-Signal und ein I9 975 Hz-Signal. Dieses 25 Hz-Signal kann auch durch das Schmalbandfilter hindurchtreten. Diese zweite Überlagerungsstufe jedoch ist so ausgelegt, daß sie ein Mischerprodukt mit einer Frequenz (9950 Hz), welche unterhalb der Frequenz des festen Oszillators (9975 Hz) liegt, ausschließt, was nachfolgend erläutert werden soll. Der Grund hierfür ist, daß ein manechmal auftretender Effekt ausgeschaltet werden soll, was man als Bildbeseitigung bezeichnet.

Die Produktsignale der Mischstufen 116 und II8 werden in Verstärkern 122 und 124 verstärkt und ihre Ausgangswerte Phasenschiebern 126 und 128 zugeführt. Es liegt in diesem Abschnitt der zweiten Überlagerungsstufe begründet, daß alle Produkte der Mischung mit einer Frequenz, die unterhalb der Frequenz des Oszillators 120 liegt, ausgeschaltet werden. Die Ausgangssignale der

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Phasenschieber 126 und 128 werden dann in einem Suramiernetzwerk I30 summiert, wo die Beseitigung oben beschriebener Art vorgenommen wird. Der voranstehend beschriebene Vorgang findet genauso in dem Allesübersetzer und dem Kosinusübersetzer statt.

Die Ausgangssignale der jeweiligen Summiernetzwerke 130 eines jeden Leitungsstranges werden dann den Schmalbandfiltern 132, 134 und 136 zugeführt. Die Frequenzen der Signale, die an den Ausgängen der Summiernetzwerke 130 auftreten, sind die mittleren Frequenzen der Schmalbandfilter, bei dem voranstehend genannten Beispiel 25 Hz. Das akustische Signal 100, das am Ausgang des Filters 132 auftritt, hat die Form Af(t), das akustische Signal 102 am Ausgang des Filters 134 die Form Af(t) cos θ | und das akustische Signal 104 am Ausgang des Filters die Form Af(t)sin Θ. Die Ausdrücke 5 und 6 haben dieselbe Form wie die Ausdrücke 1 und 2A, denn der Demodulator 38 beseitigt von den Signalen den Winkel, der vorhanden sein könnte, wenn die Bezugsachse 18 der Unterwassermikrophone von Null Grad bezüglich der magnetischen Nordrichtung abweicht.

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Das All^richtungs-Signal vom Filter 1J2 wird dann einem Begrenzer I38 zugeführt, der das Signal begrenzt. Es wird dabei in ein Rechteckwellensignal umgewandelt, ohne daß die Nullachsendurchgänge verschoben werden. Die akustischen Signale 102 und 104 der Richtmikrophone werden dann synchronisierten Detektoren 14O, 142 zugeführt. Auch das Ausgangssignal des Begrenzers I38 kommt auf die zweiten Eingänge der Synchrondetektoren 14O und 142.

Am Eingang der Detektoren enthalten die relativen Amplituden der Signale 102 und 104 die Peilinformation in Bezug auf die Quelle der akustischen Signale,'und die relativen Augenblickspolaritäten der Signale deuten im Vergleich mit der Polarität des Einrichtungssignals den Quadranten an, in dem sich die SignalQuelle befindet. Die Synchrondetektoren 140 und 142 sind so bemessen, daß an ihrem Ausgang ein gleichgerichtetes Vollwellensignal positiver Polarität abgenommen werden kann, wenn das Ausgangssignal der Filter 1J54 oder 136 mit dem Ausgangssignal des Begrenzers I38 in Phase ist. Dagegen sind die Ausgangssignale der Synchrondetektoren 14O und 142 von negativer Polarität, wenn das akustische Signal von

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den Filtern 1j4 und I36 in Gegenphase zum Signal liegt, welches vom Begrenzer I38 erhalten wird. Auf diese Weise ergeben die Synchrondetektoren definierte Polaritätsvorzeichen zu den Sinus- und Kosinussignalen, die von den Filtern 1^4 und I36 empfangen werden, und kenntelehnen damit den Quadranten, in dem sich die Quelle für die akustischen Geräusche befindet.

Die nun als gleichgerichtete Vollwellensignale vorliegenden akustischen Signale aus den Synchrondetektoren 14O und 142, die mit 144 und 146 bezeichnet sind, werden auf Linearintegratoren I50 und I52 geleitet.

Diese den Integratoren 150 und I52 zugeführten Signale werden über eine bestimmte Zeitspanne integriert und bilden so auf einem Kondensator eine gewisse Ladungsmenge, ^ bis der Integrator wieder gelöscht wird, da sonst der Kondensator ständig weiter geladen wird, bis der zugehörige Schaltkreis in elektrische Sättigung gelangt. Ein Integratorsystem kann entweder von Hand durch einen Bedienungsmann oder automatisch gelöscht werden. Bei der Erfindung wird das Integratorsystem mit einer automatischen Löscheinrichtung versehen, die in Wirkunge tritt, wenn der Kondensator

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des Integrators eine bestimmte Ladungsmenge angesammelt hat. Da durch die angesammelte Ladungsmenge der Löschzeitpunkt des Integrators besser bestimmt wird als durch ein festes Zeitinervall, ist die Integrationszeit eine Funktion der Signalstärke. D.h., die Integrationszeit ist umgekehrt proportional der Signalstärke, was ein System schafft, das sich automatisch der Signalstärke anpaßt.

Die Ausgänge der Integratoren I50 und 152 werden auf einen Eingang der Löscheinheit 15^ gegeben, während an einenfzweiten Eingang der Einheit 15^ eine positive oder negative Spannung als Pegelspannung gelegt wird. Durch Verwendung logischer Schaltkreise wird ein Signal von der Einheit 15^- automatisch den Integratoren I50 und 152 zugeführt, wodurch sie gleichzeitig auf ihren Nullbezugswert zurückgestellt werden, wenn der Ausgang einer der beiden Detektoren I50 oder I52 einen Wert erreicht, der dem positiven oder negativen Grenzwert gleich ist.

Beide Integratoren 150 und 152 werden zusammen gelöscht, so daß die relativen Amplituden der Signale

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144 und 146, die die Richtungsinformation enthalten, nicht zerstört werden. Das automatische Löschen der beiden Integratoren I50 und I52 bei einem festen, vorher bestimmten Grenzwert erhält die Beziehung zwischen den beiden akustischen Signalen der Richtungsunterwassermikrophone, so daß die Ausgangswerte der linearen Integratoren I50 ^

und 152 dieselbe Beziehung behalten. Das Ausgangssignal der Linearintegratoren I50 und 152 hat Sägezahnform, wobei die Spitzenwerte die Richtungsinformation darstellen.

Die Ausgangssignale der Linearintegratoren werden ExponentialIntegratoren 156 und I58 zugeleitet, die die Sägezahnwellenform ausmitteln und ein Gleichspannungssignal erzeugen, das für den Hauptwert der Sägezahnwelle bezeichnend ist. (j

Die Ausgänge der Exponentialintegratoren I56 und 158 sind mit Mischeranordnungen I60 und 162 verbunden, und zwar mit deren ersten Eingängen. Aus ihren zweiten Eingängen erhalten die Mischerstufen ein Bezugssignal vom Oszillator 164, dessen Frequenz beliebig gewählt sein kann, z.B. 2 KHz. Das dem zweiten Eingang des Mischers 162 zugeführte Signal hat Trägerfrequenz und eine Nullgrad-Bezugskomponente; das Eingangssignal, das dem Mischer 16O

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zugeführt wird, ist nach Durchgang durch einen Phasenschieber 166 in seiner Phase um 90° gedreht.

Die Wirkung des Mischens eines Signals mit einem Gleichstrompegel und eines Signals mit irgendeiner Be-P zugsfrequenz ist ein Signal mit der Bezugsfrequenz, dessen Amplitude proportional dem Gleichstrompegel ist. Am Ausgang des Mischers 162 erscheint also ein Signal mit einer Frequenz, die der Frequenz des Oszillators 164 gleich .ist, dessen Phase mit der Phase der Bezugsfrequenz übereinstimmt und dessen Amplitude durch das akustische Signal

des 146 bestimmt wird. Das Signal am Ausgang/Mischers 160

hat dieselbe Frequenz, ist jedoch um 90° phasenverschoben, und seine Amplitude ist proportional dem akustischen £ Signal 144.

Die Ausgangswerte der Mischer 16O und 162 werden dann einem Vektorsummennetzwerk 168 zugeführt, welches seine Ausgangsgröße an ein Tiefpaßfilter I70 abgibt. Am Ausgang des Summennetzwerks I68 und des Tiefpaßfilters 170 erscheint eine Sinuswelle von der Bezugsfrequenz mit konstanter Amplitude und einer Phase, die gegen die Nullgrad-Trägerfrequenz des Oszillators 164 um den Richtungswinkel θ der akustischen Signalquelle verschoben ist.

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Dieses Ausgangssignal gelangt auf einen Begrenzer 172, in dem die Sinuswelle in eine Rechteckwelle umgewandelt wird, und diese Rechteckwelle wird auf einen der Eingänge eines Multivibratorkreises 174 gegeben.

Der Multivibratorkreis wird von der voranlaufenden ^ Kante des Bezugssignals vom Oszillator 164 ausgelöst, welches eine NuIlgrad-PhasenverSchiebung hat, und von dem vom Begrenzer 172 ankommenden Signal wieder gelöscht. Das am Ausgang des Multivibrators 1-74 erscheinende Signal hat eine Impulsbreite, die durch den Richtungswinkel θ der akustischen Quelle bestimmt ist; sie ist proportional dem Winkel Θ.

Mit dem Ausgang des Multivibrators 174 ist ein

Exponentialintegrator I76 verbunden, der die Impulse variabler Breite mittelt und daraus einen Gleichstromsignalpegel erzeugt, der nun proportional dem Richtungswinkel θ der akustischen Quelle ist. Durch geeignete Bemessung eines Widerstandsnetzwerkes kann das Gleichspannungssignal aus dem Integrator I76 so bemessen werden, daß der Bereich von O bis 36Ο Millivolt einem Richtungswinkel

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von 0 bis 36O Grad entspricht. Dieses Signal wird dann auf einen Richtungsindikator 42 gegeben. Dieser Indikator 42 kann jede beliebige Digitalvorrichtung sein, die die Werte zwischen 0 und j60 anzuzeigen vermag, z.B. ein Digitalvoltmeter.

Das Signal vom Integrator 176 kann auch über einen Schalter 54 auf eine Signaldarstellungseinrichtung 46 oder eine Speichereinheit 56 gegeben werden, durch die das akustische Signal dann aufgezeichnet werden kann. Die Speichereinheit 56 speichert die erhaltene Analoginformation. Durch Eingabe eines geeigneten Auslösebefehls gibt die Einheit 56 dann eine zeitgenaue Richtungsinformation über das akustische Signal, die einem Widergabegerät 58 oder einer Signaldarstellung 46 zugeleitet werden kann.

Die Wandlereinheit IO6, die an früherer Stelle beschrieben wurde, ist so ausgelegt, daß sie eine bestimmte Frequenz aus einem ankommenden Tonfrequenzband auswählt und in einem zweistufigen Uberlagerungsprozess dieses Signal in ein Schmalbandfilter mit einer festen Mittelfrequenz gibt. Man nehme an, das Signal 104 sei ein Tonfrequenzband aus mehreren Frequenzen, aus dem eine

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JS

Frequenzamplitude durch Frequenzumsetzung und Filtern in einera Schmalbandfilter ausgewählt werden soll in folgender Weise:

cos wt,

und das vom variablen Oszillator 112 dargebotene Signal

ist

COS W, t.

Diese beiden Signale werden dann in der Einheit 110 gemischt, woraus sich ergibt:

1/2 jcos (w_b-w_n)t + cos (w_b-f-w_n)tJ .

Es erscheinen der Träger und sein oberes und unteres Seitenband. Das Signal, das im ankommenden akustischen Band von Interesse ist, wird nun so umgesetzt, daß es als diskrete Zwischenfrequenz im oberen Seitenband erscheint. Das gesamte untere Seitenband fällt unter die Zwischenfrequenz .

Die zweite Mischstufe ist eine Quadriermischstufe, in der der Ausgangswert der ersten Mischerstufe mit zwei Quadrierkomponenten der zweiten Trägerfrequenz überlagert wird: cos w■ t und -,sin w_Qt. Es soll zunächst der Sinusteil

- 29 - .

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2069155

30

der Quadriermischerstufe beachtet werden. Ein Signal, das vom Osallator 120 der Mischerstufe 118 zugeführt wird, ist folgendermaßen:

-sin w t. c

Der Ausgang der Mischerstufe 118 kann dann dargestellt werden durch

1/2 £cos (w_b-w_n)t + cos (w_b+w_n)t^^-sin w_ct7 (11)

b n^J

— — ^i

oder

1/2 sin (-w_o)t /cos (w_b-w )t + cos (^w _b+w_n)t7 (11a'

[sin (-w_c-w_b+w_n)t + sin(-w_c+w_b-w_n)t

+ sin (-w_c-w_b-^w _n)t + sin(-w_c+w_b+w_n)tj (1

Die folgenden Frequenzen fallen außahalb des Bereichs der Bandbreite des Phasenschiebers 126 und des Filters 1j6, so daß sie als herausgefiltert behandelt werden können:

Sin (-Wq-Wj₃ ⁺W₁₁) ^und

sin (-W₀-W₁₀-W_n).

Es läßt sich damit die Gleichung 11b umschreiben in:

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1/4 |sin(-w_c+w_b-w_n) + sin (-w_c+w_b+w_n)J (Hc)

Um das Herausfallen infolge Urnklappens darzustellen, wie es durch das Anwenden der Phasenschieber 126 und 128 und der Summiereinheit 1j50 auftritt, wird die Polarität der Werte im letzten Ausdruck abgeschätzt für die Mischprodukte der Frequenzen oberhalb und unterhalb der Träger- i frequenz w t. Da die Tonfrequenz, die von Interesse ist, so umgesetzt worden ist, daß sie im oberen Seitenband auftritt eines ersten Modulators bei einer endlichen Zwischenfrequenz, arbeitet -die Trägerfrequenz w t auf dem ober an Seitenband, und das gänzlich unterhalb w t befind-

* C

liehe untere Seitenband wird nicht weiter beachtet. Wird dann gesetzt

^wb"^Wn-^wc ^Wb^+Wn-^Wc

so kann Gleichung 11c geschrieben werden

1/4 /"sin (-M)t + sin(N)tj bei (w_b+w_n) S w_c (12) 1/4 /sin (-M)t + sin(-N)t7 bei (w_b+w_n) ^ w_q (12a)

- 51 -

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τη -

Die Ausdrücke 12 und 12a lassen sich auch nach folgendermaßen darstellen:

1/4 [-sin (M)t + sin (N)tJ und (13) 1/4 [-sin (M)t - sin (N)tj (13a).

Das vom Oszillator 120 dem Mischer 116 zugeführte Signal lautet

cos w t.
c

Daraus ergibt sich als Ausgang der Mischerstufe 116s

1/2 fcos (^w _b-^w _n)t + cos (W]₃ ⁺W_n)M ^{cos w} t O ^)

fe 1/4 j cos (w,-w -w )t + cos(w,-w +w )t + cos

(w_b+w_n.._Wc)t + cos (^w _b ^+w _n ^+w _c)tl (14a)

Auch die folgenden Frequenzen liegen außerhalb der Bandbreite des Phasenschiebers 126 und des Filters 1^4 und können somit als herausgefiltert betrachtet werden.

- 32 -

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3$

cos (w -w +w ) und cos (w_b+w_n+w_c)

Der Ausdruck I4a läßt sich also umwandeln in

1/4 £cos (w_b-w_n-w_c)t + cos (^w _b+w_n-w_e)t7 (15), *

und mit

w, -w -w = M und

Dae

^wb^+vV^wc ^{= N}'

wird der Ausdruck 15 zu 1/4 /cos (-M)t + cos (N) tj bei (^w _b ^+w _n) ^ ^w _c (15a)

und

1/4 [cos (-M)t + cos (-N)ti bei (w_b+w_n) <£ w_c (15b)

was sich auch darstellen läßt als

1/4 Pcos (M)t + cos (N)t] (16),

da gilt:

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2Ü59155

cos (-M)t = cos (M)t.

Wird das durch die Ausdrücke 15 und 1Ja wiedergegebene Signal um 9O⁰ gegenüber dem Ausdruck 16 phasenverschoben, wenn es den Phasenschieber 128 passiert hat, dann lassen sich die Ausdrücke folgendermaßen schreiben:

1/4 Ucos (M)t + cos (N)ti bei (w_fe+w_n) > w_q (17) 1/4 f^cos (M)t - cos (N)ti bei (w,+w„) < w . (17a)

L_n .—-■* D Γι C

Werden nun die Ausgänge der Phasenschieber 126 und 128, welche durch die Begriffe 16, 17 und 17a dargestellt werden, vektoriell addiert in dem Summennetzwerk 1J50, so ergibt sich am Ausgang der Einheit 13O

1/2 cos (N)t bei (w_fe+w_n)
und

0 bei (w_b+w_n) <^ w_c.

Es läßt sich daraus erkennen, daß der Ausgang eines Sinusabschnitts in der Phase um 18O° gedreht wird, wenn das Signal in der Frequenz von einem Wert oberhalb der Trägerfrequenz w t auf einen solchen unterhalb der Trägerfrequenz

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¹¹¹¹¹Si! ϊ ϊ ^τ'^::""^:ι'ί 7 ίΙΐ'^!ίϋ!' Ι^'ΐ^

geändert wird. Der Ausgang des Kosinusabschnitts ändert beim Frequenzwechsel des Signals die Phase nicht. Wenn also der Ausgang des Sinusabschnitts um 90° phasenverschoben wird und dann vektoriell addiert wird dem Ausgang des Kosinusabschnitts,, dann werden alle Frequenzen, die auf einer Seite der Trägerfrequenz auftreten, beseitigt, während die Frequenzen auf der gegenüberliegenden Seite der Trägerfrequenz miteinander in Phase sind und sich somit addieren. Der Umsetzerabschnitt behandelt folglieh nur die ausgewählte Frequenz.

In Fig. 3 ist ein wahlweise verwendbares System zürn Löschen des Sinus- und Kosinuskanal integrators wiedergegeben.

Das in den Fig. 2A und 2B beschriebene Integrator- ((

system wandelt die Sinus- und Kosinusfunktionen in Tangensund Cotangensfunktionen wegen des automatischen Löschsystems. Da die größere unter den Sinus- und Kosinusfunktionen bewirkt, daß beide Integratoren gleichzeitig gelöscht werden, hat das zur Folge, daß die kleinere Funktion algebraisch durch die größere Funktion geteilt wird: Erreicht die Sinusfunktion den Grenzwertpegel, dann ist:

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_K = κ (Grenzwert)

sin θ cos θ

Q ^

sin θ ist die Kosinusfunktion die größere, dann ist

= K tg θ cos θ

/"» ί-Χ CN /"Λ

cos θ

COS θ COS θ

Das beschriebene System ändert jedoch nicht die Sinus- und Kosinusbeziehungen, und der Winkelcomputerabschnitt behandelt sie wie Sinus- und Kosinuswerte.

Bei dem abgewandelten System wird der Ausgang jedes Linearintegrators dem Eingang eines Linearvers barkers 178* 179 zugeführt. Der Linearverstärker ist eine Vorrichtung, der am Ausgang ein Signal entnommen werden kann, das der Quadratwert des Eingangssignals ist. Ist z.B. der Eingangswert, der vom Integrator ankommt, A cos Θ, dann erscheint am Ausgang des Verstärkers I78 das Signal A cos Θ. Die Ausgangswerte der Verstärker I78 und kommen auf das Summiernetzwerk I82. Dessen Ausgangsgröße

1 0 9 8 4 1 / 1 Π 6

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wird auf einen Eingang einer automatischen Grenzwerteinheit 154 gegeben. Bei dem Beispiel hat der Ausgang der

Q Ο Ο Ο

Summier einheit 182 die Form A cos θ + B sin Θ, und deshalb ist die Löscheinheit 154 so ausgelegt, daß sie den Quadratwert des Grenzwertes und nicht den Grenzwert

selbst erkennt. J

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Sinus- und Kosinusfunktionen nicht in Tangens- und Cotangensfunktionen umgewandelt. Durch Addition zweier Kathetenquadrate im rechtwinkeligen Dreieck läßt sich das Hypothenusenquadrat gewinnen, so daß dadurch der veränderliche Winkel ausgeschaltet ist. Außerdem ist der geometrische Ort der Punkte, die durch das Hypothenusenquadrat beschrieben werden, ein Kreis, und die Hypotenuse wird

Radius des Kreises. Da die Summe der Quadrate der Sinus- ™

und Kosinusfunktionen immer gleich dem Quadrat des Radius des Kreises ist, ist der Grenzwert stets konstant. So analysiert der Richtungswinkelcomputer die Sinus- und Kosinusfunktionen und nicht die Tangens- und Cotangensfunktionen wie im vorher beschriebenen Fall. In Jedem Fall aber bestimmt der Richtungswinkelcomputer den Richtungswinkel des akustischen Signals.

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Sf

Ohne von der Erfindung abweichen zu müssen, können in dem System Abwandlungen vorgenommen werden. Zwar wird bevorzugt, die empfindlichen Achsen der beiden Richtungsmikrophone 14 und 16 aufeinander senkrecht anzuordnen , doch ist diese Winkelbeziehung nicht unbedingt erforderlich und kann durch andere Winkel ersetzt werden. Allerdings wird die gesamte Einrichtung dadurch wesentlich komplexer. Auch ist der Kompaßumsetzer nur beispielhaft für verschiedene Richtungsumsetzer gewählt, womit die Achsen der Richtmikrophone auf ein äußeres festes Koordinatensystem bezogen werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Ortungssystem für akustische Unterwassersignale mit einem Paar von Umsetzern zum Wandeln der akustischen Signale in elektrische Signale, von denen jeder Umsetzer eine Ansprecheigenschaft hat, die sich in Abhängigkeit vom Winkel zwischen der empfindlichen Achse und der Einfallsrichtung des akustischen Signals ändert und die empfindlichen Achsen der Umsetzer zueinander in einem vorbestimmten Winkel angeordnet sind, gekennzeichnet durch

a) frequenzaufteilende Mittel, denen die elektrischen Signale von jedem Umsetzer zugeführt werden und die ein Signalpaar von einer gewünschten Frequenz für die Weiterbehandlung abgeben,

b) Mittel zum Umsetzen der entsprechenden Amplitude jedes der ausgewählten Signale in ein Paar elektrischer Signale, deren Polarität dem Quadranten der akustischen Signalqu-elle angibt,

c) Mittel zum Umwandeln jedes der ausgewählten Signale in ein Paar amplitudenbezogener Signale, dessen Verhältnis

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der Amplituden dem Tangens des Richtungswinkels der akustischen Signalquelle entspricht,

d) eine Bezugssignalquelle und

e) richtungsberechnende Mittel, die abhängig von den araplitudenbezogenen Signalen und dem Bezugssignal sind und eine Ausgangsanzeige von der Richtung der ankommenden akustischen Energie entsprechend der Phase des ersten Signals geben.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenztrennenden Mittel ein erstes Bezugssignal aufweisen, sowie Mittel zum Kombinieren des ersten Signals mit den elektrischen Signalen, wobei ein resultierendes Signal erzeugt wird, ein zweites Bezugssignal mit einer zweiten Bezugsfrequenz, zweite Mittel zum Kombinieren des resultierenden Signals mit dem zweiten Bezugssignal, wobei diese zweiten Mittel das resultierende Signal und das zweite Bezugssignal in ein Paar phasenbezogener Signale umwandeln, von denen jedes Prequenzkomponenten enthält, die größer und kleiner sind als die zweite Frequenz, während die Phasen dieser Signale so gewählt Bind, daß diejenigen elektrischen Signale ausgeschaltet werden, deren Frequenz auf der einen Seite der zweiten Frequenz liegt, und diejenigen Signale sich addieren, deren Frequenz auf der anderen Seite

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der zweiten Frequenz liegt, und Mittel zum Summieren der phasenbezogenen Signale vorhanden sind, wodurch ein Signalpaar der gewünschten Frequenz für die Weiterbehandlung· erzeugt wird.

j. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel ein Phasenschiebernetzwerk enthalten, wodurch eines der phasenbezogenen Signale weiterhin in seiner Phase um einen bestimmten Winkel verschoben wird, und Summiermittel zum Verbinden der phasenbezogenen Signale vorhanden sind, wodurch das Signal bei der gewünschten Frequenz zur Weiterverarbeitung gebildet wird.

4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenztrennenden Mittel Filtermittel von einer mittleren Frequenz aufweisen, die der gewünschten Frequenz gleich ist.

5. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Allrichtungsumsetzer, dessen Ausgangssignal in seiner Phasenlage von der Richtung des ankommenden akustischen Signals unabhängig ist, und ferner dadurch gekennzeichnet, daß die ijuadrantenbestimmenden Mittel die Phase

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der ausgewählten Signale mit der Phase des Ausgangssignals dieses Allrichtungsumsetzers vergleichen, wodurch die Ausgangssignale der quadrantenbestimmtenden Mittel eine erste Polarität aufweisen, wenn die Signale in Phase sind und eine zweite Polarität, wenn sie in Gegenphase sind.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Umkehren der ausgewählten Signale eine Indikatoreinheit aufweisen, die die Ausgangssignale der quadrantenbestimmenden Mittel in ein Paar von amplitudenbezogenen Signalen umwandeln, deren Amplitudenverhältnis dem Tangens des Richtungswinkels des ankommenden akustischen Signals entspricht.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugssignalquelle ein erstes und ein zweites Signal abgibt von derselben Frequenz jedoch durch einen bestimmten Winkel unterschiedener Phasenlage und daß die richtungsberechnenden Mittel in der Lage sind, eines der amplitudenbezogenen Signale mit dem ersten Bezugssignal und das andere der amplitudenbezogenen Signale mit dem zweiten Bezugssignal zu kombinieren und ein resultierendes

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Signal abzugeben mit der Frequenz des Bezugssignals und einer gegenüber der Phasenlage des ersten Bezugssignals um einen Winkel verschobenen Phase, der gleich dem Richtungswinkel der akustischen Signalquelle ist, Mittel zum Kombinieren des resultierenden Signals mit dem ersten Bezugssignal vorhanden sind, um eing Ausgangssignal zu j

erzeugen mit einer konstanten Amplitude und einer Wiederholungsfolge und Impulsbreite, die von der Richtung des akustischen Signals abhängt, Mittel zum Umwandeln der Impulsbreite des zweiten Signals in ein Signal vorhanden sind, dessen Amplitude an der Richtung der ankommenden akustischen Energie bestimmt ist, und Wiedergabemittel zur Aufnahme des Signals vorhanden sind, wodurch eine visuelle Darstellung der Richtung des akustischen Signals möglich ist.

8. Ortunssystem für die Bestimmung der Richtung von Quellen akustischer Unterwassersignale, gekennzeichnet durch

a) ein Paar Umsetzer mit zwei Vorzugsrichtungen, von denen Jeder für ankommende akustische Signale eine Empfindlichkeit hat, die nach einer Kosinusfunktion bezüglich der Richtung der Quelle der Signale, bezogen auf die empfindliche

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Achse des Umsetzers_/verlauft, wobei die empfindlichen Achsen der Umsecze.. ...afeinander senkrecht stehen,

b) einen allrichtungsunempfindlichen Wandler mit einer Empfindlichkeit, die von der Richtung der akustischen Signale unabhängig ist,

c) eine Bezugssignalquelle,

d) Mittel zum Modulieren quadrantenbezogener Signale von der Bezugsquelle mit den entsprechenden Ausgängen der Zweirichtungsumsetzer und zum Summieren der modulierten Signale zur Schaffung eines Ergebnisses, dessen Phasenwinkel relativ zur Phase der Bezugsquelle im wesentlichen gleich dem Richtungswinkel der akustischen Energiequelle relativ zur empfindlichen Achse eines der Zweirichtungsumsetzer ist,

e) einen Übertrager für eine drahtlose Übertragung des modulierten Signals und des Ausgangswertes des Allrichtungsumsetzers,

f) einen Empfänger zum Empfang der Signale von dem Übertrager, welcher Mittel zum Demodulieren des reduzierenden Signals und zur Schaffung eines Paars amplitudenbezogener Signale aufweist, deren Verhältnis im wesentlichen gleich der Richtung des akustischen Signals ist, und zur Schaffung eines Signals, das dem Wert des Allrichtungsumsetzers entspricht,

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g) Signalübersetzerraittel zum Trennen der ampli- tudenbezogenen Signale und des Allrichtungssignals entsprechend ihren Frequenzkomponenten, wodurch eine diskrete Frequenzkomponente, die in jedem Signal vorhanden ist, für die Weiterverarbeitung ausgewählt wird, sowie das Amplitudenverhältnis der Frequenzkomponente des ^j

Signalpaars, das gleich der Richtung des akustischen Signals ist,

h) Mittel zum Vergleich des Signals des Allrichtungsumsetzers mit jedem der amplitudenbezogenen Signale, die die diskrete Frequenzkomponente aufweisen und ein Paar von Amplitudensignalen hervorrufen, deren Verhältnis der Tangens des Richtungswinkels ist, und i) Richtungsbestimmungs-Mittel, die das Paar amplitudenbezogener Signale in sein Signal mit konstanter Amplitude und fester Wiederkehrfolge und einer Impulsbreite * ™ umsetzen, welche der Einfallsrichtung der akustischen Energie proportional ist.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalumsetzermittel ein erstes Bezugssignal in einer ersten Frequenz, Mittel zum Kombinieren des ersten Signals mit jedem der amplitudenbezogenen Signale

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und dem Allrichtungssignal aufweisen, zur Erzeugung eines ersten, eines zweiten und eines dritten resultierenden Signals mit einer Frequenz, die größer ist als die erste Frequenz, ein zweites Bezigssignal mit einer zweiten Frequenz, Mittel zum Kombinieren des ersten, zweiten und dritten resultierenden Signals mit der zweiten Bezugsfrequenz, wobei diese Mittel das erste, zweite und dritte resultierende Signal und das zweite Bezugssignal in ein Paar von phasenbezogenen Signalen für jedes der resultierenden Signale umkehren bei einer diskreten Frequenz, deren Phasen so sind, daß die Signale, deren Frequenz zu einer Seite der zweiten Frequenz liegt, aufgehoben werden und diejenigen Signale, deren Frequenz auf der anderen Seite der zweiten Frequenz liegen, addiert werden, und Mittel zum Summieren der phasenbezogenen Signale vorhanden sind, die das Paar amplitudenbezogener Signale und das Allrichtungssignal bei der diskreten Frequenz erzeugen für deren Weiterbehandlung.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel ein Phasenschiebernetzwerk enthalten, in dem eines der phasenbezogenen Signale um einen bestimmten Winkel phasenverschoben wird.

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11. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Vergleichen des Allrichtungssignals mit Jedem der amplitudenbezogenen Signale bei der diskreten Frequenz enthalten:

a) ein Paar Phasendetektoren, von denen jeder das Allrichtungssignal bei der diskreten Frequenz und eines aus dem Paar der amplitudenbezogenen Signale bei der diskreten Frequenz aufnimmt und ein Ausgangssignal schafft mit einer ersten Polarität, wenn sich die Signale in Phase befinden und mit einer zweiten Polarität, wenn die Signale nicht in Phase sind, und

b) ein Paar Integratoren zur Aufnahme der Ausgangssignale je eines der Phasendetektoren zur Schaffung eines Paars amplitudenbezogener Signale, deren Amplitudenverhältnis der Tangens des Richtungswinkels ist.

12. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungseomputer Mittel enthalten:

a) eine Bezugssignalquelle für ein Paar von Signalen, die unter einem bestimmten Phasenwinkel zueinander in Beziehung stehen,

b) Mittel zum Kombinieren eines der amplltudenbezogenen Signale mit einem der Bezugssignale zur Erzeugung eines ersten Signals und zum Kombinieren des anderen amplituden-

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2Ü59155

is

bezogenen Signals mit dem anderen Bezugssignal zur Erzeugung eines zweiten Signals und

c) Mittel zum Kombinieren des ersten und des zweiten Signals zur Erzeugung eines dritten Signals mit der Frequenz des Bezugssignals und einer Phasenlage, die gegen- W über der Phase der Bezugssignale um den Richtungswinkel verschoben ist.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungscomputer Mittel enthalten:

a) Mittel zum Kombinieren des dritten Signals mit einem der Bezugssignale zur Erzeugung eines Ausgangssignals mit einer konstanten Amplitude und einer Impulsfolge und Impulsbreite, die proportional dem Einfallswinkel ist,

£ und

b) Mittel zum Umwandeln des Signals mit der Impulsbreite in ein Signal, dessen Amplitude gleich dem Richtungswinkel ist.

14. System nach Anspruch 1J, gekennzeichnet durch Darstellungsmittel, welche das Signal aufnehmen und damit eine bildliche Wiedergabe der Richtung der akustischen Signalquelle erzeugen.

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- w-

15· System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Computer-und Speichereinrichtung das Signal aufnimmt und speichert bis zur Aufnahme eins Auslesesignals, wodurch eine Signalfolge erzeugt wird, die eine Zeitdarstellung von der Einfallsrichtung des akustischen Signals darstellt. . f

16. System, gekennzeichnet durch

a) Mittel zum Empfang elektrischer Signale,

b) eine erste Bezugssignalquelle für ein Signal erster Frequenz,

c) Mittel zum Kombinieren des Bezugssignals mit den elektrischen Signalen zur Erzeugung eines resultierenden Signals bei Frequenzen, die größer sind, als die erste

Frequenz und kleiner, als die erste Frequenz, J

d) eine zweite Bezugssignalquelle mit einer zweiten Frequenz zur Erzeugung eines Signalpaars, welche zueinander in einem bestimmten Phasenwinkelverhältnis stehen,

e) Mittel zum Kombinieren der resultierenden Signale mit jedem der phasenbezogenen Signale bei der zweiten Frequenz zur Erzeugung eines zweiten Signalpaars bei Frequenzen größer als der zweiten Frequenz und kleiner als der zweiten Frequenz und

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1 0 9 8 41/10 6 2

SO

f) Mittel zum Kombinieren des zweiten Signalpaars, wodurch ein resultierendes Signal mit einer diskreten Frequenz erhalten wird.

17· System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Signalpaare von der zweiten Bezugsfrequenzquelle gegenüber dem anderen dieses Signalpaars um 90° phasenverschoben ist.

18. System nach Anspruch 17* dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Kombinieren ein Phasenschiebernetzwerk enthalten, wodurch eines der Signale des zweiten Signalpaars in seiner Phase um einen bestimmten Winkel weiter verschoben wird, so daß dadurch ein Paar resultierender Signale bei Frequenzen erzeugt wird, das bei seiner Kombination alle Signale ausschaltet, deren Frequenzen tiefer liegen als die zweite Frequenz und alle Signale addiert, deren Frequenz oberhalb der zweiten Frequenz liegt, und Mittel zum Kombinieren des zweiten Signalpaars vorhanden sind zur Erzeugung eines resultierenden Signals mit einer diskreten Frequenz.

19. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationsmittel ein Summiernetzwerk zur

- 50 -

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S1

Aufnahme des zweiten Signalpaars enthalten, wodurch ein resultierendes Signal mit diskreter Frequenz erzeugt wird.

20. System nach Anspruch 19* gekennzeichnet durch mit dem Ausgang des Summiernetzwerks verbundene Filtermittel, welche das resultierende Signal bei der diskreten ™ Frequenz passieren lassen, während sie Signale mit anderen Frequenzen unterdrücken.

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