DE2059846C2 - Sonar- Doppler- Navigationseinrichtung - Google Patents

Description

b5 Die Erfindung bezieht sich auf eine Sonar-Doppler-Navigationseinrichtung vom »Janus«-Typ mit akustischen Sende- und Empfangseinrichtungen zur Aussendung und zum Empfang von zwei Dauerstrich-Schall-

strahlpaaren entlang erster und zweiter schiffsfester Achsen.

Es ist eine Vielzahl von Arten von Sonar-Doppler-Navigationseinrichtungen bekannt und eine dieser Arten wird im allgemeinen als »Janus«-Typ bezeichnet. Eine grundlegende Beschreibung dieser Art von Doppler-Einrichtungen ist z. B. in einem Artikel mit dem Titel »Ultrasonic Doppler for Distance Measurement« von Melvin Wachspress in IRE Transactions on Ultrasonic Engineering, Band UE-8, Nr. I₁ März 1961 zu finden. In diesem Artikel beschreibt der Autor die Wirkungsweise von Meßausrüstungen, die nach vorne und nach hinten gerichtete Ultraschall-Strahlen zur Bewegungsmessung in einer beide Strahlen enthaltenden Ebene verwenden.

Eine vollständige, für Schiffszwecke verwendete Sonar-Doppler-Navigationseinrichtung dieser Art verwendet vier von einem Schiffskörper aus nach unten gerichtete Schallenergiestrahlen. Zwei dieser Strahlen breiten sich in entgegengesetzten Richtungen in der Bug-Heck-(Längs-)Achse des Schiffes aus und die anderen zwei Strahlen breiten sich in entgegengesetzten Richtungen entlang der Backbord-Steuerbord-(Quer-)Achse des Schiffes aus. Die Strahlen werden von dem Boden eines Wasserkörpers, wie z. B. dem Grund des Ozeans, in dem sich das Schiff vorwärtsbewegt, reflektiert, so daß die Strahlen von einzelnen Empfangs-Wandlern aufgenommen werden können. |edes Signal erfährt entsprechend der Horizontalbewegung des Schiffes eine Doppler-Verschiebung. Die Bug-Heck-Signale werden zusammengefaßt und verarbeitet, um eine Analog-Spannung zu erzeugen, deren Größe den Momentanwert der Schiffsgeschwindigkeit entlang der Bug-Heck-Achse darstellt. Die Backbord-Steuerbord-Signale werden in gleicher Weise kombiniert und verarbeitet, um die gleiche Information entlang der Backbord-Steuerbord-Achse zu erzeugen.

Die Kombination der zwei entgegengesetzt gerichteten Strahlen entlang jeder Achse kompensiert Roll-und Längsneigungs-Bewegungen des Schiffes. Bei bekannten Arten dieser Einrichtungen treten jedoch bedeutende Fehler auf, weil sich die akustischen Eigenschaften des Wassers mit der Temperatur ändern, und die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall in Wasser ist z. B. insbesondere von der Temperatur abhängig.

Die akustischen Strahlen werden weiterhin durch örtliche Wasserbedingungen beeinflußt. Turbulenzen oder Belüftungen in einem Wasserbereich, durch den sich der Strahl ausbreitet, können z. B. den akustischen Strahl ausreichend stören, um bedeutende Fehler hervorzurufen. Weil bekannte Einrichtungen die Momenlangeschwindigkeit darstellende Signale erzeugen, ergibt sich keine Möglichkeit, die Zuverlässigkeit der empfangenen Signale zu bestimmen, bevor sie Anzeigeelementen in der Einrichtung zugeführt werden.

Weiterhin erfordern analoge Navigationseinrichtungen extrem stabile Verstärker und andere Bauteile, weil die Größe der Analog-Spannung in derartigen Einrichtungen als die zu messende Variable verwendet wird. Der bei diesen Arten von Einrichtungen erforderliche hohe Stabilitätsgrad vergrößert die Komplexität und die Kosten.

Es sind weiterhin im Radarbereich arbeitende Einrichtungen zur Bestimmung der Geschwindigkeit und Größe von Fahrzeugen bekannt, (Literaturstelle Telefunken-Zeitung, Jahrgang 39, 1966, Heft 2 Seiten 175—186) bei denen die Auswertung der rückgestrahlten Signale teilweise digital erfolgt Die rückgestrahlten Signale werden hierbei dauernd empfangen und hinsichtlich ihrer Frequenzänderung gegenüber dem abgestrahlten Signal überprüft. Weiterhin erfolgt die Messung lediglich in einer Strahlrichtung.
ί Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Sonar-Doppler-Navigationseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau ohne die Verwendung komplizierter und aufwendiger Verstärker eine genaue Messung der Geschwindigkeit

ίο und der zurückgelegten Strecke eines Fahrzeugs ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Navigationseinrichtung ermöglicht einen Aufbau ohne die Verwendung von stabilen Analog-Verstärkern und ergibt auf Grund der Erkennung und Unterdrückung von fehlerhaften Signalen eine genaue Messung der Fahrzeugbewegung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Kompensation der Änderungen der Schallausbreitungsgeschwindigkeit auf Grund von Änderungen der Wassertemperatur durchgeführt und es ist weiterhin möglich, den Spektralgehalt der empfangenen Schallstrahlen auszuwerten und in Abhängigkeit von diesem Spektralgehalt dieses empfangene Signal entweder zu verarbeiten oder zu unterdrücken. Auf diese Weise

«ι können fehlerhafte gesteuerte Signale von jeder weiteren Auswertung ausgeschlossen werden, so daß die Meßgenauigkeit weiter vergrößert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Sonar-Doppler-Navigationseinrichtung;

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Einrichtungen zur Festlegung vorgegebener Meßzeitintervalle;

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des Temperatur- und Frequenz-Kompensators;

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des Emfernungsrechners;

5 F i g. 5 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Spektrum-Auswerteeinrichtung;

F i g. 6 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des Rechners;
F i g. 7 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Kombinationseinrichtung zur geometrischen Addition der ersten und zweiten Signale.

Die in den Zeichnungen däigciiellie AusfuhfuiigS-form der Sonar-Doppler-Navigationseinrichtung verwendet Paare von akustischen Sende- und Empfangseinrichtungen, die so ausgebildet sind, daß sie als integraler Teil an einem Schiffskörper befestigt werden können, um Energie in der Ebene der Bug-Heck-Achse und in der Ebene der Backbord-Steuerbord-Achse des Schiffes auszustrahlen. Obwohl diese spezielle Ausrich tung bevorzugt wird, ist es klar, daß die Ausbreitungs achsen mit einem abweichenden Winkel in bezug auf die Längsachse des Schiffes ausgerichtet werden können, wenn dies erwünscht ist und daß die erforderlichen Korrekturen bei der Berechnung der Meßergebnisse durchgeführt werden können.

Aus Zweckmäßigkeitsgründen wird in der gesamten vorliegenden Anmeldung die Bug-Heck- und Backbord-Steuerbord-Ausrichtung beschrieben. Es ist jedoch

verständlich, daß die obenerwähnte Achsendrehung verwendet werden kann, wenn dies erwünscht ist.

In Fig. 1 weist eine Sendeeinrichfung I vier von einem l.cistungsoszillator 6 angesteuerte akustische Generatoren 2, 3, 4, 5 auf. Eine Empfangseinrichtung 7 weist vier einsprechende akustische Empfänger 8. 9, 10, 11 auf.

Die vier akustischen Generatoren 2, 3, 4, 5 sind so ausgerichtet, daß sie unter einem Winke! nach unten auf den Boden des Wasserkörpers, in dem sich das Schiff vorwärtsbewegt, gerichtete akustische Strahlen erzeugen. Die Strahlen sind außerdem entlang Achsen ausgerichtet, wie dies in bezug auf jeden der akustischen Generatoren 2, 3, 4 und 5 beschrieben wurde. Somit erzeugt der akustische Generator 2 einen Strahl, der sich in Richtung des Bugs des Schiffes ausbreitet, während der akustische Generator 3 einen Strahl erzeugt, der sich nach hinten in Richtung auf das Heck des Schiffes ausbreitet. In gleicher Weise erzeugen die akustischen Generatoren 4 und 5 jeweils Strahlen, die sich in der Steuerbord- und Backbord-Richtung ausbreiten.

Die akustischen Emplänger in der Anordnung 7 sind in gleicher Weise bezeichnet, um den speziellen Empfänger zu bezeichnen, der zum Empfang der akustischen Energie von dem entsprechenden Generator in der Sendeeinrichtung 1 vorgesehen ist.

Wie dies in einem Janus-System durchgeführt wird, wandern akustische Strahlpaare in entgegengesetzten Richtungen entlang jeder der ausgewählten Achsen. Wenn das Schiff sich in der Vorwärtsrichtung vorwärtsbewegt, bewirkt die Doppler-Verschiebung eine Vergrößerung der Frequenz des von dem akustischen Empfänger 8 aufgenommenen Signais und eine Verringerung der Frequenz des von dem akustischen Empfänger 9 aufgenommenen Signals. Eine gleiche Erscheinung tritt in bezug auf die Backbord- und Steuerbordelemente für eine Bewegung entlang der Querachse des Schiffes auf. Somit kann angenommen werden, daß die Vorwärts- und Rückwärts-Generatoren 2 und 3 ein erstes zusammengehöriges akustisches Strahipaar und die Backboid- und Steuerbord-Generatoren 4 und 5 ein zweites zusammengehöriges Strahlpaar erzeugen.

Die Ausgangssignale der akustischen Empfänger werden in einzelnen Vorverstärkern 12 verstärkt. Die Ausgangssignale der Vorverstärker 12 können noch einmal in einer Verstärkergruppe 13 verstärkt werden, um die Signale auf einen Pegel zu bringen, der für den Betrieb der übrigen Schaltungsanordnung erforderlich ist.

Die Vorwärts- und Rückwärts-Strahlen bilden ein erstes zusammengehöriges Eingangssignalpaar. Diese Signale werden einem ersten Entfernungs-Rechner 14 und einer Spektrum-Auswerteeinrichtung 15 zugeführt. Die Backbord- und Steuerbord-Strahlen bilden ein zweites zusammengehöriges Eingangssignalpaar und diese Signale werden sowohl einem zweiten Entfernungs-Rechner 16 als auch der Spektnim-Auswerteeinrichtung 15 zugeführt. Ein Temperaturfühler 17 überwacht die Temperatur des Wassers in der Nähe der akustischen Empfänger 8,9,10,11. Ein Signal von dem Temperaturfühler 17 wird einem Temperatur- und Frequenz-Kompensator 18 zugeführt, der »Aufwärts«- und »Abwärts«-Ströme entsprechend der Temperaturänderungen in der Umgebung des Temperaturfühlers 17 erzeugt. Diese Ströme werden zur Korrektur der Ergebnisse bei Wassertemperaturänderungen auf eine später beschriebene Art und Weise verwendet. Außerdem wird ein Signal vom Leistungsoszillator 6 entnommen und dem Kompensator 18 zugeführt, um eine Kompensation von Änderungen der Senderfrequenz zu erhalten.

Eine Zeitsteuereinrichtung in Form eines Intervallgenerators 19 bestimmt die Meßzeitintervalle, zwischen denen Messungen durchgeführt werden sollen. Ein Frequenz-Kompensationssignal vom Kompensator 18 wird den Entferniingsrechnern 14 und 16 jeweils durch die Leitungen 20 und 21 und der Spektrum-Auswerteeinrichtung 15 über die Leitung 22 zugeführt.

Die »Aufwärts«- bzw. »Abwärts«-Ströme werden ebenfalls den [Jitiernungs-Rechnern 14 bzw. 16 über die Leitungen 23 bzw. 24 und 25 bzw. 26 zugeführt. Der .■>Aufwärts«-Strom wird außerdem der Spektrum Auswerteeinrichlung 15 über eine Leitung 27 zugeführt.

Der Intervallgenerator 19 erzeugt einen Intervallimpuls zur Einleitung eines Meßzeitintervalls. Dieser Impuls wird mit Hilfe einer Leitung 28 der Spektrum-Auswerteeinrichtung 15 und den beiden Entfernungs-Rechnern 14 und 16 zugeleitet. Der Intervallgenerator 19 erzeugt außerdem einen Aktualisierungs-Impuls (Impuls zur Erneuerung des Meßergebnisses), der den Entfernungs-Rechnern 14 und 16 über eine Leitung 29 in Abhängigkeit von einem Aktualisierungs-Signal von der Spektrum-Auswerteeinrichtung 15 an der Leitung 30 7ugeführt wird.

Die Spektrum-Auswerteeinrichtung 15 analysiert den Spektralgehalt der ankommenden Signale, wie dies später erläutert wird. Wenn die Spektraleigenschaften der Eingangssignale nicht befriedigend sind, erzeugt die Spektrum-Auswerteeinrichtung einen Halte-(Speicner-)-Impul$ an der Leitung 30, der verhindert, daß der Intervallgenerator einen Aktualisierungs-Impuls erzeugt. Schließlich erzeugt der Intervallgenerator 19 einen Entlade-lmpuls, der über eine Leitung 31 den lintfernungs-Rechnern 14 und 16 und der Spektrum-Auswerteeinrichtung 15 zugeführt wird.

Wie es später erläutert wird, berechnen die Entfernungs-Rechner 14 und 16 die innerhalb eines vorgegebenen, durch den Intervallgcncrator 19 be stimmten Meßzeitintervalls entlang jeder Schiffsachse zurückgelegte Entfernung. Während eines normalen Betriebs wird eine Spannung an der Leitung 32 erzeugt, die die in der Längsrichtung während des passenden Meßzeitintervalls zurückgelegte Entfernung darstellt und eine zweite Gleichspannung wird an eine Leitung 33 am Ausgang des Zusatzentfernungs-Rechners 16 erzeugt, die die in der Backbord-Steuerbord-Richtung während des gleichen Meßzeitintervalls zurückgelegte Zusatzentfernung darstellt Durch Aufteilung der gesamten zurückgelegten Entfernung in kleine Segmente wird eine Auswertung der Zuverlässigkeit der empfangenen akustischen Signale ermöglicht. Momentane Störungen des Signals können damit festgestellt werden und das entsprechende Entfernungssegment kann unterdrückt werden.

Die Entfernungs-Signale aus den Entfernungsrechnern 14 und 16 werden über die Leitung 32 und 33 einem einen Teil einer Kombinationseinrichtung bildenden Rechner 34 für das rechtwinklige Dreieck zugeführt. In dem Rechner 34 erscheint ein vorher gespeichertes resultierendes Entfernungs-Signal und wird der Spektrum-Auswerteeinrichtung 15 an einer Leitung 35 als gespeichertes Entfernungssignal zugeführt. Dieses Signal wird außerdem einem Summierer 36 zugeführt, der dazu dient die Entfemungs-Signale zu integrieren, so

daß cine Anzeige der gesamten zurückgelegten Entfernung auf einer Anzeigeeinrichtung 37 dargestellt werden kann. Der Driftwinkel kann außerdem in dem Rechner 34 berechnet werden und auf einem Meßinstrument 38 dargestellt werden. Der Rechner 34 und der Summierer 36 stellen eine Kombinationseinrichtung dar, die in einer noch zu beschreibenden Art arbeitet. Es ist jedoch klar, daß viele verschiedene Arten von Rechnern für diesen Zweck verwendet werden können.

Fig. 2 zeigt den Intervallgenerator 19 ausführlicher. Der Intervallgenerator setzt ein Meßzeitintervall fest, über das die Entfernung gemessen wird. Der Generator 19 erzeugt einen Intervallimpuls zur Verwendung in den Entfernungsrechnern 14 und 16 und der Spektrum-Auswerteeinrichtung 15. Der Intervallgenerator 19 erzeugt außerdem einen Aktualisierungs-Impuls auf der Leitung 29. der einen neuen Entfernungswert an die Ausgänge der Entfernungs-Rechner 14 und 16 weiterleitet, wenn das mit den neuen Eingangssignalen verbundene Spektrum befriedigend ist. Der Intervallgenerator erzeugt außerdem einen Entladungs-Impuls an der Leitung 31, der Arbeitskondensatoren in den Entfernungs-Rechnern nach dem Wechsel der Signale bzw. der Meßergebnisse auf eine Ladung Null zurückstellt.

Der Intcrvallgenerator 19 weist einen Rechteckoszillator 39 auf, der typischerweise Rechteckimpulse mit einer Periode von einigen 100 msec erzeugt. Diese Rechteckimpulsc weiden dann differenziert und die sich ergebenden Nadelimpulse werden zur Triggerung eines inonostabilen Multivibrators 40 und zur Rückstellung eines Flip-Flops 41 verwendet. Der Multivibrator 40 erzeugt in typischer Weise einen 2 msec-Impuls, der an ein UND-Gatter 42 angelegt wird. Wenn ein Aktualisierungs-Signal über die Leitung 30 von der Spektrum-Auswerteeinrichtung 15 zu dieser Zeit angelegt wird, wird ein Aktualisierungs-Impuls an der Leitung 29 erzeugt. Wenn jedoch ein Halte-Signal an das UND-Gatter 42 zu dieser Zeit angelegt wird, erscheint kein Impuls an der Leitung 29.

Die Hinterflanke des Ausgangsimpulses des Multivibrators 40 triggert einen zweiten monostabilen Multivibrator 43, der typischerweisc einen 2 msec-Entladungsimpuls. zur Zuführung an die Entfernungs-Rechner 14 und 16 über die Leitung 31 erzeugt. Der Ausgang des Multivibrators 43 wird außerdem einem Differentiator 44 zugeführt. Der Differentiator 44 erzeugt einen Impuls, der den Flip-Flop 41 in Abhängigkeit von der Hin'erflanke des Impulses aus dem Multivibrator 43 setzt. Der Flip-Flop 41 wird durch die nächste negative Flanke der Rechteckgenerator-Ausgangsspannung zurückgesetz;, um das Meßzeitintervall zu beenden. Die Ausgangsspannungen vom Flip-Flop 41 liefern Signale an die Leitung 28, die den Intervallgaiteranschlüssen der Entfernungs-Pechner und der Spcktrum-Auswerteemrichtung zugeführt werden.

Unter Annahme der oben erwähnten typischen Werte stellt das Ende eines gegebenen Ausgangsimpulses des Oszillators 39 den Flip-Flop 41 derart zurück, daß ein entsprechendes Intervallgatter-Signal beendet wird. Dies stellt das Ende des Meßzeitintervalls dar. Gleichzeitig wird der Multivibrator 40 getriggert, um einen Aktualisierungs-Impuls zu erzeugen, wenn das Gatter 42 durchgeschaltet ist. Somit tritt ein Aktualisierungs-Impuls, wenn er Oberhaupt auftritt, nach der Vervollständigung des Meßzeitintervalls auf. Nach 2 msec wechselt der Multivibrator 40 zu seinem Ruhestand über. Dies beendet einen beliebigen Aktualisierungs-Impuls und triggert den Multivibrator 43

derart, daß er einen Entladungs-impuls einleitet. Der Entladungs-Impuls bereitet das System für ein neues Meßzeitintervall vor. Nach einem weiteren 2 msec-Intervall schaltet der Multivibrator 43 in seinen Ruhestand um. Diese beendet den Entladungs-Impuls und stellt den Flip-Flop 41 so ein, daß ein neues Meßzeitintervall eingeleitet wird.

F i g. 3 erläutert die Einzelheiten des Temperatur- und Frequenzkompensators 18. Das Oszillatorsignal vom Sender 6 wird einem Zeitgeber-Verstärker Begrenzer 45 über eine Leitung 46 zugeführt. Der Zeitgeber-Verstärker-Begrenzer erzeugt Impulse mit der Wiederholfrequenz des Leistungsoszillators 6, die zur Kompensation der Verarbeitungsschaltungen gegen Änderungen in der Wiederholfrequenz des Oszillators 6 geeignet sind.

Signale vom Temperaturfühler werden einem Wassertemperatur-Kompensations-Netzwerk 46 zugeführt, daß außerdem einen Spannungsbezug 47 verwendet. Die Ausgangsspannung des Kompensations-Netzwerkes 46 wird in einem ersten Verstärker 48 verstärkt und dann der» Abwäm«-Strom-Steuerleiuing zugeführt. Der Ausgang des Verstärkers 48 wird außerdem einem invertierenden Verstärker 49 zugeführt. Der Ausgang des invertierenden Verstärkers 49 wird an die »AulwärtSK-Strom-Sleuerleitung angelegt. Somit wird ein Paar von entgegengesetzt-polarisierten wassertemperaturabhängigen Gleichspannungen zur Verwendung in den Entfernungs-Rechnern 14 und 16 und der Spektrum-Auswerteeinrichtung 30 erzeugt.

F ig. A zeigt einen der zwei Entfernungs-Rechner 14 und 16 ausführlicher. Die Entfernungs-Rechner 14 und 16 sind identisch, so daß die Schaltung nach F i g. 4 auf beide anwendbar ist.

leder Entfernungs-Rechner 14 oder 16 berechnet die entlang der zugehörigen Achse während eines vorgegebenen Meßzeitintervalls zurückgelegte Entfernung. Indem die gesamte zurückgelegte Entfernung auf diese Weise in Teilstücke unterteilt wird, ist es möglich, jeden Zusatzameil auf seine Zuverlässigkeit zu überprüfen und diesen Zusatzanteil entsprechend anzunehmer, oder zu unterdrücken. Ein zusammengehöriges Eingangssigp.alpaar, wie z. B. die Längsachsensignale wird an die Eingangsklemmen 50 und 51 angelegt. Das an die Klemme 51 angelegte Signal wird mit einem an die Klemme 50 angelegten Signal in einem ersten Mischer 52 überlagert. Die Differenzfrequenz im Signal aus dem Mischer 52 durchläuft ein Tiefpaßfilter 5Ϊ und wird einem Vergleicher 54 zugeführt. Der Vergleicher 54 ist ein Verstärker mit hoher Verstärkung, der die seinem Eingang zugeführten Sinusschwingungen in Rechteckschwingungen umformt, die mit den sinusförmigen Eingangssignalen synchronisiert sind.

Die an die Eingangsklemme 51 angelegten Signale werden außerdem über ein 90°-Phasenverschiebungsnetzwerk 55 geführt und mit den der Eingangsklemme 50 zugeführten Signalen in einem Mischer 56 überlagert. Der Ausgang des Mischers 56 wird über ein Tiefpaßfilter 57 einem zweiten Vergleicher 58 zugeführt Der Ausgang des Vergleichers 58 ist eine dem Signal am Ausgang des Vergleichers 54 ähnliche Rechteckschwingung, die jedoch in Quadratur zum Signal vom Vergleicher 54 steht Es kann gezeigt werden, daß das Signal vom Vergleicher 58 dem Signa! vom Vergleicher 54 voreilt oder nacheilt, abhängig davon, welches Eingangssignal die höhere Frequenz aufweist Mit anderen Worten, das Signal vom Vergleicher 58 eilt dem Signal vom Vergleicher 54 in

Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Schiffes entlang der zugehörigen Achse vor oder nach.

Das Signal vom Vergleicher 54 wird in einem Differentiator 59 differenziert, um positive oder negative Spitzenimpulse zu erzeugen. Die positiven > Impulse werden als Abtastimpulse in einem Brücken-Abtast-Netzwerk 60 verwendet, um die Signale vom Vergleicher 58 abzutasten. Somit werden, wenn die Phase der Signale vom Vergleicher 58 in einer Richtung verschoben wurde, positive Impulse von dem Abtast- u> netzwerk 60 erzeugt. Wenn die Impulse vom Vergleicher 58 in der entgegengesetzten Richtung verschoben wurden, werden negative Impulse von dem Abtastnetzwerk 60 erzeugt. Die Signale vom Abtastnetzwerk 60 werden einem Polaritäts-Trennungs-Netzwerk 6t züge- ι; führt. Dieses Netzwerk erzeugt für jeden positiven Abtastnetzwerk-Ausgang einen positiven »Aufwärts«- Impuls an der Leitung 62 und für jeden negativen Abtastnetzwerk-Ausgang einen negativen »Abwärts«· Impuls auf der Leitung 63. _>o

Aufgrund der endlichen Strahlbreite der akustischen Übertragungen erzeugt eine Bewegung des Schiffes in einer gegebenen Richtung sowohl »Aufwärts«- als auch »Abwärts<(-lmpulse. Wenn jedoch die Bedingungen normal sind, weisen die meisten der Impulse die gleiche r< Polarität auf. Es kann gezeigt werden, daß die wahre Bewegung in allen Fällen genau der Differenz zwischen den positiven und negativen Impulsraten entspricht.

Die Impulse an den Leitungen 62 bzw. 63 werden UND-Gattern 64 bzw. 65 zusammen mit Signalen vom >" Intervallgenerator auf der Leitung 28 zugeführt. Die Signale von den UND-Gattern 64 und 65 werden dann getakteten Flip-Flops 66 und 67 während eines Meßzeitintervalls zugeführt.

Die Signale von dem Temperatur- und Frequenz- > > Kompensator 18 werden zwei UND-Gattern 68 und 69 über eine Synchronisationsleitung zugeführt. Die Synchronisiersignale werden außerdem den Takteingangsklemmen der getakteten Flip-Flops 66 und 67 über eine Leitung 70 zugeführt. Ein Impuls von einem ." UND-Gatter 64 oder 65 bereitet den entsprechenden getakieten Flip-Flop für eine Änderung seines Ausgangs/ustandes vor. Diese Änderung wird in Wirklichkeit durch den folgenden Synchronisationsimpuls vom Temperatur- und Frequenz-Kompensator 18 ausgelöst. ■■; Wenn ein getakteter Flip-Flop auf diese Weise geschaltet wird, wird ein Ausgangssignal erzeugt, das ein UND-Gatter 68 oder 69 (je nachdem) durchschallet und es nachfolgenden Synchronisationsimpulsen ermöglicht, zu einem Teiler-Zähler, wie z. B. dem Zähler 7t. 7u gelangen. Diese Zähler »laufen« nach dem Zählen von 50 Synchronisierimpuisen typischerweise »über« und erzeugen ein Ausgangssignal. Der Ausgangsimpuls eir.es Zählers wird in einem Differentiator 72 oder seinem Gegenstück in der Schaltung des Flip-Flops 67 r, differenziert, um nachfolgende Synchronisierimpulse auszublenden. Es sei bemerkt, daß die »Aufwärts«- und »Abwärtstt-Impulse, die den UND-Gattern 64 und 65 zugeführt werden, mit einer Hörfrequenz erscheinen, weil sie das Ergebnis einer Überlagerung sind, während oo die Synchronisationsimpulse mit der Frequenz des Oszillators auftreten. Somit erzeugt jeder während eines Meßzeitintervalls auftretende »Aufwärts«- oder »Abwärtsw-lmpuls einen entsprecherden Torstromimpuls am Ausgang eines getakteten Flip-Flops mit einer Dauer, die gleich der vorgeschriebenen Anzahl der Oszillatorschwingungen ist. Mit anderen Worten, die Dauer der Torstromimpulse ist gegen Änderungen der Oszillaiorfrequenz korrigiert. Die Torstromsignale von den Flip-Flops 66 und 67 werden »Aufwärts«- und »Abwärts«-Schaltern 73 bzw. 74 zugeführt. Diese Schalter sind in üblicher Weise ausgeführt und können beispielsweise Feldeffekttransistoren-Schalter sein, wenn dies erwünscht ist.

Die Schalter 73 und 74 ermöglichen es. daß ein Arbeitskondensator 75 von einer »Aufwärts«- oder »Abwärts«-1.adcstromqucIIe 76 oder 77 aufgeladen wird. Die Ladestromquelle 76 oder 77 liefert eine Ladespannung, die entsprechend dem »Aufwärts«-Lade.stromsignal oderdem »Abwärts«-Ladestromsignal vom Temperatur- und Frequenz-Kompensator eingestellt ist. Die Ladestromquellen 76 und 77 sind übliche Elemente, die einen vorgeschriebenen Strom unabhängig von der an ihnen angelegten Last erzeugen.

Aufgrund der Steuerung der Größe und Breite der Stromimpulse durch die Wassertemperatur bzw. die Senderfrequenz wird der Arbeiiskondensator 75 auf einen Pegel aufgeladen, der nur von der Schiffsbewegung abhängt und unabhängig von der von dem Fühler 17 abgetasteten Wassertemperatur und der Frequenz des Leistungsoszillators 6 ist. Die Polarität der Ladung auf dem Kondensator ist abhängig von der Bewegungsrichtung des Schiffes während des Meßzeitintervalls.

Wenn ein Aktualisierungs-Impuls von dem Intervallgenerator 19 am Ende eines Meßintervalls erzeugt wird, wird dieser einem Aktualisierungs-Schalter 79 über die Leitung 29 zugeführt, um die Ladung des Arbeitskondensators 75 auf einen Auswerte-Kondensator 80 zu übertragen. Die Spannung auf dem Auswerte-Kondensator 80 steht dann über die Leitung 81 zur Verwendung in den Rechnerschakungen zur Verfügung. Vor dem Beginn eines neuen Meßzeitintervalls wird ein Entladungsimpuls von dem Intervallgenerator 19 an einen Entladungsschalter 78 über die Leitung 31 angelegt.

Es ist im Bereich der Doppler-Navigaüon bekannt, daß die zum System zurückgeführten akustischen Signale über ein gewisses Spektrum gestreute Frequenzkomponenten enthalten. Unter normalen Bedingungen vergrößert sich die Breite dieses .Spektrums proportional zur Geschwindigkeit des Schiffes oder Fahrzeugs. Wenn eine unzulässige Belüftung, eine Turbulenz o. ä. auftritt, wird jedoch die Spektralbreite der zurückgeführten Signale stark vergrößert. Gleichzeitig erzeugt diese Belüftung usw. außerdem fehlerhafte Anzeigen.

Die Spekirum-Auswerteeinrichtung nach F i g. 5 kann zur Feststellung übermäßiger Spekiralbreiten unii /ur Erzeugung von Signalen zur Unterdrückung der zugehörigen Doppler-verschobenen Information verwendet werden.

Die Spektrum-Auswerteeinrichtung untersucht alle Eingangssignal und berechnet eins zusammengesetzte Spektralbreite. Es wird dann ein Vergleich mit einer maximal zulässigen Spektralbreite durchgeführt, die auf dem vorher gespeicherten resultierenden Entfernungswert basiert, um die Zuverlässigkeit der neuen, von den Entfernungs-Rechnern erzeugten Entfernung zu bestimmen.

In F i g. 5 wird das erste Paar von zusammengehörigen Eingangssignalen einem ersten Mischer 82 zugeführt und ein zweites Paar von zusammengehörigen Eingangssignalen wird einem Mischer 83 zugeführt. Jedes der Signale von den Mischern 82 und 83 läuft durch Bandpaßfilter 84 und 85. Die Filter 84 und 85 lassen die Summenfrequenzen aus den Mischern 82 und 83 hindurch. Die Ausgänge der Filter 84 und 85 werden

in einem Mischer 86 überlagert. Die Differenzfrequenz des Signals aus dem Mischer 86 wird in einem Teifpaßfilter 87 ausgeführt und in dem Komparator 88 in Rechteckschwinguiigen umgewandelt. Der Vergleicher 88 erzeugt wiederum eine Ausgangsimpulsfolge mit denselben Nulldurchgängen wie das Signal vom Filter 87. Die Anzahl der Nulldurchgänge des Signals vom Vergleicher 88 pro Zeiteinheit stellt die zusammengesetzte Spektralbreite der vier Eingangssignale dar.

Es kann gezeigt werden, daß diese Nulldurchgangszählung in einem »Janus«-Syslem unabhängig von Heb-, Roll-, Längsneigungs- und Gierbewegungen ist. Wenn das System richtig arbeitet, wird die Nulldurchgangszählung völlig durch die Strahlbreite des Wandlerelementes und durch die Schiffsbewegung bestimmt. Dadurch, daß ein Schwellwert vorgesehen wird, der sich mit dem gespeicherten resultierenden Entfernungswert ändert, ergit die Spektrum-Auswerteeinrichtung die Möglichkeit, die durch äußere Effekte, wie z. B. stark beiüftetes Wasser hervorgerufene Spektralverbreiterung genau festzustellen.

Der Ausgang des Vergleichers 88 durchläuft einen Differentiator 89 zur Erzeugung von zum Ausgang des Vergleichers 88 synchronen Spitzenimpulsen. Der Ausgang des Differentiators 89 wird zusammen mit einem Signal vom Intervallgatter von dem Intervallgenerator 19 an der Leitung 28 an ein UND-Gatter 90 geführt.

Positive Signale werden während des Meßzeitintervalls an den getakteten Flip-Flop 91 angelegt. Der Flip-Flop 9t erzeugt an einer Leitung 92 Ausgangsimpulse mit einer Dauer von der 50fachen Senderfrequenz, und zwar aufgrund der Teilerschaltung 93, die identisch mit der weiter oben in bezug auf den Entfernungs-Rechner nach F i g. 4 beschriebenen Teilerschaltung ist.

Jeder Nulldurchgang in positiver Richtung erzeugt somit einen Spannungsblock mit einer 50 Schwingungen des Leistungsoszillators-Ausgangssignals entsprechenden Dauer.

Das Signal an der Leitung 92 betätigt einen Schalter 193, der Ladestromimpulse von der Ladestromquelle durch die »Aufwärts«-Ladestromleitung von dem Temperatur- und Frequenz-Kompensator 18 auf einer Kondensator 94 durchschallet. Der Pegel, auf den der Kondensator 94 während des Meßzeitintervalls aufgeladen wird, ist somit ein Maß für die zusammengesetzte Spektralbreite der empfangenen Signale. Die Spannung an dem Kondensator 94 wird gepuffert und einem Vergleicher 95 zugeführt. Die gespeicherte, die resultierende Entfernung darstellende Spannung wird außerdem über die Leitung 35 dem Vergleicher 95 zugeführt. Diese Spannung wird über ein Potentiometer 96 auf einen passenden Pegel eingestellt.

Wenn die Spannung an dem Kondensator 94 diesen geschwindigkeitsproportionalen Schwellwert überschreitet und damit eine übermäßige Spektralbreite anzeigt, wird ein logischer Halte-Zustand am Vergleicher 95 hervorgerufen. Anderenfalls wird ein Aktualisierungs-Zustand hervorgerufen und ein Aktualisierungs-Signal wird über die Leitung 30 dem Intervallgenerator 19 zugeführt.

Am Ende des Meßzeitintervalls wird die Spannung längs des Kondensators 94 für die Dauer des Akiiialisiemngs-Intervalls festgehalten. Während dieses Aklualisierungs-Intervalls werden die Entfernungswer-Ie aktualisiert, d. h. auf den neuesten Stand gebracht, und zwar mit Hilfe der entsprechenden Entfernungs-Rechner, wenn der Vergleichcr 95 ein Aktualisierungs-Signal erzeugt Danach wird der Kondensator 94 durch den Intervallgenerator über einen Schalter 97 in Abhängigkeit von einem Entladungssignal vom Intervallgenerator 19 an der Leitung 35 entladen.

Fig.6 zeigt den Rechner für das rechtwinklige Dreieck der Einrichtung. Der Rechner für das rechtwinklige Dreieck berechnet für jeden der einzelnen Entfernungswerte eir.en resultierenden Gesamtentfernungswert und den Driftwinkel. Der Driftwinkel kann als Meßinstrumentablenkung dargestellt werden. Der resultierende gesamte Entfernungswert kann mit Hilfe des Summierers 36 summiert und als Zähleranzeige dargestellt werden. Der resultierende Entfernungswert dient außerdem als Schwellwertbezug zur Verwendung in der Spektrum-Auswerteeinrichtung 15.

In dem schematisch in Fig.6 dargestellten Rechner für das rechtwinklige Dreieck wird das Entfernungs-Signal vom Entfernungs-Rechner 14 über die Leitung 32 einem ersten Zerhacker 98 zugeführt. In gleicher Weise wird der Ausgang des Enifernungs-Rechners 16 einem zweiten Zerhacker 99 über eine Leitung 33 zugeführt. Ein Zerhackeroszillator 100 betätigt den Zerhacker 99 direkt. Der Ausgang des Zerhackeroszillators 100 durchläuft außerdem ein 90°-Phasenschieber-Netzwerk 101 und wird ^:ann dem Zerhacker 98 zugeführt. Die Ausgangssignale von den Zerhackern 98 und 99 sind daher Rechteckschwingungen, die zueinander in Quadratur stehen. Diese Schwingungen können durch zueinander im rechten Winkel stehende Vektoren dargestellt werden. Der Summenvektor wird in einem Addierer 102 gebildet und stellt die resultierende Entfernung dar. Das Signal vom Addierer 102 durchläuft ein Bandpaßfilter 103, um die Grundfrequenz des Signals aus dein Addierer 102 hcrauszufiltcrn. Das Signal von dem Filter 103 wird in einem Verstärker 104 verstärkt und einem Phasenteiler 105 zugeführt. Die Signale aus dem Phasenteiler 105 werden dann in zwei Gleichrichtern 106 und 107 gleichgerichtet, um doppelte Gleichspannungs-Ausgangssignale mit zur resultierenden Entfernung proportionalen Größen zu erzeugen. Diese Signale werden dann dem Summierer 36 zugeführt. Der Ausgang des Gleichrichters 106 wird iüßerdeni gefiltert und der Spektrum-Auswerteeinrichtung an der Leitung 35 zugeführt.

Das Signal vom Verstärker 104 wird außerdem einem Vergleicher 108 zugeführt, in einem Differentiator 109 differenziert und der Rückstellklemme eines Flip-Flops HO zugeführt.

Das phasenverschobene Signal vom Phasenschieber 101 wird einem zweiten Vergleicher 111 zugeführt, in einem Differentiator 112 differenziert und dem Stelleingang des Flip-Flops 110 zugeführt. Die Vergleicher lOi und 111 sind derart angeordnet, daß ein Vergleichet invertiert und der andere nicht. Dadurch wird möglich daß die Stell- und Rückstellimpulse am Flip-Flop urr 180° verschoben erscheinen.

Ein Gleichspannungs-Voltmeter 113 ist über der Ausgang des Flip-Flops 110 geschaltet. Wenn dei Flip-Flop 110 arbeitet, schlägt das Meßinstrument 113 entsprechend den vom Flip-Flop 110 hervorgerufener Änderungen im Tastverhältnis der Rechteckschwingun^ aus. Der Driftwinkel kann als der Winkel definier werden, den der resultierende Vektor zur Längsrichtung aufweist.

Es sei zunächst ein Driftwinkel von 0° angenommen d. h. ein resultierender, mit der Längsachse des Schiffe: ausgerichteter Vektor. In diesem Fall ergibt sich keu Ausgang vom Zerhacker 99 und der Ausgang de

Addierers 102 entspricht daher dem Ausgang des Zerhackers 98. Die zwei Vergleichereingänge treten gleichzeitig auf. Weil jedoch ein Vergleicher invertiert und der andere nicht, treten die dem Flip-Flop 110 zugeführten Stell- und Rückstellimpulse genau um 180° verschoben auf. Weil der Ausgang des Flip-Flops 110 unter diesen Bedingungen eine symmetrische Rechteckschwingung ist, hat die dem Meßinstrument 113 zugeführte Spannungsschwingung einen Durchschnittswert Null und das Driftmeßinstrument zeigt Null anWenn sich der Driftwinkel ändert, unterscheiden sich die positiv gerichteten Nulldurchgänge der zwei Vergleicher-Eingänge um einem zum Driftwinkel proportionalen Wert in der Zeit, weil der Ausgang des Addierers 102 eine zusätzliche, durch den Zerhacker 99 eingeführte Komponente enthält. Dies verändert das Tastverhältnis des Ausganges des Flip-Flops 110 und ändert somit den Mittelwert der dem Meßinstrument 113 zugeführten Rechteckschwingung. Weiterhin ist die Meßinstrument-Ablenkung positiv oder negativ entsprechend der Voreilung oder Nacheilung der Drift. Das Gesamtergebnis ist eine mit —180° beginnende Darstellung, die sich linear und gleichmäßig durch Null auf +180° bewegt und dann abrupt auf —180° zurückkehrt.

F i g. 7 ist ein Blockschaltbild des Summierers 36. Der Summierer 36 empfängt resultierende Entfernungs-Signale von dem Rechner 34 für das rechtwinklige Dreieck, summiert diese Signale zur Erzeugung von Entfernungswerten, z. B. in Yard oder Bruchteilen einer nautischen Meile, und steuert einen Zähler zur Erzeugung einer Anzeige der durchfahrenen Gesamtentfernung an.

Gleichgerichtete Impulse aus den Gleichrichtern 106 und 107 im Rechner 34 für das rechtwinklige Dreieck werden Stromquellen 114 und 115 im Summierer 36 zugeführt. Die Stromquellen 114 und 115 erzeugen passende Ströme zur Aufladung der Kondensatoren 116 und 117. Die Ladungen auf den Kondensatoren 116 und 117 werden Vergleichern 118 bzw. 119 zugeführt und gegen geeignete Bezugsspannungen Symmetrien. Der Ausgang des Vergleichers 118 wird zum Stellen eines Flip-Flops 120 verwendet und der Ausgang des Vergleichers 119 wird zur Rückstellung des gleichen Flip-Flops verwendet. Die Ausgangssignale vom Flip-Flop 120 werden zur Betätigung von Schaltern 121 und 122 verwendet, die dazu dienen, die entsprechenden Kondensatoren 116 und 117 kurzzuschließen. Der Ausgang des Flip-Flops 120 wird außerdem über einen Treiber 123 einem Magnetkernzähler 124 zugeführt.

Es sei bemerkt, daß die Schalter 121 und 122 im Gegentakt betrieben werden, weil sie mit den Ausgangsanschlüssen eines Flip-Flops 120 verbunden sind. Der Kondensator längs eines geschlossenen Schalters \vird kurzgeschlossen und kann keine Ladung speichern. Der andere Kondensator speichert jedoch zusätzliche Ladung während jedes Pulsierens der Spannung von dem zugehörigen Gleichrichter in dem Rechner für das rechtwinklige Dreieck. Die Menge dieser zusätzlichen Ladung wird durch die Größe dieser pulsierenden Spannung bestimmt, die ihrerseits durch die während des Meßzeitintervalls durchlaufene Entfernung bestimmt ist. Wenn die Kondensatorladung die Vergleicher-Bezugsspannung erreicht, schaltet der Vergleichcrausgang und ändert dabei den Zustand des Flip-Flops 120. Dies dient dazu, den geladenen Kondensator durch den geschlossenen Schalter zu entladen und es dem anderen Kondensator zu ermögiichen. Ladung zu speichern, um so den Umlauf zu wiederholen. Das Umlaufen des Flip-Flops 120 betätigt den Magnetkernzähler und vergrößert die Anzeige der durchfahrenen Gesamtentfernung.

Zur Betrachtung der gesamten Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung sei angenommen, daß die akustischen Generatoren 2, 3, 4 und 5 und die Empfänger 8, 9, 10 und 11 jeweils entlang der Bug-Heck- und Backbord-Steuerbord-Achsen ausgerichtet sind. Es sei weiterhin angenommen, daß das Schiff Fahrt macht, jedoch eine Drift nach Steuerbord erfährt und daß ein Normalbetrieb gegeben ist: d. h. es ist keine Turbulenz oder unzulässige Stoning der akustischen Strahlen vorhanden.

Der Leistungsoszillator versorgt die akustischen Generatoren 2,3,4 und 5 derart mit Energie, daß sie vier akustische Strahlen erzeugen, die von dem Meeresboden reflektiert werden und von den akustischen Empfängern 8,9,10 und 11 aufgenommen werden.

Weil sich das Schiff bewegt, erfahren die akustischen Strahlen eine Doppler-Verschiebung. Weil das Schiff Bewegungskomponenten in der Vorwärts- und Steuerbord-Richtung aufweist, stellen die akustischen Vorwärts- und Steuerbord-Empfänger 8 und 10 nach F i g. 1 eine Vergrößerung der Frequenz fest, während die akustischen Heck- und Backbord-Empfänger 9 und 11 eine Verringerung der Frequenz feststellen.

Elektrische, den empfangenen akustischen Signalen entsprechende Eingangssignale werden entsprechenden Entfernungs-Rechnern 14 und 16 und der Spektrum-Auswerteeinrichtung 15 zugeführt (F i g. 1).

Während dieses Betriebs werden Signale vom Temperaturfühler 17 und dem Leistungsoszillator 6 dem Temperatur- und Frequenz-Kompensator 18 zugeführt. Der Kompensator 18 erzeugt Synchronisierimpulse auf der Synchronisierleitung mit einer der Oszillatorfrequenz entsprechenden Impulswiederholfrequenz und Gleichspannungen an den »Aufwärts«- und »Abwärts«- Ladestromleitungen mit die Wassertemperatur darstellenden Größen.

Es sei nun die Betriebsweise des Entfernungs-Rechners 14 betrachtet. Bug-Heck-Eingangssignale werden den Eingangsklemmen 50 und 51 des Entfernungs-Rechners zugeführt (F i g. 4). Diese Signale werden überlagert, in Vergleichern 54 und 58 digitalisiert und passenden UND-Gattern über die Polaritäts-Trennstufe 61 zugeführt.

Wenn der Intervallgenerator 19 ein Inlcrvall-Gatter-Signal erzeugt, werden die Impulse von der Polaritäts-Trennstufe 61 dem zugehörigen getakteten Flip-Flop zugeführt. Aufeinanderfolgende, von dem Temperatur- und Frequenz-Kompensator erzeugte Synchronisierimpulse triggern den getakteten Flip-Flop für eine 50 Synchronisierimpulsperioden entsprechende Zeit in den STELL-Zusland und ermöglichen es somit, daß Blöcke von »Aufwärts«- und »Abwärts«-Ladeströmen zu den »Aufwärts«- und »Abwärts«-Ladestromschaltern 73 und 74 gelangen. Jeder dieser Blöcke entspricht, wie man sich erinnert, 50 Oszillatorschwingungen. Während des gesamten Betriebs der Navigationseinrichtung erzeugt der Intervallgenerator 19 Intervall-Gatter-Signale und Entladungs-impulse. Es sei weiterhin daran erinnert, daß das vorliegende Beispiel eine Situation annahm, bei der keine äußeren Störungen auftraten, so daß die Information während jedes Meßzeitintervalls erneuert wird. Unter diesen Bedingungen werden Aktualisierungs-Signale dem Intervallgenerator 19 von der Spektrum-Auswerteeinrichtung 15 zugeführt und Ak-

tualisierungs-Impulse werden während jedes Arbeitsspiels erzeugt.

Dem Arbeitskondensator 75 wird eine Ladung während des Auftretens von Ladestromsteuersignalen durch die Ladestromquellen 76 und 77 zugeführt. Somit > erzeugt wenn man weiterhin eine Vorwärtsbewegung des Schiffes annimmt, und annimmt, daß die Bewegungsrichtung bestrebt ist, »Aufwärts«-lmpu!se zu erzeugen, jeder während des Meßintervalls auftretender »Aufwärts«-lmpuls von der Trennstufe 61 einen »Aufwärts«-Ladestromimpuls von gesteuerter Länge, der es ermöglicht, daß ein Block von Ladung am Arbeitskondensator 75 gespeichert wird. Weil die Anzahl der »Aufwärts«-Impulse während des Meßzeitintervalls sich vergrößert, wenn sich die während des Intervalls zurückgelegte Entfernung vergrößert, wird der Arbeitskondensator 75 auf einen die während des Intervalls zurückgelegte Entfernung anzeigenden Pegel aufgeladen.

Die Größe des Ladestroms wird durch den »Aufwärts«- und »Abwärts«-Ladestrom vom Temperatur- und Frequenz-Kompensator 18 bestimmt. Somit wird die zur Ladung des Arbeitskondensators während jedes Ladeimpulses zur Verfügung stehende Energie gegen Veränderungen der Wassertemperatur und der Oszillatorfrequenz kompensiert, weil die Größe der Ladeimpulse eine Funktion der Wassertemperatur und die Dauer der Ladeimpulse eine Funktion der Oszillatorfrequenz ist.

Am Ende eines Meßzeitintervalls wird das Intervall- ^M Gatter-Signal vom Intervallgenerator beendet und somit auch das Fließen von »Aufwärts«- und »Abwärts«-lmpuisen durch die Gatter 64 und 65.

Es wurde beim vorliegenden Beispiel ursprünglich angenommen, daß die Betriebsweise darin normal war, ^ daß keine unübliche Turbulenz oder andere äußere Effekte während der Messung auftraten. Unter diesen Bedingungen erzeug', die Spektrum-Auswerteeinrichtung 15 (Fig.5) ein Aktualisierungs-Signal auf der Leitung 30, das dem UND-Gatter 42 im Intervallgenera- *<> tor 19 zugeführt wird. Dies ermöglicht, daß ein Aktualisierungs-lmpuls am Ende des Meßzeitintervalls aus dem Intervallgenerator 19 herausgeführt wird und einem Aktualisierungs-Schalter 79 im Entfernungs-Rechner 16 zugeführt wird. Der Auswertekondensator 80 (Fig.4) wird dann auf einen die auf dem Arbeitskondensator 75 während des Meßzeitintervalls gespeicherte Ladung darstellenden Wert aufgeladen.

Zwei msec später wird der Aktualisierungs-lmpuls beendet und ein Entladungsimpuls wird erzeugt, wenn die Multivibratoren 40 und 43 des Intervallgenerators (Fig.2) geschaltet werden. Der Entladungsimpuls schließt den Entladungsschalter 78 im Entfernungs-Rechner 50, um den Arbeitskondensator zu entladen.

Am Ende des Entladungsimpulses wird der Flip-Flop 41 im Intervallgenerator (Fig.2) wiederun in den STELL-Zustand geschaltet und ein neues Meßzeitintervall wird eingeleitet.

Zu dieser Zeit ist eine Spannung am Auswertekondensator 80 vorhanden, die die von dem Schiff während des Meßzeitintervalls zurückgelegte Vorwärtsentfernung darstellt. Weil angenommen wurde, daß das Schiff außerdem eine Drift in Steuerbord-Richtung aufwies, ist der entsprechende Auswertekondensator in dem Backbord-Steuerbord-Entfernungs-Rechner außerdem geladen. Die Spannung längs dieses Kondensators stellt jedoch die von dem Schiff während des Meßzeitintervalls zurückgelegte Querentfernung dar.

Die Spannung längs der Auswertekonder.satoren in den Entfernungs-Rechnern wird den Zerhackern 98 und 99 in dem Rechner für das rechtwinklige Dreieck (Fig.6) zugeführt Die Werte der zwei Rechteckschwingungen werden in Quadratur dem Addierer 102 zugeführt und in resultierende Entfernungs-Impulse zur Zuführung an den Summierer 36 umgewandelt- Die Impulse von dem Gleichrichter 106 werden ebenfalls gefiltert und dem Vergleicher 95 der Spektrum-Auswerteeinrichlung (F i g. 5) zugeführt.

Es sei nun angenommen, daß eine übermäßige Störung der akustischen Strahlung aufgrund erheblicher Belüftung des Wassers Turbulenzen o. ä. auftritt

Die resultierende Streuung des akustischen Strahls bewirkt eine Verbreiterung der an den akustischen Wandlern festgestellten Signale. Dies erzeugt eine unnormal hohe Rate von »Nulldurchgängen« im Signal vom Vergleicher 88 der Spektrum-Auswerteeinrichtung (Fig.5). Der Differentiator 89 liefert dann Impulse mit einer hohen Wiederholfrequenz an das UND-Gatter 90, so daß eiiie ungewöhnlich große Anzahl von Schaltimpulsen dem Schalter 93 während eines Meßzeitintervalls zugeführt wird. Auf diese Weise erscheint eine unnormal hohe Spannung längs des Kondensators 94 am Ende des Meßzeitintervalls, der Schwellwert des Vergleichers 95 wird überschritten und ein Halte-Signal wird an dem Ausgang dieses Elements erzeugt. Das Halte-Signal sperrt das UND-Gatter 42 im Intervallgenerator (Fig.2) und verhindert die Weiterleitung eines Aktualisierungs-Impulses von diesem Gatter zum Aktualisierungs-Schalter 79 in den Entfernungs-Rechnern (F ig. 4).

Unter diesen Umständen wird die auf dem Arbeitskondensator 75 des Entfernungs-Rechners gespeicherte Ladung unterdrückt und die vorher auf dem Auswertekondensator 79 des Entfernungs-Rechners gespeicherte Ladung wird als Schätzwert der während des Meßzeitintervalls, in dem die fehlerhafte Anzeige auftrat, zurückgelegten Entfernung ersatzweise verwendet.

Die Auswerte-Vergleicherspannung wird so lange dem Rechner für das rechtwinklige Dreieck zugeführt, wie die unerwünschte Bedingung vorhanden ist. Der Summierer 36 (Fig. 7) addiert weiterhin gleiche Entfernungswerte an der Anzeigeeinrichtung für die durchfahrene Gesamtentfernung, als ob das Schiff seine Bewegung mit einer konstanten Geschwindigkeit während derartiger Intervalle fortsetzen würde. In Wirklichkeit arbeitet der Navigator während derartiger Intervalle in einer »dead reckoning«-Betriebsart, d. h. in einer Betriebsart, bei der die Positionsbestimmung wie nach Logbuchaufzeichnungen durchgeführt wird.

In dem Fall, daß die Spektrum-Auswerteeinrichtung 15 nicht verwendet wird, kann ein Aktualisierungs- oder Halte-Signal manuell zugeführt werden, um den Wechsel oder die Beibehaltung der berechneten Entfernungswerte zu steuern. Wenn »Aktualisierung« dauernd angezeigt wird, wird eine mögliche Störung des Signals — und der sich daraus ergebende Fehler — nicht beachtet und angenommen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Sonar-Doppler-Navigationseinrichtung vom »Janus«-Typ mit akustischen Sende- und Empfangseinrichtungen zur Aussendung und zum Empfang von zwei Dauerstrich-Schallstrahlpaaren entlang erster und zweiter schiffsfester Achsen, gekennzeichnet durch Zeitsteuereinrichtungen (19) zur Festlegung vorgegebener Meßzeitintervalle unabhängig von den Sendeeinrichtungen (1), Einrichtungen (50—72) zur Gewinnung erster und zweiter Impulsfolgenpaare während der vorgegebenen Meßzeitintervalle, wobei die Impulsfolgen auf Grund des Dopplereffektes Wiederholfrequenzen aufweisen, die die Geschwindigkeit des Schiffes entlang der ersten und zweiten Achsen darstellen, von den Impulsfolgenpaaren gesteuerte Generatoren (73, 74, 76, 77) zum Erzeugen erster und zweiter Signale, die die von dem Schiff in einem Meßzeitintervall entlang der Achsen zurückgelegten Entfernungen darstellen und der Anzahl der Impulse entsprechen, die in den ersten bzw. zweiten Impulsfolgen während des vorgegebenen Meßzeitintervalls auftreten, Speichereinrichtungen (75) zum Speichern der ersten und zweiten Signale, und eine Kombinationseinrichtung (34,36) zur geometrischen Addition der ersten und zweiten Signale für die Anzeige der von dem Schiff während des vorgegebenen Meßzeitintervalls durchfahrenen Gesamtentfernung. !I)

2. Navigationseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Meßeinrichtungen (17,46,47) zur Messung der Wassertemperatur, die mit den Generatoren (73, 74, 76, 77) derart gekoppelt sind, daß sich die Amplitude der ersten und zweiten js Signale in Abhängigkeit von den Wassertemperaturen ändert.

3. Navigationseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oszillator (6) zur Ansteuerung der Sendeeinrichtungen (1) und Ein-Stelleinrichtungen (66—72) zur Einstellung der Dauer der Impulse der ersten und zweiten Impulsfolgenpaare in Abhängigkeit von Frequenzänderungen des Oszillators (6) vorgesehen sind.

4. Navigationseinrichtung nach einem der vorher- j-₃ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtupgen zur Einstellung der Dauer der Impulse der Impulsl'o'genpaare Zähleinrichtungen (7i) zur Zählung der Schwingungen des Oszillators (6) und Einrichtungen (66, 67) zur >o Lieferung getrennter Torsteuerimpulse während des Zeitintervalls einschließen, das Für das Auftreten einer festgelegten Anzahl von Schwingungen erforderlich ist.

5. Navigationseinrichtung nach Anspruch 4. ^ dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoren (73, 74, 76, 77) zur Erzeugung der ersten und zweiten Signale auf die Gesamtenergie in den Impulsen ansprechen, die während der vorgegebenen Meßzeitintervalle auftreten. »0

6. Navigationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtungen zur Speicherung der Zusatzentfernungssignale erste und zweite Arbeitskondensatoren (75) zum Speichern von Informatio- "'' nen einschließen, die auf die von dem Schiff durchlaufenden Entfernungen entlang der ersten bzw. zweiten Achse bezogen sind, und daß die Generatoren (73, 74, 76, 77) Stromquellen (76, 77) zur Erzeugung elektrischer Ströme mit festgelegter Größe und Schaltereinrichtungen (73, 74) zur Zuführung von Strömen von den Stromquellen an die ersten und zweiten Arbeitskondensatoren (75) während des Auftretens einzelner Impulse in den ersten und zweiten Impulsfolgenpaaren einschließen.

7. Navigationseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (19) zur Festlegung vorgegebener Meßzeitintervalle, Einrichtungen (39, 41) zur Erzeugung von Intervall-Torsteuerimpulsen mit einer Dauer, die verglichen mit der Dauer der Impulse in den Impulsfolgenpaaren lang ist, und Einrichtungen (40, 43) zur Erzeugung eines Entladesignals vor der Einleitung eines intervall-Torsteuerimpulses einschließen, und daß die Navigationseinrichtung weiterhin Gattereinrichtungen (64, 65) zur Freigabe der Erzeugung der ersten und zweiten Impulsfolgenpaare während des Auftretens eines Intervall-Torsteuerimpulses und Einrichtungen (78) zum Entladen des Arbeitskondensators bei Auftreten eines Entladeimpulses aufweist.

8. Navigationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spektrum-Auswerteeinrichtung (15) vorgesehen ist, und daß die Spektrum-Auswerteeinrichtung (15) Schwellwerteinrichtungen (95) einschließt, die ein Aktualisierungssignal liefern, wenn die Spektralbreite der empfangenen Schallsignale kleiner als ein Schwellwert bleibt, während die ein Haltesignal liefern, wenn die Spektralbreite der empfangenen Schallsignale den Schwellwert überschreitet.

9. Navigationseinrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch erste und zweite Auswertckondensatoren (80), die über getrennte Aklualisierungsschalter (79) mit den ersten und zweiten Arbcilskondensatoren (75) verbindbar sind, wobei die Auswertekondensatoren Spannungen zur Auswertung in der Kombinationseinrichtung (34) liefern.

10. Navigationseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (19) zur Festlegung vorgegebener Meßzeitintervalle weiterhin Aklualisicrungs-Gatterschaltungen (42) und Schalteinrichtunger (40) zur Freigabe der Aktualisierungs-Gattcreinrichiungen am Ende eines Intervall-Gatterimpulses einschließen, daß die Aktualisierungs-Gaiterschaltun^cn (42) ein Aktualisierungssignal von der Spckinini-Aiiswertceinrichtung (15) an die Aktualisierungs-Schalter (79) liefern und daß die Aktualisierungs-Schalter bei Auftreten eines Aklualisierungssignals einer- Strom von den Arbeitskondensatoren (75) an die Ar.swertekondensaloren (80) liefern.

11. Navigationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die KombinationseiniAchtungen (34) zur Kombination der ersten und zweiten Signale Meßeinrichtungen zur Messung der Spannungen der Auswertekondensatoren (80), einen Zerhackeroszillator (100), erste und zweite Zerhacker (98, 99) zur Umwandlung der Spannung an jedem der Auswertekondensatoren (80) in eine Rechteckschwingung, mit dem Zerhackeroszillator (100) gekoppelte Quadratur-Phasenschiebereinrichtungen (101), Koppeleinrichtungen zur Anschaltung des einen Zerhackers (99) direkt an den Zerhackeroszillator (100), weiter

Koppeleinrichtungen zur Anschaltung des anderen Zerhackers (98) an den Ausgang der Quadratur-Phasenschiebereinrichtungen (101), Addiereinrichtungen (102) zur Addition der Ausgangsspannungen von den Zerhackern (98, 99), Einrichtungen (103, 104) zur Umwandlung der Ausg.ingspannung der Addiereinrichtungen (102) in eine Sinusschwingung und Anzeigeeinrichtungen zur Anzeige der Amplitude der Sinusschwingung einschließen.

12. Navigationseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinat'onseinrichiungen (34) eine Flip-Flop-Schaltung (110) einschließen, daß die Flip-Flop-Schaltung so angeschaltet ist, daß sie gesetzt wird wenn die Spannung von den Quadratur-Phasenschiebereinrichtungen (101) einen Nulldurchgang in einer ersten Richtung durchläuft, und daß sie rückgesetzt wird, wenn die Sinusschwingung die Nullachse in der entgegengesetzten Richtung durchläuft, und daß Anzeigeeinrichtungen (113) zur Anzeige des Tastverhältnisses der Rechteckschwingung am Ausgang der Flip-Flop- Schaltung(l 10) vorgesehen sind.

13. Navigationseinrichtung nach einem der vorhergehenden AnspriV 'ie, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten schiffsfesten Achsen die Bug-, Heck- bzw. Backbord-, Steuerbord-Achsen sind.

14. Navigationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduich gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtungen (1) erste und zweite Schallgeneratoren (2, 3) zur Abstrahlung eines ersten Paares von einander zugeordneten Schallstrahlen mit entgegengesetzt gerichteten Horizontal-Ausbreitungskomponenten in einer ersten Vertikalebene, die unter einem festen Winkel bezüglich der Längsachse des Schiffes angeordnet ist, und dritte und vierte Schallgeneratoren (4, 5) einschließen, die ein zweites Paar von einander zugeordneten Schallstrahlen aussenden, die entgegengesetzt gerichtete Horizontal-Ausbruitungskomponenten in einer zweiten vertikalen Ebene aufweisen, die unter einem zweiten festen Winkel bezüglich der Längsachse des Schiffes ausgerichtet ist, daß die Empfangseinrichtungen (7) auf die Schallstrahlen nach deren Reflektion am Meeresboden ansprechen und getrennte elektrische Signale jeweils entsprechend einem der Schallstrahlen erzeugen, daß die Einrichtungen (50 bis 72) zur Gewinnung der ersten und zweiten Impulsfolgenpaare durch Entfernung rechner (14, 16) gebildet sind, die d^:e elektrischen. den ersten und zweiten Paaren von einander zugeordneten Schailstrahlen entsprechenden Signa Ie von den Empfangseinrichtungen (7) empfangen und die eine »Aufwärtsw-Zähl-lmpulsfolge erzeugen, wenn die Frequenz eines ersten elektrischen Signals eines Signalpaars höher ist als die Frequenz des zweiten zugehörigen Signals, während sie eine »Abwarts«-Zähl-lmpulsfolge erzeugen, wenn die Frequenz des ersten elektrischen Signais niedriger als die Frequenz des zweiten elektrischen Signals ist, daß die »Aufwärts«- und »Abwärts«-Zähl-Impulsfolgen eine Impulswiederholfrequenz aufweisen, die gleich der Frequenzdifferenz zwischen den Eingangssignalen eines Paares ist, duß die ersten und zweiten Entfernungsrechner (14, 16) weiterhin Einrichtungen (64 bis 72) einschließen, die auf die »Aufwärts«- bzw. »Abwärts«-Zähl-Impulsfolgen ansprechen um »Aufwärts«- bzw. »Abwärts«-Ladestromsteuersignale zu erzeugen, daß die Entfernungsrechner (14, 16) weherhin einen Kondensator (15) und die Generatoren (73, 74, 76, 77) zum Erzeugen der ersten und zweiten Signale einschließen, daß diese Generatoren durch »Aufwärts«- und ■»Abwärts«-Lade-Gleichstromquellen zum Ladendes Kondensators (75) mit einer ersten und der zweiten Polarität sowie Schaiteinrichtungen (73, 74) zum Anschalten der »Aufwärts«- und »Abwärts«-Ladestromquellen an den Kondensator (75) in Abhängigkeit von den »Aufwärts«- bzw. »Abwärts«-Ladestromsteuersignalen einschließen, daß Auswerteeinrichtungen zum Anzeigen der gewünschten Navigationsinformation und Rechnereinrichtungen (34) zur Umwandlung der Größe der Ladung auf dem Kondensator (75) in von den Auswerteeinrichtungen benötigte Signale vorgesehen sind, und daß die Generatoren (73, 74, 76, 77) weiterhin Übertragungseinrichtungen (79, 80) zur Überführung von Signalen von dem Kondensator (75) an die Rechnereinrichtungen (34) einschließen.

15. Navigeiionseinricbtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen (17, 46, 47) zur Messung aer Wassertemperatur Steuereinrichtungen (48, 49) zur Steuerung der »Aufwärts«- und »Abwärts«-Ladegleichstromquelle derart einschließen, daß die Ladegeschwindigkt-it des Kondensators (75) in Abhängigkeit von der Wassertemperatur änderbar ist.

16. Navigationseinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernungsrechner (14, 16) jeweils getrennte Eingangsklemmen (50, 51) zum Empfang der ersten bzw zweiten elektrischen Eingangssignale eines Paares, erste Überlagerungseinrichtungen (52) zum Mischen der Signale des elektrischen Signalpaars. Phasenschiebereinrichtungen (55). die einen Teil des ersten Signals des Signalpaares empfangen und ein phasenverschobenes Ausgangssignai liefern, das gegenüber dem ersten Signal um 90° phasenverschoben ist, zweite Überlagerungseinrichtungen (56) zum Mischen des phasenverschobenen Ausgangssignais mit dem zweiten Signal des Signaipaars. Impulsformereinrichtungen (53, 54, 57, 58) zur Umwandlung der Frequenzdifferenzsignale von den Überlagerungscinrichtungen in entsprechende Rechtcckschwingungcn, Einrichtungen (59) zum Differenzieren der von den ersten Überlagerung¹·- einrichtungen (52) erzeugten Rechteckschwingungcn. Abtasteinrichtungen (60) zur Abtastung der Polarität des anhand des Ausgangssignals der zweiten Ü.berlagerungseinrichtungen (56) erzeugten Rechteckschwingung während des Auftretens vor positiven Impulsen von den Differenziereinrichtungen (59), und Polaritätsdetektoren (61) zur Zuführung von positiven abgetasteten Impulsen an eine »Aufwärts«-Zähl-Impulsleitung (62) und negativer Impulse an eine »Abwärts>«-Zähl-irr.pulsleitung (63) einschließen.