DE2114373B2 - Schaltanordnung zum Bilden von Gruppensignalen in der Peiltechnik unter Verwendung von Verzögerungsschaltungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zum Bilden vcn Gruppensignalen in der Peiltechnik entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Wandler sind für elektromagnetische Sende- bzw.

-45 Empfangssignale beispielsweise Dipole, für akustische Sende- bzw. Empfangssignale abhängig vom Übertragungsmedium Mikrophone oder Hydrophone, die das jeweilige Empfangssignal in eine elektrische Spannung umformen bzw. das abzustrahlende Sendesignal aus

so einer elektrischen Spannung herstellen.

Um beispielsweise zum Empfangen die aus einer beliebigen Richtung auf eine Empfangsanlage einfallenden Empfangssignale optimal nach Richtung und Größe auswerten zu können, ohne daß die Empfangsanlage mit ihren Wandlern (Basis) senkrecht zu dieser Richtung angeordnet wird, ist es bekanntlich notwendig, ein auf die einzelnen Wandler aufgrund ihrer räumlichen Anordnung nacheinander einfallendes Signal einer ebenen Wellenfront als gewandelte Spannungen so zu verzögern, daß die Summe aller Spannungen zu einem Gruppensignal führt. Dieses Gruppensignal würde unmittelbar an den einzelnen Wandlern entstehen, wenn diese senkrecht zur Richtung des einfallenden Empfangssignals angeordnet wären. Das Gruppensignal bestimmt die sogenannte Gruppencharakteristik der gemeinsam betriebenen Wandler. Die dafür notwendigen Verzögerungszeiten der einzelnen Spannungen sind proportional dem Abstand der Wandler zu einer

Referenzlinie senkrecht zur Richtung des einfallenden Signals.

Es ist bekannt, analoge Signale z.B. in einem aus Induktivitäten bzw. Widerständen und Kapazitäten zusammengesetzten Verzögerungsglied um eine definierte Verzögerungszeit zu verzögern. Diese Verzögerungsglieder nehmen oft räumlich viel Platz ein. Ihre Fertigung und Prüfung ist häufig aufwendig und zeitraubend, da ein Einstellen und Abstimmen der frequenzabhängigen Bauelemente erforderlich ist

Um die vorher genannten Schwierigkeiten zu umgehen, ist es schon bekannt, beispielsweise die analogen Signale binär zu verschlüsseln und jedes Bit des verschlüsselten Signals parallel in Schieberegister bestimmter Speicherzellenzahl einzuspeisen, deren Taktfrequenzeingänge mit einem gemeinsamen Taktfrequenzgenerator verbunden sind. Am Ausgang jeweils der letzten Speicherzelle jedes Schieberegisters ist das nun verzögerte, verschlüsselte Signal wieder parallel abzunehmen. Die Verzögerungszeit wird bei vorgegebener gleicher Speicherzellenzahl der Schieberegister durch die Taktfrequenz bestimmt Aus dem verzögerten, verschlüsselten Signal wird durch Dekodierung anschließend das damit auch verzögerte analoge Signal gewonnen.

Diese Art einer Signalverzögerung gestattet durch Taktfrequenzvariation oder durch Abgreifen des verschlüsselten Signals an anderen Ausgängen zugeordneter Speicherzellen der Schieberegister eine Variation der Verzögerungszeiten, ohne daß die Information des analogen Signals verlorengeht Eine derartige Verarbeitung ist aber durch die Verschlüsselung des analogen Signals und die notwendige Paralleleinspeisung jedes einzelnen Bits dieses verschlüsselten Signals in einzelne Schieberegister und anschließende Dekodierung ebenfalls aufwendig.

Es ist demzufolge Aufgabe der Erfindung, eine Schaltanordnung zu schaffen, die mit geringem schaltungstechnischen und räumlichen Aufwand die Informationen in Form analoger Signale ohne binäre Kodie- rung, aber auch ohne Verlust der Amplitude, verzögert

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Die Verzögerungszeit der erfindungsgemäßen Schaltanordnung wird bestimmt durch die Speicherzellenzahl des Schieberegisters und seine Taktfrequenz.

Die maximale Folgefrequenz der einfallenden Signale ergibt verdoppelt gemäß dem Shannon-Theorem die minimale Taktfrequenz. Die maximale Verzögerungszeit multipliziert mit der minimalen Taktfrequenz bestimmt die zu verwendende Speicherzellenzahl des Schieberegisters.

Zum Bilden des Gruppensignals werden die empfangenen Signale eines jeden Wandlers einerseits dem 5s Amplitudendetektor und andererseits über die Kippstufe dem Schieberegister zugeführt. Bei vorgegebener Taktfrequenz wird an entsprechender Speicherzelle des Schieberegisters eine Rechteckimpulsfolge abgegriffen, die gegen die in das Schieberegister eingespeiste Rechteckimpulsfolge um die für den zugeordneten Wandler nötige Verzögerungszeit verschoben ist Im Multiplikator wird diese Rechteckimpulsfolge mit der Spannung am Ausgang des Amplitudendetektors verknüpft Eine Zusammenfassung der einzelnen an den Multiplikatoren entstehenden, gegen die Empfangssignale entsprechend verzögerten Spannungen erfolgt in einem beliebigen analogen Addierer, dessen Ausgangsspannung über ein Filter zum Gruppensignal führt

Die Ausbildung des Amplitudendetektors ist abhängig von der Art der zu verzögernden Signale. Bestehen sie beispielsweise aus mehreren Impulsen jeweils imt Sinusschwingungen, deren Amplitude und Frequenz sich innerhalb des Impulses nicht, sondern nur von Impuls zu Impuls ändern, so ist der Amplitudendetektor beispielsweise ein an sich bekannter Spitzenwertgleichrichter einfachster Bauform, der die Amplitude der Sinusschwingung jeweils eines Impulses speichert Ebenfalls ist es möglich, den Amplitudendetektor durch eine Doppelweggleichrichterschaltung mit nachgeschaltetem Mittelwertbildner zu realisieren.

Das Ausgangssignal des Amplitudendetektors wird durch den Multiplikator mit dem durch das Schieberegister verzögerten, durch die potentialgesteuerte Kippstufe digitalisierten Signal verknüpft Im Rahmen dieser Erfindung ist es besonders vorteilhaft, den Multiplikator durch ein steuerbares Schaltelement zu realisieren. Gemäß dem verzögerten, digitalisierten Signal wird das Schaltelement geschlossen oder geöffnet und somit das Ausgangssignal des Amplitudendetektors durchgeschaltet oder nicht

Sollen beispielsweise Sinusschwingungen gleicher Frequenz und Amplitude durch die erfindungsgemäße Schaltanordnung verzögert werden, so wird über die potentialgesteuerte Kippstufe, deren Schaltschwelle dem Nulldurchgangswert der Sinusschwingung entspricht eine Rechteckimpulsfolge gewonnen, deren Frequenz der Sinusschwingung gleicht Diese Rechteckimpulsfolge wird gemäß der Taktfrequenz in das der potentialgesteuerten Kippstufe nachgeschaltete Schieberegister geschoben und ist verzögert am Ausgang einer Speicherzelle des Schieberegisters abzunehmen. Der Amplitudendetektor bildet ein Maß für die Amplitude der Information durch Gleichrichtung. Der Steuereingang des Multiplikators ist als zweiter Eingang mit dem Ausgang der Speicherzelle verbunden.

Gemäß der verzögerten Rechteckimpulsfolge wird das Ausgangssignal des Amplitudendetektors zum Ausgang des Multiplikators durchgeschaltet so daß hier praktisch die Amplitude der Sinusschwingung mit der Rechteckimpulsfolge verknüpft ist Durch das nachgeschaltete Filter, das Tiefpaß- oder Bandpaßverhalten aufweist wird die nun verzögerte Information als Sinusschwingung zurückgewonnen.

Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Schaltanordnung liegt in der besonders preiswerten und raumsparenden schaltungstechnischen Realisierung der Verzögerung durch das Schieberegister, der Amplitudenspeicherung durch Gleichrichtung und der anschließenden Verknüpfung durch das steuerbare Schaltelement.

Nicht nur in der passiven Peiltechnik, auch in der Rückstrahlortungstechnik, z.B. der Wasserschalltechnik, ist die erfindungsgemäße Schaltanordnung vorteilhaft einzusetzen. Bei Verwendung einer beispielsweise zylinderförmigen Sende — Empfangsanlage mit längs dem Zylindermantel angeordneten Wandlern werden etwa zuerst gleichzeitig rundherum Schallwellen abgestrahlt die von Objekten im Wasser reflektiert werden. Zum Empfang der reflektierten Schallwellen können dieselben Wandler benutzt werden, deren Empfangssignr.le gegeneinander verzögert gruppenweise zum Bilden des Gruppensignals zusammengefaßt werden, um die Richtung des reflektierenden Objektes zu ermitteln. Die Laufzeit zwischen Senden und Empfangen der Schallenergie ist darüber hinaus ein Maß für die Entfernung des Objektes zur Sende—Empfangsanlage.

Die Amplituden der Gruppensignale benachbarter Gruppencharakteristiken lassen die Richtung des reflektierenden Objektes erkennen.

Auch Wandler von Sendeanlagen sind über die erfindungsgemäße Schaltanordnung zum Bilden von Gruppencharakteristiken anzusteuern, indem ein Sendesignal über die Kippstufe in das Schieberegister und desselbe Sendesignal in dem Amplitudendetektor eingespeist wird. Das verzögerte Ausgangssignal der Kippstufe wird mit der Spannung am Ausgang des Amplitudendetektors im Multiplikator verknüpft und zum Bilden einer Gruppencharakteristik über Filter und Verstärker den einzelnen Wandlern zugeführt.

Ebenso ist es möglich, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltanordnung Gruppencharakteristiken elektronisch zu schwenken, nämlich durch Variation der Taktfrequenzen für die einzelnen zu einer Gruppencharakteristik gehörenden Schieberegister.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung in Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 die erfindungsgemäße Schaltanordnung zum Verzögern von Informationen in Form analoger Signale,

F i g. 2 einen zeitlichen Verlauf von Informationen,

F i g. 3a, 3b zwei Blockschaltbilder eines Amplitudendetektors für die Schaltanordnung nach F i g. 1,

F i g. 4a, 4b einen Multiplikator für die Schaltanordnung nach F i g. 1, als Prinzipschaltbild und als mögliche technische Realisierung,

F i g. 5 eine Empfangsanlage zum Bilden von Gruppencharakteristiken mit Hilfe der Schaltanordnung nach Fig. 1,

F i g. 6 eine umschaltbare Sende- und Empfangsanlage zum Bilden von Gruppencharakteristiken beim Senden und beim Empfangen,

F i g. 7c eine Empfangsanlage zum gleichzeitigen Bilden einer vorgegebenen Anzahl von Gruppencharakteristiken unter Verwendung der Schaltanordnung nach F i g. 1:

mit Wandlern, die längs eines Kreises angeordnet sind, gemäß F i g. 7a oder

mit geradliniger Anordnung der Wandler gemäß F ig. 7b,

F i g. 8 einen Zuordner für die Empfangsanlage nach F ig. 7c,

Fig.9 eine Empfangsanlage für eine längs einer Geraden angeordnete Gruppe von Wandlern zum Bilden einer Gruppencharakteristik, die gegen die Richtung des Mittellotes auf die Gerade kontinuierlich einstellbar und schwenkbar ist, unter Verwendung der Schaltanordnung nach F i g. 1,

F i g. 10 eine umschaltbare Sende- und Empfangsanlage zum Einstellen und kontinuierlichen Schwenken einer Gruppencharakteristik, die im Empfangsfall der Anordnung nach F i g. 9 gleicht,

Fig. 11 einen Mehrfach-Taktfrequenz-Geber für die Empfangsanlage nach Fig.9 und Sende- und Empfangsanlage gemäß F i g. 10.

Fig. 1 zeigt die eiTindungsgemäße Schaltanordnung zum Verzögern von Informationen 1 in Form analoger Signale. In den F i g. 2.1 bis 2J sind Beispiele für zeitliche Verläufe von Informationen als Blöcke von Sinusschwingungen dargestellt, deren Amplitude und Frequenz innerhalb eines Blocks konstant, aber von Block zu Block verschieden ist (F i g. 2.1).

Ober eine potentialgesteuerte Kippstufe 2, deren Schaltschwelle Sw in Fig.2.1 dargestellt ist, wird die Information 1 in eine Rechteckimpulsfolge 3 (vergl.

F i g. 2.2) gewandelt und in ein Schieberegister 4 mit einer Impulsfolge einer Taktfrequenz 5 (Fig. 2.3) hineingeschoben. Die Taktfrequenz 5 wird durch die maximale vorkommende verdoppelte Frequenz der Sinusschwingung der Information 1 bestimmt (Shannon-Theorem). Das Schieberegister 4 besteht aus einzelnen Speicherzellen, deren minimale Speicherzellenzahl ζ bei vorgegebener Taktfrequenz 5 durch eine maximal erwünschte Verzögerungszeit bestimmt ist, die hier der

ίο Zeit zwischen zwei Informationen 1.1, 1.2 entspricht. Jede Speicherzelle des Schieberegisters 4 weist einen Ausgang zum Abgriff der um die gewünschte Verzögerungszeit 6 (Speicherzellenzahl/Taktfrequenz) verzögerten Rechteckimpulsfolge 3' auf (siehe F i g. 2.4).

Die Information 1 wird außerdem in einen Amplitudendetektor 7 eingespeist, der einen der Amplitude der Information proportionalen Wert an seinem Ausgang liefert. Dieser Wert kann ein Zahlenwert oder eine physikalische Größe sein, beispielsweise ein Strom- oder Spannungsverlauf wie in Fig.25 für die Information 1.1, 1.2 gezeigt Der Ausgang des Amplitudendetektors 7 ist mit einem ersten Eingang 8.1 eines Multiplikators 8 verbunden, dessen zweiter Eingang 8.2 gemäß der gewünschten Verzögerungszeit 6 mit einem der Ausgänge 4.1, 4.2 ... 4.z der Speicherzellen des Schieberegisters 4 zusammengeschaltet ist Am Ausgang des Multiplikators 8 erscheint nach der gewünschten Verzögerungszeit 6 eine mit dem Ausgangssignal des Amplitudendetektors 7 verknüpfte Signalfolge 3" (siehe F i g. 2.6), deren Oberwellen durch ein nachgeschaltetes Filter 9 ausgesiebt werden, so daß am Ausgang der Schaltanordnung die verzögerte Information 1.Γ bzw. 1.2' gemäß Fig.2.7 abzunehmen ist (Ausgangssignal 10).

Fig. 3a,3b zeigen zwei mögliche Ausführungsformen eines Amplitudendetektors 7. Einem bekannten Doppelweggleichrichter 7.1 ist als Mittelwertbildner der doppelt gleichgerichteten Information 1 ein Ä-C-Glied nachgeschaltet (F i g. 3a). Am Ausgang dieses Amplitu dendetektors 7a ist ein Ausgangssignal abzunehmen, das ein Maß für die Amplitude der Information 1 ist

Es ist gemäß Fig.3b ebenfalls ein bekannter Einweggleichrichter 7.2 vorteilhaft anwendbar, dem ein Ä-C-Glied angeschlossen ist, so daß am Ausgang dieses Amplitudendetektors 76 der Spitzenwert der Information 1 erscheint

Der Ausgang des Amplitudendetektors 7 ist mit dem ersten Eingang 8.1 des Multiplikators 8 verbunden. Der Multiplikator 8 ist vorzugsweise ein steuerbares Schaltelement wie in Fig.4a gezeigt, dessen zweiter Eingang 8.2, als Steuereingang, von einem der Ausgänge 4.1, 4.2 ... 4.z der Speicherzellen des Schieberegisters 4 angesteuert wird. Bei zwei möglichen Schaltzuständen des steuerbaren Schaltelementes wird einmal das Ausgangssignal des Amplitudendetektors an den Ausgang des Multiplikators geschaltet und im anderen FaU dieses Ausgangssignal durch das Schaltele-

- ment gesperrt F i g. 4b zeigt eine schaltungstechnische Realisierung des steuerbaren Schaltelementes nach Fig.4a m Form eines Feldeffekttransistors, dessen Gate als zweiter Eingang &2 des Multiplikators 8 von einem der Ausgänge des Schieberegisters 4 angesteuert wird. Der ohmsche Widerstand des Feldeffekttransistors ist durch seine Gate-Einspeisung steuerbar, er ist dann sehr klein, wenn beispielsweise am Ausgang der Speicherzelle ein Signal log »1« steht, und quasi unendlich groß, wenn am Ausgang der Speicherzelle ein Signal log»(k< steht

F i g. 5 zeigt ein Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße Schaltanordnung zum Bilden von Gruppencharakteristiken in der Peiltechnik. Eine Empfangsanlage 11 (Fig.5a) besitzt Wandler Wl ... Wm der Vielzahl m, die auf einer Kreislinie angeordnet sind. Die Wandler Wi ... Wmsind bei einer Peilung elektromagnetischer Empfangssignale beispielsweise Dipole, bei einer Peilung akustischer Empfangssignale Mikrophone oder Hydrophone, die diese Empfangssignale in elektrische Spannungen wandeln. Die physikalischen Prinzipien einer Auswertung der gewandelten elektrischen Spannungen bezüglich einer Einfallsrichtung der Empfangssignale durch Bilden von Gruppensignalen 12 sind an sich bekannt. Schaltungstechnisch erfolgt hier die Auswertung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltanordnung, indem die Spannungen an einer Anzahl π von Wandlern Wl ... Wn zeitrichtig zusammengefaßt werden.

Beispielsweise trifft ein Empfangssignal aus einer Einfallsrichtung I auf die Empfangsanlage 11. Die Wandler Wi ... WS sollen zum Bilden der Gruppencharakteristik herangezogen werden. Auf die Wandler WA und W5 wirkt das Empfangssignal zuerst ein, auf die Wandler Wl und WS zuletzt. Zieht man eine Gerade durch die Wandler Wl und WS, die in unserem Beispiel senkrecht zur Einfallsrichtung I liegt, so erhält man eine Referenzlinie 113, von der Entfernung I EWi, 1 EW2,.., I EWS parallel zur Einfallsrichtung I zu den Wandlern Wl... WS ein Maß für Verzögerungszeiten des jeweiligen in elektrische Spannungen gewandelten Empfangssignals sind. Verzögerung man dementsprechend die dem Empfangssignal proportionalen Spannungen an den Wandlern Wl... WS und summiert sie anschließend auf, so erhält man das Gruppensignal 112 für die Einfallsrichtung I. Die Spannungen an den Wandlern W2 ... W9, W3 ... WlO usw. werden ebenfalls zeitrichtig zum Bilden für Gruppencharakteristiken der Einfallsrichtungen II, III usw. zusammengefaßt Von der Größe benachbarter Gruppensignale m 12, 112, II12 gleicher Frequenz ist auf die Einfallsrichtung zu schließen, da nur die Spannungen an den η Wandlern, deren Referenzlinie senkrecht zur Einfallsrichtung I liegt, bezüglich der Einfallsrichtung I zeitrichtig zusammengefaßt werden, so daß dieses Gruppensignal 112 größer ist als die Gruppensignale m12,1112,11112 usw. Anzeige- und/oder Auswertevorrichtungen A für solche Aufgabenstellungen sind bekannt vgl. zum Beispiel die deutschen Patentanmeldungen P 15 66 847.0 oder P 17 66 754.1.

Die Verzögerungszeiten der Spannungen an den π Wandlern Wl ... Wn zum Bilden einer Gruppencharakteristik sind mit der erfindungsgemäßen Schaltanordnung, wie in Fig.5b gezeigt zu realisieren. Jeder Wandler W der Vielzahl m der Empfangsanlage 11 ist mit dem Amplitudendetektor 7 und der Kippstufe 2 verbunden, der das Schieberegister 4 nachgeschaltet ist Die η Schieberegister 4WU*W2,.., 4Wn werden mit ihren Taktfrequenzeingängen zusammengeschaltet und mit einem an sich bekannten Taktfrequenzgenerator 14 verbunden. Die notwendigen VerzBgerungszeiten 6 WI, 6W2,.., 6Wn für jeweils eine Gruppencharakteristik sind an den entsprechenden Ausgängen der Schieberegister 4 W 1^4 W2,.., 4 Wn abzugreifen. Zum Bilden dec Gruppencharakteristik für das Empfangssignal aus der Einfallsrichtung I werden die Amplituden der dem Empfangssignal proportionalen Spannungen an den Ausgängen der Amptitudendetektoren 7Wl, 7W2 ... 7 Wiivon den Multiplikatoren» W^-I₁IB W2„. I8H'iJmit den verzögerten Rechteckimpulsfolgen 3' (entsprechend 3'Wl, 3'W2 ... 3Wn) an den Ausgängen der Speicherzellen der Schieberegister4Wl,4W2...4Wn jeweils verknüpft. Die Ausgänge der Multiplikatoren

I 8 W1,1 8 W2 I 8 Wn werden mit π Eingängen eines

Addierers I 15 verbunden, dem ein Filter I 9 nachgeschaltet ist. Am Ausgang des Filters 19 ist das Gruppensignal I 12 für die Einfallsrichtung I abzugreifen. In dem in Fig.5b dargestellten Beispiel ist die

ίο Anzahl π=8.

Das Gruppensignal Il 12 für die Einfallsrichtung H wird in gleicher Weise gebildet. Hier werden die an den

η Wandlern W2, W3 Wn₁ Wn+l entstehenden

Spannungen ebenfalls als Rechteckimpulse 3 W2,3 W3,

.., 3 Wn+ 1 durch die Schieberegister 4 W2, 4 W3, ..., 4Wn+l gemäß der geometrischen Anordnung der Wandler Wz ... Wn+l verzögert und mit ihrer Amplitude in weiteren Multiplikatoren II8W2, ..„ II 8Wn+l verknüpft, deren Ausgänge mit den Eingän gen eines Addierers II15 verbunden sind. Am Ausgang eines nachgeschalteten Filters II9 ist das Gruppensignal Il 12 für die Einfallsrichtung II abzunehmen.

Diese Verdrahtung der verwendeten erfindungsgemäßen Schaltanordnungen zeigt Fig.5b als Verdrah- tungsanordnungen 16 mit m Eingängen 16e 1,16e2,..., 16en? und m Ausgängen 16a 1,16a 2,.., 16a/n.

Um Einfallsrichtungen I bis m unterscheiden zu können, werden insgesamt m Wandler W, m Amplitudendetektoren 7, m Kippstufen 2 und m Schieberegister 4, /η χ π Multiplikatoren 8, m Addierer 15 und m Filter9 benötigt.

Die Gruppensignale 1 12, II 12,..., m 12 können mit den beliebigen, bekannten Anzeigevorrichtungen A, die den Ausgängen 16a 1,16a 2,.., 16am der Verdrahtungs anordnung 16 beispielsweise nachgeschaltet sind, dargestellt werden.

Die gleiche Verdrahtungsanordnung 16, wie für die Empfangsanlage 11 beschrieben und in Fig.5 dargestellt ist ebenfalls für Sendeanlagen mit kreisförmiger Anordnung von Wandlern zum Abstrahlen von Sendesignalen verschiedener Frequenzen und/oder Amplitude in Richtungen I, II,..., m geeignet, indem die m Wandler W1... Wm an den Eingängen 16e 1,16e 2, .., 16em der Verdrahtungsanordnung 16 gegen m Sendegeneratoren vertauscht werden und die ebenfalls zum Senden geeigneten mWandler Wl, W2, ..„ Wm über Verstärker an die Ausgänge 16a 1,16a 2,.., 16am angeschlossen werden. In den Addierern 115, II15,.., m 15 der Verdrahtungsanordnung 16 werden die für gerade π benachbarte, evtL einander überlappende, Gruppencharakteristiken unterschiedlichen Sendespeisesignale (an den Ausgängen der Multiplikatoren 18Wl, I8W2, ..„ 18Wn; zu einem Sendesignal für jeweils einen Wandler W zusammengefaßt, da dieser Wandler W maximal zum Bilden von gerade η Gruppencharakteristiken herangezogen wird.

Fig-6 zeigt einen Umschalter i/16 für eine Sende—Empfangsanlage 11 unter Verwendung der Verdrahtungsanordnung 16 nach Fig.5, der im EmpfangsfalL die Wandler Wl, W2, „, Wm mit den Eingängen 16el, 16e2, ..„ 16em und die Ausgänge 16a f, 16a 2, ._, 16am mit Auswerteeinrichtungen A verbindet wie dargestellt, nach Umschalten im Sendefall dagegen m Sendegeneratoren 51, 52,.., 5m mit den Eingängen 16e 1,16e2,... 16e/n und die Ausgänge 16a 1,16a 2,. -„!Sam über jn Verstärker Vl, V2,.., Vm mit dem m Wandlern Wl, W2,..., Wm verbindet Die Verdrahtungsanordnung 16 vereinfacht sich für

Sendeanlagen wesentlich, wenn jeder Wandler nur zum Bilden einer Gruppencharakteristik herangezogen wird. Bei einer kreisförmigen Anordnung von einer Vielzahl m von Wandlern gemäß Fig.5a können bei Verwendung einer Anzahl von η Wandlern zum Bilden jeder einzelnen Gruppencharakteristik dann maximal m/n Gruppencharakteristiken für Sendesignale unterschiedlicher Frequenz und/oder Amplitude gebildet werden. Jeder Sendegenerator wird bei diesem Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Schaltanordnung jeweils mit dem Amplitudendetektor 7 und der Kippstufe 2 mit nachgeschalteten Schieberegister 4 verbunden. Jeweils η Multiplikatoren 8 werden mit ihren ersten Eingängen 8.1 zusammengeschaltet und mit dem Amplitudendelektor 7 verbunden, mit ihren zweiten Eingängen 8.2 gemäß der durch die Geometrie der Aniage festgelegten Verzögerungszeiten 6 mit den entsprechenden Ausgängen des Schieberegisters 4 verbunden. An die jeweiligen Ausgänge der η Multiplikatoren werden über Filter und Verstärker die entsprechenden Wandler W angeschlossen. Die Addierer 15 sind nicht notwendig, da jeder Wandler nur zum Bilden einer einzigen Gruppencharakteristik herangezogen wird und sein Sendespeisesignal unmittelbar am Multiplikator ansteht. Diese Art der Ansteuerung der Wandler mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltanordnung ist dann von großem Vorteil, wenn große Reichweiten erzielt werden sollen, da hier der Wandler nur mit einer definierten Frequenz und nicht breitbandig betrieben wird, wie bei der Verwendung der Verdrahtungsanordnung 16. Der Aufwand an Bauelementen ist kleiner als für die Verdrahtungsanordnung 16. Es werden zur Ansteuerung der m Wandler mit ihren Verstärkern und vorgeschalteten Filtern für m/n Gruppencharakteristiken m/n Sendegeneratoren, min Kippstufen 2, m/n Amplitudendetektoren 7, min Schieberegister 4 und m Multiplikatoren 8 benötigt.

Was im Rahmen dieser Erfindung in konkreten Ausführungsbeispielen der aktiven und passiven Peiltechnik bzw. Rückstrahlortungstechnik beschrieben ist, läßt sich in gleicher Weise unter Nutzung sämtlicher Vorteile dieser Erfindung zu jeder gezielten oder ungezielten Nachrichtenübertragung verwenden.

Im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen nach F i g. 5 und F i g. 6 wurde der Fall behandelt, daß der gesamte interessierende Bereich — dort ein 360°-Bereich, beispielsweise der gesamte Horizont, — gleichmäßig und ständig mit einander benachbarten oder einander überlappenden Gruppencharakteristiken erfaßt ist. Interessieren nur einige wählbare, beliebig zueinander ausgerichtete Richtungen I, II,.., p, wie z. B. bei der sogenannten Rückstrahlmethode, dann läßt sich diese Erfindung auch wieder besonders vorteilhaft verwenden, um nur die entsprechenden, einzeln auszubildenden und einzustellenden Gruppencharakteristiken zu bilden. Der Einfachheit halber ist um die Obersicht nicht zu verlieren, in Fig.7 dieser Anwendungsfall für den Empfang aus p=III unabhängig voneinander einstellbaren Einfallsrichtungen I, II, 111 dargestellt Die Richtungswahl erfolgt unabhängig voneinander, die Gruppencharakteristiken können sich auch überlappen.

Fig. 7a zeigt eine Empfangsanordnung 17.1 mit m Wandlern WI, W% - - - Wm, die auf dem Umfang eines Kreises angeordnet sind. Fi g. 7b zeigt eine Empfangsanordnung 17.2 ebenfalls mit m Wandlern Wi, W2,.., Wm, die längs einer Geraden angeordnet sind und wobei m irgendeine beliebige Vielzahl bedeutet Jede andere Anordnung von Wandlern ist ebenfalls möglich.

Stets müssen die zum Bilden der ρ möglichen Gruppencharakteristiken notwendigen Verzögerungszeiten senkrechten Entfernungen der Wandler Wl, W2 Wm zu derjenigen Referenzlinie 13 proportio-

nal sein, die senkrecht zur gewählten Richtung liegt. Bei kreisförmiger Anordnung der Wandler Wl, W2, ... Wm gemäß Fig. 7a berühren die Referenzlinien 13 für die Richtungen I, H,..., ρ als Tangenten I 13, Il 13, .... ρ 13 den Kreis an demjenigen Punkt, der dem Ort der Gruppencharakteristik diagonal gegenüberliegt. Die Verzögerungszeiten eines Empfangssignals werden wieder mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltanordnung realisiert, mit dem Unterschied, daß zum Verknüpfen der Amplitude am Ausgang des Amplitudendetektors 7 W mit der um die gewünschte Verzögerungszeit 6 verzögerten Rechteckimpulsfolge 3' die zweiten Eingänge 8.2 der Multiplikatoren I 8 W, Il 8 W, ..., ρ8Wnicht direkt mit jeweils einem der Ausgänge der Speicherzellen des Schieberegisters AW fest verdrahtet sind, sondern durch ρ anwählbare Zuordner 18 gemäß der gewählten Richtungen I, II,..., ρ mit dem Ausgang der entsprechenden Speicherzelle des Schieberegisters 4 Wjeweils zusammengeschaltet werden.
Für jede wählbare Richtung I bzw. Il ... bzw. ρ sind zum Bilden der jeweiligen Gruppencharakteristik ρ Zuordner I MW, II 181V, ..., ρ 18W pro Wandler W vorgesehen, wie F i g. 7c zeigt. Jeder Zuordner 18 besitzt Eingänge der Menge «7. Jedes Schieberegister 4Wl, 4W2, .... 4Wm weist q Speicherzellen auf, wobei die Menge q bei fest vorgegebener Taktfrequenz durch die maximal notwendige Verzögerungszeit bestimmt ist. Die Ausänge der q Speicherzellen eines zu einem Wandler W zugehörigen Schieberegisters 4IV sind mit den q parallelgeschalteten Eingängen der zu demselben Wandler Wzugehörigen ρ Zuordner I 18 W, II 18 W,... ρ 18 Wverbunden.

Einer der Eingänge 18.1 bis 18.<7 des Zuordners 18 wird, durch eine Anwahlschaltung 19 über einen Anwahleingang 18Z, auf seinen einzigen Ausgang 18Λ durchgeschaltet, wie F i g. 8 zeigt. Der Zuordner 18 ist beispielsweise ein aus der Fernmeldetechnik bekannter Leitungswähler oder ein Multiplexer in Form integrierter Schaltkreise.
Jeder Ausgang 18Λ der ρ Zuordner 118Wl₁II 18Wl, ..„ ρ 18Wl eines Wandlers Wl zum Bilden von ρ Gruppencharakteristiken ist mit dem zweiten Eingang 18.2 derjenigen ρ Multiplikatoren 18Wl, II8Wl, ..„ ρ 8 Wl verbunden, deren erste Eingänge 8.1 mit dem Ausgang des zum Wandler Wl zugehörigen Amplitudendetektors 7Wl zusammengeschaltet sind. In gleicher Weise wird die Verdrahtung an jedem der ρ Multiplikatoren jedes Wandlers W2, W3, .., Wm durchgeführt Die Ausgänge der Multiplikatoren 18 Wl, 1 8IV2,.., I 8 Wm werden mit den m Eingängen eines Addierers 115 verbunden, die Ausgänge der Multiplikatoren II8 Wl, 1181^2,.., II8 Wmmit den m Eingängen eines weiteren Addierers Il 15. Zum Bilden von ρ Gruppencharakteristiken sind ρ Addierer 115, II15,..., ρ 15 notwendig, an deren Eingängen die Ausgänge derjenigenmMultiplikatoren18IV1,18 Wl,.... 18Wm angeschlossen sind, die über die entsprechenden Zuordner 118 W1,118 W2,... 118 Wm zum Bilden jeder einzelnen Gruppencharakteristik angesteuert werden. An den Ausgängen der Addierer 115, Il 15,.., ρ 15 sind über Filter 19, II9,.... ρ 9 die Gruppensignale 112, II12, „ ,p 12 abzunehmen.

In der Anwahlschaltung 19 werden die auszuwertenden Richtungen I, II, .., ρ für Empfangssignale

eingestellt, die zueinander jede beliebige Stellung einnehmen können. Gemäß der eingestellten Anwahlschaltung 19 werden die ρ χ m Zuordner 18 eingestellt. Die Realisierung der Anwahlschaltung 19 ist abhängig von der technischen Ausführungsform der Zuordner 18. Die Anwahlschaltung 19 und der Zuordner 18 sind beispielsweise durch einen in der Fernmeldetechnik bekannten Leitungswähler mit Relaissatz zu realisieren, der durch von außen über eine Wählscheibe eingegebene Impulse gemäß der auszuwertenden Richtung einen

seiner q Eingänge 18.1,18.2 \%.q auf seinen einzigen

Ausgang 18Λ schaltet. 1st der Zuordner 18 ein integrierter Multiplexer, so wird in der Anwahlschaltung 19 gemäß der gewünschten Richtung eine Bit-Adresse beispielsweise durch analog/digital Wandiung der in die Anwahlschaltung IS eingegebenen Richtung hergestellt, die den Multiplexer stellt.

Während bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen stets eine konstante Taktfrequenz für alle Schieberegister Verwendung fand und eine Variation der Verzögerungszeit durch Abgriff an verschiedenen Ausgängen der Speicherzellen eines Schieberegisters erfolgte, wird jetzt ein Beispiel für den umgekehrten Fall betrachtet. Bei Verwendung von Schieberegistern 4 für die erfindungsgemäße Schaltanordnung nach F i g. 1 mit nur einem Ausgang an ihrer letzten Speicherzelle erfolgt eine Variation der Verzögerungszeit 6 durch Variation der Taktfrequenz 5. Die minimal mögliche Taktfrequenz 5 ist, wie schon oben erwähnt, doppelt so groß zu wählen, wie die zu erwartende maximale Frequenz der Information 1. Diese minimal mögliche Taktfrequenz 5 zusammen mit einer Speicherzellenzahl ζ des Schieberegisters 4 bestimmt die maximal mögliche Verzögerungszeit für die Information 1. Wird die Taktfrequenz 5 erhöht so erniedrigt sich die Verzögerungszeit 6 proportional dazu, da die Verzögerungszeit 6 durch den Quotienten, gebildet aus Speicherzellenzahl ζ geteilt durch Taktfrequenz 5, bestimmt ist.

Verwendet man im Beispiel der Rückstrahlortungs- oder Peiltechnik eine Empfangsanlage und Auswertungsschaltung 21 gemäß F i g. 9, bei der die Wandler Wl, W 2,..., WiJ beispielsweise auf einer Geraden in äquidistanten Abständen zueinander angeordnet sind, und schaltet jeweils hinter diese Wandler Wl, W2,..., Wn eine erfindungsgemäße Schaltanordnung nach Fig. 1, so kann man bei Verwendung gestaffelter Taktfrequenzen fo, fo±Af, fo±2Af,..., fo±(n- \)Af aus einem Mehrfach-Taktfrequenz-Geber 20 für die Schieberegister 4Wl, 4W2, ..„ 4Wn eine um einen Winkel gegen das Mittellot auf die Gerade geneigte Gruppencharakteristik erzeugen. Der Frequenzanteil Af bestimmt den Winkel. Wird der Frequenzanteil Af zu Null, so weist die Gruppencharakteristik in Richtung des Mittellotes. Durch Variation des Frequenzanteiles Af kann die Gruppencharakteristik jeweils um einen Winkel von theoretisch maximal ±90° gegen das Mittellot geschwenkt und/oder in jede beliebige Stellung dazwischen eingestellt werden. Die Ausgänge der π 'Multiplikatoren werden mit ^Eingängen des Addierers 15 -verbunden, dessen Ausgangssignal Ober das Filter 9 das Gruppensignal 12 für die durch den Frequenzanteil Af eingestellte Gruppencharakteristik ergibt

Bei einer Anordnung der Wandler auf einer gebogenen oder anders geformten, nicht geraden linie kann durch unterschiedliche Speicherzellenzahl der Schieberegister oder entsprechend der Geometrie der Anordnung abgestufte Taktfrequenz eine zeitliche Kompensation auf eine geradlinige Anordnung vorgenommen werden.

Die gleiche Auswertungsschaltung 21, wie sie in F ii g. 9 gezeigt ist, ist zum Senden geeignet, indem durch einen Umschalter 22 die Eingänge 21 el, 21 e2 ... 21 en von den Wandlern Wl, W2, ..„ Wn getrennt und gemeinsam auf einen Sendegenerator S geschaltet werden und die Ausgänge der η Multiplikatoren 8Wl, 8IV2, ..,8Wn als Ausgänge 21a 1, 21a2,... 21an der Auswertungsschaltung 21 von den η Eingängen des Addierers 15 getrennt und auf die nun zum Senden eingesetzten Wandler WI, IV2, .., Wn über Filter 9Wl, 9W2, ... 9Wn und Verstärker Vl, V2, ..„ Vn geschaltet werden. F i g. 11 zeigt eine derartige Vorrichtung.

Der Mehrfach-Taktfrequenz-Geber 20 für die Auswertungsschaltung 21 besteht aus η jeweils gleich aufgebauten Taktschaltungen 23 für die η Impulsfolgen der η Taktfrequenzen fo, fo±Af,..., fo±(n— \)Af. Jede Taktschaltung 23 gemäß F i g. 11 besteht aus einem rückstellbaren Zeitgeber 24, beispielsweise einem Sägezahngenerator, und einem variierbaren Zeitvorgabeglied 25, beispielsweise einer variierbaren Spannungsquelle. Die beiden Ausgangssignale am Ausgang des Zeitgebers 24 und des Zeitvorgabegliedes 25 werden in einer Vergleichsstufe 26, beispielsweise einem Differenzverstärker, verglichen. Sind die beiden Ausgangssignale gleich, so wird t'urch das Signal am Ausgang der Vergleichsstufe 26 eine nachgeschaltete bistabile Kippstufe 27 in ihre andere stabile Lage gekippt und der Zeitgeber 24 wieder in seinen Ausgangszustand zurückgestellt. Am Ausgang der bistabilen Kippstufe 27 ist die impulsfolge abzunehmen, deren Frequenz abhängig von der Einstellung im Zeitvorgabeglied 25 ist und eine gewünschte Taktfrequenz liefert.

Die Zeitvorgabeglieder 25 der η Taktschaltung 23 sind miteinander gekoppelt variierbar, so daß an den η bistabilen Kippstufen 27 die π Impulsfolgen der η Taktfrequenzen fo, fo±Af, .., fo±(n— \)Af abzunehmen sind.

Im Rahmen der Digital-Technik ist die Taktschaltung 23 vorteilhaft auch mit Hilfe eines Digitalzählers zu realisieren, der auf unterschiedlich vorgebbare Zählerstellungen abgefragt wird. Diese Taktschaltung 23 ist für einen anderen Anwendungsfall in der deutschen Patentanmeldung P 20 41 813.7 beschrieben.

Aus den beschriebenen Ausführungsbeispielen allein schon bezüglich der Peil- und Rückstrahlortungstechnik beispielsweise in der Sonartechnik ist die vielfältige Anwendbarkeit und Vorteilhaftigkeit dieser Erfindung ersichtlich. Hier ist das dringende Bedürfnis befriedigt mit geringem Platzaufwand betriebssichere und zuverlässige Anlagen zu erstellen, die aus typischen, serienmäßigen Bauelementen und nicht aus speziellen Sonderanfertigungen bestehen und daher preislich sehr günstig Hegen. Durch die Verwendung industriell hergestellter integrierter Schaltungen und einfacher Schaltelemente in Form von Transistoren für die erfindungsgemäße Schaltanordnung sind Anlagen in kompakter Bauweise mit kleinem Volumen möglich geworden. Die mit dieser Erfindung gegebenen Variationsmöglichkeiten bei relativ geringem Schaltaufwand wären nach der herkömmlichen Technik durch ihren enormen Platzbedarf beispielsweise auf Schiffen als Sonaranlagen nicht in allen wünschenswerten Anwendungsmodifikationen zu realisieren.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltanordnung zum Bilden von Gruppensignalen in der Peiltechnik für Gruppencharakteristiken beim Senden oder Empfangen von Wellenenergie aus Sende- oder Empfangssignalen einer Vielzahl von Wandlern unter Verwendung von Schieberegistern als Verzögerungsschaltungen, die zwischen Sendegeneratoren und Wandler bzw. zwischen Wandler und Anzeigevorrichtung geschaltet sind und die Abgriffe aufweisen, an denen unterschiedliche Verzögerungszeiten abnehmbar sind, die für jede der zu bildenden Gruppencharakteristik proportional zur Entfernung zwischen einem jeden Wandler und einer Referenzlinie zu wählen sind, wobei die Referenzlinie senkrecht zu der Richtung der betreffenden Gruppencharakteristik liegt, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verzögerungsschaltung eingangsseitig eine potentialgesteuerte Kippstufe (2) mit einem nachgeschaltetem einstelligen Sieberegister (4) und einen parallel dazu angeordneten Amplitudendetektor (7) enthält, wobei jede Speicherzelle des Schieberegisters (4) einen Ausgang aufweist, und daß die Ausgänge der Verzögerungsschaltung von Multiplikatoren (8), die jeweils mit einem ausgewählten Ausgang des Schieberegisters (4) und dem Ausgang des Amplitudendetektors (7) verbunden sind, gebildet werden.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Umschalter (16.1), durch den im Sendefall jeweils die Eingänge der Verzögerungsschaltungen mit den Sendegeneratoren (S) und die Wandler (W) jeweils mit den Ausgängen von Addierern (15) über Filter (9) und Verstärker (10) verbunden sind und durch den im Empfangsfall die Eingänge der Verzögerungsschaltungen mit den Wandlern (W) und die Ausgänge der Addierer (15) über die Filter (9) mit den Anzeigevorrichtungen (A) verbunden sind.

3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Zahl (p) von Zuordnern (18) in jeder Verzögerungsschaltung, die zwischen dem Schieberegister (4) und den Multiplikatoren (8) angeordnet sind, zum gleichzeitigen Bilden von (p) Gruppencharakteristiken mit anwählbaren Richtungen (I, II, ..„ p) wobei der Zuordner (18) ein steuerbarer Umschalter ist, dessen Ausgang (\%A) auf jeweils einen seiner Eingänge (18.1,18.2,..., \%.q) schaltbar ist und die Eingänge (18.1, 18.2, ..., \%.q) aller Zuordner (18) mit den Ausgängen der Speicherzellen des Schieberegisters (4) und der Ausgang (18AJ jedes Zuordners (18) mit einem Multiplikator (8) verbunden sind, und durch eine Anwahlschaltung (19) zum Einstellen der Richtungen (I, II,.., pjder Gruppencharakteristiken, die mit einem Steuereingang (18ZJ jedes Zuordners (18) zusammengeschaltet ist zum Verbinden des Ausgangs (18/lJ des Zuordners (18) mit demjenigen Ausgang des Schieberegisters (4) für eine Verzögerungszeit (6), die der jeweiligen Entfernung (E) des mit der Verzögerungsschaltung verbundenen Wandlers (W)zu jeder Referenzlinie (13) der Gruppencharakteristiken entspricht.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Mehrfach-Taktfrequenz-Geber (20) mit Ausgängen, an denen gleichzeitig Impulsfolgen verschiedener Frequenzen als Taktfrequenzen für die Schieberegister (4 Wl, 4 W2,.., 4 Wi) in den Verzögerungsschaltungen anstehen, die im Fall äquidistanten Abstandes der Wandler (W 1, W2,..., Wn) untereinander bei Kompensation auf die "· Referenzlinie (Gerade 17J) nach der Beziehung fo, fo±Af, fo±2Af, .., fo±(n-\)Af gestaffelt sind, wobei der darin enthaltene Frequenzanteil Af kontinuierlich variierbar ist, durch eine Verbindung einander benachbarter Ausgänge des Mehrfach-

n> Taktfrequenz-Gebers (20) mit den Taktfrequenzeingängen der benachbarten Schieberegister (4W1-4W2, 4W2-4W3. .., 4Wn-I-4WhJ jeweils benachbarter Wandler (Wl- W2, W2- W3,.., Wn-1 - WiJ, wobei der Multiplika-

H tor (8 Wl, 8 WZ - — 8 Wn), in jeder Verzögerungsschaltung (7W) mit dem Ausgang der letzten Speicherzelle des Schieberegisters (4W^ verbunden ist

5. Schaltanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrfach-Taktfrequenz-Geber (20) Takt-Schaltungen (23) für die Impulsfolgen der Taktfrequenzen (fo, fo ± A f,.., fo± (n -1 )Af) enthält, die jeweils einen rückstellbaren Zeitgeber (24), ein für den Frequenzanteil Af kontinuierlich

2> variierbares Zeitvorgabeglied (25) und eine Vergleichsstufe (26) aufweisen, deren einer Eingang mit einem Ausgang des Zeitvorgabegliedes (25) und deren anderer Eingang mit einem Ausgang des Zeitgebers (24) verbunden ist und deren Ausgang

!» mit einem Rückstelleingang des Zeitgebers (24) und ebenfalls mit dem Eingang einer bistabilen Kippstufe (27) zusammengeschaltet ist, wobei die Einstellungen des Frequenzanteiles Afm den Zeitvorgabegliedern (25) miteinander gekoppelt sind und die Ausgänge

ii der Kippstufen (27) die Ausgänge des Mehrfach-Taktfrequenz-Gebers (20) sind.