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Setzt man die Ausdrücke für M und S ein, so erhält man nach Wegkürzen
von Ue, Us und rO:
Der Ausdruck in der rechten Klammer der Gleichung (1) ist die Ausbreitungsfunktion
in logarithmischer Form bei Reflexion am Meeresboden.
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Für die Reflexion an einem punktförmigen Re-
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flexionsziel (Fisch) mit der Zielstärke T gilt:
bzw. nach Einsetzen der Ausdrücke für M und S
wobei der Ausdruck der rechten Klammer der Gleichung (2) die Ausbreitungsfunktion
in logarithmischer Form bei Reflexion an Punktzielen ist.
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R bzw. T sind also bis auf eine Konstante gegeben durch das logarithmische
Verhältnis der Echoempfangsspannung zur Sendespannung und die jeweilige Ausbreitungsfunktion.
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Um die Stärke der Echos in der Aufzeichnung zum Ausdruck bringen
zu können, ist es bei Schreibregistriergeräten gebräuchlich geworden, als Aufzeichnungsträger
elektrosensitives Papier und als Schreiborgan eine mit den elektrischen Echosignalen
beaufschlagte Schreibnadel zu verwenden. Das elektrosensitive Papier wird je nach
der Amplitude der elektrischen Echosignale mehr oder weniger stark geschwärzt.
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Bei der Anzeige auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre, bei
der bekanntlich eine der Schallausbreitungsgeschwindigkeit im Wasser proportionale
Zeitablenkung des Elektronenstrahls, und zwar üblicherweise in vertikaler Richtung,
stattfindet, wird die Amplitude des jeweiligen elektrischen Echosignals zu einer
hierzu senkrechten, also üblicherweise zur Horizontalablenkung des Elektronenstrahls
benutzt.
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Die aufgezeichneten bzw. angezeigten Echo stärken waren bisher jedoch
nur als Relativwerte brauchbar, d. h., man konnte lediglich stärker und schwächer
reflektierende Lotobjekte voneinander unterscheiden.
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In zunehmendem Maße besteht das Bedürfnis, den zahlenmäßig erfaßbaren
Absolutwert, mit welchem ein Reflektor den ihn treffenden Sendeschalldruck reflektiert,
unmittelbar quantitativ von dem Anzeigegerät abzulesen, und zwar auch dann, wenn
die Sendespannung nicht konstant bleibt.
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Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren
zu schaffen, das diese Anforderungen erfüllt.
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Dieses Verfahren besteht erfindungsgemäß darin, daß ein relativer
Spannungspegel gewonnen wird, der dem Logarithmus des Verhältnisses der Höhe der
Ausgangsspannung des tiefen- bzw. entfernungsabhängig arbeitenden Verstärkers zu
der Höhe des Sendespannungsimpulses proportional ist, und daß dieser relative Spannungspegel
zur Steuerung der Aufzeichnung benutzt wird.
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Dieser relative Spannungspegel repräsentiert das wahre Reflexionsmaß
bzw. die Zielstärke des angeloteten Reflektors, angegeben in Dezibel.
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Dieses Verfahren wird in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung
dadurch verwirklicht, daß die aus den Echosignalen abgeleiteten Spannungsimpulse
und der - während der Echolaufzeit gespeicherte -Sendespannungsimpuls logarithmiert
werden, und daß aus diesen logarithmierten Spannungen die Differenz gebildet wird.
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Der auf diese Weise gewonnene relative Spannungs-
pegel läßt sich
auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre ohne weiteres als Strichlänge aufzeichnen
und mit hinreichender Genauigkeit ablesen.
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Die Aufzeichnung auf dem Registrierstreifen eines Schreibregistriergerätes
durch die erwähnte mehr oder weniger starke Schwärzung des Registrierpapiers ist
der Strichlängenanzeige auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre stark unterlegen,
da die Grauwerte sich von einer ablesenden Person nicht in Zahlen angeben lassen,
da ferner die Anzahl der unterscheidbaren Grautöne für den Dynamikumfang der Echosignale
zu gering ist und da schließlich der Grauwert von der lokalen Beschaffenheit des
Registrierpapiers beeinflußt wird.
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Daher ist es wünschenswert, auch bei Schreibregistriergeräten eine
Strichlängenanzeige des Reflexionsmaßes bzw. der Zielstärke zu erhalten. Zu diesem
Zweck wird in weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen,
den aus gewissen ausgewählten Echosignalen, vorzugsweise den aus den Bodenechosignalen,
gewonnenen relativen Spannungspegel dazu zu verwenden, einen Hilfsspannungsimpuls
mit einer diesem Spannungspegel zugeordneten Impulsdauer auszulösen und den Hilfsspannungsimpuls
zur Beaufschlagung des Schreiborgans des Registriergerätes zu verwenden.
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Soll auf einem vorbestimmten ersten Teil der Registrierstreifenbreite
zunächst ein Tiefenechogramm aufgezeichnet werden und diesem auf dem restlichen
Teil der Streifenbreite die Aufzeichnung des ReSexionsmaßes der ausgewählten Echosignale
folgen, so wird zweckmäßig innerhalb jeder Lotperiode der relative Spannungspegel
der ausgewählten Echosignale mindestens so lange zwischengespeichert, bis das Schreiborgan
den ersten Teil der Registrierstreifenbreite überfahren und den Anfang des restlichen
Teils der Registrierstreifenbreite erreicht hat.
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Bei den gewissen ausgewählten Echosignalen handelt es sich in erster
Linie um die Bodenechosignale; selbstverständlich können jedoch statt dessen auch
die Echosignale von Punktzielen (Fischen od. dgl.) ausgewählt werden.
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Da aber zur Zeit der Lotung auch die genaue Echostärke der übrigen,
also der nicht ausgewählten Echosignale interessiert, wird man vorteilhafterweise
während der Aufzeichnung des Tiefenechogramms den relativen Spannungspegel aller
Echosignale auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre aufzeichnen.
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Die Wirkungsweise des Verfahrens gemäß der Erfindung wird an Hand
der gezeichneten Beispiele erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild zur
Aufzeichnung des Reflexionsmaßes auf einem Anzeigegerät, F i g. 2 die Aufzeichnung
des Reflexionsmaßes auf dem Registrierstreifen eines Schreibregistriergerätes und
auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre, F i g. 3 das Blockschaltbild eines
Amplituden-Zeit-Umwandlers.
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In F i g. 1 ist mit 1 ein Sendewandler und mit 2 ein Empfangswandler
bezeichnet. 3 ist ein Generator zur Erzeugung der elektrischen Sendeimpulse und
4 ein tiefenabhängig arbeitender Empfangsverstärker mit zwei Verstärkerkanälen 5
und 6. Mit der gestrichelten Umrandung 7 ist ein Anzeigefeld bezeichnet, in welchem
der Registrierstreifen 8 eines Schreibregistriergerätes 9 und der Bildschirm 10
einer Kathodenstrahlröhre 11 gemeinsam angeordnet sind.
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12 zeigt einen Differenzverstärker, dessen einer Eingang
über
einen Verstärker 13, der eine logarithmisch verlaufende Kennlinie hat, mit dem Ausgang
des Empfangsverstärkers 4, und dessen anderer Eingang über einen weiteren logarithmischen
Verstärker 14 mit dem Sendegenerator3 verbunden ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers
12 ist mit der Kathodenstrahlröhre 11 und dem Schreibregistriergerät 9 verbunden,
und zwar mit der Kathodenstrahlröhre 11 unmittelbar, dagegen mit dem Schreibregistriergerät
9 mittelbar über eine Schwellwertschaltung 15, eine Speicherschaltung 16, einen
Amplituden-Zeit-Umwandler 17 und eine Diode 31. Außerdem ist das Schreibregistriergerät
9 noch an den Ausgang des Empfangsverstärkers 4 angeschlossen.
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26 ist ein Taktgeber, welcher zum Zwecke der Auslösung einer Lotperiode
an den Sendegenerator 3 einen Taktimpuls abgibt und diesen somit zur Sendeimpuls
abgabe veranlaßt. Gleichzeitig gelangt dieser Taktimpuls an die zwei Verstärkerkanäle
5 und 6 des tiefenabhängig arbeitenden Empfangsverstärkers 4, dessen Verstärkung
damit hochzulaufen beginnt.
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Entsprechend den unterschiedlichen Entfernungsfunktionen werden die
Verstärkerkanäle 5 und 6 derart geregelt, daß die Verstärkung des Verstärkerkanals
5 entsprechend dem Reziprokwert der Ausbreitungsfunktion für Punktziele und die
des Verstärkerkanals 6 entsprechend dem Reziprokwert der Ausbreitungsfunktion für
Bodenziele kontinuierlich hochläuft.
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Die vom Empfangswandler 2 abgegebenen Echosignalspannungen gelangen
zunächst an eine an sich bekannte Diskriminatorschaltung 28, welche die Punktzielechospannungen
nur an den Verstärkerkanal 5 und die Bodenechospannungen nur an den Verstärkerkanal
6 weiterleitet.
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Die jeweils in dem Empfangsverstärker 4 tiefenabhängig verstärkten
Echosignalspannungen werden zunächst dem logarithmischen Verstärker 13 und die logarithmierten
Spannungen dem einen Eingang des Differenzverstärkers 12 zugeführt. Dem anderen
Eingang des Differenzverstärkers 12 wird über einen weiteren logarithmischen Verstärker
14 die von dem Sendegenerator 3 abgegebene und in dem Speicher 32 zwischengespeicherte
Sendespannung zugeführt. In dem Differenzverstärker 12 wird somit die Differenz
aus den in den Verstärkern 13 und 14 logarithmierten Sende- und Empfangsspannungen
gebildet, und diese Differenzspannung, also der relative Spannungspegel, welcher
ein Maß für den Logarithmus des Verhältnisses von Empfangs- zu Sendespannung darstellt,
wird der Kathodenstrahlröhre 11 und dem Schreibregistriergerät 9 zum Zweck der Anzeige
zugeführt.
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Dem Schreibregistriergerät 9 wird außerdem zur Aufzeichnung eines
üblichen Tiefenechogramms die Ausgangsspannung des Empfangsverstärkers 4 direkt
zugeführt. Um unterhalb des Tiefenechogramms nur das Reflexionsmaß des Bodenzieles
einer jeden Lotperiode aufzeichnen zu können, wird der am Ausgang des Differenzverstärkers
12 stehende relative Spannungspegel der Schwellwertschaltung 15 zugeführt, deren
Schwellwert so hoch eingestellt ist, daß nur der relative Spannungspegel der Bodenziele
durchgelassen wird. Dieser relative Spannungspegel wird in dem Speicher 16 zwischengespeichert,
und zwar so lange, bis dem Amplituden-Zeit-Umwandler 17 ein Startimpuls über die
Leitung 30 zugeführt wird.
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Sofern die Zielstärke von Punktzielen, die sich in einer bestimmten
Tiefe befinden, aufgezeichnet werden soll, wird man zur Auswahl der von diesen Punktzielen
reflektierten
Echo signale an Stelle der Schwellwertschaltung 15 ein Zeit-Tor verwenden; dieses
besteht beispielsweise aus einem Und-Gatter, an dessen einen Eingang der relative
Spannungspegel aller Echo signale geführt ist und dessen anderer Eingang einen von
einem Taktgeber gelieferten Öffnungsimpuls bekommt, welcher der gewünschten Tiefenlage
zeitlich zugeordnet ist.
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F i g. 2 zeigt das Anzeigefeld 7 mit dem Bildschirm 10 und dem Registrierstreifen
8. Auf dem oberen Teil des Registrierstreifens 8 ist ein normales Tiefenechogramm
und auf dem unteren Teil das Reflexionsmaß des Meeresbodens als Strichlänge aufgezeichnet,
welches an einer vorgesehenen, in Dezibel geeichten Skalal8 zahlenmäßig direkt ablesbar
ist. Auf dem Bildschirm 10, der ebenfalls mit einer Dezibel-Skala 19 versehen ist,
wird außer dem Reflexionsmaß des Meeresbodens auch die Zielstärke der in dem auf
dem Registrierstreifen 8 im Tiefenechogramm aufgezeichneten Punktziele (z. B. Fische)
angezeigt.
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Der Bildschirm 10 der Kathodenstrahlröhre 11 und die Schreibfläche
8 des Schreibregistriergerätes 9 weisen Tiefenskalen mit gleicher Skalenteilung
auf. Beide, der Bildschirm 10 und die Schreibfläche 8, sind in dem gemeinsamen Anzeigefeld
7 (Fig. 1) derart angeordnet, daß ihre Tiefenskalen auf gleicher Höhe liegen und
daß der Bildschirm 10 bzw. der Anfang seiner Echostärkenskala 19 in größtmöglicher
Nähe der Schreibnadel 20 des Schreibregistriergerätes 9, und damit dem jeweils in
der Aufzeichnung befindlichen Tiefenechogramm benachbart, angeordnet ist.
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Die Schreibnadel 20 des Schreibregistriergerätes 9 wird mittels eines
ständig umlaufenden Riemens 21 über den stromempfindlichen Registrierstreifen 8
geführt. Die die Aufzeichnung bewirkenden Stromimpulse werden der Kontaktschiene
22 zugeführt, auf der das andere Ende der Schreibnadel 20 schleift.
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Am Riemen 21 ist ein Nocken 23 angebracht, welcher bei jedem Riemenumlauf
jeden der beiden Nockenkontakte 24 und 25 einmal kurzzeitig schließt, wodurch jeweils
ein kurzer Stromimpuls erzeugt wird.
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Der Impuls durch den Nockenkontakt 24 veranlaßt über den zentralen
Taktgeber 26 (F i g. 1) die Aussendung eines Lotimpulses durch den Sendewandler
1 (F i g. 1), während der Impuls des Nockenkontaktes 25 den Amplituden-Zeit-Umwandler
17 betätigt. Der Nockenkontakt 25 wird betätigt, sobald das Tiefenechogramm aufgezeichnet
ist.
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F i g. 3 zeigt das Blockschaltbild des Amplituden-Zeit-Umwandlers
17. Darin ist mit 29 ein Miller-Integrator bezeichnet, der mit dem einen Eingang
des Differenzverstärkers 27 verbunden ist. Mit dem anderen Eingang des Differenzverstärkers
27 ist der Speicher 16 verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 27 führt
über die Diode 31 an das Shreibregistriergerät 9 (F i g. 1).
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Der Nockenkontakt 25 (s. auch F i g. 2) gibt über die Leitung 30
einen Impuls an den Amplituden-Zeit-Umwandler 17 ab. Dieser Impuls setzt den Miller-Integrator
29 in Tätigkeit, dessen hochlaufende Ausgangsspannung dem Differenzverstärker 27
zugeführt und dort mit dem vom Speicher 16 her an seinem anderen Eingang stehenden
relativen Spannungspegel verglichen wird.
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Von dem Moment an, an welchem der Miller-Integrator 29 an den Differenzverstärker
27 eine Spannung abgibt, wird das Schreibregistriergerät 9 (F i g. 1) von dem Differenzverstärker
27 mit einer konstanten
Schreibspannung beaufschlagt, und zwar so
lange.
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bis die hochlaufende Ausgangsspannung des Miller-Integrators 29 den
Spannungswert des relativen Spannungspegels erreicht bzw. diesen überschritten hat.
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In dem Moment des Überschreitens nämlich ändert
sich die Polarität
der dem Schreibregistriergerät 9 (F i g. 1) als Schreibspannung zugeführten Ausgangsspannung
des Differenzverstärkers 27, für die jetzt die zwischen diesem und dem Schreibregistriergerät
9 vorgesehene Diode 31 Sperrwirkung hat