DE2143889C - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Aufzeichnung der von einem Echolotgerät empfangenen Echosignale - Google Patents

Description

3. Verfahren nach Anspruch I und 2. wobei zur Aufzeichnung der Fchosig.ule ein Schreibregistriergeräl benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der ai.s gewissen ausgewählten Fchosignalen. vorzugsweise aus <.\cn hodenechosignalen. gewonnene relative Spannungspegel dazu verwendet wird, einen Hilfsspannungsimpuls mit einer diesem Spannungspr"ti zugeordneten Impulsdauer auszulosen, und daß der Hilfsspannungsimpuls zur Beaufschlagung des Sehreinorgans (20) des Registriergerätes (9) verwen.fet wird.

4 Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3. wobei auf einem vorbestimmten ersten Teil der RejMslrierstreifenbreite ein Tiefenechogramm aufeezeichnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jeder l.otperioiie der relative Spannungspegel tier ausgewählten Fchosignale mindestens so lange /wischengespeiclicrt wird, bis das Schreiborgan (20) den ersten Teil der Registricrstreifenbreiie überfahren und den Anfang des restlichen Teils der Registrierstreifenbreite erreicht hat.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß während der Aufzeichnung des Tiefenecliograinms der relative Spannungspegei aller Fchosignale auf dem Bildschirm (10) einer Kathodenstrahlröhre (11) aufgezeichnet wild

6. Finrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildschirm (10) der Kathoden- 5" strahlröhre (11) und die Schreibfläche (8) des Schrcibrcgistriergerätes(9)Tiefenskalen mit gleicher Skalenteilung aufweisen und daß beide in einem gemeinsam übersehbaren Anzeigefeld (7) angeordnet sind, derart, daß ihre Tiefenskalen auf gleicher Höhe liegen, und daß sich der Bildschirm bzw. der Anfang seiner Echostärkenskala in größtmöglicher Nähe des Aufzeichnungsorgans des Schreibregistriergerätes befindet.

7. Schaltungsanordnung zur Ausübung des Vcrfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen an sich bekannten AmpliUiden-Zeit-Umwandler(17), dessen Eingang mit dem relativen Spannungspegel beaufschlagbar ist und dessen Ausgang mit dem Schrcibregistriergcrät (9) clekfrisch verbunden ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltuncsanordnunc zur Aufzeichnung der von einem Fcholotgerät unter tiefenabhängiger Verstärkung empfangenen Sienale.

Un die dcr\vahren Härte eines Reflektors entsprechende Feldstärke möglichst genau zu ermitteln und anzeigen zu können, um also zu verhindern, daß von einem härteren Retlektor in größerer Tiefe ein schwächeres Fcho empfangen wird als von einem weniger harten in geringerer Tiefe, kompensiert man bekanntlich die Intensitätsabschwächung, die der Schallimpuls durch seine geometrische Ausbreitung und durch die Verlustdämpfimg im Wasser erleidet und die man in der sogenannten Ausbreitungsfunktion erfaßt hat. Diesgeschiehtdiirch Anwendungcinertiefenhzvv. entfernimgsubhängigen Verstärkung, d. h.. daß man den Empfangsverstärker derart regdt. daß seine Verstärkung, beginnend mil der Ausscndiing. des Lotimpulses, entsprechend dem Reziprokwert der Ausbreitungsfunktion kontinuierlich hochläuft.

Die Ausbreitungsfunktion für eine Reflexion des Schalles an dem annähernd unendlich ausgedehnten ebenen Meeresboden unterscheidet sich außerdem von der für eine Reflexion an einem annähernd punktfürmigeu Ziel (z. B. Fisch)

Während im ersten Fall der zurückkehrende, also am Fmpfänger eintreffende Schalldruck linear mit der zu messenden Mecrestiefe abnimmt, vermindert sich im zweiten Fail der Schalldruck quadratisch mit der F:ntfernung des punktformigen Zieles.

Für die Reflexion von Schallwellen an einem ebenen Meeresboden mit dem Reilexionsmaß R gilt:

R 20 lon f ^U> ■ ^r" ) ■ {20 log ^2r ι 2ar)

Dabei ist. Λ/ Fmpfangs-Cberlragungsfaktor:

Λ/

?<■

5 Sender- Libert ragungsfaktor:

_s r₀ ■ p„

Ue F mpfangsspannungs am Fmpfangswandler,

p, Fmpfangsschalldruck am Fmpfangswandler,

r_a F.inheitder Entfernung( 1 Meter)

p₀ Scnderschalldruck in der Entfernung r₀ vor dem Sendewandler

Us Sendespannung am Sendewandler, r Entfernung zwischen Wandler un< Reflexionsziel (Meeresboden ode Fisch).
a -- Dämpfung im Wasser (db/m).

Setzt man die Ausdrücke für M und -Sein, so erhäl man nach Wegkürzen von U_e, U_s und r₀:

R - 20 log

Pn

20 1og

I- 2ar

Der Ausdruck in der rcchlcn Klammer der GIe chung(l) ist die Ausbreitungsfunktion in logaritt mischer Form bei Reflexion am Meeresboden.

|-ür die Reflexion an einem punktf.irmigen Reoons.'iel (Fisch) mit der Zielstärke 7" gilt:

c :\.r \! um! .S'

) 14· Ι. Γ. Λ/· .S' !

! l^:inset/en der Ausdriu t.

20!oe ^P' ■ (4!) - lo- '

Po ^l

,!.,■■■•ei der Ausdruck der rechten Kl.:niine^r der Gleich¹..■"■-ι Z) die Ausbrcitiingsfunktii-n in ^!.'e.an;hmischer f-i>-'·': bei Reflexion an Ptmkt/ieie¹", ist 15

/V ^l\'u Γ sind also bis auf eine (χ.>!ΐ-ί.::·ΐ: -jenehen di:r-;^!'¹. das iogarithmische Verhältnis der ! choeiiir'iiigsspannung /ur Sendesp.mnim·.: ;-id die jewe-.'i.-'e Ausbreitungsfunktion

t :, die Stärke der Echos in der Auf/eichrmni: zum κ Ausdruck bringen zu können, ist _ln hei -*chre'breu s'riergerüten gebräuchlich geworden, a'.s \uf-/e;. "!längsträger elcktroseiisiuves Papier und als Si.'"eiborgan eine mit den elektrischen F Jiosisnalen be. isehlagte Schreibnadel/u verwenden. Das elektro- ^ sci-tive Papier wird je nach der Amplitude der elektric her. Echosignale mehr oder weniger stark ge-

sci' -.arzt.

hei der Anzeige auf dem Bildschirm einer Kathodenstr.-.^lröhre. bei der bekanntlich eine der Schallaus- 3« ir uingsgeschwindigkeit im Wasser proportionale Ze■-.ablenkung des Elektronenstrahls, und /war iib-Ii.. erweise in vertikaler Richtung, stattfindet, wird die V Hitude des jeweiligen elektrischen F.chosign ils /u euvr hierzu senkrechten, also üblicherweise /ur Ihn/ontalablenkung des Elektronenstrahls benutzt

;>te aufgezeichneten bzw. angezeigten Echostärken w.iren bisher jedoch nur als Relativwerte brauchbar. d. h . man konnte lediglich stärker und schwächer reflektierende Eotobjekte voneinander unterscheiden.

In zunehmendem Maße besteht das Bedürfnis, den zahlenmäßig erfaßbaren Absolutwert, mit welchem ein Reflektor den ihn treffendei. Sendeschdlklruck reflektiert, unmittelbar quantitativ von dem Anzeige üerät abzulesen, und zwar auch dann, wenn die Sendespannung nicht konstant bleibt

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu schaffen, das diese Anforderungen erfüllt.

Dieses Verfahren besteht erfindungsgemäß darin, so 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.

Dieser relative Spannungspegel repräsentiert das wahre Reflexionsmaß bzw. die Zielstärke des angeloteten Reflektors, angegeben in Dezibel.

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 ⁶S daß aus diesen logaritnmierten Spannungen die Differenz gebildet wird.

Der auf diese Weise gewonnene relative Spannungspegel laIJi sich auf ucr·.: Bildschirm eine Kathodenstrahlröhre ohne weiteres aK Strichläng. if/eichnen und mit hinreichender Genauigkeit ahle^

Die Aufzeichnung auf dem Registrierstreifen eines Schreihregisiriergerätes durch die erwähnte mehr oder weniger starke Schwär/uns des Registrierpapiers ist der Strichlängenanzeige auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre stark unterlegen, da die Grauv.erte sich von einer ablesenden Person nicht in Zahlen angeben Kissen. A.i ferner die Anzahl der unte^rscheidbaren Grautone für den Dvnamikumfang der Echosignale zu gerinn ist und da schließlich der Grauwert > on der lokalen Beschaffenheit des Registrierp.ipiers

bee ι nil u IU wir.J.

Daher ist es wünschenswert, auch bei Schreib-'■egistriergeräicn eine Strichlängenanzeige des Re-"lexionsmaßes bzw. der Zielstärke zu erhalten Zu Jiesem Zweck ssird in weiterer \iisgestaltung des erlindimgsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, den aus gewissen ausgewählten Echosignalen, vorzugsweise den aus Jen Bodenechosign.ilen. gewo..nenen relativen Spannungspesel da/u /u verwenden, einen llilfsspannungsimpuls mit einer diesem Spanruiⁿgspege! zugeordneten Impulsdauer auszulosen und den Ihlfsspannungsimpuls zur Beaufschlagung des Schreiborgans des Registriergerätes zu verwenden.

Soll auf einem vorbestimmten ersten Teil der Registriersireifenbreite zunächst ein Tiefenechogramm aufgezeichnet werden Lind diesem auf dem restlichen Teil der Streifenhreite die Aufzeichnung des Reilexiotismaßes der ausgewählten Echosignale folgen, so wird zweckmäßig innerhalb jeder Loiperiode der relative Spannungspegel der ausgewählten Echosignale mindestens so lange zwischengespeichert, bis das Schreiborgan den ersten Teil der Registrierstreifenbreite überfahren und den Anfang des restlichen EeiU der Registrierstreifenbreite erreicht hat

Bei den gewissen ausgewählten I chosignalen handelt es sich in erster Linie um die Bodenechosignale, selbstverständlich können jedoch statt dessen auch die Echosignale von Punktzielen (Fischen od dgl. I ausgewählt werden.

Da aber zur /eit 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.

Dip 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 aiii dem Registrierstreifen eines Schrcibregistricrgerätc und auf dem liildschirm einer Kathodenstrahlröhre

F i p. 3 das Blockschaltbild eines Amplituden-Zeit·

Umwandlers.

In F i g. I ist mit 1 ein Sendewr.ndler und mit 2 eil Empfangswandler bezeichnet. 3 ist ein Generator n\ Erzeugung der elektrischen Sendeimpulse und 4 er tiefenabhängig arbeitender Empfangsverstärker m zwei Verstärkerkanälen 5 und 6. Mit der gestrichelte Umrandung 7 ist ein Anzeigcfeld bezeichnet, i welchem der Registrierstreifen 8 eines Schreibn gistriergerätes 9 und der Bildschirm 10 einer Kathodei strahlröhre 11 gemeinsam angeordnet sind.

12 zcipt einen Differenzverstärker, dessen einer Ei

gang über einen Verstärker 13, der eine logarithmisch reflektierten Echosignale an Stelle der Schwcllwcrt-

verlaufcnde Kennlinie hat, mit dem Ausgang des schaltung 15 ein Zeit-Tor verwenden; dieses besteht

Empfangsverstärkers 4, und dessen anderer Eingang beispielsweise aus einem Und-Gatter, an dessen einen

über einen weiteren logarithmischen Verstärker 14 mit Eingang der relative Spannungspcgel aller Echosignale

dem Scndcgcncrator 3 veibunden ist. Der Ausgang 5 geführt ist und dessen anderer Eingang einen von einem

des Differenzverstärkers 12 ist mit der Kathoden- Taktgeber gelieferten Öffnungsimpuls bekommt, wcl-

straidröhre 11 und dem Schreibregistriergerät 9 vcr- eher der gewünschten Tiefenlagc zeitlich zugeordnet

blinden, und zwar mit der Kathodenstrahlröhre 11 ist.

unmittelbar, dagegen mit dem Schreibrcgistricrgcrät 9 F i g. 2 zeigt das Anzeigefcld 7 mit dem Bildschirm

mittelbar über eine Schwellwertschaltung 15, eine 10 10 und dem Registrierstreifen 8. Auf dem oberen Teil

Speicherschaltung 16, ■ einen Amplituden-Zcit-Um- des Registrierstreifens 8 ist ein normales Ticfenccho-

wandlcr 17 und eine Diode 31. Außerdem ist das gramm und auf dem unteren Teil das Rcflexionsmaß

Schreibrcgistricrgcrät 9 noch an den Ausgang des des Meeresbodens als Strichlänge aufgezeichnet,

Empfangsvcrstärkcrs 4 angeschlossen. welches an einer vorgesehenen, in Dezibel geeichten

26 ist ein Taktgeber, welcher zum Zwecke der Aus- 15 Skala 18 zahlenmäßig direkt ablcsbai ist. Auf dem

lösung einer Lotperiode an den Sendcgencrator 3 Bildschirm 10, der ebenfalls mit einer Dezibel-Skala 19

einen Taktimpuls abgibt und diesen somit zur Sende- versehen ist, wird außer dem Rclkxionsmaß des

impulsabgabc veranlaßt. Gleichzeitig gelangt dieser Meeresbodens auch die Zielstärke der in dem auf dem

Taktimpuls an die zwei Verstärkerkanäle 5 und 6 des Registrierstreifen 8 im Tiefcnechogramm aufgczcich-

tiefcnabhängig arbeitenden Empfangsverstärkers 4, 10 nctcn Punktzielc (z. B. Fische) angezeigt,

dessen Verstärkung damit hochzulaufen beginnt. Der Bildschirm 10 der Kathodenstrahlröhre 11 und

Entsprechend den unterschiedlichen Entfcrnungs- die Schreibfläche 8 des Schreibregistriergerätes 9 weisen

funktionen werden die Verstärkerkanäle 5 und 6 derart Tiefcnskalen mit gleicher Skalenteilung auf. Beide, der

geregelt, daß die Verstärkung des Verstärkerkanals 5 Bildschirm 10 und die Schreibfläche 8, sind in dem

entsprechend dem Reziprokwert der Ausbrcitungs- as gemeinsamen Anzeigefeld 7 (Fig. 1) derart angc-

funktion für Punktzicle und die des Verstärkerkanals 6 ordnet, daß ihre Tiefenskalen auf gleicher Höhe liegen

entsprechend dem Reziprokwert der Ausbrcitungs- und daß der Bildschirm 10 bzw. der Anfang seiner

funktion für Bodenziele kontinuierlich hochläuft. Echostärkenskala 19 in größtmöglicher Nähe der

Die vom Empfangswandlcr 2 abgegebenen Echo- Schieibnade! 20 des Schreibregistriergerätes 9, und

Signalspannungen gelangen zunächst an eine an sich 30 damit dem jeweils in der Aufzeichnung befindlichen

bekannte Diskriminatorschaltung 28, welche die Punkt- Ticfencchogramm benachbart, angeordnet ist.

ziclechospannungen nur an den Verstärkerkanal 5 und Die Schreibnadcl 20 des Schreibregistriergerätes 9

die Bodenechospannungen nur an den Verstärker- wird mittels eines ständig umlaufenden Riemens 21

kanal 6 weiterleitet. über den stromempfindlichen Registrierstreifen 8 ge-

Dic jeweils in dem Empfangsvcrslärker 4 tiefen- 35 führt. Die die Aufzeichnung bewirkenden Stromabhängig verstärkten Echosignalspannungcn werden impulse werden der Kontaktschiene 22 zugeführt, auf zunächst dem logarithmischen Verstärker 13 und die der das andere Ende der Schrcibnadel 20 schleift, logarithmicrten Spannungen dem einen Eingang des Am Riemen 21 ist ein Nocken 23 angebracht. DiffcrenzNcrstärkers 12 zugeführt. Dem anderen Ein- welcher bei jedem Riemenumlauf jeden der beiden gang des Differenzverstärkers 12 wird über einen 40 Nockenkonlakte 24 und 25 einmal kurzzeitig schließt, weiteren logarithmischen Verstärker 14 die von dem wodurch jeweils ein kurzer Stromimpuls erzeugt wird. Sendegenerator 3 abgegebene und in dem Speicher 32 Der Impuls durch den Nockenkontakt 24 veranlaßt zwischcngcspeichcrte Sendespannung zugeführt. In über den zentralen Taktgeber 26 (Fig. 1) die Ausdcm Diflercn/vcrstärkcr 12 wird somit die Differenz sendung eines Lotimpulses duich den Sendewandlcr 1 aus den in den Verstärkern 13 und 14 logarithmiertcn 45 (F i g. 1), während der Impuls des Nockenkontaktes 25 Sende- und Empfangsspannungen gebildet, und diese den Amplitudcn-Zcit-Umwandler 17 betätigt. Der Dificrcnzspannung, also der relative Spannungspegel, Nockenkontakt 25 wird betätigt, sobald das Tiefcnwelchcr ein Maß für den Logarithmus des Verhält- echogramm aufgezeichnet ist.

nisscs von Empfangs- zu Sendespannung darstellt, F i g. 3 zeigt das Blockschaltbild des Amplitudenwird der Kathodenstrahlröhre 11 und dem Schreib- 50 Zeit-Umwandlers 17. Darin ist mit 29 ein Millerregistriergerät 9 zürn Zweck der Anzeige zugeführt. Integrator bezeichnet, der mit dem einen Eingang de.·.

Dem Schreibregistriergerät 9 wird außerdem zur Differenzverstärkers 27 verbunden ist. Mit dem ande-

Aufzcichnung eines üblichen Tiefenechogramms die ren Eingang des Differenzverstärkers 27 ist der

Ausgangsspannung des Empfangsverstärkers 4 direkt Speicher 16 verbunden. Der Ausgang des Differenzzugeführt. Um unterhalb des Tiefenechogramms nur 55 Verstärkers 27 fahrt über die Diode 31 an da» S^hreib-

das Rcflexionsmaß des Bodenzieles einer jeden Lot- registriergerät 9 (F , g. 1).

periode aufzeichnen zu können, wird der am Ausgang Der Nockenkontakt 25 (s. auch F i g. 2) gibt über des Differenzverstärkers 12 stehende relative Span- die Leitung 30 einen Impuls an den Amplituden-Zeitnungspegel der Schwellwertschaltung 15 zugeführt, Umwandler 17 ab. Dieser impuls setzt den Millerdercn Schwellwert so hoch eingestellt ist, daß nur der 60 Integrator 29 in Tätigkeit, dessen hochlaufende Ausrelative Spannungspegel der Bodenziele durchge- gangsspannung dem Differenzverstärker 27 zugeführt lassen wird. Dieser relative Spannungspegel wird in und dort mit dem vom Speicher 16 her an seinem dem Speicher 16 zwischengespeichert, und zwar so anderen Eingang stehenden relativen Spannungspegel lange, bis dem Amplituden-Zeit-Umwandler 17 ein verglichen wird.

Startimpuls über die Leitung 30 zugeführt wird. 65 Von dem Moment an, an welchem der iviüler-lnte-

Sofcrn die Zielstärke von Punktzielen, die sich in grator 29 an den Differenzverstärker 27 eine Spannung

einer bestimmten Tiefe befinden, aufgezeichnet werden abgibt, wird das Schreibregistriergerät 9 (Fig. 1) von

soll, wird man zur Auswahl der von diesen Punkizicien dem Differenzverstärker 27 mit einer konstanten

Schreibspannung beaufschlagt, und zwar so lange, bis die hochlaufcndc Ausgangsspannung des Millerintegrators 29 den Spannungswert des relativen Spannungspegcls erreicht bzw. diesen überschritten hat. In de:»· Moment des Überschreitens nämlich ändert

sich die Polarität der dem Schreibregistriergerät 9 (Fig. 1) als Schreibspannung zugeführten Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 27, für die jetzt die zwischen diesem und dem Schreibregistriergerät 9 \orgcsehene Diode 31 Sperrwirkung hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aufzeichnung der von einem

1 cholotgerät unter liefen- bzw. entfernun_;.>.bhängiger Verstärkung empfangenen Fchosignale. d a d u r c h g e k c η η ζ e ι c h π e t. daß ein relativer Spannungspegel gewonnen wird, der dem Logarithmus des Verhältnisses der Höhe der Ausgangsspannunc des tiefen- b/w. entferntiniisabhängig arbeitenden \ erslärkers (4) zu der I lohe des Sendespannungsimpulses proportional ist. und daß dieser relative Spannungspegel zur Steuerung dei Aufzeichnung benutzt wird

2. Verfahren nach Anspruch !.dadurch eekennzeichnet, daß die aus den Fchosignalen abgeleiteten Spannungsimpiilse und der — während der Echolaufzeit gespeicherte Sendespannungsimpuls logan!'.miert werden und daß aus diesen log.irithmierten Spannungen die Differenz gebildet