DE2151348C3 - Schaltungsanordnung in einem Echolot zum Unterscheiden von Echosignalen - Google Patents

Description

a) Die Meßwerte (Si) sind einem ihre Höchstwerte speichernden Spitzenwertdetektoren (9) zugeführt,

b) Die Meßwerte (Si) sind — parallel dazu — einer Integrationsschaltung (10) zugeführt, deren Integrationsfaktor entsprechend c) geeignet gewählt ist,

c) an de.·. Spitzenwertdetektor (9) und die !ntegradonsschaltung (10) ist eine das Verhältnis ihrer Ausgangssignale am Ende einer jeden Lotperiode mit einem vorgegebenen Betrag vergleichende Vergleichsschaltung (12) angeschlossen, die ein erstes Ausgangssignal (A_x) abgibt, wenn das Verhältnis der Ausgangsspannung (Sb) am Spitzenwertdetektor (9) zur Ausgangsspannung (S₉) an der Integrationsschaltung (10) größer ist als der vorgegebene Betrag, als Anzeichen dafür, daß Echosignale (Ea) vor einem einzelnen Reflektor (R) empfangen worden sind, bzw. ein zweites Ausgangssignal (Ai) abgibt, v»enn de. vorgegebene Betrag unterschritten wird, als Anzeichen dafür, daß Echosignale (E,) von mehr», -en Reflektoren (R, R') empfangen worden sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 mit einem in der Sendeeinrichtung angeordneten Taktgeber zur Abgabe eines Sendertaktimpulses, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (2) noch zur Abgabe eines Abfrageimpulses (i 2) für die Vergleichsschaltung (12) und eines Löschimpulses (73) ausgebildet ist, der sowohl den Spitzenwertdetektor (9) als auch die Integrationsschaltung (10) entlädt

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine mit dem Ausgang der Vergleichsschaltung (12) verbundenen Anzeigevorrichtung (13) mit unterschiedlicher Aussteuerung in Abhängigkeit von den beiden Ausgangssignalen (Au A2) der Vergleichsschaltung (12).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,2 oder 3 mit einem Echographen mit Schreibsignaleingang, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Verbindung (14) vom Ausgang der Vergleichsschaltung (12) über eine impulsformende Stufe (15) zum Schreibsignaleingang (16a) besteht, wobei die Ausgangssignale (Au A2) unterschiedliche Markierungen auf dem Echographen (16) erzeugen.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signalgeber (17) vorgesehen ist, der einerseits mit dem Ausgang der Vergleichsschaltung (12) und andererseits über einen Echolaufzeitspeicher (18) mit dem Echographen (16) verbunden ist und dann angesteuert wird, wenn der Echolaufzeitspeicher (18) einen vorgebbaren Zustand für eine Mindestecholaufzeit eingenommen hat und die Vergleichsschaltung (12) ihr erstes Ausgangssignal (A]) abgibt.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung in einem Echolot zum Unterscheiden von Echosignalen, die von einem einzigen Reflektor herrühren von solchen Echosignalen, die von einer Vielzahl eng gestaffelter Reflektoren herrühren, durch Vergleich von Meßwerten, die durch Gleichrichtung von den Echosignalen abgeleitet sind.

Bei der Echolotung ist bekannt, daß die Länge eines Echosignals bei der Reflexion an einem einzelnen, Spiegelnden Reflektor praktisch gleich der Sendeimpulslänge ist, dagegen erscheint ein Echosignal bei Reflexion an mehreren in ihrer Entfernung voneinander, bezogen auf die Impulslänge, eng gestaffelten Reflektoren durch eine zeitliche Verlängerung verformt. Ersteres trifft z. B. auf Echosignale vom festen, ebenen Grund eines Gewässers oder von der Wasseroberfläche tu, sofern die Echosignale in einem genügend kleinen Raumwinkel empfangen werden, letzteres z. B. auf Echosignale von blasenhaltigen Wasserstrudeln, wie sie etwa im Sehraiibenwasser eines Schiffes auftreten, oder von Echosignalen von Fischschwärmen oder anderen Mehrfachreflektoren in Form von Tang, Algen oder ähnlichem. Derartige Reflektoren können eine falsche Gewässertiefe vortäuschen und dadurch Anlaß zu Betriebsstörungen bzw. zu Fehlmessungen sein.

Es ist daher Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Schaltungsanordnung anzugeben, mit dem Echosignale aus den genannten unterschiedlichen Reflexionsgegebenheiten voneinander unterschieden werden können.
Es sind schon versuchsweise Vorrichtungen zu dieser Problematik angewendet worden, die Merkmale über unterschiedliche Reflexionsgegebenheiten aus dem Verlauf der Amplituden der Echosignale, d. h. aus der Hüllkurve der Echosignale, gewinnen, wobei nur derjenige Teil der Hüllkurve, der einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet, als Nutzechosignal gewertet wird. Hierbei liegt eine Unsicherheit in der Einstellung bzw. Gewinnung des Schwellenwertes, dies insbesondere dann, wenn sich die Amplitude der Echosignale von Lotung zu Lotung stark ändern, so daß die Bildung eines Vergleichswertes aus vorhergehenden Lotungen nicht oder nur unsicher realisierbar ist. Damit ist z. B. besonders zu rechnen bei einem in einem relativ schnellen Fahrzeug eingebauten Echolot, das eine Ausmessung von geringen Wassertiefen bei örtlich wechselnden Reflexionsgegebenheiten vornehmen soll.

weil dann relativ starke Schwankungen der Eehoamplituden von Lotung zu Lotung aufeinander folgen können.

In der Praxis der Navigation genügt zuweilen auch

schon eine Angabe darüber, ob in einer gerade abgelaufenen Lotperiode Echosignale von einem einzigen gesuchten Reflektor, z. B. vom Meeresboden, auftraten oder nicht, da eine solche sichere Identifizierung für Navigationserfordernisse oftmals ausreicht.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemSß gelöst worden durch folgende Kombination:

a) Die Meßwerte sind einem ihre Höchstwerte speichernden Spitzenwertdetektor zugeführt;

b) die Meßwerte sind — parallel dazu — einer Integrationsschaltung zugeführt, deren Integrationsfaktor entsprechend c) geeignet gewählt ist;

c) an den Spiizenwertdetektor und die Integi-ationsschaltung ist eine das Verhältnis ihrer Ausgangssignale am Ende einer jeden Lotperiode mit einem vorgegebenen Betrag vergleichende Vergleichsschaltung angeschlossen, die ein erstes Ausgangssignal abgibt, wenn das Verhältnis der Ausgangsspannung am Spitzenwertdetektor zur Ausgangsspannung an der Integrationsschaltung größer ist als der vorgegebene Betrag, als Anzeichen dafür, daß Echosignale von einem einzelnen Reflektor empfangen worden sind, bzw. ein zweites Ausgangssignal abgibt, wenn der vorgegebene Betrag unterschritten wird, als Anzeichen dafür, daß Echosignale von mehreren Reflektoren empfangen worden sind.

Eine derartige Schaltanordnung arbeitet, was für ihre universelle Anwendbarkeit von besonderem Vorteil ist, unabhängig von der Größe der Echoamplitude, d. h. unabhängig von den schwankenden Energieverlusten des Sendeimpulses bei der Ausbreitung und Reflexion, da die beiden miteinander verglichenen Werte in gleicher Weise amplitudenabhängig sind. Das oben definierte Verhältnis ist konstant, unabhängig von der Impulsform des ausgesandten Sendesignals, sofern die Echosignale von einem einzigen relativ ebenen Reflektor herrühren. Eine Änderung dieses Verhältnisses in dem Sinne, daß der Integralwert sich relativ vergrößert, ist stets von einer Verformung der Echosignale durch leitliche Verlängerung verursacht, die durch Reflexion an mehrfach vorhandenen eng gestaffelten Reflektoren bewirkt wur^s, was erfindungsgemäß das Kriterium für Störechosignale ist

Eine mit dem Ausgang des Amplitudenvergleichers verbundene Anzeigevorrichtung mit unterschiedlichen Anzeigen in Abhängigkeit von den beiden Ausgangszuständen des Amplitudenvergleichers ist zur optischen Anzeige der unterschiedlichen Ref»:xionsgegebenenheiten vorgesehen.

Eine solche Schaltanordnung kann zweckmäßig im Zusammenhang mit einer beliebigen Echographeneinrichtung angewendet werden, indem die Schaltanordnung bei Vorliegen unterschiedlicher Reflektoren lusätzliche 'nformationen, etwa über einen besonderen Schreibimpuls, an die Echographeneinrichtung zu einem anderen Zeitpunkt als den des Eintreffens des Echosignals abzugeben imstande ist.

Eine andere Anwendungsmöglichkeit ist eine Überwachung von Schiffahrtsstraßen wie Kanälen oder Schleusen, durch Schallortung von Grund aus, wenn nicht nur die Höhe des Wasserspiegels in diesen Anlagen gemessen werden soll, sondern gleichzeitig eo auch der Tiefgang eines Schiffes Vor dem Einfahren in eine Wasserstraße, und dabei bei einer vorgebbaren Mindestecholaufzeit eine Signalgabe vorgesehen ist, welche jedoch nur bei Vorliegen von Echosignalen von einem einzigen Reflektor (Schiffsbudenecho als Nutz- b5 echosignal) ausgelöst werden darf, um falsche Überwachungsanzeigen z. B. aufgrund von Störechosignalen vom Schraubenwasser eines Schiffes zu verhindern.

Im umgekehrten Anwendungsfall, nämlich einer derartigen Überwachung vom Schiff selbst aus, ist es notwendig zu erkennen, ob die Entfernungsangabe des Bordechographen von mehreren Reflektoren, z. B. vom Bewuchs am Grunde des Gewässers oder von im Wasser treibenden Pflanzen, herrührt und somit für eine Beurteilung der Einfahrtsgegebenheiten nicht in Betracht gezogen werden darf, oder ob die Anzeige den festen Grund darstellt

Für eine derartige Signalgabe ist, nach einer vorteilhaften Ausbildung dieser Erfindung, ein Signalgeber vorgesehen, der einerseits mit dem Ausgang des Vergleichers und andererseits mit einem Echolaufzeitspeicher verbunden ist und nur ansteuerbar ist, wenn die Vergleichsschaltung ihr erstes Ausgangssignal abgibt

Die Erfindung ermöglicht es somit bei geringem schaltungstechnischen Aufwand Echos'gnale von einem oder mehreren Reflektoren sicher voneinander zu unterscheiden.

In der Zeichnung sind Ausführv^sbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es *eigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Echolotes mit einer Schaltanordnung zum Auswerten der Echosignale am Ende einer jeden Lotperiode,

F i g. 2 ein Impulsdiagramm zum Veranschaulichen der Wirkungsweise der Schaltanordnung nach Fig. 1.

Eine Sendeeinrichtung 1 eines Echolotes besteht, wie F i g, I zeigt, aus einem Taktgeber 2, einem vom Taktgeber 2 angesteuerten Sendegenerator 3 mit Sender 4 zum Aussenden von Sendeimpulsen 51.

Der Sendegenerator 3 wird von einem Taktimpuls /1 des vorzugsweise periodisch arbeitenden Taktgebers-2 angesteuert der Taktgeber 2 ist des weiteren zur Abgabe eines Abfrageimpulses /2 und eines Löschimpulses /3 ausgebildet welche zeitlich gestaffelt (vgl. F i g. 2) und vor Abgabe des Taktimpulses /1 abgegeben werden.

Die von einem Empfänger 6 empfangenen Echosignale E werden über einen Gleichrichter 8 als Hüllkurvensignal 5 2 (vgl. F i g. 2) einem Spitzenwertdetektor 9 zum Ernv'teln der maximalen Amplitude und einem Integralbildner 10 zum Bilden eines Integrals aus dem Amplitudenverlauf des Hüllkurvensignals 52 über die Zeit zugeführt.

Der Spitzenwertdetektor 9 und der Integralbildrer 10 sind über eine Löschleitung 11 mit dem Taktgeber 2 verbunden, über die die gebildeten Werte vom Löschimpulse /3 gelöscht werden können.

Dem Spitzenwertdetektor 9 und dem Integralbildner 10 ist ein Amplitudenvergleicher 12 nachgeschaltet, der über eine Abfragebitung vom Taktgeber 2, vom Abfrageimpuls /2 abgefragt, bei Vorliegen eine; vorgebbaren Verhältnisses zwischen der Ausgangssp-nnung 58 des Spitzenwertdetektors 9 und der Ausgangsspannung 59 des Integralbildners 10 sin erstes Ausgangssignal A 1. bei Nichtvorliegen dieses Verhältnisses ein zweites Ausgangssignal A 2 abgibt (vgl. Fig. 2).

Am Ausgang des Amplitudenvergleichers 12 ist eine Anzeigevorrichtung 13 mit unterschiedlichen Anzeigen in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen A 1, A 2 des Amplitudenvergleichers 12 vorgesehen.

Am Ausgang des Amplitudenvergleichers 12 ist über eine elektrische Verbindung 14 ein Impulsformer 15 angeschlossen, der an Ende einer jeden Lotperiode T Informationen über die Ausgangssignale A 1, A 2 des Amplitudenvergleichers 12 und somit Informationen über vorangegangene Echoreflexionen an einem Re-

flektor R oder an mehreren Reflektoren R'. an einem Schreibsignaleingang 16a eines eingangsseitig mit der Empfangseinrichtung 5 verbundenen Echographen 16 über zusätzliche Schreibimpulse abzugeben gestattet.

Des weiteren ist ein Signalgeber 17 zur Signalgabe bei Unterschreiten einer vorgebbaren Mindestecholaufzeit vorgesehen. Eine Signalgabe soll jedoch nur bei Vorliegen von Nutzechosignalen En von einem einzigen Reflektor R z. B. von einem Schiffsboden oder vom Grund eines Gewässers ausgelöst werden. Dazu ist der Signalgeber 17 mit seinen beiden Steuereingärigen einerseits mit dem Ausgang des Amplitudenvergleichers 12 und andererseits über einen Echolaufzeitspeicher 18 mit dem Echographen 16 verbunden, so daß eine Signalgabe nur bei Vorliegen des ersten Ausgangssignals A 1 des Amplitudenvergleichers 12 möglich ist.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltanordnung bei einer Bewertung von Nutzechosignalen

Lotperiode Tzeigt Fig. 2. Das Ausgangssignal 58 des Spitzenwertdetektors 9 nimmt einen der maximalen Amplitude des Hüllkurvensignals 52 entsprechenden Wert ein, das Ausgangssignal 59 des Integralbildners 10 folgt einer vom Amplitudenverlauf des Hüllkurvensignals 52 abhängigen Funktion.

Stellt der am Ende der Lotperiode T vom Abfrageimpuls /2 abgefragte Amplitudenvergleicher 12 das Vorliegen eines vorgegebenen Verhältnisses zwischen den Ausgangsspannungen 58, 59 des Spitzenwertdetektors 9 und des Integralbildners 10 fest, gibt er ein erstes Ausgangssignal A 1 als Anzeige eines Nutzechosignals fnab.

Stellt dagegen bei der Auswertung eines während der nachfolgenden Lotperioden T eingetroffenen Echosignals £ der Amplitudenvergleicher 12 ein Nichtvorliegen des vorgegebenen Verhältnisses fest, so gibt er ein zweites Ausgangssignal A 2 als Anzeige für ein Störechosignal Es ab. Durch physikalische Überlegun-■ gen läßt sich zeigen, daß diese Schaltanordnung unabhängig von der Größe der Echo-Amplitude, d. h. unabhängig von schwankenden Energieverlusten des Sendeini pulses 5 1 bei der Ausbreitung und Reflexion arbeitet. Dies sei am Beispiel eines Echosignals E der in Dauer r gezeigt:

Der Integralwert Feines (doppelweg ) gieichgerich teten Echosignals fist

F =

-j !Γ

sin <·./■ d/ =

vLTtrin / /Hpr Qnjl7pnwpr) ^^S H"!!i"'r^v'ⁱ'¹n^ci"^rn^r*!^c ^" ^ !^ct

_?<> Bildet man das Verhältnis von Spitzenwert zu Integralwert, so ergibt sich

U F

2V

Nun ist aber die Impulsdauer r eines spiegelnd reflektierten Echosignals E gleich der Länge der Sendeirr >ulse 51, so daß das Verhältnis U: F feststehend bzw. vorherbestimmbar ist. in Eine Abweichung davon ist also stets von einer Verformung des Hüllkurvensigna's 52 gegenüber dem Sendeimpuls 51 abhängig, und zwar wie in Fig. 2 dargestellt. Dort ist U. F \n dem Fall En signifikant größer als in dem Fall Es.

Hici/ü 2 Uliiit Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   t. Schaltungsanordnung in einem Echolot zum Unterscheiden von Echosignalen, die von einem einzelnen Reflektor herrühren, von solchen Echosignalen, die von einer Vielzahl eng gestaffelter Reflektoren herrühren, durch einen Vergleich von Meßwerten, die durch Gleichrichtung von den Echosignalen abgeleitet sind, gekennzeichnet durch folgende Kombination: