DE2263870A1

DE2263870A1 - Verfahren und anordnung zur sendung und zum empfang von ultraschallwellen fuer mit doppler-effekt arbeitende navigationssysteme

Info

Publication number: DE2263870A1
Application number: DE2263870A
Authority: DE
Inventors: Francois Peynaud
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1971-12-31
Filing date: 1972-12-28
Publication date: 1973-07-05
Also published as: JPS4986039A; FR2165791A1; DE2263870C3; GB1412789A; JPS5518867B2; NO132507C; CA1003094A; FR2165791B1; SE388056B; DE2263870B2; NO132507B; US3800274A

Description

Verfahren und Anordnung zur Sendung und zum Empfang von ultraschallwellen für mit Doppler-Effekt arbeitende Navigationssysterne

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Sendung und zuni Empfang, mit denen mit Doppler-Effekt arbeitende Navigationssysteme ausgerüstet sind. Insbesondere betrifft se ein Navigationssystem mit diskontinuierlicher Sendung von Ultraschallwellen, die zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Wasserfahrzeuges über Grund bestimmt ist.

Bei den mit Doppler-Effekt arbeitenden Navigationssystemen, insbesondere bei der Seenavigation ist es bekannt,. daß die gemessene Relativgeschwindigkeit eines Fahrzeugs unter antlerem von der Verschiebung zwischen der Frequenz einer vom Fahrzeug ausgesendeten Ultraschallwelle und der Frequenz der empfangenen Welle nach der Rückstreuung durch den Grund abhängt.

Ab/Pe

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Bei einer großen Zahl dieser Systeme erfolgt eine Sendung ▼on Ultraschallwellen im Dauerstrich, wodurch die Geschwindigkeitsinformation ständig gegeben ist und die Bestimmung und Verarbeitung dieser Information in diesem Falle verhältnismässig einfach zu handhaben sind. Demgegenüber liegt jedoch ein großer Nachteil dieser Systeme im Vorhandensein einer Kreuzmodulation zwischen den Sende- und Empfangs-Bündeln, die auf die Kopplung durch das Wasser zurückzuführen ist und wodurch das Meßergebnis verfälscht wird. Eine weitere, sich auf die Messung auswirken-*- de Fehlerquelle ist auf die starke "Volumen-Rückstrahlung", d.h. auf die störende Rückstreuung einfallender Wellen durch Mikroorganismen und gasförmige Partikel zurückzuführen, die mehr oder weniger gleichmässig im Wasser verteilt sind, Außerdem erfordern mit Dauersendung arbeitende Systeme eine hohe Leistung.

Bei den Echolotsystemen ist beispielsweise durch die französische Patentanmeldung Nr. 1 594 201 bekannt, daß man durch Verwendung eines Senders für Ultraschall-Impulse kurzer Dauer und eines Empfängers mit zeitabhängig veränderlicher Verstärkung die Volumen-Rückstrahlung ausschalten kann. Die Dynamik dieses mit zeitabhängig veränderlicher Verstärkung arbeitenden Empfängers muß jedoch hoch sein und z.B. in der Größenordnung von 120 dB liegen, was hinsichtlich dieses Empfängers Herstellungsprobleme auf wirft. Die Verwendung kurzer Impulse bildet ein weiteres Problem und zwar das der automatischen und genauen Erfassung eines Bodenechos gegenüber dem Grundrauschen und den auf die Volumen-Rückstrahlung zurückzuführenden Störechos, unabhängig von der Tiefe des Grundes. Je größer also diese Tiefe ist, umso stärker muß die ausgesendete Energie sein, damit der Pegel des Echos über dem des Rauschens liegt. Mit einer Erhöhung der ausgesendeten Leistung wird jedoch im gleichen Verhältnis die Stärke der Volumen-Rückstrahlung angehoben.

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In bestimmten, mit Doppler-Effekt arbeitenden Navigationssystemen ist, insbesondere durch die französische Patentanmeldung Nr. 69 20 902 bekannt, eine Totzeit zwischen dem Ende des Sendeimpulses und dem Beginn des Empfangs vorgesehen, wodurch man teilweise die Diaphonie zwischen den Sende- und Empfangs-Bündeln ausschalten und trotzdem Sendeimpulse verhältnismässig langer Dauer verwenden kann. Ein wesentlicher Nachteil dieser Systeme liegt in ihrer verhältnismässig großen Mindestreichweite, wodurch diese beispielsweise nicht als Landehilfe herangezogen werden können.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Doppier-Navigationssystems mit diskontinuierlicher Sendung von Ultraschallwellen, das außer den Vorteilen der mit diskontinuierlicher Sendung arbeitenden Systeme die Vorteile der mit Dauersendung arbeitender. Systeme in sich vereinigt, d.h., daß keine Ermittlung des Grundechos erforderlich ist und zur Durchführung der Messung eine verhältnismässig lange Zeit zur Verfügung steht.

Die Erfindung beabsichtigt darüber hinaus die Schaffung eines Verfahrens und eines Systems zum Einsatz des Verfahrens, durch die der Empfangspegel und die Volumen^Rückstrahlung konstant gehalten werden können, wodurch die Notwendigkeit entfällt, in den Empfangsschaltungen einen Verstärker mit zeitabhängig veränderlicher Verstärkung vorzusehen. Auf. diese Weise kann darüber hinaus eine Ersparnis hinsichtlich der vom Sender gelieferten Ultraschall-Durchschnittsleistung bewirkt werden.

Nach der Erfindung ist ein Verfahren zur Sendung und zum Empfang für mit Doppler-Effekt arbeitende Navigationssysteme, bei dem die Sendung von Ultraschallwellen zum

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Grund diskontinuierlich erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sendeimpuls die Dauer T = 2 D /c hat, wobei O die maximale Reichweite des Systems und c die Schallgeschwindigkeit im Wasser ausdrücken, und daß die gesendeten Ultraschallwellen derart amplitudenmoduliert sind, daß der Pegel jedes Sendeimpulses zeitabhängig in der Welse abnimmt, daß der Empfangspegel des vom Boden zurückgestreuten Signals während einer Messdauer T₂, die kleiner als die Dauer T ist und nach dieser liegt, konstant ist.

Eine Anordnung zur Sendung und zum Empfang von Ultraschallwellen zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer Antenne zur Sendung zum Grund und einer Antenne zum Empfang des von diesem Grund zurückgestreuten Signals, von denen jede zumindest mit einem elektroakustischen Wandler ausgerüstet ist, und mit einer Dopplerfrequenzmeßschaltung 1st nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-Einheit zwischen der primären Signalquelle und ihrer Sende-Antenne eine Tastmodulationsanordnung aufweist, die das Signal in eine Folge von Impulsen mit zeitabhängig abnehmendem Pegel umsetzt, daß mit den Klemmen der Tastmodulationsanordnung eine Steueranordnung verbunden ist, die die Folge und die Dauer der Impulse in Abhängigkeit vom Betriebsentfernungsbereich der Empfangseinheit festlegt, und daß die Empfangseinheit mindestens einen Selektiv-Verstärker enthält« dessen Bandbreite dem Dopplerfrequenzband entspricht, und dem ein Verstärker mit automatischer Verstärkungsregelung nachgeschaltet ist, an den die Dopplerfrequenzmeßschaltung angeschlossen ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beiepielshalber beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 ein Diagramm, aus dem die Form und die relative zeitliche Lage der sich erfindungsgemäß ergebenden korrelativen Ultraschallwellen-Sende- und Empfangsimpulse hervorgehen,

Fig. 2 eine Kurve, die die Länge der Strecke der Ultraschallwelle und den Ausbreitungsverlust-Koeffizienten berücksichtigt, die untereinander durch eine Funktion verbunden sind, die in der Weise gewählt ist, daß der Pegel des Empfangssignals konstant bleibt, wenn der Grund eine bestimmte Beschaffenheit besitzt, und die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt wird, und

Fig* 3 ein Übersichtsschema eines erfindungsgemäßen Ultraßchallwellen-Sende/Empfangs-Systems zur Durchführung des für ein Doppler-SONAR verwendbaren Verfahrens.

Erfindungsgemäß ist die Dauer T der Ultraschallwellen-Sendeimpulse gleich

2D_O ,

gewählt, wobei D die maximale Reichweite des Systems und c die Schallgeschwindigkeit im Wasser ausdrücken. Die Messung an dem Empfangssignal erfolgt während einer gegen T_Q kleinen Dauer Tg, wobei der Beginn dieser Messung vom Ende der Sendung durch eine Dauer T₁ getrennt ist. Der Pegel des Sendesignals nimmt in der Weise als Funktion der Zeit ab, daß der Pegel des Empfangssignals während der Meßdauer Tp konstant ist.

In Fig. 1 sind ein Sendeimpuls a sowie der entsprechende Empfangsimpuls b dargestellt, wobei der Wert r die Entfernung

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zwischen der Sende/Empfangs-Antenne für die Wellen und dem Grund ausdrückt.

Der mathematische Ausdruck des in dB gemessenen Pegels des Empfangssignals schreibt sich bekanntlich:

L » S - 2 H (r) + R - f (D-r) In diesem Ausdruck ist

S der maximale Pegel des Sendesignals,

2H(r) der Ausbreitungsverlust des vom Boden auf einer Entfernung r zurückgestreuten Signals, R der Reflexionsfaktor und
f (D-r) der Abfall des Schallpegels am Ende der Entfernung

C(T₊T₁)
D-r mit D = ⁰^——

H(r) läßt sich bekanntlich in Abhängigkeit von der Entfernung r, einer Bezugsentfernung r_Q = 1 Meter und einem Ausbreitungsverlust-Koeffizienten α in dB/Meter folgendermaßen ausdrücken:

H(r) a 20 log J +αϊ

Der Reflexionsfaktor R hängt vom Reflexionsindex R_Q am Boden und von der der Schallstrahlung ausgesetzten Fläche A ab, die für eine konische Keule mit einem öffnungswinkel von θ Bogengraden folgendermaßen geschrieben werden kann:

4 _λ
somit ergibt sich

R = R₀ + 10 log K + 20 log r .

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Für einen Grund einer "bestimmten Beschaffenheit entspricht der Ausdruck S + R + 10 log K einer Konstante K₁, wodurch der Pegel des Empfangssignals in folgender Weise geschrieben werden kann:

L = K₁ - [(20 log r + 2 α _o r) + f (D-r)

Um diesen Empfangspegel L konstant.zuhalten, reicht es demnach aus, wenn der Ausdruck f(D-r) + 20 log r + 2Q_Qr gleich einer Konstanten K₂ ist. Es läßt sich zeigen, daß diese Bedingung erfüllt ist, wenn man folgende Annäherung macht:

F(r) = 20 log r + 2a_Q r

und wenn man eine Funktion F(r) gleich K^r wählt. Man erhält somit:

K₂ β K,D - K,r + K,r = K₃D . Die die Funktion

F (r) m 20 log r + 2a_Qr (2)

darstellende Kurve kann in mehrere Abschnitte zerlegt werden, die alle näherungsweise Geraden gleichgesetzt werden können, was einem Betrieb des Systems auf mehreren Entfernungsbereichen entspricht, wobei -Jeder Bereich einem anderen Koeffizienten K, entspricht, der auch selbst wieder in dB^rn ausgedrückt ist.

Die Fig. 2 stellt eine solche Kurve F(r) dar, die einer Ultraschallwelle mit einer Frequenz von 300 kHz und einem

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Ausbreitungsverlust-Koeffizienten a = o,1 dB/m ent spricht. Bei dieser Kurve sind auf der Ordinate die Wer te in Dezibel und auf der Abszisse die Entfernungen r in Metern aufgetragen; sie ist in Abschnitte aufgeteilt, die vier Betriebsentfernungs-Bereichen, d.h., 1m bis 20m, 20m bis 100m, 100m bis 180m und 180m bis 260m entsprechen und für die der auf die Annäherung FCr)-^ K,r zurückzuführende Fehler unter 5 dB liqgt.

Der in dB ausgedrückte Pegel des Sendesignals ist somit gleich: E = S- K,r = S - & K,t, was einer exponentiellen Abnahme in Abhängigkeit von der Zeit t entspricht. Somit erfolgt eine automatische Kompensierung des Einflusses der Ausbreitungsverluste auf den Pegel des Empfangssignals, wo durch die Notwendigkeit entfällt, in den Empfangsschaltungen Verstärker mit zeitabhängig veränderlicher Verstärkung zu verwenden.

Andererseits ist in einem Empfangsfenster der Pegel der auf die Volumen-Rückstrahlung zurückführbaren Störsignale verhältnismässig unbedeutend und quasi konstant, da mit zunehmender Größe der der Schallstrahlung ausgesetzten Fläche, d.h. je weiter man sich vom Sender entfernt, der Pegel des Sendesignals geringer wird. Somit wirkt sich insbesondere in der der Sende/Empfangsantenne nahegelegenen Zone, d.h. im Betriebsentfernungs-Bereich, der der Messung der kürzesten Wegstrecken entspricht, die Volumen-Rückstrahlung am störendsten aus. Rechnerisch wird nachgewiesen, daß im Falle einer Ultraschallwellen-Sendung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der Kontrast C, d.h. der in dB gemessene Abstand zwischen dem Pegel eines vom Boden zurückgestreuten Signals und dem Pegel eines auf die Volumen-Rückstrahlung zurückzuführenden Störsignals quasi konstant und den folgenden Wert hat:

C = R₀ - R₁ +10 log D wenn mit R. der Volumen-Rückstrahlungs-Index bezeichnet wird.

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Geht man beispielsweise von den ungünstigsten Bedingungen aus und wählt den schwächsten Bodenreflexionsindex R β -24dB und den höchsten Volumen-Rückstrahlungs-Index Rj. = -72dB auf eine Entfernung r = 20 m, so erhält man C = -35 dB. Unter den gleichen Bedingungen überschreitet der mit Hilfe von herkömmlichen Vorrichtungen erreichte Kontrast C kaum - 18 dB.

Da der Bodenreflexionsindex R von der Beschaffenheit des Grundes abhängt, ist der Empfangssignalpegel L nicht genau konstant, wobei jedoch seine Änderungsdynamik unter 30 dB liegt und ohne weiteres durch einen Verstärker mit automatischer Verstärkungsregelung kompensiert werden kann.

In Fig. 3 ist das Übersichtsschema eines erfindungsgemäßen Ultraschallwellen-Sende/Empfangs-Systems für ein Doppler-SONAR dargestellt.

In diesem System wird das von einer Sendeeinheit 1 gelieferte Signal zu einer Sendeantenne 2 übertragen, die dem jeweiligen Fall entsprechend mit einem oder mehreren parallelgeschalteten elektroakustischen Wandlern ausgerüstet sein kann. Dieses System besitzt darüber hinaus die gleiche Anzahl von parallelgeschalteten Empfangseinheiten 4 wie elektro-akustische Wandler in einer Empfangsantenne 3 vorgesehen sind.

Diese Empfangseinheiten 4 sind einerseits mit einer Dopplerfrequenzmeßschaltung 5 und andererseits mit einer Entfernungsbereichswählschaltung 6 verbunden. Ein Haupttaktgeber 7 liefert Synchronisationssignale zum Sender 1 und zu den Empfängern 4.

3 0 H 8 2 7 / η u; 7

Die Sende-Einheit 1 enthält einerseits einen Verstärkungskanal zwischen der Sendeantenne 2 und eine Ultraschallsignal-Primärquelle 8 mit einer Modulations-Vorrichtung und andererseits Vorrichtungen, die diese Modulation in der Weise sequentiell steuern, daß das Signal in eine Folge von Impulsen mit abnehmendem Pegel umwandelt, deren Dauer vom Betriebsentfernungs-Bereich der Empfangseinheit h abhängt.

Diese Quelle ist ein herkömmlicher Generator 8, der ständig ein sinusförmiges Signal konstanter Amplitude und bestimmter Frequenz liefert und mit der Eingangsstufe des Verstärkungskanals gekoppelt ist. Diese Eingangsstufe ist durch einen ersten Verstärker gebildet, auf den ein herkömmlicher Leistungsverstärker 20 folgt, dessen Ausgang die Sendeantenne speist.

Die erste Verstärkerstufe mit gesteuerter Verstärkung ist durch einen Transistor 9 in Emitterschaltung gebildet, dessen Basiselektrode das zu verstärkende Signal empfängt. Zwischen seinen Kollektor- und Emitter-Elektroden ist die Tastmodulationsanordnung angeschlossen, die von den Signalen gesteuert wird, die vom Haupttaktgeber 7 und von der Entfernungsbereichswählschaltung 6 abgegeben werden.

Die Tastmodulationsanordnung enthält vom Kollektor des Transistors 9 aisgehend hintereinander einen Lineardetektor 12, dessen Ausgang an einen ersten Eingang (-) eines Operationsverstärkers 11 angeschlossen ist, an dessen Ausgang die Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors 10 angeschlossen ist, dessen Drain- und Source-Elektroden mit den Klemmen des Emittervorspannungswiderstandes des Transistors verbunden sind. Der Feldeffekttransistor 10 wird als veränderlicher Widerstand verwendet und durch die Ausgan^sspannung des Operationsverstärkers 1 I gesteuert, der air, Vergleichsglied eingesetzt wird.

3 0 9 8 2 7/0 4 B 7

Der zweite Eingang (+) des Operationsverstärkers 11 ist mit der Ausgangsklemme einer später beschriebenen Anordnung verbunden, die in Abhängigkeit von den Synchronisationssignalen des Haupttaktgebers 7 und der Entfernungsbereichswählschaltung 6 Impulse liefert, deren Pegel in Abhängigkeit von der Zeit exponentiell abnimmt. Jeder Impuls wirkt über den Verstärker 11 und den veränderlichen Widerstand 10 auf die Verstärkung der Eingangsverstärkerstufe 9 ein und moduliert demzufolge den Pegel des sinusförmigen Signals zwischen seiner konstanten Maximalamplitude und einer Nullamplitude. Man erhält somit auf dem Verstärkungskanal eine Impulsfolge, bei welcher der Pegel jedes Impulses zeitabhängig exponentiell abnimmt, und die von der Sendeantenne 2 abgestrahlt wird.

Die Anordnung, die den zum zweiten Eingang (+) des Verstärkers 11 übertragenen Impuls liefert, weist zwischen einer gemeinsamen Ausgangsklemme und Masse zwei parallele Zweige auf. Der eine Zweig enthält, ausgehend von Masse, eine Gleichspannungsquelle 17 und, zwischen zwei Schaltern 18 und 13» einen Reihenwiderstand 19» der an einem mit Masse verbundenen Kondensator 14 angeschlossen ist; der andere Zweig enthält einen von der Entfernungsbereichswahlschaltung 6 gesteuerten Umschalter 16 und Widerstände 15 zur Festlegung der Betriebsentfernungsbereiche, die parallel an die gemeinsame Ausgangsklemme angeschlossen sind.

Der Haupttaktgeber 7 liefert die Steuersignale, die die Schalter 18 und 13 in entgegengesetzten Zuständen halten, also geschlossen bzw. geöffnet öder umgekehrt; wenn der Schalter 18 zum Zeitpunkt des Empfangs geschlossen ist, wird der Kondensator 14 über die Quelle 17 geladen; wird der Schalter 13 zum Zeitpunkt der Sendung geschlossen, so

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entlädt sich der Kondensator 14 über einen ausgewählten Widerstand 15 nach einer somit bestimmten Zeitkonstante, wodurch während der Sendung der Impuls mit exponentiell abfallendem Pegel an der gemeinsamen Ausgangsklemme entsteht, die mit dem zweiten Eingang (+) des Verstärkers 11 verbunden ist.

Was die Empfangsschaltungen 4 betrifft, so ist es infolge der schwachen Dynamik der von den elektro-akustischen Wandlern 21 der Empfangsantenne 3 empfangenen Signale möglich, am Ausgang dieser Wandler 21 Vorverstärker 22 anzuschließen, die die Herstellung der Verbindung zwischen der Antenne und den Empfängern mit maximalem Signalpegel ermöglichen, ohne daß eine Sättigung eintritt. Dieser Pegel ist beispielsweise zumindest gleich 3 mV, während er in herkömmlichen Systemen etwa zehn /uV kaum überschreitet.

Am Eingang der Empfangseinheit 4 befindet sich ein pchmalbandiger Selektiv-Verstärker 23, dessen Frequenzband dem Doppler-Frequenzband entspricht. Sein Ausgang ist einerseits mit einem Verstärker 27 mit automatischer Verstärkungsregelung verbunden, der eine Kompensierung der Veränderungen des Bodenreflexionsindex R ermöglicht und somit zu der Dopplerfrequenzschaltung 5 einen konstantea Pegel liefert, und andererseits ist dieser Ausgang mit einem linearen Detektor 24 verbunden. Ein als Vergleichsglied eingesetzter Operationsverstärker 25 empfängt das Ausgangssignal des Detektors 24 sowie eine Bezugs-Gleichspannung 26, die die Schwelle darstellt, unterhalb derer kein Empfang möglich ist, wodurch die Vornahme falscher Messungen vermieden werden kann. Das Vergleichsglied 25 empfängt außerdem vom Haupttaktgeber 7 ein Signal, das einem Abtastfenster für das empfangene Signal entspricht.

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Sein Ausgang ist mit der Entfernungsbereichswählschaltung 6 verbunden, die beispielsweise aus einem Zähler besteht.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten System erfolgt die Auswertung der Entfernungsbereiche vom niedrigsten zum höchsten, d.h. für wachsende Wegstrecken. Wird auf dem niedrigsten Bereich kein Signal in dem durch den Haupttaktgeber 7 festgelegten Abtastfenster empfangen, so steuert die Entfernungsbereichswählschaltung 6 den Übergang des Systems auf den zweiten Bereich und so weiter, bis ein Signal in einem der Abtastfenster empfangen wird. Jedem Bereich entspricht ein bestimmtes Abtastfenster. Wird für einen Bereich ein Signal im Abtastfenster empfangen, so wird die Frequenzmessung durchgeführt und das System auf diesem Bereich gehalten. Beispielsweise beträgt für die in Bezug auf das Schema von Fig. 2 definierten Bereiche die Sendedauer 30 ms auf dem niedrigsten Bereich und 100 ms auf den drei anderen Bereichen, wobei die Dauer Tp des Abtastfensters bei einigen Millisekunden liegt. Die Wiederholfrequenz dieser Impulse ist entweder feststehend und gleich 2 Hz oder in der Weise bemessen, daß die·ausgesendete mittlere Leistung konstant ist.

Das System kann hinsichtlich der Umschaltung der Entfernungsbereiche auch manuell arbeiten, wobei sich in diesem Falle die Empfangseinheit 4 auf die Verstärkerelemente 23 und 27 beschränkt und die Entfernungsbereichswählschaltung durch die Bedienungsperson ersetzt wird.

Das vorstehend beschriebene System besitzt zwar die Vorteile der mit Dauersendung arbeitenden Systeme, erfordert jedoch keine so hohe Sendeleistung. So entspricht beispiels-

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halber ein vierter Entfernungsbereich zwischen 180 und 260 m einer durchschnittlichen Sendeleistung von praktisch gleich k% der maximalen Leistung. Diese Sendeleistung reicht aus, um den Signal/Rausch-Abstand in der Größenordnung von 20 dB zu halten.

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Claims

Patentansprüche

1. \ Verfahren zur Sendung und zum Empfang für mit Doppier-

Effekt arbeitende Navigationssysteme, bei dem die Sendung von Ultraschallwellen zum Grund diskontinuierlich erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sendeimpuls die Dauer T_Q = 2 D_Q/c hat, wobei D_Q die maximale Reichweite des Systems und c die Schallgeschwindigkeit im Wasser ausdrücken,und daß die gesendeten Ultraschallwellen derart amplitudenmoduliert sind, daß der Pegel jedes Sendeimpulses zeitabhängig in der Weise abnimmt, daß der Empfangspegel des vom Boden zurückgestreuten Signals während einer Messdauer Tp» die kleiner als die Dauer T ist und nach dieser liegt, konstant ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitabhängige Abnahme des Pegels jedes Sendeimpulses exponentiell erfolgt und von einer Konstante K^ abhängt, die in der Weise gewählt ist, daß die Funktion F(r) = 20 log r + 2a r, in der r die Entfernung zwischen der Sende/Empfangs-Antenne und dem Grund und a_Q dem Ausbreitungsverlust-Koeffizienten ausdrücken, näherungsweise gleich dem Wert K^r ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, das einen Betrieb mit einer geringen Dynamik der empfangenen, zurückgestrahlten Signale und einer schwachen und konstanten Volumen-Rückstrahlung ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß, davon ausgehend, daß die die Funktion F(r) darstellende Kurve in mehrere Abschnitte zerlegt werden kann, die näherungsweise Segmenten von Geraden mit verschiedenen Neigungen K* gleich sind, jedem dieser Abschnitte und

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somit Jedem der Werte von K-, ein besonderes Sendesignal und ein anderes Empfangsfenster zugeordnet werden, wodurch ein Betrieb in mehreren Entfernungsbereichen festgelegt wird, die systematisch vom niedrigsten zum höchsten bis zum Empfang eines Signals im betreffenden Empfangsfenster umschaltbar sind.

4. Anordnung zur Sendung und zum Empfang von Ultraschallwellen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3» mit einer Antenne zur Sendung zum Grund und einer Antenne zum Empfang des von diesem Grund zurückgestreuten Signals, von denen jede zumindest mit einem elektro-akustischen Wandler ausgerüstet ist, und mit einer Dopplerfrequenzmeßschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-Einheit (1) zwischen der primären Signalquelle (8) und ihrer Sende-Antenne (2) eine Tastmodulationsanordnung (9) aufweist, die das Signal in eine Folge von Impulsen mit zeitabhängig abnehmendem Pegel umsetzt, daß mit den Klemmen der Tastmodulationsanordnung ei.ne Steueranordnung verbunden ist, die die Folge und die Dauer der Impulse in Abhängigkeit vom Betriebsentfernungsbereich der Empfangseinheit (4) festlegt, und daß die Empfangseinheit 4 mindestens einen Selektiv - Verstärker (23) snthält, dessen Bandbreite dem Dopplerfrequenzband entspricht und dem ein Verstärker (27) mit automatischer Verstärkungsregelung nachgeschaltet ist, an den die Dopplerfrequenzmeßschaltung (5) angeschbssen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastmodulationsanordnung ein Verstärker mit gesteuerter Verstärkung ist, der durch einen Transistor (9) in

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Emitterschaltung gebildet ist, dessen Basis mit einem Generator (8) gekoppelt ist, der die primäre Signalquelle bildet, die ein sinusförmiges Signal konstanter Amplitude liefert, daß zwischen den Kollektor- und Emitter-Elektroden des Transistors (9) die Steueranordnung angeschlossen ist, die einen linearen Detektor (12) enthält, der zwischen dem Kollektor und einem ersten Eingang (-) eines als Vergleichsglied geschalteten Operationsverstärkers (11) angeschlossen ist, daß eine Schaltung (10) mit veränderlichem Widerstand an den Ausgang des Vergleichsglieds (11) angeschlossen und parallel zu dem Emittervorspannungswiderstand geschaltet ist und daß mit dem zweiten Eingang (+) des Vergleichsglieds' (11) eine Generatorschaltung verbunden ist, die unter der Steuerung eines Haupttaktgebers (7) periodische Impulse erzeugt, deren Dauer von der Zeitkonstante abhängt, die durch den gewählten Empfangsentfernungsbereich bestimmt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung mit veränderlichem Widerstand durch einen Feldeffekttransistor (10) gebildet ist, dessen Steuerelektrode an den Ausgang des Vergleichsgliedes (11) und dessen Drain- und Source-Elektroden an die Klemmen des Emittervorspannungswiderstandes angeschlossen sind, und daß die Impulsgeneratorschaltung einen Kondensator (14) aufweist, der mit Masse verbunden ist und wechselweise durch die Signale des Haupttaktgebers (7) während des Empfangs an eine Gleichstrom-Ladequelle (17) und während der Sendung an einen Entfernungsbereichswiderstand (15) angeschlossen ist, der durch einen Umschalter (16) ausgewählt ist.

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7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6", dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (21) der Empfangsantenne an einen Vorverstärker (22) angeschlossen ist, der in der Empfangs-Einheit (4) mit dem Selektiv-Verstärker (23) verbunden ist, daß der Ausgang des Selektiv-Verstärkers außerdem mit einem linearen Detektor (24) verbunden ist, dessen Ausgang mit einem ersten Eingang eines Vergleichsgliedes (25) verbunden ist, dessen zweiter Eingang an eine Bezugsspannungsquelle (26) angeschlossen ist, die den Betriebspegel-Schwellenwert des vom Haupttaktgeber (7) gesteuerten Vergleichsgliedes festlegt, und daß der Ausgang des Vergleichsgliedes mit einem Eingang einer Entfernungsbereichswählschaltung (6) verbunden ist, die die Stellung des Umschalters (16) steuert.

8.Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das System mehrere Empfangs-Einheiten (4) besitzt, die in Parallelverbindung zwischen der Empfangsantenne (3) mit mehreren elektro-akustischen Wandlern (21) und zugeordneten Vorverstärkern (22) und einerseits der Dopplerfrequenzmeßschaltung (5) und andererseits der automatisch arbeitenden Entfernungsbereichswählschaltung (6) angeschlossen sind.

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